三峽工程地質(zhì)研究綜述

1、三峽工程地質(zhì)研究綜述陳德基摘要: 三峽工程地質(zhì)勘察與研究長達半個多世紀(jì)，歷經(jīng)了眾多的歷史階段，吸引了無數(shù)中外地學(xué)工作者的參與和關(guān)注。本人對三峽工程地質(zhì)勘察的歷史作了簡要回顧，全面扼要地介紹了三峽工程建設(shè)中主要的地質(zhì)問題的研究思路、方法和工作內(nèi)容，并從這一特大型工程的地質(zhì)勘察與研究中，總結(jié)出了幾點基本經(jīng)驗，供從事大型水利水電工程勘察的同仁借鑒和思考。一、勘察工作歷史回顧長江三峽地區(qū)，地處我國中部，交通比較方便，且地層出露齊全，對它所進行的現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)研究最早可追溯到19世紀(jì)末葉，較系統(tǒng)的地質(zhì)調(diào)查則開始于上世紀(jì)20年代。上世紀(jì)40年代中期，原資源委員會全國水力發(fā)電工程總處和美國墾務(wù)局合作，曾作過揚子

2、江三峽工程計劃的勘測設(shè)計。這是三峽工程最早的專門性工程地質(zhì)勘察工作。新中國成立后，三峽工程逐步開始了全面的綜合性地質(zhì)勘察研究，大體經(jīng)歷了以下幾個重要時段。19521955年，長江水利委員會多次組織進行了宜昌奉節(jié)河段查勘。除40年代已概略研究過的南津關(guān)石牌河段外，又增選了黃陵背斜核部的結(jié)晶巖河段作為三峽工程建設(shè)的比選河段。19561960年，配合三峽工程的規(guī)劃和初步設(shè)計要點，開展了基礎(chǔ)地質(zhì)研究和壩區(qū)、壩段比較的勘察，先后在南津關(guān)石灰?guī)r壩區(qū)和美人沱結(jié)晶巖壩區(qū)選出了15個壩段進行比較。1959年初設(shè)要點報告通過后，即開始集中力量在選定的三斗坪壩址開展了早期初步設(shè)計階段的地質(zhì)勘察研究。受國家的委托，原

3、地質(zhì)部承擔(dān)了這一時期主要的地質(zhì)勘察與研究工作。19581961年，國家組織了全國規(guī)模的三峽科研工作，先后有30多個生產(chǎn)、科研和教學(xué)部門，數(shù)百名地學(xué)工作者，圍繞三峽工程建設(shè)有關(guān)的地質(zhì)問題，開展了多學(xué)科的專題研究。我國許多著名的地質(zhì)學(xué)家、地理地貌學(xué)家、地震學(xué)家、工程地質(zhì)及巖石力學(xué)專家，都直接指導(dǎo)和參加了這一階段的研究工作。本階段是三峽工程地質(zhì)工作的一個重要時期，取得了大量的基本資料和成果。19611979年期間又在河谷較窄的河段上重新選擇三峽工程的壩址。重點勘察研究了結(jié)晶巖河段中河谷較窄的太平溪壩址。這一時期，還重點加強了區(qū)域地震地質(zhì)條件和地震活動性的研究，庫區(qū)勘察工作的重點也轉(zhuǎn)移到了庫岸穩(wěn)定性的

4、研究上。1979年，經(jīng)國家審查批準(zhǔn)，選定了三斗坪壩址，從此，三峽工程的地質(zhì)勘察進入了一個新的階段。從1979年至1985年，圍繞三斗坪壩址的設(shè)計優(yōu)化和方案比較，以及相應(yīng)的工程地質(zhì)問題進行工程地質(zhì)勘察、巖石力學(xué)試驗及專題研究工作；為適應(yīng)葛洲壩工程興建后天然建筑材料場地情況的變化，選擇了一批新料源和料場進行勘察研究；利用航天和航空遙感圖像、區(qū)域重力、航磁測量、多年來的測震和斷裂定點變形監(jiān)測成果，擴大和深化了區(qū)域地殼穩(wěn)定性和地震活動性的研究；系統(tǒng)地對庫區(qū)干流段大型崩塌、滑坡進行了調(diào)查、穩(wěn)定性分析及滑坡入江涌浪的模型試驗和計算。1986年1989，三峽工程重新論證期間，地質(zhì)地震專題專家組以區(qū)域地殼穩(wěn)定

