黃河大柳樹水利樞紐主要工程地質問題及評價（發布日期：2007-1-27）
大柳樹水利樞紐位於黃河上游蒙特內哥羅峽出口以上2km處，設計壩型為混凝土面板堆石壩，最大壩高約164m，庫容110億m3，裝機2000mw，是以優化水資源配置、灌溉、供水、發電以及防洪、防凌、南水北調西線工程調水調節等綜合利用為目的的一座大型水利樞紐工程。
大柳樹勘察設計工作始於20世紀50年代，多年來原水電部北京勘測設計院、西北勘測設計院、水利部天津勘測設計院等先後做過勘察工作。國家**局、中國科協、地礦部、蘭州大學等有關科研單位、大專院校對某些專門性地質問題做過研究。對大柳樹水利樞紐主要地質問題一直存在較大爭議，集中反映在建壩的**地質條件和工程地質條件上，對是否存在工程抗斷問題和「大範圍鬆動岩體」認識不一致。
經過多年勘察論證，關於大柳樹水利樞紐建壩的地質條件已基本查明，現就有關地質問題評價綜述於後。
1區域構造穩定性能
1.1區域構造發育特徵
本區地處青藏高原東北緣、祁連山地槽北側的走廊過渡帶東端。北部為比較穩定的大陸地台區，東部為鄂爾多斯西緣拗陷帶，其形成和發展受到青藏高原隆起的動力學機制的制約。本區經歷了多次構造運動，構造形跡發育。
根據其力學屬性、活動特徵、成生聯絡和復合關係等，可分為東西向、隴西系和河西系3個構造帶。
1.1.1東西向構造帶
東西向構造帶，展布於北緯37°～38°之間，如衛寧北山，蒙特內哥羅－紅山－紅石溝峁一帶，五佛川－大廟斷層等。主要由近東西向展布的壓性斷裂和褶皺組成，構造形跡多呈舒緩波狀展布。構造形跡形成於加里東期，一直活動到燕山運動早期。
1.1.2隴西系旋扭構造帶
隴西系旋扭構造帶，對本區構造格局起著控制作用。該帶形成於燕山運動晚期，主要由向北東方向凸出的弧形隆起帶和拗陷帶組成。區內主要發育有景泰－海原斷裂帶和中衛－同心斷裂帶。
（1）景泰一海原斷裂帶：景泰－海原斷裂帶以公尺家山、西華山與南華山隆起及西側山前斷裂為主體，總長度達400餘km，頻寬15～25km。斷裂規模大，且呈束狀展布。
沿斷層走向可見到溝谷、水系、山脊等微地貌被左旋錯斷。該斷裂帶不僅有多次活動，且全新世以來還在強烈地活動。據國家**局專題研究成果，該斷裂帶為殼內斷裂。
（2）中衛－同心斷裂帶：展布於同心西和中衛南的天景山、香山北麓一線。全長約200km。
以紅穀梁為界，斷裂帶西段走向北西西至近東西向，北側是以中新統為基底的山前台地及第四紀中衛盆地；南側是古生界為主體的寬大山體。斷裂帶東段走向由北西西向逐漸轉化為北北西向，東側為新生代清水河斷陷盆地，西側是新生代地層組成的低山丘陵。據重力梯度測試，該斷裂帶下切深度不大，屬基底斷裂。
1.1.3河西系構造帶
河西系是本區新生代以來發展起來的構造形跡。其總體走向為nw320°～340°，略呈等距平行斷續帶狀展布。控制著新生代槽地和谷地的發育，地貌上常形成沖溝。
區內河西系構造帶主要分布於粉石溝及其以東地段和小觀音附近苦水溝及翠柳溝等地。
1.2新構造運動
受青藏高原隆起影響，本區存在一系列向北東凸出的弧形斷裂帶，由南而北其彎曲弧度愈來愈大，下切深度逐漸減小。構造規模與活動速率，由南向北由強變弱。
大柳樹壩址位於景泰—海原活動斷裂帶和中衛—同心、活動斷裂帶之間香山—天景山隆起的邊緣，是乙個相對穩定地區，儘管距中衛—同心活動斷裂帶較近，但壩址並不位於活斷層上。
景泰—海原斷裂帶位於大柳樹壩址以南60km處。斷裂帶規模大，活動性強。在該斷裂帶上近代**活動頻繁，2023年海原8.
