石头峡水电站工程初步设计阶段地质勘察报告.docx

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石头峡水电站工程初步设计阶段地质勘察报告.docx

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石头峡水电站工程初步设计阶段地质勘察报告

绪言

0.1.工程概况

石头峡水电站位于青海省门源县西北部的大通河干流上，属门源县苏吉滩乡辖区，坝址距门源县城36km，其中青石嘴至门源县城22km为柏油路面，青石嘴至工程区14km为砂石路面，国道227线贯穿青石嘴镇，交通条件较为便利。

石头峡水电站工程是大通河流域水利水电规划的13个梯级中的第5座水电站,是对“引大济湟”工程起调蓄作用的龙头水库，工程的主要任务是发电、供水，兼顾防洪，由拦河坝、溢洪道、泄洪洞、引水发电系统等建筑物组成。

拦河坝为钢筋混凝土面板堆石坝，最大坝高114.5m,坝顶高程3091.3m，正常高水位3086m，总库容9.76亿m3，调节库容4.67亿m3，为年调节水库，属于大（Ⅱ）型工程。

电站总装机容量9万千瓦，多年平均发电量3.44亿千瓦时，保证出力2.9万千瓦。

0.2勘察过程

0.2．1勘察过程

1988年8月-12月青海省水利水电勘测设计研究院完成了大通河流域规划阶段的工程地质勘察工作，在石头峡坝段选择了四个坝址，对这四个坝址进行了不同程度的工程地质勘察；

1992年6月-10月青海省水利水电勘测设计研究院进行了石头峡水电站可行研究阶段工程地质勘察工作，重点进行了Ⅰ坝址及Ⅲ坝址的工程地质条件的比较；

2007年9月-12月进行了可研阶段补充地质勘察工作；

2008年1月23-25日,在西宁召开了青海省大通河石头峡水电站工程可行性研究报告审查会,并通过了审查；

2008年4月-12月青海省水利水电勘测设计研究院组织地质勘探人员对石头峡水电站进行了初步设计阶段地勘工作，完成了《青海省门源县石头峡水电站工程地质勘察报告》；

2009年4月7日-10日，在青海省西宁市召开了《青海省门源县石头峡水电站工程初步设计报告（咨询稿）》技术咨询会，西北勘测设计研究院组织专家组对设计报告内容进行咨询；

2009年5月-8月根据咨询意见对库区、坝址、建筑物及天然建筑材料进行了补充地质勘察。

0．2．2可研审查意见

工程地质审查意见如下：

（1）工程区位于祁连山褶皱系南缘，隶属北祁连加里东褶皱带和中祁连隆起带的相邻地段，地质构造复杂，新构造运动强烈，主要表现为断块间的差异性隆升和北西西向断裂的逆冲左旋走滑运动，工程区属第四系以来构造运动相对较弱的地段，地震危险性主要受外围中强地震波及的影响。

根据《中国地震动峰值加速度区划图》及《中国地震动反映谱特征周期区划图》，工程区50年超越

概率10％的地震动峰值加速度为0.15g、地震动反映谱特征周期为0.45s是合适的，对应的地震基本烈度为Ⅶ度。

（2）同意对水库工程地质条件的评价意见。

库区两岸山体雄厚，岩体透水性微弱，水库不存在永久渗漏；库岸以岩质边坡为主，整体稳定性较好，局部有坍塌现象，但范围及体积小，对水库运行无影响。

水库工程地质总体良好。

下阶段应补充进行：

a．水库浸没问题的勘察论证，预测评价水库浸没范围。

b．根据水库环境地质、地震地质条件，对水库诱发地震的可能性做出评价。

（3）同意对比选坝址工程地质条件的评价意见和坝址选择意见。

本工程经4个坝址的初选比较后，本阶段以Ⅰ、Ⅲ坝址为重点进行坝址的勘察比较。

从初步勘察成果看：

两坝址均具有修建100m级挡水建筑物的地形地质条件，地层岩性基本相同，建基岩体主要为前寒武系石英片岩、花岗片麻岩及角闪片岩，属中硬-坚硬岩；河床覆盖层厚度基本相当，一般5-9m，主要为冲洪积卵砾石层。