5、性、水庫誘發(fā)地震危險性及庫岸穩(wěn)定性3個專題作為論證工作的重點。長江水利委員會與地礦部、中國科學(xué)院及有關(guān)高等院校，圍繞論證專題，再次開展了科研大協(xié)作。在此期間，國家“七五”重點科技攻關(guān)計劃中，也將三峽工程建設(shè)的重大科學(xué)技術(shù)問題列入項目進行研究。上述兩個方面平行進行并互為補充的研究，從廣度和深度上，都將三峽工程地質(zhì)地震問題的研究水平大大推進了一步。19911992年，長江水利委員會根據(jù)論證的主要成果，先后完成了長江三峽水利樞紐可行性研究專題報告和長江三峽水利樞紐初步設(shè)計報告(樞紐工程)。1992年4月第七屆全國人民代表大會第五次全體會議審議通過了興建三峽工程的決議。1994年12月14日，三峽工程

6、正式動工興建，地質(zhì)工作進入了緊張而繁雜的施工地質(zhì)工作階段。三峽工程開始后， 為確保施工的順利進行，在前期勘測工作的基礎(chǔ)上，又有針對性地提出了10余項地質(zhì)專題和勘測技術(shù)方法，列為施工專題進行研究，如大江河床斷裂構(gòu)造，壩區(qū)河床演變與深槽成因，主要斷裂及大巖脈工程地質(zhì)特性與處理措施，建基面巖體質(zhì)量快速檢測，永久船閘高邊坡地質(zhì)概化模型及變形趨勢分析，高邊坡變形影響因素分析，高邊坡超前地質(zhì)預(yù)報，三峽工程地質(zhì)信息系統(tǒng)等；同時針對左廠15機組壩段緩傾角結(jié)構(gòu)面和壩基深層抗滑穩(wěn)定，升船機上閘首抗滑穩(wěn)定問題，創(chuàng)造性地采用特殊勘探方法加以研究并取得了突破性進展。同時在近10年的施工期間，配合施工完成了大量的施工地質(zhì)

7、工作，僅施工地質(zhì)簡報一項，至2002年底，共編制簡報689期， 發(fā)送給設(shè)計、施工、監(jiān)理等單位，總字?jǐn)?shù)達250萬字。上述專題研究，補充專項勘察及施工地質(zhì)工作，為保證施工的順利進行和工程運行的安全起到了重要作用。1955年至1960年，前蘇聯(lián)政府曾派遣了大批專家，參與長江流域規(guī)劃和三峽工程早期的規(guī)劃設(shè)計工作。70年代末我國實行改革開放政策以來，三峽工程的國際合作迅速擴大，先后有捷克、美國、瑞典、加拿大、意大利、日本、法國等國的專家、學(xué)者，參與三峽工程有關(guān)地質(zhì)問題的技術(shù)合作、咨詢與交流，對推進三峽工程地質(zhì)地震問題的研究，起到了重要的作用。目前三峽主體工程的主要部分均已完建，并將于2003年實現(xiàn)第一批

8、機組建成發(fā)電，主體工程的施工實踐表明，前期勘察所作出的主要地質(zhì)結(jié)論正確，具有很高的水平和預(yù)見性，得到眾多方面的一致好評。二、主要地質(zhì)問題研究的技術(shù)路線與方法三峽工程的地質(zhì)研究，主要圍繞工程建設(shè)關(guān)系密切的五個關(guān)鍵性地質(zhì)問題進行。研究內(nèi)容包括：區(qū)域地質(zhì)、區(qū)域地貌、第四紀(jì)地質(zhì)及新構(gòu)造運動、地震及地震地質(zhì)、深部地球物理、水庫及壩址工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、巖(土)體物理力學(xué)特性、礦產(chǎn)地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、天然建筑材料等與工程建設(shè)有關(guān)的各類地學(xué)問題。采用了地面地質(zhì)、遙感地質(zhì)、深部地球物理勘探、鉆探、硐井探、工程物探、專門性工程地質(zhì)水文地質(zhì)觀測、測試與試驗、巖(土)體物理力學(xué)性質(zhì)試驗研究、高精度形變測量、物理模擬、數(shù)

9、值解析、先進的分析鑒定技術(shù)、專用地震監(jiān)測臺網(wǎng)等技術(shù)方法。(一) 區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性研究區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性問題，除涉及地質(zhì)學(xué)的眾多領(lǐng)域外，還與地貌學(xué)、地震學(xué)、地球物理學(xué)、大地測量學(xué)等學(xué)科密切相關(guān)。這一課題的研究，既要以傳統(tǒng)地質(zhì)學(xué)的理論與方法(如地層學(xué)、巖石學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)、地史學(xué)等)為基礎(chǔ)，又必須藉助于最新的地學(xué)理論和先進的技術(shù)(如遙感技術(shù)、現(xiàn)代地球物理勘察技術(shù)、測年技術(shù)、測震技術(shù)、高精度形變測量技術(shù)等)，才能取得認(rèn)識上的突破。三峽工程經(jīng)過幾十年反復(fù)探索，對這一問題的研究取得了兩條最基本的經(jīng)驗：一是盡可能采用多學(xué)科的綜合手段，從多個側(cè)面勾繪出一個地區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性的較清晰的

