三門峽地質屬什麼岩為主
㈠ 三門峽基坑驗收地質工作的初步總結
賈福海 甘存緒 張占標
三門峽水利樞紐從1957年起已由邊勘察、邊設計的情況轉入了大壩的緊張施工階段。在主要建築物基礎開挖過程中，須進一步查明實際自然地質條件，是否與設計中所採用的地質資料相符，並且對設計高程的基礎岩石是否符合大壩基礎要求等，地質人員都應提出具體意見。因此，地質人員就進一步擔負了一件最重要而又復雜的任務——基坑素描和基坑驗收。
一、開挖過程中的地質觀察
1)在基坑未開挖之前，地質人員首先對基坑地質條件作詳細的了解，尤其對構造斷裂帶的地質資料須加以深入的研究。此外，還應該取得有關基坑開挖方面的所有設計圖紙，開挖規范以及施工中混凝土澆築塊的劃分情況，以了解設計和施工的意圖。
2)在開挖過程中要經常去觀察是否產生新的地質現象，如涌水、邊坡的穩定性、新的斷裂帶等。如果有塌方或滑坡等的可能性應及早提醒施工單位的注意。
3)為了進一步查明主要建築物地段的地質構造，在開挖中對不同高程岩石的風化、裂隙、斷裂帶要進行仔細觀察。三門峽基坑內有較多的構造破碎帶，尤其這些破碎帶在水平方向上及垂直方向上的變化很大，因此必須仔細地進行了解，並同時做地質素描、照相、採集標本和岩樣等，必要時在特殊地段采岩樣進行試驗，求出破碎帶中的顆粒級配、可溶鹽、抗壓強度及顯微鏡下的性質等，以便基坑到達設計高程時，互相比較，作為地質結論的主要參考資料。在觀察中必須在不同高程固定一些控制點，並進行測量，然後放到構造地質圖上。這些點均應統一編號，註明高程。最好把照相、取樣、試驗資料能放在同一張圖上，以便今後分析研究。如果發現有新的斷層和破碎帶，一定要放到構造地質圖上，同時要詳細地搜集有關的資料，並且把這種新的情況，告訴施工及設計單位，以便及時地補充或修改他們的設計或開挖圖件。
4)在基坑的爆破過程中，地質人員應監督施工人員的爆破情況，避免由於爆破而引起人為地質條件的惡化(如爆破引起的裂隙)。例如在爆破過程中，打多深的鑽眼，用多少炸葯，多深以後就不準用鑽機打大口徑鑽孔，放大炮，在接近最後設計高程時只許放小炮，甚至在地質條件不好時不準放炮，只許用鎬進行挖掘等等，地質人員都要加以掌握。開挖中雖然有規范，但不一定適合於本地區的地質條件，因此，地質人員在基坑開挖工作開始就應當協助施工人員選擇一些有代表性的地段(破碎帶、裂隙密集帶、裂隙不甚發育的地段等)分別進行爆破試驗，取得經驗後再修改規范，使其適用於本地段的具體條件。
5)基坑開挖過程中，地質人員應幫助施工人員解決開挖中的地質問題，如地下水的處理及基坑邊坡的大小等等。此外，還要確定設計高程處的基礎岩石是否符合大壩基礎要求。如果開挖至設計高程時岩石還是不好，那麼就必須繼續開挖，這時候地質人員應根據所搜集的基坑地質資料以及過去勘察的成果(鑽孔、坑槽探等資料)，進行綜合分析研究後，提出挖多少，半米或1米的建議，只有這樣才不致使開挖工作發生浪費，影響了建築物造價的增高，另外一種情況就是沒有開挖到設計高程，但岩石已符合大壩要求，地質人員也應當提出不需要開挖的建議，總之，設計人員是想盡一切辦法使建築物的造價低而又能把它放在穩固的基礎岩石上，因此，地質人員有責任幫助他們解決這些問題。
6)在基坑開挖到最後高程時，為了更進一步論證大壩基礎岩石的工程地質特性，必須選擇有代表性的岩石作為標本，並應送試驗室做物理力學試驗——抗壓試驗、抗剪試驗、容重、比重、空隙度、吸水性等，此外必要時也應做顯微鏡鑒定。如遇到地下水時，要測定涌水量，並取水樣進行水質分析，測定對混凝土是否有侵蝕性。
7)當第一期基坑開挖結束後，要把破碎帶、斷層所觀察的資料與以往的觀察資料進行對比，並且要取得基坑涌水量的詳細資料，更重要的是觀測構造破碎帶、裂隙密集帶或斷層等地段的透水性是否增高了，其中是否有顆粒流失(管涌現象)及集中滲漏等新的地質現象出現，如有上述現象就應及時向施工人員提出處理建議，以免今後影響建築物的安全。
二、野外地質素描工作
1)基坑地質素描是把大壩基礎岩石的工程地質特性以及所有地質現象反映出來的一項工作。因此，基坑地質素描圖也是基坑的綜合地質圖，它既能反映出基坑內岩石中的裂隙、裂隙密集帶、破碎帶及斷層發育程度、分布規律、長度、寬度、產狀要素、充填物含的捕擄體，也能反映出地下水露頭以及過去的勘探坑孔位置等。總之，基坑內一切地質現象，都應反映出來(如圖1)。
2)當基坑開挖至設計要求的岩石時，先把岩石沖洗干凈後，才能進行地質素描工作。過去我們在素描時，由於工程緊迫，往往要求在很短時間內要完成素描任務，否則會影響驗收工作及混凝土澆築的推遲，因此，我們往往分成兩個以上的小組進行工作，每組兩人互相協助，一人素描，另一人記錄(包括量產狀要素、寬度、充填物及編號等，見下表)。在素描范圍內先用皮尺把它分成2m×2m方格網，然後採用2m見方上邊刻有尺度的竹框進行素描，這樣可以大大提高工作效率。
裂隙統計表