但Ⅰ坝址河床及右岸断层破碎带发育频次高、规模也较大；左岸山体单薄，岩体卸荷、风化强烈；受各组断裂结构面切割及卸荷、风化等的影响，坝址范围内岩体完整性相对较差，基岩多呈强透水-中等透水，透水率小于3lu的界限深达基岩顶板以下100m。

而Ⅲ坝址两岸山体宽厚，岩体完整性较好，基岩透水率≤3lu的界线均浅于基岩顶板以下50米。

因此，本阶段从地质角度推荐Ⅲ坝址是适合的。

（4）基本同意对推荐坝址（Ⅲ坝址）两个方案（混凝土重力坝和混凝土面板堆石坝）主要建筑物工程地质条件的评价意见。

推荐坝址河谷狭窄，河床及两岸低阶地覆盖层厚度不大，最深10-15m，两岸基岩强风化层厚10-20m；坝基范围内发育的F32等断层，经必要的工程处理后可满足百余米混凝土重力坝基础承载及变形的要求；但相对而言，混凝土面板堆石坝对地基的适应性会更好，基础处理工程量相对较小而措施简单。

下阶段应结合坝型及其枢纽设计进一步开展以下工程地质稳定的勘察论证工作：

1）进一步查明坝基（趾板）岩体的卸荷、风化情况和渗透特性等，补充进行建基岩体质量标准的分类评价和物理参数的试验研究工作。

2）结合趾板、上下围堰等建筑物基础的勘探，进一步查明河床及两岸低阶地松散堆积层的厚度、层次结构及物质组成，并进行物理力学特性的试验研究。

3）紧密结合水工设计，进一步查明导流（泄洪）洞、引水发电洞、调压井等水工建筑物的工程地质条件，在详细围岩分类的基础上，对其成洞（井）及其围岩稳定性、边坡稳定性等做出评价。

4）补充进行电站厂房、压力管道基础的勘探，对其基础稳定性及边坡稳定性做出评价。

（5）同意对各种天然建筑材料的初查结论及评价意见。

工程区天然砂砾料、块石料储量丰富，除混凝土细骨料含泥量、孔隙率偏大外，其余均满足天然建筑材料的质量技术工作。

下阶段应结合坝型设计，开展各种天然建筑材料的详查工作。

同时建议：

1）结合水工及施工布置，适当扩大块石料的勘察储量和比选范围，以便进行坝体填筑料的比较研究；同时，对各水工建筑物开挖料作为填筑料的可行性做出评价。

2）进行混凝土骨料的详查论证，进一步研究少占耕地的可能性。

0.3．勘察阶段及工作任务

2008年6月25日受青海水利水电集团公司的委托，青海省水利水电勘测设计研究院承担了大通河石头峡水电站进行初步设计阶段的勘测设计工作，设计院工程勘察分院承担该电站的工程地质勘察工作。

根据《可研审查意见》、《咨询意见》及《水利水电工程地质勘察规范》，本次勘察内容主要有：

（1）查明库区的工程地质、水文地质条件，分析工程地质问题，并预测水库蓄水后可能引起的环境地质问题，重点分析评价水库诱发地震及浸没问题；

（2）查明建筑物地区的工程地质条件并进行评价，为选定各建筑物的轴线及地基处理方案提供地质资料和建议；重点查明混凝土面板堆石坝坝基及趾板工程地质条件，溢洪道工程地质条件，引水发电系统工程地质条件，泄洪洞工程地质条件；

（3）查明导流工程的工程地质条件，根据需要进行施工附属建筑物场地的工程地质勘察和施工与生活用水水源初步调查；

（4）进行天然建筑材料详查，查明面板堆石坝所需的堆石料、垫层料、过渡料及混凝土骨料的质量和储量。

0.4勘察依据的规范及相关资料

（1）《水利水电工程地质勘察规范》（GB50487-2008）；

（2）《水利水电工程地质测绘规程》（SL299-2004）；

（3）《水电水利工程天然建筑材料勘察规程》（DL/T5388-2007）；

（4）《水利水电工程钻探规程》（DL291-2003）；

（5）《水利水电工程坑探规程》（SL166-96）；

（6）《水利水电工程钻孔压水试验规程》（SL31-2003）；

（7）《混凝土面板堆石坝设计规范》SL228-98；

（8）《土工试验规程》GB/T50123-1999；

（9）《水利水电工程制图标准》（SL73-95）；

（10）《水利水电工程地质勘察资料内业整理规程》（SDJ19-78）等。

勘察工作主要参考地质资料:

（1）1:

20万区域地质调查报告（门源幅）；

（2）《青海省石头峡水电站坝址地震安全性评价报告》，中国地震局地壳应力研究所，1999年10月；

（3）《青海省石头峡水电站诱发地震可能性评价》，中国地震局地壳应力研究所，1999年10月；

0.5完成勘察工作量

2008年6月初，设计院工程勘察分院根据审查意见及设计大纲，编制勘察大纲组织勘察人员进驻工地，开展野外地质勘察工作，截至9月底完成野外勘探任务，表0-1为初设阶段完成勘察工作量表，表0-2为初设阶段提交成果资料表。

表0-1初设阶段完成地质勘察工作量表

工作内容

单位

数量

备注

库坝区

料场

平面

测绘

1：

10000平面地质测绘

km2

1.53

1：

5000平面地质测绘

km2

9.7

1：

1000平面地质测绘

km2

5.9

2.14

1：

500平面地质测绘

km2

0.9

剖面

测绘

1：

1000剖面地质测绘

13951

1：

500剖面地质测绘

15330

勘探

钻孔

m/个

1360.1/28

254.3/12

坑探

m/个

123/10

174/28

槽探

m3/个

736/16

201/12

硐探

m/个

90/2

22/1

物探

钻孔波速测试

m/个

609/9

剖面测试

m/条

1185/8

平硐岩体波速测试

m/个

90/2

取样

砂砾石

组

岩石

组

土样

组

水样

组

试验

室内试验

砂砾石颗分

组

砂砾石抗剪试验

组

砂砾石渗透

组

混凝土骨料分析

组

土质分析

组

岩石试验

组

水质分析

组

野外试验

砂砾石天然密度

组

砂砾石渗水试验

组

动力触探

组

压水试验

段次

140

1区域地质概况

1.1地形地貌

石头峡水电站位于门源盆地和皇城断陷盆地之间的石头峡峡谷地段，属构造剥蚀、侵蚀中高山区，一般高程在3000～3500m，整体地形西北高、东南低。

山脉总体走向呈北西向，山体陡峻。

河流南部为大坂山（属祁连山南部分支山脉，北西-南东走向），一般高程为3200-4000m，最高点为4370m；北部为冷龙岭（属祁连山脉，北西-南东走向），一般高程为3200-4200m，最高点为5254m。

大通河在坝址、库区内总体流向为NW-SE向。

从苏吉滩乡的察汉达吾附近至上游的纳子峡口，河谷较开阔，属宽谷或山涧盆地地貌，一般宽度为1.1-2.2km，河谷中一般高程为3025-3090m，河流比降一般在4‰～6‰之间。

由于河谷宽阔，河流分散，分支发育，部分有河心滩生成。

河谷形态多呈不规则“U”字型，河流两岸地形起伏大，呈现高山河谷的地貌特征，且大多数河谷两岸岸坡发育不对称。

坝址位于大通河石头峡下游段，河谷呈“U”型，两岸山体雄厚，地形坡度30°-70°，河床宽50-80m，纵比降4.6%，两岸发育有不对称的Ⅰ级与Ⅳ级阶地，阶面开阔平坦，宽度200-400m，具有二元结构，河谷两岸冲沟较发育，地形完整性差，相对高差100-300m，河谷岸坡坡度30°-35°，自然边坡基本稳定。

Ⅰ级阶地形成于全新世中期，为基座阶地，高8-10m，Ⅱ级阶地形成于全新世中期，为基座阶地，高25-35m，Ⅲ级阶地形成于更新世末期-晚更新世早期，为基座阶地，高70-80m。