10、面貌；其次，凡是可以用數(shù)據(jù)說明的研究對象，一定設(shè)法取得數(shù)據(jù)。三峽工程依靠后者，包括各殼層深度、厚度，莫霍面形態(tài)及埋深，主要斷裂的切割深度,斷裂形變速率，斷裂最新活動年齡，地形變測量成果，河流階地形成年代及高程，30余年的測震成果等，多方面地提供了有說服力的數(shù)據(jù)，并與宏觀地質(zhì)、地震研究所得出的結(jié)論相互支持、相互印證，才得以作出可信的結(jié)論。三峽工程區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性和地震活動性研究的主要內(nèi)容和方法有：1. 區(qū)域地層、巖性、地質(zhì)史和大地構(gòu)造環(huán)境的研究充分利用不同時期的區(qū)測成果，補充進行了必要的中、 小比例尺地質(zhì)測繪；與之相適應(yīng)，進行了廣泛的基礎(chǔ)地質(zhì)研究，包括地層學(xué)、地史學(xué)、礦物巖石學(xué)、巖相學(xué)、大地構(gòu)造學(xué)

11、等的研究。2. 深部地球物理場和地殼結(jié)構(gòu)的研究包括大面積航空重力、磁力測量資料分析，壩址及庫首段高精度航磁測量，地面重力測量，東西向(奉節(jié)江陵)和南北向總長3260余公里的縱和非縱測線人工地震測深(其中縱測線1040km)等，以研究區(qū)內(nèi)地殼結(jié)構(gòu)(各殼層的深度、厚度、物質(zhì)組成、界面特征、連續(xù)性等)、莫霍面特征、主要斷裂切割深度、各地球物理異常帶的性質(zhì)、大地構(gòu)造單元間的接觸關(guān)系及重力場均衡狀況等。3. 區(qū)域及壩區(qū)斷裂構(gòu)造，特別是環(huán)繞壩區(qū)外圍幾條主要斷裂的展布、規(guī)模、性質(zhì)及活動性的研究對壩區(qū)及外圍幾條主要斷裂的活動性進行專門性的研究，包括斷裂帶運動學(xué)、動力學(xué)、巖石學(xué)、年代學(xué)以及地質(zhì)力學(xué)模型的實驗室研

12、究，各種比例尺的專門性地質(zhì)測繪，多種衛(wèi)星影像、黑白及彩紅外航空攝影、側(cè)視雷達掃描等遙感圖像線性構(gòu)造解譯和實地核查，最新活動年齡測定，汞氣體測定，微重力測量，垂直和水平位移定點測量，斷裂兩側(cè)地貌(含微地貌)調(diào)查，斷裂和微震活動關(guān)系的分析研究等。4. 地貌及新構(gòu)造運動性質(zhì)的研究包括山區(qū)夷平面分級特征、形成年代及變形，西部鄂西山地與東部江漢平原過渡帶特征與接觸關(guān)系，中新生代沉積盆地的形成及演變歷史，河流階地形成年代和位相對比，河床縱剖面特征研究，第四系堆積物變形的調(diào)查研究等。5. 現(xiàn)代地殼運動性質(zhì)的研究近壩庫區(qū)總長800km的精密水準(zhǔn)環(huán)線測量，應(yīng)用GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)進行大范圍地形變監(jiān)測等，以研究

13、壩區(qū)及附近地區(qū)地形變特征、現(xiàn)代地殼運動的性質(zhì)和強度。6. 地震活動特征與規(guī)律的研究收集分析整理庫壩區(qū)周圍10余個縣、市近2000年歷史地震資料，結(jié)合1958年起在壩址及周圍70km范圍設(shè)立的地震監(jiān)測臺網(wǎng)所獲得的大量資料和區(qū)域地震地質(zhì)條件，研究本區(qū)地震活動的本底特征和時間、空間、強度規(guī)律，進行震型分析和震源物理模型研究。7. 地震危險性分析和地震動參數(shù)研究正確圈定潛在震源，確定各區(qū)相應(yīng)的地震活動性參數(shù)，進行地震危險性分析。計算不同超越概率條件下的地震烈度、基巖水平峰值加速度、相應(yīng)的反應(yīng)譜及合成地震動時程，作為建筑物抗震設(shè)計和模型實驗的依據(jù)。通過上述工作，有關(guān)三峽工程庫壩區(qū)的構(gòu)造穩(wěn)定性、地震活動性