3)在野外素描中必須注意下列幾點：(1)在素描時首先用紅油漆把方格網點好，並要點的正確，否則在素描中會發生同一條裂隙連接不起來，或者是直線畫成彎曲的現象；(2)在素描中應分主次，不應包羅萬象，不要把那些微小的和由爆破產生的裂隙都畫上去，使素描圖復雜化。素描時應特別注意對基礎有害的地段，如斷層帶和破碎帶的范圍、斷層帶及破碎帶中的產物都要很清楚地表示出來；(3)對裂隙、破碎帶、斷層帶相互關系要仔細觀察，並要清楚表示出來。如互相切割的關系，水平方向和垂直方向的變化等情況，這對研究地質構造有很大幫助；(4)素描完成後，必須在野外與以前的素描圖接圖，如果接不起來，盡快找出原因加以糾正；(5)所有的平面素描圖與剖面素描圖都應與設計施工圖紙符合。
4)野外素描圖的比例尺，最好與室內清圖的比例尺相同，以免圖件發生誤差和工作上的麻煩。在選擇比例尺時主要是根據地質條件的復雜性及素描面積來確定。不論平面素描圖與斷面圖，其比例尺一般可分為1：50，1：100，1：200等，現在三門峽所採用的比例尺是1：100。
5)基坑素描工作是一項比較復雜的工作，因此基坑開挖至設計標高時才進行素描，或者是澆築混凝土時的那個最終面才做素描。對未達設計高程以前的中間高程面的觀察和記錄只能作為地質人員對今後分析岩石風化、裂隙、破碎帶、斷層帶的主要資料，而重要的還是最終面素描資料。最終面的素描資料是地質上極有價值的文獻，這部分資料設計、施工、地質單位都需要有。
三、內業圖件整理
1.平面素描圖(圖1)
圖1 平面素描圖
圖3 橫剖圖
圖4 縱剖圖
圖例
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
基坑地質平面素描圖就是將野外的草圖加以整理後的正式圖。按野外的記錄表將裂隙、裂隙密集帶、破碎帶、斷層帶的傾向、傾角、寬度和充填物加上去。特大的裂隙和裂隙密集帶、斷層帶都要統一編號，這些編號必須與過去統一。如過去沒有編號則按順序予以新的號碼，若有分枝的現象，則在原編號加上A、B、C……等字樣加以區別，然後把混凝土澆築塊的范圍編號加上，同時將縱橫剖面的位置、方向和比例尺、澆築塊的示意范圍(如圖2)等，都要在圖上表示出來。
圖2 混凝土澆築塊示意圖
2.縱橫剖面圖(圖3，圖4)
縱橫剖面是按施工竣工圖及基坑地質素描圖在開挖過程中的觀察資料、勘察中的地質圖綜合編製成的。其目的是檢查設計斷面是否挖到設計高程或超過設計高程，不論是哪一種情況均應在剖面上加以說明原因，另一方面為了解開挖深度和覆蓋層、風化層的厚度，裂隙密集帶、斷層和破碎帶在垂直方向上的變化等，在圖上還要把破碎帶開挖處理的深度(從實際開挖面向下算起)，在剖面圖中都表示出來。在剖面上原地線、設計開挖線、實際開挖線也得加以表示。
縱剖面圖(圖4)是通過一列澆築塊的中心線做的。橫剖面圖(圖3)是根據開挖後的地質構造復雜程度及開挖情況而定。可以根據具體情況，適當地增減。三門峽的橫剖面是採用每隔5m做一個。
四、工程地質結論
基坑驗收以前必須准備好各種圖件、說明書及驗收證書。驗收證書是由地質素描圖、地質剖面圖、工程地質結論、竣工圖、爆破說明書和驗收情況說明書(由驗收委員會負責)等五部分資料組成的，其中基坑地質素描圖、地質剖面圖和工程地質結論是組成基坑驗收證書中最重要的部分。所有的資料除了驗收情況說明書是驗收後寫的以外，其他均要在驗收前做好提交給驗收委員會。
工程地質結論是一篇短小精乾的文件，文字必須簡單明了，所寫的都是主要的，沒有次要的。由於基坑驗收是對到達設計高程以下岩石能不能作為基礎而言，因此，除了破碎帶外，對已開挖去的岩石部分，不進行描述，根據三門峽的具體情況，我們是按下列幾部分編寫的：
1.岩石
1)基礎岩石如果只有閃長玢岩，那麼就應該首先說明基礎岩石是呈岩床狀產出的灰綠色、塊狀、堅硬的中生代閃長玢岩，然後說明岩床的傾向、傾角及岩床的厚度。
2)對閃長玢岩要說它是屬於斑晶顯著的，還是不顯著的，或者說哪一部分是顯著的，哪一部分是不顯著的，這些斑晶有沒有排列，排列是什麼方向。然後論證根據勘測資料閃長玢岩的飽和極限抗壓強度。
3)在這段要說明閃長玢岩岩體中含有屬於哪種岩石的捕擄體，它們的直徑一般是多大，最大多大，最小多小。此外還得說明捕擄體和閃長玢岩膠結情況是緊密還是不緊密。
2.地質構造
(1)構造裂隙
1)首先說明構造裂隙分幾組，各組裂隙產狀要素，裂隙一般長度及其最大和最小長度，它們的發育程度。
2)在這一段內應說明閉合裂隙和張開裂隙的大致百分比，並說明張開裂隙一般寬度和長度，裂隙兩壁的附著物(氧化鐵、方解石或粘土薄膜)。
3)說明整個地段一般裂隙率(條/平方米)，如果各個地段的裂隙率有顯著的差別，應分別加以敘述。
4)說明各組裂隙互相切割的情況。
5)細小方解石脈的分布情況、長度、寬度，它們和各組裂隙的關系。
(2)構造裂隙密集帶
1)所驗收基坑內有幾條構造裂隙密集帶，分布在哪一部分，它們的編號、產狀要素、寬度及延伸的長度。
2)說明構造裂隙密集帶內岩石是每隔多遠被一條裂隙所切割，切割後岩石成什麼形狀。
(3)構造破碎帶及斷層帶
1)基坑內或基坑哪一部分有幾條破碎帶，它們的編號、產狀要素、寬度、長度以及分布情況。
2)分別或綜合描述破碎帶內的產物(糜棱岩、構造碎屑岩、構造角礫岩、構造塊狀岩)的分布情況、厚度變化、風化程度及其鬆散情況和顏色等。
