黄河水电站工程预可行性研究报告.docx
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黄河水电站工程预可行性研究报告
黄河XX水电站工程
预可行性研究报告
3工程地质
国家电力公司XX勘测设计研究院
工程勘察研究院
附图目录
序号
图名
比例
图号
1
黄河XX水电站工程区域地质图
1:
200000
DHJY-D-01
2
黄河XX水电站水库区工程地质平面图
1:
10000
DHJY-D-02
3
水库Ⅰ#滑坡Ⅰ－Ⅰ工程地质纵剖面图
1:
1000
DHJY-D-03
4
水库杏儿沟滑坡（群）Ⅰ－Ⅰ工程地质纵剖面图
1:
2000
DHJY-D-04
5
水库区下赵家浸没预测剖面图
1:
1000
DHJY-D-05
6
黄河XX水电站上坝址工程地质平面图
1:
1000
DHJY-D-06
7
上坝址坝轴线工程地质剖面图
1:
1000
DHJY-D-07
8
上坝址坝轴线水文地质渗透剖面图
1:
1000
DHJY-D-08
9
上坝址河床纵剖面图
1:
1000
DHJY-D-09
10
上坝址泄洪闸工程地质剖面图
1:
1000
DHJY-D-10
11
上坝址发电引水渠轴线工程地质平面图（1/2、2/2）
1:
2000
DHJY-D-11
12
上坝址发电引水渠轴线工程地质剖面图
1:
1000
DHJY-D-12
13
上坝址引水发电厂房轴线、后边墙工程地质剖面图
1:
1000
DHJY-D-13
14
黄河XX水电站下坝址工程地质平面图
1:
1000
DHJY-D-14
15
下坝址坝轴线工程地质剖面图
1:
1000
DHJY-D-15
16
下坝址坝轴线水文地质渗透剖面图
1:
1000
DHJY-D-16
17
下坝址厂房中心线工程地质剖面图
1:
1000
DHJY-D-17
18
下坝址泄洪闸轴线工程地质剖面图
1:
1000
DHJY-D-18
19
天然建筑材料产地分布图
1:
25000
DHJY-D-19
20
干河滩砂砾料、坝壳料场综合地质勘察成果图
1:
2000
DHJY-D-20
21
张家村土料场综合地质勘察成果图
1:
2000
DHJY-D-21
3.1前言···········································
3.2区域地质概况····································
3.2.1地层岩性······································
3.2.2地质构造······································
3.2.3区域稳定性及地震·······························
3.3水库区工程地质条件·······························
3.3.1基本工程地质条件·······························
3.3.2主要工程地质问题及评价·························
3.4坝址区工程地质条件·······························
3.4.1基本工程地质条件·······························
3.4.2岩（土）体物理力学特性····························
3.4.3主要工程地质问题及评价··························
3.4.4坝址比较及选择意见······························
3.5推荐坝址主要建筑物工程地质条件·····················