1.2地层岩性

本区出露的地层自老至新有前寒武系、中上奥陶统、中志留统、石炭系、二叠系、三叠系、中下侏罗统、上第三系及第四系等。

其中上古生界及三叠系出露较为广泛，中新生界基本上广布全区。

（1）前寒武系（Anε）：

主要分布在大坂山和大通河沿岸地带，主要是由中浅变质的结晶片岩和片麻岩系所组成。

在扎麻沟西侧一带的变质岩石，主要属于碱长片麻岩类和石英片岩类，其次还有斜长角闪岩、角闪片岩、大理岩类和云英片岩类。

南子海沟西侧一带岩石主要为黑云母石英片岩、黑云母钾长石英片岩、云母角闪片岩、黑云母绿泥石角闪片岩、石英岩及黑云母斜长片麻岩，原岩主要由相当于中酸性及基性的火成岩和碎屑岩、碳酸盐岩等，出露厚度约为5000～6900m。

（2）中寒武统（ε1）：

仅见于托赖山区羊肠子沟及二道子沟等地。

受断裂控制，呈狭窄的带状或零星的孤岛状出露，其岩性主要为灰绿色及灰褐色变质火山岩、硅质岩及灰褐色片岩、千枚岩夹大理岩、板岩和变质砂岩组成，顺片理有超基性岩、基性岩及斜长斑岩脉等侵入，与二叠系或三叠系为断层或不整合接触，出露不全，出露厚度约330m。

（3）奥陶系（O）：

奥陶纪地层发育最佳，广泛分布于冷龙岭、托赖山及大坂山一带。

下奥陶统（O1）：

主要分布于冷龙岭东段，其岩性以中性安山质火山岩、火山碎屑岩和海相正常沉积岩为主。

中奥陶统（O2）：

主要分布于托赖山及冷龙岭南坡。

该岩组下部属滨海——浅海相粗碎屑岩建造，上部属浅海相碳酸盐建造，下部碎屑岩的厚度和岩性不稳定，上部碳酸盐以薄至巨厚层状深灰色石灰岩为主，靠近底部有砂质泥灰岩、砾状灰岩、薄层细砂岩和砂质页岩夹层。

上奥陶统（O3）：

广泛分布于大坂山地区，此外还在扣门子以西地带也有出露，按岩性组合拟分为下、中、上三个岩组。

下火山岩组：

松树南沟以西岩性主要为灰绿色安山质凝灰岩，夹安山质角砾熔岩、英安岩等，厚795～2450m。

碎屑岩组：

主要为灰褐色千枚岩、灰绿色凝灰质砂岩、安山质凝灰岩、灰白色石灰岩、砾岩及泥质板岩，局部夹少许安山岩。

厚度不稳定，沿走向变化甚大，从数米至数百米。

上火山岩组：

主要为安山岩、安山质凝灰岩、安山质角闪熔岩、英安岩、流纹英安质凝灰岩、流纹质凝灰岩及灰岩等。

（4）中志留统（S2）：

仅见于永安西河大樑～扣门子以西一带，下部为灰色及灰黑色板岩夹淡灰色砂岩、砾状砂岩、页岩及灰岩条带，与灰白～深灰色中厚层灰岩及灰黑色中薄层灰岩互层；中部为深灰色中厚～块状灰岩，局部为薄层灰岩，偶夹少许泥质板岩；上部为杂色板岩、绿黄色砂质页岩及浅灰色厚层砾状灰岩夹灰绿色砂岩和板岩。

总的属轻变质的浅海相碳酸盐及碎屑岩建造。

（5）泥盆系（D）：

主要分布于冷龙岭、托赖山一带，为北祁连海槽褶皱回追后于山间或山前拗陷带沉积的一套巨厚的磨拉石建造。

代表湿热条件下，由山麓相到滨海相的沉积环境，岩性为紫红色砂砾岩夹灰岩透镜体。

（6）石炭系（C）：

石炭系为一套由砂岩、页岩、泥灰岩夹灰岩为主组成的海陆交互相含煤建造，在托赖山附近有少量分布。

下部为紫红色砂岩夹灰岩透镜体；上部为灰白色石英砂岩、石英长石砂岩与灰黑色灰岩互层，与下伏泥盆系及上覆二叠系均呈平行不整合接触。

（7）二叠系（P）：

二叠系时期各山间盆地内继续发育了一套红色陆相（局部为海相）碎屑岩建造。

该区在大通河西侧分布较多，主要岩性为紫红色长石石英砂岩、石英砂岩，底部有0～43m厚的砾岩，呈角度不整合覆盖于前震旦系之上；向上为紫红色砂岩与灰白色砂岩互层，局部夹灰色透镜状砂砾岩，与上覆三叠系呈平行不整合接触，或与新第三系呈角度不整合接触，总厚375m。