3)破碎帶兩壁有否擦痕，如有應當記述它的傾向、傾角，並判斷哪一壁是向哪一方推動的。
4)破碎帶內有沒有方解石脈，方解石脈破碎沒有，方解石脈本身有沒有擦痕，如有應當記述它的傾向、傾角，並和破碎帶兩壁的擦痕加以對比，以及方解石脈與岩石結合程度也要說明。
5)說明基坑內各破碎帶在原地面及開挖過程中的情況，然後和基坑中同一號破碎帶加以對比，進一步說明其破碎帶的垂直變化。
6)最後說明這些破碎帶經從開挖面繼續下挖多少米後，已達到設計要求。
3.地下水
首先說明其出露地點，然後說明其出露形態(點滴出露或長流泉)，長流泉應說明其涌水量(升/秒)。如果基坑內沒有地下水，也應加以註明。
4.結論
1)首先應說明建築物(隔墩、隔牆、梳齒、左岸非溢流壩段、電廠、護坦等等)某一或某些澆築塊的天然地基是灰綠色、弱裂隙的或者中等裂隙的。堅硬的中生代閃長玢岩，作為這些建築物的基礎是適宜的。
2)如果基坑內僅只有弱點滴出露裂隙水，那麼就應當說這些地下水的出露與基礎是沒有什麼關系的；如果地下水的水量還不少，應當在這里提出處理的方法，但這方面必定是經地質人員和施工隊、技術處、總工程師研究好了可以實現的方法。
3)說明基礎岩石中捕擄體和基岩接合很緊密，它們的存在與基礎設施有什麼影響。
4)說明斷層、破碎帶經處理後，已符合於設計要求。
五、基坑驗收
當開挖處理竣工後，各種驗收文件亦已完成後，首先由施工單位自行檢查，不合標准者必須繼續清理，當自檢認為沒有問題後，才要求驗收委員會進行驗收。
在接到施工單位要求驗收的通知後。首先由現場檢查小組(由地質1人，技術處1人，質量檢查處1人組成)進行全面復查工作。復查時要用地質錘或鐵棒普遍敲打岩石。根據岩石發出的聲音來識別開挖是否達到要求。對於發出啞聲的岩塊應進行清除，另外在開挖尺寸和高程方面，除了施工竣工圖外，還應請技術處測量隊復檢，若沒問題，驗收委員會即約定驗收時間，通知各有關單位進行驗收。
驗收委員會的驗收工作是代表國家驗收壩基的隱蔽工程，它不是形式而是一種很重要的工作，它的工作好壞直接關系大壩的安全。因此驗收時認為完全合格了，才能進行澆築混凝土，否則要繼續加以清理，批准後得到通知，下一工序單位才可以開始工作。
(原載於《三門峽工程》1958年11月5期)
㈡ 黃河三門峽壩區地質勘探的歷史豐碑（大口徑勘探的理論依據）
張鑒新
一、壩區供水勘探373號供水井的鑽孔工作創新理論依據
(一)1957年至1958年，黃河三門峽地質勘探總隊，在完成壩區供水勘探的74號、231號和373號供水井的鑽孔和抽水試驗工作後，將此三個供水井移交工程局，經過孔口改造、泵房建造等工作後，便作為壩區大型供水設施，特別是373號供水井，它是三門峽大壩施工用水、三門峽樞紐改建工程施工用水、三門峽壩區至大安地區的工業和生活用水的主要水資源。
1970年至1980年期間，由水電北京設計院的三門峽設計代表組等單位組建的水電十一局設計院，住在大安，其生產和生活用水，均為壩區373號供水井，經輸水管輸送的，深感373號供水井，在該地區的國民經濟建設中，發揮著舉足輕重的作用。
(二)373號供水井，是黃河三門峽地勘總隊的地質和勘探全體工作人員，在新中國誕生後，為治理黃河所做的科技成果。
由於黃河水含沙量大，不能作為大壩施工的直接用水，而漫灘沙礫層中水和閃長玢岩裂隙水，水量甚少，為解決三門峽施工用水、生活用水，當時三門峽地勘總隊主任工程師賈福海和地質工程師夏其發為代表的地質科技人員，從區域水文地質查勘，到69號供水勘探孔的抽水試驗成果後，認定：埋藏在奧陶紀石灰岩層的喀斯特裂隙水，水量大，是比較理想的壩區用水的水資源，因而賈福海主任工程師提出：373供水勘探孔，要兼作供水井施工。
1.當時總隊黨委非常重視373號孔的勘探工作，召開專門研究會，由賈福海主任工程師作了說明(大意)：
1)水量大，可按50L/s以上水量，計算所需用抽水設備，為求得可靠的涌水量數字，抽水試驗時間，要延續30天或45天，屆時，由試驗現場討論決定。
2)鑽孔孔徑，要比74號孔徑增大，以利增大抽水，並按供水井施工。
3)石灰岩頂部的煤系岩層是隔水層，奧陶紀石灰岩喀斯特裂隙水，具有承壓水性質，承壓高度為10～12m，地下水位標高約為(269～273m)。要在石灰岩與煤系岩層之間作隔水，封孔處理。
2.由於373號孔的勘探工作，工程量大，抽水試驗時間長，要求高，因此，總隊黨委和總隊領導決定：
1)成立由楊兆詳(書記兼總隊長)、賈福海(主任工程師)、張洪生(副總隊長)、張鑒新(勘探科、勘探工程師)組成的領導協調組(以下簡稱：協調組)：由楊兆詳、張洪生負責組織動員工作，張鑒新負責制定全面勘探技術操作安裝及鑽具的設計工作等，並主管協調組的日常工作。
2)成立徐鳳君為機長的大口徑373號孔勘探機組(包括大型抽水試驗組)屬壩一隊領導，調宋寶沖同志去壩一隊為副隊長，籌備373號孔鑽探設備及大型抽水試驗設備。
孫釗工程師協助壩一隊，做好373號供水勘探孔的設備安裝，包括14m高度的鑽塔的改制工作等。