3.5.1主坝坝基工程地质条件······························
3.5.2副坝坝基工程地质条件······························
3.5.3发电引水渠工程地质条件························
3.5.4厂房区工程地质条件······························
3.5.5前池工程地质条件································
3.5.6泄洪闸工程地质条件··························
3.6比较坝址主要建筑物工程地质条件·····················
3.6.1主坝坝基工程地质条件·····························
3.6.2副坝坝基工程地质条件······························
3.6.3厂房区工程地质条件·······························
3.6.4泄洪闸工程地质条件·······························
3.7天然建筑材料·······································
3.7.1概况·············································
3.7.2砼骨料········································
3.7.3坝壳料··········································
3.7.4防渗土料········································
3.8结论及今后工作建议·································
3.1前言
XX水电站位于青海省民和县和甘肃省积石山县交界的黄河干流上,是黄河上游龙（羊峡）—刘（家峡）河段规划的第七座中型电站，拟选坝址（上坝址、下坝址）位于XX黄河大桥上游，距积石峡坝址6.3Km。
坝址区以黄河为界，左岸属青海省民和县官亭镇，距民和县城92Km；右岸属甘肃省积石山县XX镇，距积石山县城29Km。
对外有青海省川官（民和-官亭）公路，交通方便。
该电站以发电为主。
设计正常蓄水位1783m，与积石峡水电站尾水衔接,坝顶高程1785m，最大坝高上坝址15m、下坝址46m,装机容量上坝址（引水方案）220MW、下坝址（河床式厂房）140MW,总库容上坝址约367万m3、下坝址约560万m3，工程属中型三等工程，主坝坝型为砂砾石堆石坝，副坝坝型为均质土坝。
枢纽主要建筑物为三级，由拦河大坝、发电引水渠（上坝址）、厂房、泄水闸、开关站等建筑物组成，
1990年4月底对该枢纽进行了规划选点踏勘工作，1991年5月底陆续开始地勘工作，同年11月提交《黄河龙羊峡—刘家峡河段中型电站规划阶段XX水电站工程地质报告》。
2001年4月中旬，我院中标XX水电站预可行性研究阶段的勘测设计工作，5月中旬专业人员进行现场踏勘，拟选上、下两个坝址进行预可行性研究阶段的工作，于10月底完成本阶段的全部勘测工作。
2002年2月规划院专家组对预可研报告初稿进行了咨询，并提出咨询意见。
主要勘测工作量见表3—1—1。
3.2区域地质概况
3.2.1地层岩性
本区出露的地层有前震旦系、白垩系、上第三系及第四系，由老到新分述如下：
1．前震旦系（ANZ）
主要分布在积石峡出口以南、大东峡西侧地区。
岩性为绿色黑云母角闪片岩、石英片岩、后期侵入安山岩、闪长岩、细晶花岗岩，岩质坚硬，多形成陡峻山岭，出露高程在1900m以上。