14、以及地震危險性分析都得出了明確可信的結(jié)論。(二) 水庫誘發(fā)地震問題研究水庫誘發(fā)地震問題是一個世界范圍內(nèi)從理論到實踐都還未能得到解決的課題。三峽工程從70年代起，就將水庫誘發(fā)地震問題列為專題進行研究。開始階段以震例分析和工程類比為主；進而逐項分析水庫地震地質(zhì)條件， 然后綜合進行分析研究，在此基礎(chǔ)上進一步作出水庫誘發(fā)地震發(fā)震地段和強度預(yù)測及危害性評價。根據(jù)三峽工程水庫區(qū)各地段不同的地質(zhì)條件，分析其可能產(chǎn)生何種類型的誘發(fā)地震，可能發(fā)震的地段，并采用多種方法(條件類比、數(shù)值解析等)進行最大可能震級的分析預(yù)測及地震動參數(shù)的計算。在水庫誘發(fā)地震可能最大震級的分析上，考慮到三峽工程的規(guī)模和重要性，對于構(gòu)造型

15、水庫誘發(fā)地震，采取外包的方法，將相應(yīng)潛在震源區(qū)天然地震的震級上限(Mu)，作為該地段水庫誘發(fā)地震的震級上限，評價其對工程建筑物可能的危害，這無疑一種保守的估計。由于采用了這樣一種方法，國內(nèi)外研究水庫誘發(fā)地震的專家學(xué)者，很少有人對三峽工程水庫誘發(fā)地震對工程建筑物的影響評價提出異議。三峽工程水庫誘發(fā)地震問題的研究內(nèi)容和方法有：(1) 分析整理了全世界百余座水庫誘發(fā)地震的震例，和三峽工程的誘震條件進行分析對比。(2) 全面研究了水庫區(qū)的巖性、地質(zhì)構(gòu)造和滲透條件，著重研究了壩址和庫首區(qū)的水文地質(zhì)條件和主要斷裂的活動性。(3) 在壩址區(qū)和庫首的茅坪鎮(zhèn)和秭歸縣城附近進行了深孔(孔深分別為300m、800m

16、和500m)地應(yīng)力、孔隙水壓力、滲透率、節(jié)理裂隙和地溫測量，得出了近壩地段地應(yīng)力狀態(tài)的寶貴資料。(4) 利用小孔徑臺網(wǎng)對壩區(qū)，庫首結(jié)晶巖分布區(qū)，九灣溪、仙女山斷裂展布區(qū)等河段進行地震強化觀測，確切掌握本區(qū)地震活動的本底情況。(5) 用數(shù)值和物理模擬方法研究在庫水作用下，庫盆的應(yīng)力場和應(yīng)變場的變化，分析其對水庫誘發(fā)地震的影響。(6) 依據(jù)各庫段巖性、地質(zhì)構(gòu)造、滲透條件、地應(yīng)力狀態(tài)、地震活動以及各種數(shù)值解析成果等，進行水庫誘發(fā)地震可能性綜合評價做出可能發(fā)震地段、發(fā)震類型及震級預(yù)測。(7) 針對水庫誘發(fā)地震的特點，研究極近場地震動參數(shù)，探討如果庫首段產(chǎn)生誘發(fā)地震時，壩址區(qū)可能的基巖峰值加速度和影響烈

17、度值。為全面加強和提高工程的地震監(jiān)測和水庫誘發(fā)地震的預(yù)報能力，受中國三峽工程開發(fā)總公司的委托，在中國地震局主持下，于2001年10月建成了“長江三峽工程水庫誘發(fā)地震監(jiān)測系統(tǒng)”。該系統(tǒng)由數(shù)字遙測地震臺網(wǎng)，地殼形變監(jiān)測網(wǎng)，地下水動態(tài)監(jiān)測形網(wǎng)和地震監(jiān)測總站4大部分組成。數(shù)字遙測臺網(wǎng)達到了當(dāng)前國內(nèi)領(lǐng)先水平。該系統(tǒng)的建成為三峽工程地震活動性及水庫誘發(fā)地震的研究，提供了重要的條件。(三) 庫岸穩(wěn)定性研究三峽工程庫岸穩(wěn)定性是水庫區(qū)最主要的地質(zhì)問題，有如下幾個特點：面大。調(diào)查研究的范圍從干支流兩岸第一分水嶺起算，面積約4500km2；線長。干流回水長度約650km，回水長度在1km以上的支流有173條，合計總

18、長約1840km。按兩岸岸坡計，則干支流庫岸岸坡合計總長約5000km；地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)。不論從庫岸岸坡結(jié)構(gòu)類型、巖性、構(gòu)造、地貌、水文氣象等自然條件，還是崩塌、滑坡的類型、規(guī)模、形成條件和穩(wěn)定狀態(tài)，都復(fù)雜多變；研究程度要求高。三峽工程庫岸穩(wěn)定性問題，涉及工程、長江航運、庫區(qū)城鎮(zhèn)和居民點的安全，以及庫區(qū)移民選址的正確與否等。因此要求勘察結(jié)論有足夠的可靠性，能貼切地回答工程建設(shè)所關(guān)心的問題。庫岸穩(wěn)定性研究的主要內(nèi)容和方法有：(1) 對干流及173條支流庫岸岸坡的地質(zhì)條件、岸坡類型、結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定程度進行專門性調(diào)查。在此基礎(chǔ)上進行庫岸穩(wěn)定條件的分類和分段評價，圈定出穩(wěn)定條件差的庫段，做為重點研究的對象。