3)當時非常缺少大口徑鑽探設備及管材，總隊協調組，要求物資科，派專人去北京、天津、上海相關物資局，請求支援，最終，物資科張英俊科長說(大意)：能夠調給總隊的最大管材：直徑：ϕ14″、ϕ12″、ϕ10″、ϕ8″、δ=10mm；供水鑽機的盤型鑽機，無貨；動力機為25 馬力柴油機；當時總隊現有最大鑽機為 KAm-500型，配套鑽桿為ϕ50mm，水泵為200/40型。
至此，壩一隊相關領導，要求使用供水勘探的盤式鑽機及相應配套鑽具的鑽頭，不能實現。
對此，楊兆詳總隊長：要我拿出一個切實可行的技術措施和理由，表明：使用 KAM-500型鑽機，ϕ50cm鑽桿，25馬力柴油機，承擔373號供水勘探孔的可行性，讓總隊黨委和相關領導人心中有數。
(三)勘探工作是地質查勘的一種手段，前已說明：373號供水勘探孔，是用大孔徑，進一步探明奧陶紀石灰岩的喀斯特的裂隙水資源的涌水量，為此，當時我們設定：
1.鑽孔結構示意圖(本圖僅供選用鑽進方法，作參考)如圖1
圖1 鑽孔結構示意圖
註：圖1中：
1)地下水、承壓水的水位，是根據賈工《三門峽壩址工程地質條件》推算的。
2)岩層厚度，是由8號孔岩心分層記錄中，推算的尺寸數字。
2.鐵砂鑽頭、鑽鋌加壓，示意圖2、圖3
1)鐵砂鑽頭是用厚壁鋼管材料，內貼外包鋼板(δ=3mm)製作。
鐵砂鑽頭(示意圖2)
do=原鋼管內徑(mm)；
d=原鋼管外徑(mm)；
圖2 鐵砂鑽頭示意圖
圖3 鑽鋌加壓示意圖
Do=do-2×3(mm)；
D=d+2×3(mm)。
2)鑽鋌是用ϕ150mm圓鋼柱，穿孔後，兩端車鎖接頭絲扣。
鑽鋌加壓(示意圖3)
每個鑽鋌重約150～170kg
3.373號鑽孔鑽進，選用下列數據來校核：所需功率，ϕ50mm鑽桿應力、KAM-500型鑽機的主要部件強度等。
1)鑽頭轉速n=120～150轉/分鍾。
2)閃長玢岩層：用鐵砂鑽進，但要少投砂、勤投砂，使鑽孔孔徑上下均勻，有利於鑽桿導向器發揮導向作用。
石灰岩、煤系岩層：用硬質合金鑽進。
3)鑽頭承受壓力：
鑽砂鑽進：бo=鑽頭單位面積承受壓力=8kg/cm2。
合金片鑽進：每個鑽頭鑲大塊硬質合金片，ϕ14″或ϕ12″鑽頭，共計鑲74塊，每塊承受20kg/cm2，共計承壓：С=20×74=1480kg。
4)純鑽進進尺；參考 74號孔進尺，選用：h=62.5cm/台時，每分鍾純進尺：hmin=
5)鑽頭，選用ϕ14″，δ=10mm(或ϕ12″，δ=10mm)鋼管，作為材料。
(1)製作鐵砂鑽頭：在管材內壁、外壁，用δ=3mm鋼板，內貼、外包，各焊一層(詳見：鑽頭圖示)。
(2)製作合金鑽頭：鑽頭唇部的內、外，交錯鑲大塊合金片，間距為16mm左右；合金片在鑽頭內、外出刃各為3mm。
(3)孔底環狀被刻取的岩層面積：
環狀面積的外徑：D=376+2×3=382mm。
內徑：Do=376-2×3-2×10=376-6-20=350mm。
平均直徑：Dcm=R+γ=
環狀面積：F=
6)石灰岩或煤系岩，單向條件下岩層抗壓：бcm=800kg/cm2。
而孔底岩層的抗壓：б=3×800=2400kg/cm2。
(四)373號供水孔，鑽孔需要功率計算：由《鑽井力學》等。
1.刻取孔底岩層(選石灰岩或煤系岩層，用合金片鑽頭鑽進)，功率：
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
式中：б=2400kg/cm2，孔底岩石抗壓；
V=刻取岩層體積=Fhmin；
F=環狀面積=184cm2；
hmin=1.04cm；
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
2.克服摩擦力，所需功率：
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
式中：c=考慮孔壁磨擦孔的傾斜度，下部鑽桿的直度=1.1～1.3，選c=1.15；
f=孔底摩擦系數=0.30；
C=鑽頭承受壓力=1480kg；
n=鑽頭轉數≈150轉/分鍾(在煤系岩層、灰岩中，鑽進時間較多，鑽進較快)；
R+γ=36.6cm；
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
3.空轉鑽桿及鑽桿上導向器、鑽具等，按理論近似計算有多種公式，都是適用於直徑ϕ60mm以上的鑽具，對於鑽桿直徑ϕ50mm，常引用相關實測數值。
由相關實測：100m長，ϕ50mm鑽桿，實轉測得功率為 N3=1.4～1.8Hp，對比後，選用：N3=1.6Hp。
綜合以上，373號供水孔的鑽孔，需要功率：
NΣ≈N1+N2+N3=2.041+19.6+1.6=23.241≈23.24Hp。
上式表明，在鑽孔無故障條件下，用25Hp柴油動力機，可滿足373號供水孔的鑽孔功率。
但鑽機所用水泵須另用其他動力機，作為動力機，帶動兩台200/40型水泵。
4.取25Hp柴油機，超載效率系數為1.1；由動力機至鑽桿，傳動效率為n=0.93。
(五)KAM-500型鑽機，當時是由蘇聯進口的，配備專用ϕ50mm鑽桿，按其產品說明規定，開孔直徑為ϕ151mm，鑽孔深500m，因此，用上述鑽機和鑽桿，承擔373號供水井的鑽孔工作，孔深沒有超出，但孔徑ϕ376mm，是該鑽機規定的ϕ151mm的2.49倍，顯然，是存有風險的。