（8）三叠系（T）：

三叠纪时承袭了二叠纪的扭陷盆地，在逐渐趋向气候温湿、利于植物生长的沼泽环境下，继续接受了一套陆相碎屑含煤建造。

在大通河两侧出露的该套地层底部为灰白色含砾粗砂岩砾岩，局部夹紫红色砂岩或砂质页岩，下部为杂色长石石英砂岩、粉砂岩、砂质页岩或炭质页岩，上部为灰绿～浅黄绿色长石石英砂岩、长石砂岩、页岩，局部薄煤层厚0～8m，总厚度400～1000m。

（9）中下侏罗统（J1－2）：

仅在铁迈一带零星分布，下部为灰绿色砂岩、长石砂岩与粉砂质页岩、粘土岩互层，上部为绿色油页岩、粘土岩夹灰白色～紫红色砂岩、长石砂岩及粘土，厚60～367m。

⑽上第三系（N）：

为一套湿热气候条件下形成的山麓相碎屑堆积，分布在大通河两侧的铁迈、吊沟及黑水沟一带，下部为紫红色砾岩、砂砾岩，与下伏奥陶系、二叠系、三叠系、中上侏罗统均呈角度不整合接触；上部为紫红色～棕黄色砂岩及粘土。

（10）岩浆岩：

主要为加里东期侵入岩，分布在大通河以南的大坂山地区，在构造上相当于北祁连加里东褶皱带南缘及中祁连隆起带至北源河附近的断裂带上，其岩性主要为酸性岩和中性岩，其次有少许超基性岩，受附近断裂控制明显，除个别呈较大的岩珠状产出外，一般多为NW～SE向长条状岩枝、岩脉或岩墙，与区域构造线方向基本一致。

根据其与围岩接触和彼此穿插关系，结合区域构造运动和岩浆侵入活动规律分析，可分为加里东早、中、晚三期。

加里东早期侵入岩，包括大黑山西北部和东部及冰沟、草毛山等地的片麻状花岗岩和花岗伟晶岩，主要受深大断裂南侧的次级构造控制，均呈不规则的岩枝状，侵入于前震旦变质岩系中。

加里东中期侵入岩，分布于大黑山南侧的花岗岩和巴尔哈图沟一带的伟晶花岗岩、白云母花岗岩及斜长花岗岩，成岩珠或岩枝状侵入前震旦系中统和上奥陶统火山碎屑岩中。

加里东晚期侵入岩，分布较广，主要为花岗闪长岩，部分为超基性岩，受构造控制明显，几乎全部分布于中祁连隆起带北缘断裂带上，多侵入于前震旦纪变质岩系中，部分地区其上为二叠系，呈沉积不整合。

（12）第四系（Q）：

全为陆相松散堆积物，主要发育于大通河河谷及两侧山麓地带，成因类型较复杂。

上更新统洪积砾石层，由砂砾层夹砂及亚砂土组成，砾石呈棱角状，一般粒径3～10cm，部分微胶结，分布于河谷左右岸的沟谷台地。

上更新冲积～洪积层,由粉土（粉砂）、卵石组成,上部物质颗粒较细,以粉土或粉质粘土夹砂砾透镜体为主,分布于大通河高阶地及山麓地带。

全新统冲积层，主要分布于河流的低阶地及河漫滩中，主要岩性为粉土、卵石层，一般厚度5-7m。

全新统坡积物及崩积物，分布于河谷两侧的谷坡、谷底、山麓地带，由块石、角砾、砂及粉土组成，尤其大通河峡谷崩积物极为发育，岩块直径最大可达4～5m。

全新统沼泽堆积，位于大通河以北的乱海子地区，分布于南北向延伸的椭圆形沼泽地中，主要由灰黑色～黑色淤泥质粘土组成。

1.3地质构造

本区在大地构造位置上属于祁连山加里东地槽褶皱系东部，处于该褶皱系中次级构造单元北祁连优地槽褶皱带中段，近场区位于青藏高原隆起东北部，新构造分区属青藏高原断块区中二级单元北西西向祁连山强烈隆起带，该隆起带自新第三纪以来强烈隆升。