19、(2) 對基巖岸坡，尤其是順層高邊坡的結(jié)構(gòu)類型、變形機制、破壞方式等進行了專題研究，并作出穩(wěn)定性現(xiàn)狀評價和蓄水后的變化預(yù)測。(3) 充分利用多種遙感圖象資料，結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，反復(fù)核查崩塌滑坡體的數(shù)量、位置和規(guī)模；對干流庫段進行崩塌滑坡體史實調(diào)查考證。(4) 對大型崩塌、滑坡體逐個進行專門性工程地質(zhì)勘察，結(jié)合蓄水后條件的可能變化進行穩(wěn)定性分析計算。(5) 與大壩安全、長江航運及主要城鎮(zhèn)關(guān)系密切的大型崩、滑體，對其失穩(wěn)后入江物質(zhì)可能造成的水下堆積體的規(guī)模、引起的涌浪、沿程衰減特征和可能造成的危害進行計算和模型試驗。(6) 自70年代中后期起，對干流及主要支流幾處規(guī)模大、變形正在發(fā)展、且位置重要、失穩(wěn)

20、后可能影響城鎮(zhèn)居民及航運安全的崩、滑體，建立了監(jiān)測網(wǎng)進行變形監(jiān)測和預(yù)報。(7) 結(jié)合水庫移民安置和城鎮(zhèn)新址勘察， 擴大和深化了庫岸穩(wěn)定性的研究；對移民城鎮(zhèn)安全可能造成危害的滑坡，在2003年初期蓄水前進行了必要的整治； 對由松散堆積體構(gòu)成的城鎮(zhèn)岸坡進行了坍岸的勘察設(shè)計和防護處理，以保證城鎮(zhèn)沿江庫岸不因坍岸而危及居民和公用設(shè)施的安全。(四) 水庫移民城鎮(zhèn)遷建新址的地質(zhì)勘察三峽工程是有史以來水庫淹沒搬遷人口規(guī)模最大的工程。淹沒或部分淹沒縣(市)所在城市13座， 建制鎮(zhèn)140個，涉及移民人數(shù)達84萬余人。水庫移民的主要方式是就地后靠安置，為安置移民的新建城鎮(zhèn)大多位于河谷兩側(cè)位置較高的斜坡地帶，也是地

21、質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)地帶。為確保移民新址的場地地質(zhì)環(huán)境的安全，做好移民新址的地質(zhì)勘察是三峽工程建設(shè)所獨有的重大地質(zhì)勘察任務(wù)之一。為此長江水利委員會投入了大量的人力和物力，完成了世界上其它任何工程都不可能進行的專項地質(zhì)勘察。這一工作也是在沒有規(guī)程規(guī)范、沒有先例可循的條件下進行的，因而也具有許多可借鑒的開創(chuàng)性。水庫移民遷建城鎮(zhèn)新址地質(zhì)勘察的中心任務(wù)是確保所選新址有一個安全地質(zhì)環(huán)境，在天然條件下和水庫運行后，都不會發(fā)生危及城鎮(zhèn)安全的重大地質(zhì)災(zāi)害；其次為是遷建城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃提供地質(zhì)資料，以保證所選新址有足夠的土地容量、環(huán)境容量滿足新建城鎮(zhèn)多方面功能的需要。水庫移民城鎮(zhèn)遷建新址的地質(zhì)勘察大體分為三個階段：1.

22、規(guī)劃選址階段：這一階段的移民選址是綜合性的工作，社會經(jīng)濟因素常占有主導(dǎo)地位。工程地質(zhì)工作的主要任務(wù)是要從宏觀地質(zhì)環(huán)境把握所規(guī)劃的場址沒有重大地質(zhì)問題，適于興建相應(yīng)規(guī)模的城鎮(zhèn)。主要的工作方法是充分利用已有的水庫區(qū)工程地質(zhì)勘察成果，區(qū)測成果，航空、航天遙感資料，結(jié)合地質(zhì)踏勘和路線地質(zhì)調(diào)查，掌握規(guī)劃場址及周邊一定范圍內(nèi)用作興建城鎮(zhèn)的宏觀地質(zhì)條件的適應(yīng)性，包括場地及周邊巖土體的整體穩(wěn)定性，場地及周邊地形的完整性，各類地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性及其危害性，對外交通及大型公用設(shè)施總體布局的合理性，供水的地質(zhì)條件等。在已有資料缺乏的地段，本階段也可安排進行110000125000比例尺的地質(zhì)測繪，一般不進行專門性