因此採取有效技術措施，完成373號供水井的鑽孔工作，把地下水抽出來，這既是我們勘探人員的職責，也是考驗。
1.改善ϕ50mm鑽桿，在鑽進中的受力條件
鑽桿下端，承受扭矩和最大壓縮彎曲應力，使鑽桿在受壓、彎曲、折斷；因此，採用鑽鋌加壓(見圖示)，即在鑽具上端，連接鑽鋌，重約1.5t。形成鑽具自重加壓方式鑽進，消除鑽桿的彎曲壓力；鑽桿主要承擔傳遞扭矩，其扭應力：
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
式中：
Mk1=扭矩=
n=傳動效率=0.93；λ=超載系數=1.1；
N∑=25Hp；n1=轉速=150轉/分鍾；
Wk1=鑽桿斷面系數=
d1=鑽桿外徑=5cm；d2=鑽桿內徑=4cm
上式，表明採用鑽鋌加壓鑽進，鑽桿的扭應力是安全的。
2.保持鑽孔直度，是大口徑鑽進中非常重要的措施
鑽孔偏斜，不僅增加彎曲荷載，甚至折斷鑽桿，阻止鑽進工作。
1)當時，蘇聯學者B·C·費德洛夫提出：計算轉動鑽桿功率，要考慮井身彎曲影響，其計算公式：
N′3=αvd2Ln1.7Hp
式中：N′3=轉動鑽桿，消耗的功率，Hp；
v=沖洗液比重；
d=鑽桿直徑，cm；
n=鑽桿轉速，轉/分鍾；
L=鑽桿長度，m；
α=與井身彎曲有關的系數：
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由系數α，可見當井身彎曲3°，增加功率：
2)我和壩一隊有關領導，在處理69號孔井身偏斜時，當時值班班長告訴我(大意)：「鑽孔偏斜，鑽頭轉動阻力增大，動力機超負荷運行，鑽頭轉數明顯降低，突然卡鑽後，鑽桿接頭(位於距孔口30cm)斷裂」。估計轉速為110～120 轉/分鍾。69號孔，當時孔深約2.5m，孔底中心，經測錘(吊手電筒)測得偏斜於孔口中心約3cm，鐵砂鑽頭鑽進。經估算：
鑽桿接頭承受扭矩應力，
超負荷系數為1.1。
傳動系數為0.93；
轉速n2=120轉/分；
鑽桿接頭承受扭矩Mk2為：
Mk2=
鑽桿接頭外徑d3=ϕ38mm=3.8cm
鑽桿接頭內徑d4=ϕ22mm=2.2cm
鑽桿接頭斷而系數Wk2為：
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∴鑽桿接頭剪力
以上表明，要把平接頭更換為鎖接頭，同時鑽孔必需保護直度，不偏斜。
(六)總結壩一隊，69號供水孔的鑽頭直徑ϕ6″(ϕ168mm)的鑽進經驗後，制定10～14″大孔徑供水孔，鑽進技術操作要點：
1.保持鑽孔孔身直度，是大孔徑鑽進非常重要的技術操作措施：
1)鑽機，按照安全技術操作規程，安裝定位後，開孔鑽孔不能偏斜，孔口管的孔底中心線，與鑽機主軸中心線，必需同一垂直線，否則，要及時對孔口管糾偏。
2)優先選用合金鑽頭鑽進；如用鐵砂鑽進，要少投砂，勤投砂，把給水量調到最佳水量，保持孔徑上下均勻，以利鑽桿導向器發揮作用。
3)鑽頭和岩心管，總長度大於8m。
4)岩心管，由上而下，每間距2m左右，周邊等分，焊接6～8根筋條。筋條長80mm，寬6mm，厚度：鐵砂鑽進為5mm，合金鑽進為3mm，筋條兩端切成斜度，豎直焊在岩心管上。
5)採用自重加壓鑽進，岩心管上端連接鑽鋌，總重為1.5t。自重加壓鑽進，可減少鑽桿受壓彎曲應力。
6)每根鑽桿外徑，安裝一個硬木製作的導向器；導向器外徑與鑽頭直徑相同，長度為其直徑的1.2倍；它與鑽桿的連接，要防止打滑，磨損鑽桿；為防止井壁磨損導向器，可用耐磨軟材料，外包導向器，具體製作，由大口徑機組決定。
7)要經常測量孔身直度，開孔鑽進至孔深6m，每鑽進3m，要測直一次；孔深6～14m，每鑽進6m，測直一次；之後，每鑽進8～10m，測直一次。
偏斜度，不能大於0.22度；或長度8m鑽具，放到孔底，轉動，手感轉動無阻力，否則，要對該孔段進行糾斜處理。
8)糾斜方法：用濃水泥灰漿，滿灌偏斜孔段，灰漿凝固後，用合金鑽頭，岩心管長度為9m，由孔口而下，慢速轉動(此時絲扣要擰緊，嚴防松扣、鑽具脫落事故)，鑽到孔底，把水泥岩心取出後，再次下落鑽具到原偏斜孔段，轉動無任何阻力，可繼續鑽進。
9)上述操作要點，由大口徑機組，結合實際鑽進情況，靈活撐握，具體操作。
2.增加鑽桿接頭和鑽桿強度：
將鑽桿平接頭換為鎖接頭；選用優質鋼材鑽桿，鑽桿兩端頭，墩厚，製作鎖接頭外扣；
在製作鎖接頭時，選用鋼管厚度，大於平接頭的厚度的2倍，這樣，便大大增加鑽桿接頭和鑽桿的強度。
鎖接頭制圖工作，由季鐵根同志負責，並負責與總隊修配廠聯系加工製作，交壩一隊使用。
3.KAM-500型鑽機
1)KAM-500型鑽機的主軸、傳動軸，承擔25Hp荷載，給鑽桿傳遞扭矩，由於它們的直徑均大於鑽桿直徑，而鑽桿的扭應力小於許用扭應力；因而，鑽機的主軸、傳動軸的扭應力，同樣也應小於許用扭應力，是安全的，故不再驗算。
2)鑽桿的傳動齒輪，經驗算(此處將演算過程略)，齒輪的彎曲應力小於許用彎曲應力，是安全的。但齒輪的接觸應力大於許用接觸應力，表明齒輪在傳遞扭矩、轉動鑽桿，在鑽進工作中，磨損可能較快，需要備用齒輪，以便及時替換磨損的齒輪。