2．白垩系（K）
河口群下部岩组，分布于积石峡两岸，岩性为紫红色—紫灰色砾岩、中细砂岩、泥质粉砂岩。
砾岩呈巨厚层状，分布于黄河两岸陡坡，夹条带状或透镜状砂岩，岩质坚硬，钙质胶结较好。
3．上第三系（N2）
为上新统临夏组（N2L）地层，广泛分布于丹阳川地，Ⅲ级阶地和低山，坝址区是一套紫红色—浅紫红色砂砾岩、砂岩、粘土质泥岩，一般呈夹层或互层状出露，其上部为一套粘土质泥岩夹薄层砂岩，杏儿沟为青灰色砂岩，产状为NW297°SW∠24°。
大板梁至杏儿沟一带为紫红色粘土岩、粘土质泥岩与砂层呈互层。
右岸红泥湾一带为含砾泥质砂岩夹砾岩，产状为NE75°SE∠17°，近底部夹一层钙质团块状砾岩，厚约4m。
上述岩层属湖相沉积，岩相变化较大。
XX水电站勘测工作量统计表
表3-1-1
项目
单位
坝址区
水库区
天然建材
合计
规划
预可研
规划
预可研
规划
预可研
地形测量
平
面
1:
2000
Km2
5.81
1.5
7.31
1:
1000
Km2
1.37
1.37
剖
面
1:
2000
km/条
1:
1000
km/条
地质测绘
平面
1:
10000
Km2
10
10
1:
2000
Km2
0．8
3.8
0.43
5.23
1:
1000
Km2
1.37
1.37
剖面
1:
2000
Km
0．608
4.16
5.726
10.494
1:
1000
Km
4.23
0.35
4.58
勘
探
钻探
m/孔数
197.85/5
787.28/23
35.70/2
1020.83/30
硐探
m/硐数
40/2
40/2
井探
m/井数
82/11
20.6/3
61.8/11
164.4/25
坑槽探
m3
2828
358.6
826.9
4013.5
物
探
硐壁声波测试
m
22.5
22.5
地震法剖面
m/条
350/4
1445/8
1795/12
面波法剖面
m/条
136/2
136/2
试
验
野
外
试
验
钻孔压水
段
20
104
124
钻孔抽水
段
1
1
2
砂砾石渗透试验
组
3
3
建材筛分
组
15
15
容重
组
19
19
室
内试验
块石料物力性质试验
组
15
15
岩石物力性质试验
组
3
15
18
砂砾石常规试验
组
6
6
土工试验
组
10
10
毛细上升高度
组
3
3
水质简分析
组
10
15
25
坝壳料试验
组
10
10
4．第四系（Q4）
第四系地层广泛分布，以洪积、冲积、山麓堆积等为主。
冲积砂卵砾石（Sgr）：
分布于Ⅱ、Ⅲ级阶地、现代河床及河漫滩。
Ⅱ级阶地砂卵砾石层厚20～30m，Ⅲ级阶地砂卵砾石层厚3～5m，其中砂卵砾石含量约占60～70%，其余为大块石及漂石。
现代河床及河漫滩覆盖层厚4.5～10m，以砂卵砾石为主，局部夹0.5～1.0m的含砾砂层、含砂砾粉土层，零星可见大块石、漂石。
土黄色砂壤土（SL）
广泛分布于Ⅱ、Ⅲ级阶地上部，一般厚0.5～1.5m，局部厚达2.5m左右，成因以冲洪积为主，颗粒组成主要为粉粒及粘粒，粘粒含量较高，其间夹有集积灰白色角砾碎（片）石，层厚1～2m，多呈透镜状分布。
紫红色粘质土
分布于大板沟洪积扇表部，厚2～6m，夹有碎石，粘粒含量超过30%，湿润状态时结合力极强，干燥时坚硬。
冲积块碎石（Q4pl）
广泛分布于大冲沟及沟口洪积扇，厚5～10m，多见大块石、漂石，洪积物颗粒大小悬殊，分选性差。
崩坡积物
分布于山麓缓坡或坡脚一带，结构松散，颗粒组成大小悬殊，厚数m～数十m。
3.2.2地质构造
本区大地构造单元属祁吕弧形西褶带的次级构造循化槽地与河西系次级构造单元的阿勤卡金山—当蕊五台山—达里加隆起带及官亭—临夏拗陷带的构造复合部位。