5級**即發生在該帶上。這次**對大柳樹壩址影響烈度為7度。
中衛—同心斷裂帶規模相對較小，活動性較弱。該斷裂帶在不同部位活動強度也不盡相同。總體來看，弧頂部位所在的中間段落要強於兩端段落；以東大溝為界，東段活動強度要強於西段。
東段斷裂南側香山、天景山與北側第四紀衛寧盆地高差達1100m，而西段斷裂帶兩側地形高差僅為700～800m。
從水系位移情況來看，東段經過斷裂的沖溝普遍發生左旋位移，紅穀梁至鹼溝，各類沖溝左旋位移十分明顯，且有許多斷頭溝和廢棄溝出現。西段水系左旋位移不明顯。
東段斷裂北側衛寧盆地第四系堆積物揭露最大厚度達298m，而西段斷裂北側為騰格里沙漠南緣，第四系厚度很小，在溝谷內多見基岩出露。
2023年和2023年發生的2次6級以上強震震中集中於斷裂東段，西段沒有6級以上強震。1970～2023年西段斷裂帶上僅有1次2.0～4.
9級小震活動，而東段，2.0～4.9級小震卻有37次。
2023年中衛南7.5級**，東段見有明顯的**形變帶，而西段**形變帶不明顯。此次**對大柳樹壩址影響烈度為8度。
1.3大柳樹壩址不存在工程抗斷問題
1.3.1壩區主要斷裂展布
大柳樹壩址位於斷層f7與f3之間，北至f7斷層最近距離0.8km，南距f3斷層約0.7km，壩址南側約3.
2km有f1斷層展布。f201斷層位乾f7斷層以北0.7km處，距大柳樹壩址最近距離為1.
5km。
f7斷層：沿香山北麓分布，西起麻雀灣，東至粉石溝，長約23km。產狀nw70°～80°se∠40°～70°，是一條壓性逆斷層。
南盤為寒武系中統香山群第四亞群，區域性地段為泥盆系，北盤為石炭系煤系地層。
f3斷層：長約10km。斷層走向ne65°～80°，近直立。
東段在煙筒梁附近與f7斷層歸併，西段在在賊溝一帶歸併於f1斷層，為f1和f7的分支斷裂。北盤為中寒武系香山群第四亞群或泥盆系，南盤為石炭系煤系地層。
f1斷層：位於壩址南側，延伸長度31km。斷層產狀ne80°～nw300°se（sw）∠51°～78°。斷層總體表現為中寒武系香山群第四亞群，向北逆衝到石炭系或三疊系之上。
f201斷層：西起麻雀灣，向東延伸至長流水溝口，全長約8km。斷層走向ne75°～nw280°，傾向南東或南西，傾角50°～80°。
不同出露位置，斷層影響地層也不盡相同。在西端麻雀灣一帶可見石炭系地層逆衝到第三系之上，東端長流水溝口石炭系地層則逆衝到第四系沖積砂礫石之上。
從斷層規模來看f201斷層明顯小於其南側的f7、f3、f1斷層，無論從平面還是剖面上，與上述斷層均無交切。
1.3.2壩址區不存在活斷層
壩址構造均受斷層f7與f3控制，因此，壩址斷層的活動性主要取決於斷層f7與f3的活動性。
f7斷層：該斷層活動時期在中更新世及以前，晚更新世以來沒有活動跡象，主要依據有：
（1）從地層學方面分析，f7斷層上覆厚度不等的第四系衝洪積或坡積層，現場勘察證明，都沒有被斷層擾動的現象。通過黃河六級和七級階地探槽剖面可見，階地基座仍保持了黃河沖刷形成的平整侵蝕面；基座上堆積的中更新統沖積礫石層呈水平狀，均保持了原始堆積形態；不存在斷層活動產生的變形現象。因此，從地層學方面分析，f7斷層至少在中更新世早期之後沒有活動跡象。