就是說，要做好齒輪的磨損更換工作，KAM-500型鑽機，承擔373號供水井的孔徑為ϕ376mm的鑽進工作，是安全可行的。
(七)如上所說，在沒有供水勘探設備——盤式鑽機情況下，我們實施：
挖掘KAM-500型鑽機潛力；保持孔身直度，減少鑽具阻力；採用鑽鋌自重加壓鑽進方法，消除鑽桿彎曲應力等措施；為ϕ50mm鑽桿，承擔ϕ376mm供水井的鑽進工作，創造有效安全的運行條件。
以上這些措施要點，也是當時總隊黨委領導，親自召開的由壩一隊大孔徑機組、總隊修配廠、物資科等單位參加的動員會上所說的要點；並且明確：大孔徑鑽具等，由勘探科設計；總隊修配廠要做好加工製造；物資科要及時供應大型鋼管等材料，總之，為支援大孔徑機組，做好服務工作。
由於大孔徑機組的努力工作，373號供水井的鑽孔工作，是按期完成的。
使用小直徑ϕ50mm鑽桿，完成大直徑ϕ376mm供水井的鑽孔工作，這在當時，尚無先例。這是黃河三門峽地勘總隊的地質和勘探人員為大壩用水完成的技術成果。
二、三門峽壩區373號供水勘探孔，壓縮空氣揚水的幾點認識
三門峽壩區373號供水勘探孔抽水試驗，是由賈福海主任工程師(以下稱賈總)提出的地質要求，目的是探明石灰岩喀斯特裂隙水的涌水量，由於涌水量大，煤系岩層隔離封孔後，喀斯特裂隙水，距孔口可能有20多米。因此使用常用抽水機是無用的，在此情況下，我們採用壓縮空氣揚水措施。
(一)壓縮空氣揚水，計算空氣量的相關數據：
1.依據賈總提出的地質要求：
1)抽水量可按60～70L/s，選擇抽水設備。
2)抽水試驗，按四個階段進行：
一次為試抽，求降低最大水位的涌水量。
轉為正式抽水試驗，分三個階段降低水位：由最大降低水位開始；
第二次降低水位值，是最大降低水位值的
3)每次降低水位穩定後，測量涌水量，延續時間為10天，四個階段降低水位，共計40天，具體由抽水試驗實情決定。
2.關於喀斯特裂隙水位h值：
1)由373號孔結構圖，估算h值，約為h=23m。
2)當裂隙水是由河水補給，h值小於23m，為安全計算風量，選h=23m。
3.為安全起見，選抽水量為75L/s。
說明：
1)圖4尺寸是由373號孔結構圖來的。
2)孔內水位是承壓水位，未考慮河水補給影響。
3)為使排水噴射向下，出水口，應連接90°向下彎頭。
4)封孔鋼管，外徑ϕ330，內徑ϕ304mm，內外均作防銹處理。
圖4 壓縮空氣揚水示意圖
(二)試求提升1m3水所需空氣量和空氣壓力及提升水管尺寸：
這里要說明一點，抽水試驗、涌水量和降低水位是相關的，但這種互相關系，是在抽水試驗施行中才能得知，因而所求空氣量，也要在抽水試驗中，由調正降低水位數值，來修正所需空氣數值。
1.《鑽井力學》中相關理論，已證明。
1)空氣揚水，是在鑽孔套管內地下水中，送入壓縮空氣與水混合後的比重小於管外地下水的比重，這樣，由管外比重大的地下水形成的水壓差，把管內地下水提升，溢出管口，流到孔外。
2)提升1m3水所需空氣量(摺合一個大氣壓的空氣量)，由下式計算：
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
式中：V0=提升1m3水，所需空氣量(摺合一個大氣壓下空氣量)。
K=克服各種阻力所需水頭損失系數，可由以下經驗公式計算：
即K=2.17+0.0164h0
h0=提升水的高度，即動水位(m)
H=混合器埋入水中深度(m)
註：V0式的演算由來，這里從略，其理論依據是利用空氣在等溫膨脹中所作的功：R=
式中：G=1m3水重。
2.求揚水啟動時，提升1m3水，需要空氣量、氣管直徑等：
1)揚水啟動時：取h0=h=23m；水量為75L/s；H=38m。
K=2.17+0.0164h0=2.17+0.0164×23=2.17+0.3772=2.5472≈2.55
求空氣量：
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
即當沉沒系數：x=
V0=3.75m3。
2)由上，每秒提水75L/s=270m3/h，需要空氣量為270×3.75=1012.5m3/h=0.28125≈0.3m3/s。
令：q=每秒鍾提升水量=75L/s=0.075m3/s；
q0=需要空氣量=0.3m3/s(1個大氣壓下的空氣量)；
混合：q+q0=0.075+0.3=0.375m3/s。
3)求壓氣管直徑d值：
由q2=
式中：q0=0.3m3/s=300L/s；
p0=流出排水管口的自然空氣壓力=1個大氣壓。
p2=
∴q2=
ΔP=氣管阻力，取ΔP=0.8大氣壓。
取壓縮空氣流速v1=10m/s=100 dm/s；
壓縮空氣管的面積：F=
∴氣管直徑：d=
4)求排水管直徑：D值：
(1)混合器，放在排水管中心，採用同心式排水裝置：
取水管流速，v0=9m/s
∴排水管需要斷面積：ω=
(2)由π4(D2-d2)=ω
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