23、的勘探工作。2. 初勘階段：這是在規(guī)劃選定的場址上初期的全面勘察工作，其任務(wù)是系統(tǒng)地對規(guī)劃場地進行工程地質(zhì)勘察，進一步論證所選場址地質(zhì)環(huán)境的安全性，勘察研究的范圍應(yīng)包括所有可能產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害從而危及場地安全的鄰近地區(qū)和問題，勘察工作的精度應(yīng)能滿足城鎮(zhèn)規(guī)劃的需要。勘測成果最終以場址的穩(wěn)定性分區(qū)服務(wù)于新址的規(guī)劃。規(guī)劃場地分為穩(wěn)定區(qū)、基本穩(wěn)定區(qū)、潛在不穩(wěn)定區(qū)、不穩(wěn)定區(qū)和特殊地質(zhì)問題區(qū)；同時結(jié)合場地的功能，編制可供新城鎮(zhèn)總體規(guī)劃用的建筑適宜程度分區(qū)圖。將整個場地綜合劃分為：最佳建筑場地區(qū)(區(qū))、良好建筑場地區(qū)(區(qū))、一般地區(qū)(區(qū))和不宜建筑地區(qū)(區(qū))。這一階段的成圖比例尺一般為110000，相關(guān)的地質(zhì)剖

24、面為12000。勘察成果不僅要保證所選場址的整體穩(wěn)定性，而且要為場地合理規(guī)劃提供基本資料。3. 詳勘階段：這一階段勘察工作的主要任務(wù)是對規(guī)劃場址區(qū)今后可能出現(xiàn)的環(huán)境地質(zhì)問題作出盡可能明確的結(jié)論或預(yù)測；在110000建筑適宜程度分區(qū)的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確圈出各區(qū)實際可用的范圍，做為城市進行詳細(xì)規(guī)劃的依據(jù)；根據(jù)城鎮(zhèn)總體規(guī)劃中各片區(qū)場地的功能特點，分區(qū)(片)論證其地質(zhì)條件。需要指出移民遷建新址規(guī)劃的地質(zhì)勘察不能代替各個單體建筑物和公用設(shè)施工程地質(zhì)勘察，后者應(yīng)在城鎮(zhèn)新址建設(shè)過程中，針對單個建筑物的勘察設(shè)計進行。(五) 壩址主要工程地質(zhì)，水文地質(zhì)題研究三斗坪壩址位于揚子準(zhǔn)地臺基底一前震旦紀(jì)結(jié)晶巖體上，主要巖石為

25、閃云斜長花崗巖。壩址處河谷開闊，兩岸谷坡平緩，地形地質(zhì)條件均甚優(yōu)越，完全能夠適應(yīng)興建高混凝土重力壩的要求。但對三峽工程而言：有些建筑物，如永久船閘深開挖邊坡，升船機的特殊結(jié)構(gòu)及其對地基的要求，二期圍堰深厚覆蓋層基礎(chǔ)防滲，壩后式廠房深開挖基礎(chǔ)等，都對地質(zhì)勘察提出了特殊要求。盡管壩區(qū)總體地質(zhì)條件較好，但這一古老的結(jié)晶巖體，存在許多局部地質(zhì)缺陷需要查清和認(rèn)真對待。三峽工程規(guī)模巨大，大壩及廠房建基面面積達40萬m2，永久船閘開挖形成4個人工高邊坡，總長8000m(不含上下游引航道)。因此，巖體力學(xué)參數(shù)、邊坡開挖坡角和建基巖面高程的微小變化都會給工程量和造價帶來很大的影響。三峽工程建筑物類型多，大的建筑

26、物類型多達10余種。鑒于以上特點，壩址區(qū)及建筑物的地質(zhì)與巖石力學(xué)問題的勘察研究，在全面掌握基本地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，重點問題、重點地段和建筑物的重點部位，必須集中力量進行深入研究和超常規(guī)的地質(zhì)勘察。主要的研究專題有：1. 風(fēng)化殼工程地質(zhì)特性的研究包括風(fēng)化殼物質(zhì)組成，物理化學(xué)特性，形成、保存條件和控制因素，風(fēng)化巖體物理力學(xué)特性的測試和試驗等。在此基礎(chǔ)上，探討弱風(fēng)化帶下部巖體用作壩基的可能性，確定建基巖面，對深風(fēng)化槽，沿斷層裂隙加劇風(fēng)化等特殊風(fēng)化現(xiàn)象的形成規(guī)律、分布位置、性狀及其對工程的可能影響進行分析評價。充分利用施工開挖所提供條件，深入觀察和研究各風(fēng)化帶的過渡特征，接觸關(guān)系和變異情況。2. 斷裂構(gòu)