（2）從微地貌特徵分析，f7斷層一般出現於山坡半腰，跨斷層的地形面並無坡度突變現象。跨斷層的洪積扇面、山坡面也沒有受到斷層活動的影響。在穿越f7斷層的114條沖溝中，直穿斷層而過的有94條，佔83％，即沖溝穿越f7斷層處沒有明顯的規律性的扭錯現象。
由此可見，f7斷層屬於老的構造線，未受到最新活動的影響。
（3）地層年代方面，利用斷層泥中石英所作熱釋光年代測定，f7斷層最晚一次活動時期是在距今約110萬～115萬年。
f3斷層：冰溝內，在一級階地上被2m厚的衝洪積物覆蓋。斷層兩側階地面連續完整，沒有發現斷層活動跡象。
根據斷層泥中石英熱釋光測定其最後活動距今為56萬年，說明f3斷層至少在中更新世以來沒有再活動的表現。
f1斷層：斷層沿線沒有明顯的構造地貌，從冰溝內和馬和井溝觀察，石炭系地層擠壓強烈，區域性地段形成斷層泥帶，據斷層泥中石英顆粒顯微特徵研究，該斷層主要活動時期在上新世至中更新世時期。
通過地層學、地貌特徵及測年資料分析，壩址附近的f7、f3及其以南的f1斷層，其活動時期均在中更新世或以前，晚更新世以來無活動跡象。
1.3.3f201斷層活動不會引起大柳樹壩址斷層活動
根據國家**局研究成果，中衛—同心斷裂帶中段活動性，具有明顯的時空轉換規律，即隨著時間的推移，斷裂帶活動由南向北遷移，晚更新世以來，該斷裂帶的活動已遷移到f201斷層及其以北地區。
f201斷層：不同出露位置，斷層影響地層也不盡相同。在西端麻雀灣一帶可見石炭系地層逆衝到第三系之上，東端長流水溝口石炭系地層則逆衝到第四系沖積砂礫石之上。
在孟家灣村東，由於第四系鬆散堆積物較厚，一般難以見到斷層面。在地貌上表現為5～8m高的斷層崖，流經f201斷層的水系大部分表現出左旋扭曲的特徵。
探槽揭露f201斷層在晚更新世以來有過5次古**事件。5次古**事件代表了5次較強烈活動，但均未引起更靠近壩址的f7、f3等斷層活動。
從斷層活動特徵來看，f7、f3、f1斷層表現為擠壓逆衝特徵，活動時期在中更新世以前，而f201斷層則表現為左旋走滑兼逆衝特點，斷層活動一直持續到全新世，這一點與上述斷層明顯不同。
f201斷層無論從平面還是剖面上，與f1、f3、f7斷層均無交切，兩者無同生和共生聯絡。f201斷層即使進一步活動也不可能引起f7及以南斷層的活動。
綜上所述，大柳樹壩址處於景泰－海原和中衛—同心活動斷裂帶之間相對穩定地塊上，樞紐區不存在活斷層，f201斷層的繼續活動不會引起壩址斷層的活動。因此，大柳樹壩址不存在工程抗斷問題，而僅是在**基本烈度基礎上的抗震問題。
1.4**基本烈度及**動引數
根據國家**局分析預報中心2023年研究成果，本區14世紀以來可劃分為2個**活動期，目前處在第二活動期起伏衰減階段。根據**活動時空分布特徵，中衛—同心斷裂帶不處在本活動期強震發生的主體活動地帶。50年超越概率為0.