5)由上，選擇：
氣管：外徑ϕ89mm，內徑：ϕ81mm。
水管：外徑ϕ274mm，內徑：ϕ254mm。
空氣量：當沉沒系數：χ=
提升1m3水，需要空氣：V0=3.75m3≈4m3；
空氣壓力：q2=5.6大氣壓；取q2=6kg/cm2；
氣水混合速v0=9m/s；氣速v1=10m/s。
(三)試求降低最大水位時，提升1m3水所需空氣量及備用空氣總量。
1.參考74號孔抽水試驗，可降低3m水位左右；
因此，取：h0=h+3=23+3=26m
H=38-3=35m
K=2.17+0.0164×h0=2.17+0.0164×26=2.5964≈2.6
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
即：當沉沒系數χ=
2.備用空氣量：
1)每分鍾提水量=75×60=4500L/min=4.5m3/min。
需要空氣量=4.5×4.51=20.295m3/min。
2)抽水試驗是三個班連續進行，以上是一個班需要的空氣量為20.295m3/min，三個班，備用60m3/min。為安全起見，擬選用：
6台：9m3/min·台·6台：6m3/min·台。合計為12台空壓機。
總計每分鍾可送空氣量為90m3/min，備用安全系數為1.5。
3.以上，降低3m水位，是求備用空氣量，選用參考數字，373號孔實際抽水最大水位降低數，需在試抽水中，才能得到。
(四)前已說明，我們擬籌備12台空壓機，空氣量為90m3/min，但這些空氣量，是否滿足揚水需求?這要通過試抽水試驗來檢驗。
373號孔，試抽水試驗啟動後，我們向氣管內，由小到大，逐漸增送空氣量，直到送入空氣量為45m3/min；在逐漸增送空氣量的同時，觀察氣水混合體，經排水管出口，由斷斷續續噴出，到均勻連續不斷噴出，延續一定時間，噴出的混合體，均為連續不斷的均勻混合體，表明空氣揚水狀態，處於合適狀態，在這種狀態下，初步測得降低水位，約在2m位置。選用：空氣：水=5：1的氣水混合體，進行計算，我們送入45m3/min空氣量，可提升9m3/min水量，大於抽水試驗設計估算涌水量4.5m3/min的要求，可滿足抽水試驗需求空氣量。我們把這種狀態下送入45m3/min空氣量，作為最大需求空氣量，來調配備用空壓機的合理組合。
1.把12台空壓機分為兩個組合，每一個組合，均有3台×9m3/min和3台×6m3/min，合計6台空壓機，送空氣量為45m3/min，以滿足揚水所需最大空氣量。
2.空壓機廠房火災後，燒壞上述部分空壓機，因此，我們另行組合空壓機，改為：一組有一台40m3/min和一台6m3/min，合計空氣量為46m3/min，另一組有3台×9m3/min和3台×6m3/min，合計空氣量為45m3/min，以滿足空氣揚水的最大需求。
3.以上是備用空氣量，選用的參考空壓機組合，實際抽水試驗工作中，是由現場技術負責人，依據實情選用空壓機數量。
(五)做好大型抽水試驗的組織工作和技安工作是非常重要的
1.空壓機的內燃機和壓氣機，運轉時溫度高，每組空壓機運轉8小時，需停機冷卻降溫，改為另一組空壓機運轉，因此，需要運轉操作人員(包括燃油運送人員)，維修人員，此外抽水現場還有技術人員，可見，373號孔抽水試驗規模很大，而且，抽水試驗時間很長，總隊決定，成立由壩一隊宋寶沖副隊長領導的大型抽水試驗組，對空壓機廠房、燃油庫和抽水試驗現場，統一管理，協調工作。
2.空壓機遠轉時，內燃機溫度高，使排氣管溫度也高，與排氣管相距2～3cm的帆布，在風吹擺動下，貼近排氣管，被烤燒，引發火災，燒壞上述部分空壓機，教訓是深刻的，表明對空壓機的防火工作，要做細，要排除易燃物品靠近排氣管；切實做好油庫的防火工作，為此，當時組織專職技安人員，督促檢查安全工作，從而消除各種可能發生事故的隱患。
3.我們是首次採用壓縮空氣揚水，進行抽水試驗工作，是由理性學習，到實踐認識，對於如此大型的抽水試驗工作，是邊干邊學，經過全體工作人員的努力，完成373號孔的抽水試驗工作，成果是合格的。
在總結教訓後，宋寶沖副隊長較好地完成373號孔抽水試驗工作中的組織協調工作。
(六)幾點認識
1.選用壓縮空氣揚水進行抽水試驗的條件：
1)孔內地下水位深度h大於抽水機吸水高度hf=7m。
2)地下水涌水量大於深井泵的揚水量。
在上述兩種情況下，選擇壓縮空氣揚水，是較好的選擇。
2.要掌握以下知識：
1)混合器，埋入地下水深度H值，與壓縮空氣的壓力是相關的，最大深度H值，由下式求得：
p2=
式中：[P2]=空壓機的氣壓=7kg/cm2(民用空壓機的許用壓力)
故 H=[[p2]-p0-Δp]×
2)由前計算提升1m3水所需空氣量V0值：
當沉沒系數：χ=
χ=
可見，χ值愈小，V0愈大。因此，擬選用χ≥1.3，否則，將使氣水混合體中氣多水少，甚至使水極少，失去空氣揚水價值。所以，常選用χ≥1.3，V0≈5m3。
3)抽水試驗，最大降低水位涌水量，要大於平均降低水位的涌水量，兩者需要的空氣量也不相同，而抽水試驗是連續進行，不能中斷，無法更換氣管和排水管；因此，氣管和排水管要同時滿足以上兩種空氣量，加排水量的要求，為此，可用調整空壓機的壓縮空氣流速來解決。
