什麼是工程地質岩組

A. 路線六 玄天廟—少林水庫—少林水庫西山

1.實習內容

(1)觀察羅漢洞組底部含礫石英岩、郭家窯組混合岩化片麻岩，測量各岩層產狀;

(2)分析羅漢洞組與郭家窯組地層的接觸關系;

(3)參觀少林水庫，了解水庫的工程地質條件;

(4)觀察窗欞構造、蝕變中性岩脈;

(5)觀察五佛山群馬鞍山組與嵩山群五指嶺組地層的接觸關系，分析中嶽運動的性質;繪制中嶽運動遺跡剖面示意圖。

2.觀察點和觀察內容

No.1玄天廟小學東15m處

主要內容:觀察嵩山群羅漢洞組底部含礫石英岩、登封群郭家窯組混合岩化片麻岩，測量各岩層產狀。分段嵩山群羅漢洞組底部含礫石英岩與登封群郭家窯組混合岩化片麻岩二者之間為絹雲石英片岩。羅漢洞組與郭家窯組地層為角度不整合接觸，馬杏垣認為絹雲石英片岩是嵩山群沉積之前的登封群古風化殼，嵩山群與絹雲石英片岩的接觸面既是不整合面，又是構造滑動面和古風化界面。羅漢洞組與郭家窯組地層的角度不整合接觸關系代表了嵩陽運動。「嵩陽運動」是張伯生、馮景蘭於1950年發現並創立，代表的是登封群形成之後嵩山群形成之前的構造運動。由於多期變形和變質作用的影響，嵩陽運動的不整合接觸關系不如晚期的構造運動的不整合接觸關系明顯。但是從區域角度考慮，嵩陽運動角度不整合的標志還是十分清晰的，主要的標志有:嵩山群與登封群構造格局完全不同，嵩山群的主體是南北向，登封群的主體是東西向;登封群有強烈的混合岩化，嵩山群僅受到較輕微的區域變質作用，沒有遭受混合岩化;登封群的原岩主要是中基性的岩漿岩，嵩山群的原岩大部分是沉積岩。

登封群郭家窯組主要由條帶狀混合岩、黑雲斜長片麻岩組成，頂部見有二雲母片麻岩、千糜岩化黑雲斜長片麻岩，其中夾有白雲石英片岩、黑雲母片岩。產狀:SW230°∠65°。登封群郭家窯組混合岩化片麻岩:岩石破碎，鏡下有碎裂變質岩的特徵，長石大多被壓碎，白雲母有波光消光或折劈構造，屬於動力變質岩。遠離羅漢洞組底界面的岩石，碎裂程度降低，逐漸過渡為條帶狀混合岩化黑雲母斜長片麻岩。

嵩山群羅漢洞組底部為含礫石英岩，變余砂礫狀結構，變余層狀構造，礫石成分主要有片麻岩、脈石英及赤鐵石英岩，呈橢圓形，礫徑最大者約5cm，小者0.5cm，一般在1cm左右。礫石長軸方向與片理平行。產狀:SW280°∠82°。嵩山群羅漢洞組底部含礫石英岩:灰白色、銀白色，礦物成分以灰白色粒狀石英為主，次要礦物有銀灰色細鱗片絹雲母。礫石成分主要為白色脈石英和細粒石英岩。粒徑以0.5～1cm為主。具鱗片變晶結構，片狀構造、變余層理構造，礫石長軸平行片理排列。

介於登封群與嵩山群之間有一套動力變質岩，鏡下可見碎裂變質岩的特徵，長石被壓裂，白雲母具波狀消光或者折劈構造，它是嵩山群變形時底部剪切帶的組成部分。因此，嵩山群與登封群之間接觸面既是不整合面，又是古風化面，還是高山底面的滑動斷裂面，即「三位一體」。

No.2少林水庫

主要內容:參觀少林水庫，了解水庫各組成部分的作用，調查了解水庫的地質工程條件

少林水庫位於登封市西北8km，少林寺東南4.5km，太室山與少室山之間的峽谷地帶，少林寺河之上。屬於淮河流域的潁河水系，控制流域面積41km²，為中型水庫。水庫於1958年10月至1960年5月第一期施工，1971年續建並完成主體工程，1979年6月至1983年6月完成加固大壩工程。水庫設計庫容960萬立方米。