27、造研究研究斷裂構(gòu)造的成生聯(lián)系、力學(xué)屬性及其空間展布規(guī)律。深入研究斷裂形成的物理場背景(溫度、壓力、材料破壞及變形特點等)，構(gòu)造巖的類型及其性質(zhì)和后期蝕變特征，深化對不同時期、不同方向斷裂的展布規(guī)律及其工程特性的認(rèn)識。工程施工后，充分利用100余萬m2面積的基礎(chǔ)開挖面，運用摩擦流變學(xué)理論重新研究和認(rèn)識壩址斷裂構(gòu)造的形成條件，生成序次及其組合形式。3. 緩角結(jié)構(gòu)面的工程地質(zhì)研究通過地表調(diào)查，大量勘探資料的統(tǒng)計分析， 鉆孔彩色電視觀察及定向取芯鉆探和大口徑鉆探，研究緩傾角結(jié)構(gòu)面的成因、分布規(guī)律、性狀及其力學(xué)特性。在壩基范圍內(nèi)進行緩傾角結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度分區(qū)，統(tǒng)計分析得出壩基緩傾角結(jié)構(gòu)面的優(yōu)勢方向及其連通

28、率。對緩傾角結(jié)構(gòu)面發(fā)育且不利于建筑物穩(wěn)定的局部地段，如左廠1#5#機壩段，升船機上閘首壩段，準(zhǔn)確確定長大緩傾角結(jié)構(gòu)面的位置、產(chǎn)狀、延伸范圍及性狀，在此基礎(chǔ)上，提出確定性概化地質(zhì)模型，進行壩基深層抗滑穩(wěn)定性分析計算。4. 巖體卸荷帶特征研究通過對平硐、豎井、鉆孔的調(diào)查統(tǒng)計，鉆孔聲波及電阻率曲線、單位吸水量變化，緩傾角結(jié)構(gòu)面風(fēng)化水蝕跡象等資料綜合分析，得出不同地貌單元卸荷帶特征、深度及卸荷作用對壩基巖體工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，特別是對主河槽強透水帶的形成的影響。5. 壩基巖(土)體水文地質(zhì)特性研究在大量滲透試驗及全面分析壩基巖體滲透特性的基礎(chǔ)上，圈劃出較嚴(yán)重透水地段，研究其成因及其與建筑物的關(guān)系。

29、進行裂隙巖體透水性的不均一性、各向異性及疏干效應(yīng)的現(xiàn)場試驗和物理數(shù)學(xué)模型研究，求取裂隙巖體的各向異性滲透參數(shù)。結(jié)合地下水長期觀測，了解基巖裂隙水動力特征、動態(tài)變化特征及其影響因素。6. 大壩建基巖體結(jié)構(gòu)及質(zhì)量研究利用大量勘探資料及試驗成果，進行壩基巖體結(jié)構(gòu)類型的劃分。采用多因子綜合分析的方法，對大壩建基巖體進行質(zhì)量分級、分區(qū)和評價，并以此作為壩基巖體質(zhì)量驗收的依據(jù)。7. 深挖巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性研究在自然邊坡和人工開挖邊坡調(diào)查的基礎(chǔ)上，確定全強風(fēng)化巖體開挖邊坡坡角；根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)、巖體及結(jié)構(gòu)面強度、斷層及裂隙的展布及組合、地下水動力特征、巖體初始應(yīng)力等因素，對微風(fēng)化、新鮮巖體的開挖邊坡分別進行整體穩(wěn)

30、定與局部穩(wěn)定的研究；通過地質(zhì)力學(xué)模型，極限平衡，二維、三維有限元分析等多種方法綜合研究，提出開挖坡角、開挖型式及邊坡加固、排水措施的建議；研究并不斷完善高邊坡超前地質(zhì)預(yù)報的技術(shù)和方法。利用永久船閘邊坡開挖的有利條件，在詳細(xì)地質(zhì)編錄和結(jié)構(gòu)面調(diào)查統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，進行高邊坡工程地質(zhì)分區(qū)，建立地質(zhì)概化模型，進行高邊坡變形因素分析及變形趨勢預(yù)測，系統(tǒng)進行高邊坡變形監(jiān)測。8. 巖(土)體力學(xué)特性試驗研究在早期試驗成果的基礎(chǔ)上，又系統(tǒng)地補充了大量的室內(nèi)、現(xiàn)場試驗、著重研究了影響混凝土與基巖結(jié)合面抗剪強度的主要因素，不同風(fēng)化帶和結(jié)構(gòu)類型巖體的強度、變形特性和不同結(jié)構(gòu)面的抗剪強度。(六) 天然建筑材料勘察三峽工程