进一步可划分为北部的冷龙岭强烈隆起区、南部的大坂山强烈隆起区和挟持在两隆起区中间的门源盆地沉降区三个次级新构造单元。

该区处于门源盆地相对沉降区中的石头峡弱隆起。

图1-1为区域构造单元划分图。

区域断裂构造发育有北西西向、北北西—北西向、近东西向和北东-北东东向四组，其中以北西西向断裂为主，规模大，与区域构造线方向一致。

其次是北北西-北西向断裂。

这两组断裂活动性强，且活动时代新，是区域内主要孕震和发震构造，主要表现左旋走滑兼逆冲性质，活动性质表现为既有继承性又有新生性。

NWW向的主要断裂有：

龙首山北缘断裂带①、龙首山南缘断裂②、民乐-大马营断裂③、皇城-双塔断裂④、冷龙岭断裂带⑥、中祁连北缘断裂带⑨、大坂山南缘断裂带⑩和疏勒南山-大通山断裂⑾等。

NNW-NW向的主要断裂有：

日月山-热水断裂带⒅、武威-天祝断裂⒇两条活动断裂。

近东西向的主要断裂有：

大黄山南麓断裂（22）、哈溪-大靖断裂带（23）。

1.4新构造运动及地震

场区位于青藏高原的东北部，新构造运动极其强烈，主要表现在：

（1）大幅度、间歇性地挤压性隆起运动：

晚第四纪以来冷龙岭的大坂山的隆起幅度超过3000m；

（2）较大幅度的挤压相对沉降运动：

门源盆地第四纪的沉降幅度达400m，盆岭高度1500-2500m；

（3）逆走滑断层活动和褶皱活动：

在盆地的南北两元和冷龙岭均有活动断裂分布，这些断裂的活动时代新、强度大。

褶皱发育在第三系地层中，在大坂山北坡褶皱较为平缓，在冷龙岭山前间有倒转褶皱，反映了盆地以北的新构造运动比盆地以南强烈；

（4）现代地震较为活跃：

发生多次破坏性中强地震。

图1-2为石头峡电站区域构造及强震震中分布图，图1-3为石头峡水电站近场区地震构造图，表1-1为工程进场区主要活动断裂特征一览表。

图1-1区域大地构造单元划分图

1、一级构造单元2、二级构造单元3、场区4、震中M=8.05、震中M=7.0～7.96、震中M6.0～6.9

Ⅰ中朝准地台Ⅰ1阿担善台隆Ⅱ祁连褶皱系Ⅱ1走廊过渡带Ⅱ2北祁连优地槽褶皱带

Ⅱ3中祁连中间褶皱带Ⅱ4拉脊山优地槽褶皱带Ⅱ5南祁连冒地槽褶皱带Ⅲ秦岭褶皱带

图1-2石头峡电站区域构造及强震震中分布图

1.5地震安全性评价

根据中国地震局地壳应力研究所《青海省石头峡水库坝址地震安全性评价报告》：

工程区所在区域在大地构造位置上属于祁连山加里东地槽褶皱系东部，场区及近场区处于该皱褶系内次级构造单元北祁连优地槽褶皱带中段。

在新构造运动分区上，属青藏高原隆起断块东北部，主要位于该区内的次级单元祁连山强烈隆起带。

该隆起带自第三纪以来强烈隆起，断裂构造强烈，尤其以北北西-北西向逆冲左旋走滑运动为主。

近场区范围又可进一步划分为北部的冷龙岭强烈隆起区、南部的大坂强烈隆起区和挟持在两隆起区中间的门源相对沉降区三个次级新构造单元。

场区处于门源盆地相对沉降区中的石头峡弱隆起。

图1-3石头峡水电站近场区地震构造图

近场区主要活动断裂特征一览表

表1-1

断裂名称

产状

长度（km）

断裂性质

主要活动特征