少林水庫位於出水谷口小、蓄水庫盆大的有利地形，上游為少林寺河。大壩為土石混合壩，壩的右肩建在嵩山群五指嶺組石英岩上，岩性較堅固。不利的構造條件是通過一條近南北方向的斷層，岩石較破碎，有滲漏現象。壩的左肩建在洪積扇後緣的巨厚礫石層上，高洪水位時可能滲漏。長期以來少林水庫蓄水量不大，達不到設計要求，可能與上述工程地質條件不利有關。該水庫主要用作城鎮供水，少量用於農業灌溉。水庫建有攔河壩、溢洪道，壩上有放水閘門，壩下有一套輸水管道將水輸往灌溉區及登封市水廠。

下面簡要介紹水庫的基本知識以及與修建水庫所需具備工程地質條件。

水庫是建立在河流上的一種水利設施。用以防洪灌溉、養殖和提供工業水源。水庫以蓄水體積計算大小，大者可蓄水幾億或上百億立方米;小者僅達百萬立方米或十幾萬立方米。水庫的實際效益以發揮綜合功能為目標，既能調節水量、蓄水灌溉，又能養殖和進行發電。

(1)壩的分類:根據壩的建築材料分土壩、石壩、土石壩及混凝土壩，根據壩的結構分重力壩、拱壩。少林水庫壩屬重力壩。

(2)水庫的組成:水庫的主體由橫穿河谷攔截流水的壩體、放水洞和溢洪道組成，一般稱水庫三大件。其他配套工程有放水閘門和渠道工程、渠道網、發電網、輸水洞及發電廠房設施等。大型水庫還要有船舶停靠碼頭、通航用船閘(如三峽水庫)以及養殖用的設施等。

(3)水庫的總庫容:決定於選定壩址以上流域面積內的年徑流量和壩體的高度，水庫的實際效益決定於興利庫容，即死庫容(墊底部分)與防洪庫容間所調節的水量部分，它決定於當年水庫的來水量。因此壩址的位置和壩體的高度是受經濟效益和自然條件制約的。總之，經濟上必須是合理的，技術上必須是可靠的。

(4)水庫的工程地質條件:修建水庫時，首先考慮有利地形，收口要小，選擇大水庫容量，節省建築材料。壩基要穩固，壩基壩肩岩性良好，避開不良因素，如滑坡、崩塌等，防止壩肩和庫區的滲漏。淹沒區要求盡量減少損火，淤積物要少，保證一定的庫容量。水庫被水淹沒的地區，要查清地質構造特徵，不能漏水。關鍵部分是壩址下面的構造、岩性等特點，從工程地質考慮其防震性、抗壓性和穩定性，特別要防止壩體滲透。從水文地質上要考慮庫體周圍補給關系的變化，防止因地下水位提高而引起土地鹽鹼化。如果是大型水庫，還要根據工作區的地質條件選擇築壩材料和解決鐵路、公路選線的問題。

(5)大壩的主要工程結構及用途:壩閘用來擋水，庫區用來蓄水，溢洪道用來泄洪，渠道用來灌溉。

總之，在論證水庫設計方案的合理性時，選擇壩址的地點要從地質條件上作充分論證，因此，地質人員要加強地表地質和鑽探工程等方面的工作。

No.3少林水庫溢洪道

主要內容:觀察窗欞構造，描述岩脈的成因及岩性，分析追蹤張節理的力學性質

少林水庫溢洪道所在地層為五指嶺組石英岩和絹雲石英片岩，發育有窗欞構造。這是地質力學的術語，是指在岩石表面上平行排列的一系列圓柱形或波狀起伏的構造。

在溢洪道上可見棕褐色蝕變中性岩脈(圖6－3)，西壁寬約8m，東壁較小，細晶正長岩岩脈沿「X」剪節理追蹤侵入。中性岩脈沿追蹤張節理呈鋸齒狀侵入到五指嶺組石英片岩中。中性岩礦物成分:長石含量為60%，暗色礦物15%，磁鐵礦15%，石英5%。長石因蝕變難以進行化學分析，K₂O的含量為10.33%，SiO₂的含量為62.8%。鏡下觀察，主要為絹雲母和斜長石，具脫玻晶交代假象交織結構，塊狀、杏仁狀構造。斜長石均已蝕變成絹雲母，僅留假象。次生物主要有泥質、鐵質、石英、絹雲母。此岩新鮮面為深肉紅色，沿裂隙經鐵染後為深紫紅色，細粒結構，塊狀構造，礦物因遭受蝕變，長石已雲母化，暗色礦物也蝕變為絹雲母和綠泥石。