工程区地处官亭—临夏拗陷带西边缘，西侧为阿勤卡金山、当蕊五台山、达里加隆起带，东侧为官亭—临夏拗陷带，北侧为官亭帚状构造，南侧为关滩帚状构造，见图3-2-1。
循化槽地大致呈NW290～300°向延伸，为祁吕弧形西褶带一系列多字型槽地最南边的一个。
其基底为三迭系砂岩、板岩和前震旦系片麻岩、条带状混合岩及侵入岩体，上覆地层主要为中、新生代陆相沉积的红色岩系。
由于新生代沉积物的覆盖和河西系的隆起、拗陷带与祁吕系槽地反接、复合等干扰，致使槽地内祁吕系构造形迹显示不清。
河西系构造形迹在本区表现十分明显，以隆起带与拗陷带相间展布，方向NW330～345°。
上覆地层主要为新生代第三纪陆相沉积的红色岩系。
河西系影响本区的主要断层和旋扭构造有：
关门断层（黄河—百岭沟斜冲断层F15）：
该断层规模较大，在积石峡峡谷出口处通过，构成河西系官亭—临夏拗陷带的西界。
形成于加里东时期，中、新生代均有活动。
断层横跨黄河，南北延伸20余Km，北端被北西断裂所截。
断层西盘为白垩系砾岩、砂砾岩、泥质粉砂岩，东盘为第三系上新统棕红色粘土质泥岩、砂岩、砂砾岩。
断裂总体近南北走向，倾向西，倾角65～70°,破碎带宽数十m，局部达百m，构造岩破碎，挤压特征明显。
西侧砂砾岩以脆性破裂为主，形成密集的剪切劈理构造。
东侧泥岩表现为强烈的塑性揉皱和挤压页理构造，断层面有斜的擦痕，倾向南，倾伏角42°，西盘相对于东盘作逆冲并伴有右旋走滑分量。
该断裂通过处，黄河Ⅲ级阶地（图3—2—2）以下各阶地均未发现错断现象，说明该断层活动主要在晚更新世以前。
XX—关滩断裂（F18）：
该断层距XX坝址下游约1Km处通过，断层北起毛家山，经XX南至百岭沟，全长70Km，断面略呈舒缓波状，总体呈NW340～335°延伸，南北两端多见新生界地层冲覆于上新统红层之上，破碎带宽度差别较大，显示强烈的挤压特征。
断层构成临夏拗陷盆地边界，西侧自第三纪以来大幅度隆起，东侧堆积了近千米的上新统和第四系碎屑物，块体间的差异运动明显。
在石王家一带和南侧堡百沟见白垩系砂砾岩冲覆于上新统红层之上，北侧杏儿山东坡，断层置于上新统地层内部，两盘产状显著不协调，岩性亦有差异，西盘为棕红色砂质泥岩夹砂岩构成了向斜构造，向南东东方向翘起，东盘以厚层状砂砾岩夹砂岩为主，破碎带宽3m，构造岩以碎裂集块为主，主断面产状NW330°SW∠72°（图3—2—3）。
断层以逆冲挤压为主兼右旋走滑。
该断层强烈活动在中更新世中晚期，晚更新世晚期以来无明显的活动。
协拉断裂（F19）：
协拉断裂位于XX以北，该断层北起多希庄一带，南东至XX坝址上游杏儿沟—干河滩通过，方向NW340°，全长30余Km。
沟两侧岩层产状有差异。
协拉林场剖面地层均属白垩系，岩性组合特征有很大变化，断层面产状NW322°NE∠87°，构造岩以碎裂岩和碎屑岩主，宽度10余m，影响带可达数十m。
断层在中更新世中晚期有过活动，晚更新世即进入相对稳定状态。
官亭帚状构造：
展布于坝址区以北，涉及范围约140Km2，发育较好，前震旦系、寒武系、白垩系及第三系地层均被卷入。
向北西撒开，南东收敛，显示顺时针扭动特征。
3.2.3区域稳定性及地震
本区构造活动呈现为差异性上升运动，由于北北西一系列断层的活动，使隆起带和拗陷带相间发育。
关门断裂、XX—关滩断裂都牵动了第三系地层，它们逆冲于老地层之上，XX—关滩断裂为官亭—临夏拗陷带西侧边界，断裂延伸70Km，控制本区活动格局。
盆地内沉积巨厚层第三系红层，上覆第四系松散堆积物。
总之本区断裂普遍切割上新统地层，均未见到切割晚更新世地层，表明在上更新世末，更新世早期和中期都曾有过强烈活动。