1時，其**基本烈度為8度，相應的基岩峰值加速度為0.24g。
2023年2月由國家質量技術監督局發布、2023年8月1日實施的《中國**動峰值加速度區劃圖》（gb18306—2001）。根據該圖大柳樹壩址與小觀音壩址同處於**動峰值加速度0.2g範圍內，即相當於**基本烈度8度。
2建壩工程地質條件
2.1基本地質條件
黃河由北北東向轉為北東東向流經壩址，於右岸形成凸岸。壩址河谷呈「u」字型，兩岸岸坡坡角33°～40°，略顯不對稱，地形相對高差約300m。
壩址位於f3與f7斷層之間，兩斷層在壩址部位相距1.5km。壩址區發育有大柳樹倒轉背斜。
兩岸基岩裸露，基岩地層主要為寒武系中統變質砂岸夾板岸或千枚狀板岩。地層產狀ne60°～80°se∠30°～85°，左岸褶曲發育段傾向北西。岩體中斷層、擠壓帶、節理、裂隙等構造形跡發育。
兩岸沖溝發育，谷坡中上部風化卸荷作用較強烈。
2.2關於「大範圍鬆動岩體」
大柳樹壩址岩體完整性較差，但不存在「大範圍深厚鬆動岩體」，主要依據有：
（1）壩址地應力場特徵說明不存在「大範圍鬆動岩體」、「構造應力釋放殆盡」，自重應力大於水平應力，是所謂大範圍鬆動岩體的地應力場特徵。運用水壓致裂方法進行的73段次地應力測量，測點高程為1097.1～1301m。
結果表明，大柳樹壩址為擠壓應力場，最大水平主應力一般為4～6mpa，最大13.56mpa，最大主應力方向呈ne17°；而最小水平主應力一般為2～4mpa，大於自重應力。全區為構造應力場，不具備所謂大範圍鬆動岩體的地應力場特徵。
（2）岸坡存在通常工程地質上的卸荷、風化現象，而不是「大範圍鬆動岩體」。大柳樹壩址由於構造發育，加之沖溝切割，兩岸岸坡卸荷、風化帶厚度較大，卸荷帶水平厚度左岸為0～40m，右岸為0～23.2m；強風化帶厚度左岸為1.
5～42m，右岸為6.6～42m。風化、卸荷帶厚度主要受到岩體完整性和地形地貌等控制。
貫穿右岸山體的346平硐長達711.75m，硐底高程1344～1347m，高出河水面100餘m。平硐近北口即位於所謂大範圍鬆動岩體的中部。
開挖情況表明：硐壁岩體擠壓緊密，僅區域性有與斷層相配套的張開裂隙，分布於壓性逆斷層上盤或斷層交匯帶，為典型的構造張裂隙；除此之外，全硐不存在**力或重力作用產生的張開結構面。並不存在某一高程（1265m）以上岩體普遍強烈鬆動。
由上述資料可知，儘管本壩址卸荷帶、風化帶厚度較大，但岸坡卸荷帶僅限於表部岩體，不存在「大範圍深厚卸荷鬆動岩體」。
（3）岩體縱波速度反映了岩體的質量，並不能說存在「大範圍鬆動岩體」波速值高低主要受岩性、構造發育程度及風化、卸荷等條件的制約。沿洞壁進行**波測試，強、弱、微風化岩體縱波速度分別為1100～2900，1500～3500，2300～3800m/s。隨埋深增加，風化程度減弱，波速值逐漸增高，這也說明不存在「深厚鬆動岩體」。
對穿測試共進行了8對，且均進行了ct剖面分析。除位於倒轉背斜倒轉翼、平硐埋深小的323～325、327～325m兩對平硐之外，硐間岩體縱波速度小於2000m/s者約佔20％，2000～2800m/s者約佔49.6％，2800～3600m/s者佔25.
4％，岩體波速大於3600m/s者約佔4％。壩址平硐硐徑2m，其開挖鬆動圈厚達0.5～2.
55m，說明平硐開挖人工爆破影響較大，硐壁圍岩長期臨空卸荷、裂隙張開，從而導致硐壁岩體波速較低。硐間岩體波速明顯高於硐壁岩體波速，反映硐間岩體完整性較好。
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