31、所需天然建筑材料，種類多、數(shù)量大。三峽工程從開始勘察設(shè)計到正式?jīng)Q策興建，歷時40余年，其間社會經(jīng)濟條件的巨大變化，最直接、最顯著的影響之一就是天然建筑材料場地條件的變化。因此，三峽工程在天然建筑材料選擇和設(shè)計方案之間，形成了一個錯綜復(fù)雜的關(guān)系，給天然建筑材料的勘察帶來了復(fù)雜的局面和眾多的要求。其中最主要的研究內(nèi)容有：(1) 混凝土骨料類型勘察。三峽工程混凝土所需粗細(xì)骨料達4171.3萬m3，因此經(jīng)濟合理地選擇混凝土骨料的料源、料種和料場，不僅直接影響工程造價，還涉及到施工總體布置，對外交通方案的選擇等，具有巨大的經(jīng)濟效益。先后勘察研究過長江干支流河床、漫灘的天然砂礫石料，花崗巖風(fēng)化砂，壩基花崗

32、巖開挖料，壩址周圍6個碳酸鹽巖及結(jié)晶巖人工骨料場等。通過反復(fù)比較研究，最終確定一期工程選用黃柏河南村坪天然砂礫石料，二、三期工程則選用下岸溪花崗巖人工骨料。(2) 混凝土骨料質(zhì)量和加工工藝的論證研究。包括風(fēng)化砂淘洗、加工、篩選以減少黑云母和去掉風(fēng)化長石途徑的研究；天然骨料、人工骨料堿活性反應(yīng)研究；不同類型骨料單獨或混合使用及不同配比條件下混凝土的技術(shù)指標(biāo)和性能研究；結(jié)晶巖人工骨料加工破碎方法及設(shè)備的研究等。混凝土人工骨料質(zhì)量的研究中，堿活性反應(yīng)的研究占了最重要的位置，采用了目前國際國內(nèi)通用的各種方法進行比較研究，包括巖相法、化學(xué)法、砂漿長度法、快速測定法、混凝土棱柱體法等。(3) 土料的勘察研

33、究。三峽工程的土料主要用于各期土石圍堰及茅坪溪防護大壩的防滲。早期勘察的峽內(nèi)外土料場，隨著歲月的流逝，均已成為重要的工農(nóng)業(yè)基地或移作它用，無法滿足任何一項建筑物防滲工程的需要。最終實施的結(jié)果，一、二、三期土石圍堰以及隔流堤，均采用高噴墻或混凝土防滲墻方案，茅坪溪防護大壩則采用瀝青混凝土心墻方案。(4) 圍堰填筑料的勘察、試驗與研究。圍填筑料主要利用壩址建筑物開挖的風(fēng)化砂礫土。風(fēng)化砂礫土用作圍堰填筑料的關(guān)鍵因素是水下拋填后的質(zhì)量能否滿足堰體強度的要求。為此，進行了大量的試驗研究工作，包括天然狀態(tài)下的礦物、化學(xué)成分分析，風(fēng)化砂礫土現(xiàn)場顆粒級配、含泥量、天然容重、天然含水量測定，在剪、壓、震、沖、浸

34、泡等條件下的級配穩(wěn)定性試驗，以及天然和水下拋填后各種力學(xué)性能、滲透性能的試驗研究對比分析等。三、幾點體會組織實施三峽工程這一巨型水利水電工程地質(zhì)勘察研究，有以下幾點主要體會：(1) 注意多學(xué)科和邊緣學(xué)科的協(xié)調(diào)、搭接和配合。三峽工程地質(zhì)地震問題的研究，僅地質(zhì)學(xué)就直接涉及10余門學(xué)科，此外尚有地理學(xué)、地貌學(xué)、地震學(xué)、地球物理學(xué)、巖土力學(xué)、測量學(xué)、土木工程、水利工程、建筑材料、環(huán)境科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域。將這些學(xué)科中為三峽工程地質(zhì)地震問題研究服務(wù)的有關(guān)專業(yè)有機地組織協(xié)調(diào)起來，圍繞特定的課題從事專題研究，是一項至關(guān)重要的工作。這就需要了解每一學(xué)科和專業(yè)在回答有關(guān)問題中能夠起到作用和能解決問題的程度，以便合理地加以應(yīng)用，并取得有效的成果。做好這一工作的另一個重要條件是充分發(fā)揮有關(guān)高學(xué)院校和科研單位的優(yōu)勢。對待這一問題，生產(chǎn)單位和技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)持積極開明的態(tài)度。三峽工程先后有兩次規(guī)模宏大的全國性科研協(xié)作攻關(guān)，工程開工后，也有選擇地與有關(guān)高等院校和科研單位密切合作進行專題研究，在一些重大問題上，都取得了很好的研究成果，充分體現(xiàn)出了科研和生產(chǎn)相結(jié)合的強大生命力。(2) 充分、適時地應(yīng)用先進科學(xué)技術(shù)。實踐證明，為了深入研究和正確回答三峽工程有關(guān)的重大地質(zhì)問題，充分、適時地應(yīng)用先進科學(xué)技術(shù)是一項關(guān)鍵措施，在這方面三峽工程有許多好的經(jīng)驗。如區(qū)域地殼穩(wěn)定性和