它们大体上都终止于距今11～26万年间，多数在20万年左右（表3—2—1），中更新世晚期以来的活动迹象不明显。
根据国家地震局1990年出版的1：
400万全国地震烈度区划图，本区在50年超越概率为10%时的地震基本烈度为Ⅶ度。
国家地震局地壳应力研究所在《黄河积石峡水电工程地震基本烈度复核和地震危险性研究报告》和兰州地震研究所（78）兰震研烈便字第020号文《黄河李家峡—刘家峡区段地震基本烈度意见》中，均认为本区地震基本烈度为Ⅶ度。
其重现期为475年，基岩地震水平加速度为0.11g。
XX水电站距积石峡仅6.2Km，可取相同地震基本烈度和动参数。
综上所述，工程区的主要断裂自中更新世晚期以来无明显活动迹象，最新活动距今11～26万年；工程区周围100Km范围内有记载的破坏性地震共26次，其中7级地震2次，6～6.9级3次，4.75～5.75级21次，这些地震对坝址区的最大影响烈度均末超过Ⅶ度；附近的Ⅶ度危险区距积石峡坝址都大于25Km（图3-2-4），对积石峡坝址的影响烈度均不大于Ⅶ度，地震台网记录的库坝区弱震分布频度和密度也均低于外围地震带。
因此，工程区属区域构造基本稳定区。
断层活动年代鉴定结果汇总表
表3—2—1
样品号
代表性断层
样品性质
热释光年龄
（千年）
其它
1490C—1
XX—关滩（F18）
Ⅲ级阶地冲积物
15.076±0.306
断层上覆物质
TL90—2
XX—关滩（F18）
Ⅲ级阶地上部
3.70±0.74
断层上覆物质
TL90—3
XX—关滩（F18）
断层泥
262.71±44.66
TL90—4
协拉（F19）
断层泥
212.76±36.17
TL90—9
关门（F15）
断层泥
253.20±50.64
TL90—10
关门（F15）
～
级地砂砾石
152.01±30.40
断层上覆物质
TL90—11
关门（F15）
冲积砂砾石
41.59±8.31
断层上覆物质
3.3水库区工程地质条件
3.3.1基本工程地质条件
XX水电站正常蓄水位1783m时,水库全长约5.5km,与上游积石峡水电站尾水相衔接,总库容上坝址约367万m3、下坝址约560万m3，其中峡谷段为积石峡峡谷出口段，长约500m，其余为川地水库。
3.3.1.1地形地貌
XX水库库尾500m峡谷，两岸呈不对称的“U”型，左岸高陡，右岸相对较缓；黄河出峡口进入较开阔平坦的丹阳川。
川地库段河流蜿延曲折，总体流向NE40°，水面宽一般100～150m，平均水力坡降2‰。
大型冲沟有左岸的大板沟、杏儿沟，右岸的大东峡、干河滩沟，沟长一般为十几Km，沟口堆积巨大洪积扇，构成河流凸岸。
左岸张家村—赵木川、右岸干河滩下游一带地形开阔平坦，为Ⅱ级洪冲积侵蚀堆积阶地，台面高出河水面22～25m，宽500～700m，阶地前缘坡角40～50°。
右岸Ⅱ、Ⅲ级阶地发育，Ⅲ级阶地高出河水面85m，红泥湾Ⅲ级阶地基座为第三系红层组成的较陡的岸坡。
Ⅰ级阶地较窄小，不发育。
综观河川两岸，冲沟深切发育，为宽阔洪积扇和平坦阶地相间展布的地貌景观，地势平坦，广布农田。
3.3.1.2地层岩性
（1）白垩系（K）河口群下部岩组
分布于积石峡两岸，岩性为一套紫红色—紫灰色砾岩、中细砂岩、泥质粉砂岩。
砾岩呈巨厚层状构造，位于黄河两岸陡坡，其间夹有条带状或透镜状砂岩，岩性坚硬，钙质胶结较好，力学强度较高，抗风化能力强。
紫红色中～薄层状中细砂岩和岩性较软弱的砖红色泥质粉砂岩，常与砾岩呈夹层或互层状出露，其中伴有软弱夹层发育，在岸坡中部多形成缓坡。
（2）第三系上新统临夏组（N2L）
第三系上新统临夏组（N2L）广泛分布于丹阳川地，是构成库盆的基岩主体。