圖6－3 少林水庫溢洪道中性岩脈追蹤張節理素描圖

此點可見兩組共軛剪節理，其特徵明顯，由於受剪應力的作用，一組發育，另一組次之。同時又受到張應力的影響，沿兩組剪節理產生了特有的追蹤張節理現象。剪節理與張節理的特徵明顯，剪節理面平直光滑，追蹤張節理面參差不齊，呈鋸齒狀。根據力學性質分析，應是受東西向的擠壓力形成追蹤張節理現象。因此，該追蹤張節理實為剪應力與張應力復合作用的產物。

No.4少林水庫西山脊

主要內容:觀察五佛山群馬鞍山組與嵩山群五指嶺組地層的接觸關系，分析中嶽運動的性質，繪制中嶽運動遺跡剖面示意圖

五佛山群馬鞍山組:為一套底礫岩和肉紅色中粒石英砂岩，有輕微變質現象。沉積旋迴清楚，波痕、泥裂發育，厚度大。底礫岩顏色為暗紫紅色，礫狀結構，巨厚層狀構造，礫石成分簡單，主要為石英岩，其次為片麻岩、花崗岩及脈石英。礫石磨圓度多為次圓狀，分選性差，礫徑最大者可達52cm，最小者5cm，一般為10～20cm。膠結物為硅質和鐵質，膠結類型為接觸式。產狀:NW340°∠15°。礫岩之上為肉紅色石英岩，岩石節理發育，風化後形成陡崖。山坡上分布有大小不等的岩塊，有一些巨大的岩塊，多為礫岩，沿山坡形成倒石堆崩積物。

嵩山群五指嶺組:為一套由絹雲母石英片岩、千枚岩、石英岩組成的淺變質岩系。岩層褶皺強烈，產狀近於直立，交錯層理發育。此處的絹雲石英片岩為灰紫色，鱗片變晶結構，片狀構造，主要礦物成分為石英和絹雲母，含有少量赤鐵礦等。產狀:NE80°∠87°。岩層褶皺強烈，交錯層理發育，與上覆岩層呈明顯的角度不整合接觸，為中嶽運動產生的結果。

五佛山群馬鞍山組與嵩山群五指嶺組地層呈角度不整合接觸，不整合面起伏不平，具古風化剝蝕面特徵，代表一次強烈的構造運動———中嶽運動。中嶽運動是嵩山群褶皺隆起，經過風化剝蝕後，到中元古代時該地區再次下沉，開始接受五佛山群的濱海—淺海相沉積。因兩套地層形成環境不同，產狀及岩性差異大，有底礫岩存在，是典型的角度不整合接觸關系，為「中嶽運動」的結果。

圖6－4 少林水庫西中嶽運動遺跡示意圖

3.思考題

(1)中嶽運動的形成時代是什麼?

(2)底礫岩是如何形成的?

B. 隧道圍岩分類系統研究

3.2.1 圍岩基本特徵調研

3.2.1.1 工程地質岩組

根據隧道各類岩層的工程地質性質和公路設計規范(JTJ026-90)要求，依據成都水文地質工程地質隊編寫的二郎山公路隧道地質勘察報告中提供的109組岩石試驗成果資料，可以將研究區岩層劃分為四個工程地質岩組，各岩組的一般物理力學性質如表3-2所示。

續表

註：1.地下涌水情況(單位：L/s·m)：滴水＜0.04，線狀為0.04～0.21，股狀＞0.21。2.A：整體結構；B：砌體結構；C：鑲嵌結構；D：壓碎結構；E：散體松動結構。

(資料來源：實測)

表3-6 二郎山公路隧道主洞圍岩類別劃分對比表Tab.3-6 The country rock classification comparison of the main tunnel，Erlangshan highway tunnel