丹阳川阶地基座及两岸山体均为该套地层，岩性为紫红色—浅紫红色—砖红色砾岩、砂砾岩、砂岩、粘土质泥岩，一般呈夹层或互层状出露。
（3）第四系松散堆积物（Q）
冲积砂卵砾石、冲洪积砂卵砾石夹块碎石、砂壤土、崩积块碎石、坡积块碎石土等。
3.3.1.3地质构造
库区内主要断层有：
关门断层（F15）、协拉断裂（F19），均横切库岸，向两岸内侧延伸。
库区基岩以第三系红层为主，岩层产状为NW297～325°SW∠18～34°，个别产状为NE75°SE∠17°。
断裂按走向分为三组：
（1）北北东组：
NE15～33°NW∠70～88°，宽1～3cm，张性，充填物以片状粘粒为主，个别有方解石，未胶结，面平直粗糙。
呈小断层出现的错距一般有0.2～1m。
该组较发育。
（2）北北西组：
NW330～355°NE或SW∠70～88°，宽0.3～0.5cm，剪性，充填粘土及碎屑，面平直光滑，较密处间距2m。
（3）北东东组：
NE82°～EW，倾NW或N，倾角70～85°，不甚发育，个别为小断层，有明显错距。
3.3.1.4水文地质条件
库区内较大的冲沟有：
右岸的干河滩沟、大东峡沟；左岸的杏儿沟、大板沟。
干河滩沟、大东峡沟内有常年流水，其流量变化受大气降水影响。
杏儿沟、大板沟为季节性流水。
地下水类型按其埋藏条件可分为基岩裂隙水和覆盖层孔隙性潜水两类。
基岩裂隙水主要赋存、运移于基岩裂隙中,排泄于黄河及附近沟谷。
孔隙性潜水：
主要埋藏于河床、漫滩、两岸阶地，接受河水和大气降水补给，水量丰沛；冲沟口洪积碎块石土层及崩坡积块碎石层中有季节性潜水，受大气降水补给，排泄于黄河或附近低洼地带。
基岩裂隙水一般埋藏较深，取样难度大。
孔隙性潜水（表3—3—1）水化学类型为HCO3-—Ca2+、HCO3-—Ca2+·K++Na+、HCO3-—K++Na+、HCO3-·SO42-·Cl-—K++Na+·Ca2+、HCO3-·Cl-·SO42-—K++Na+·Ca2+型水，说明不同地段水化学类型不同。
黄河河水水化学类型为HCO3-—Ca2+·K++Na+型水。
3.3.1.5物理地质现象
库区物理地质现象主要表现为岸坡岩体的卸荷、松动变形、滑坡及崩塌等。
由于岩性、岩层产状与河流、岸坡的关系，加之结构面组合，卸荷、松动变形及崩塌现象主要发育在峡谷段500m范围，一般出露位置较高或体积有限，水库蓄水对其无影响，不影响水库正常运行。
库区内规模较大的滑坡有二处，分别为水库Ⅰ#滑坡、杏儿沟滑坡（群）。
1.Ⅰ#滑坡位于积石峡峡谷出口段右岸（积石峡坝址下游Ⅰ#滑坡），地貌型态上呈两头小、中间大的圈椅状地形（图3-3-1），后缘有一近似圆弧形的低洼地带，其上覆盖坡积黄土状砂壤土。
前缘堆积高程1790～1820m，后缘高程2070m，滑坡剪出口最低高程1770m。
南北向长约500m，滑坡平均厚度60m左右，最厚处达80m，总方量约1350m3。
主滑方向为NE18°。
滑坡两侧为深切冲沟所限，东侧为关门上沟，西侧为右下沟，两沟汇合于滑体后壁。
按滑体物质成分的不同，结构形态特征的差异，将其分为三个小区（图3-3-1、3-3-2）。
Ⅰ区为滑动区，后期曾有过独立于主滑体的再次活动；Ⅱ区为蠕变区，在滑坡形成过程中有过整体短距离运动，后期无活动迹象；Ⅲ区为蠕动区，以整体小位移的蠕动为特征。
该滑坡的滑床由白垩系K11和K12的砾岩、砂岩岩层组成，其产状为NW300～320°NE∠35°左右。
总体看，滑床具上陡下缓的特征，形态呈躺椅状，以顺层为主，大致可分为后缘拉裂面、中部滑移面、前缘切层（反翘）剪断面。
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