由前計算：氣管斷面積和排水管面積：F=
當q2和q+q0增加，如能使v1和v0也增加；使F、ω的數值保持不變，或微變，不影響排水要求；為達到這個要求，可使用調動空壓機的壓縮空氣壓力，因為v1是由壓縮空氣壓力驅動的；
圖5 梯形堰斷面示意圖
調動空壓機的壓縮空氣壓力，可由空壓機司機操作；v1值提高後，可帶動v0值增加。
v1值：當時國外相關資料推薦為8～12m/s；華東某射流試驗為10～14m/s。
3.計算備用空氣量前，要全面了解抽水試驗的地質要求，例如：
地下水位h值；含水層厚度；可能的單位涌水量；降低最大水位S值及最大涌水量等。
依據以上這些數據，求出合適的備用空氣量。
4.我們選用的量水堰，是梯形堰，是按相關規定尺寸製作的。由於排水管出口，噴出浪大，為消除波浪沖擊，引起槽內水面波動，將槽身增長，並增設兩塊帶孔眼的橫隔板，作為消波平浪用，效果尚好(註：本文沒有列出梯形堰的尺寸圖)。
梯形堰斷面和涌水量計算方法，是學者寧有義著的《抽水試驗的理論根據和工作方法》中推薦的，供參考。
(七)三門峽373號供水井，從鑽孔到抽水試驗，具有以下特點：
用直徑ϕ50mm鑽桿，完成直徑ϕ376mm鑽孔，這是當時沒有先例的。
用規模特大的壓縮空氣揚水，進行單孔抽水試驗，這是當時沒有先例的。
抽水試驗延續數十天，不間斷進行，這是當時沒有先例的。
由373號孔取出涌水量為70L/s如此大的涌水量，也是當時沒有先例的。
所有這些，給人啟示，以賈總為首的三門峽地質和勘探人員，對地質工作，是認真求實、科學嚴謹的，他們付出的勞動和代價是大的，目的是為查明喀斯特裂隙水涌水量的確切數據，為建設三門峽水利樞紐工程提供可靠的施工用水水資源。
373號供水井——三門峽地質勘探的歷史豐碑，標志著新中國誕生後，三門峽總隊地質勘探人員，為治理黃河水害，建設三門峽大壩的奉獻。
2005.12.12
㈢ 三門峽水利樞紐主要建築物地區的工程地質條件（總的結論）
黃河三門峽地質勘探總隊
(一)
1.從大的區域看，三門峽是處於中條山和秦嶺之間的山間盆地中。從沉積物的性質上看，三門峽地區正好是一個基岩和第四紀沉積物的分界處。由於三門峽以西主要的沉積物是第四紀岩層、三門峽以東則完全是基岩區，所以三門峽以西地區的黃河兩岸在地貌上表現出來的特徵是由黃土類土形成的級級階地，河谷較寬，而且有廣大的渭河平原；在三門峽以東則大多是高山深谷，河谷狹窄，由黃河所形成的階地是很少的。因此三門峽被選為根治黃河水害、開發黃河水利的第一期工程地點，在地理地貌上是非常合適的。
2.三門峽主要建築物地區及其外圍地區，分布著下奧陶紀頁岩、中奧陶紀白雲質石炭岩、石炭紀煤系、石炭二疊紀煤系、二疊紀砂質頁岩、中生代閃長玢岩、老第三紀紅色岩系、老第四紀三門系砂、砂卵石、粘土、中新第四紀黃土類砂質粘土及近代的砂、砂卵石層。所有上述古生代的岩層在主要建築物地區，都是以15°左右的傾角傾向上游，而且厚達90～130m的中生代閃長玢岩也恰好以岩床狀侵入於石炭紀及石炭二疊紀煤系岩層之間。因此，三門峽的河床中就出現了橫跨黃河而寬達700m的閃長玢岩岩體。這種堅硬岩石的出現，毫無問題，它必定是我們選擇為大壩基礎的唯一對象。
(二)
3.作為主要建築物基礎的閃長玢岩是一種很堅硬的岩石，它的飽和抗壓強度平均為1042kg/cm2，但是它並不是只有一些構造裂縫，而實際上它已經被以北東方向為主的破碎帶斷層切穿而形成了許多大塊，所以這就帶來了一個主要問題——這些破碎帶、斷層究竟是什麼時候產生的?它們產生後繼續活動過沒有?如果今後發生Ⅷ度以上的地震烈度時，會不會由於這些斷層和破碎帶的繼續活動，使主要建築物遭受到嚴重的破壞?
經過調查研究分析，說明主要建築物地段的斷層破碎帶是中生代燕山造山運動末期生成的，它們在第三紀之後喜馬拉雅造山運動期受到輕微的影響，但在整個第四紀的時期內是沒有重新活動過，而近代所發生的Ⅹ度以上的地震烈度時，也沒有使這些破碎帶和斷層復活。這就進一步說明主要建築物地段至少一百多萬年以來就是一個構造斷裂方面的穩定區。因此，我們就有理由說在今後大壩運用期間，不會因任何地質構造斷裂的發生而引起建築物的破壞。
4.新的構造斷裂究竟在三門峽地區有沒有呢，並不是沒有，只是這些新的構造斷裂沒有影響到主要建築物地段。從馬家河底至壩頭的鐵路路塹上所見到的新構造斷裂帶向東逐漸減輕，而到史家灘一帶則完全消失的情況看，可以充分地說明新構造斷裂主要是發生在第四紀沉積區的邊緣區，而基岩區則沒有受到任何的影響。
(三)
5.主要建築物地段閃長玢岩中裂隙一般有三組：第一組走向30°～50°，傾向南東，傾角70°～85°；第二組走向320°～350°，傾向北東或南西，傾角70°～80°；第三組走向30°～60°，傾向北西，傾角20°～40°。這三組裂隙以第一組和第二組為最發育，第三組為數很少，而且延長也很短。這些事實說明做為壩基的閃長玢岩中可以說基本上是沒有近乎水平的構造裂隙的。另外從閃長玢岩與混凝土的抗剪試驗結果看，混凝土與新鮮的、弱風化的閃長玢岩的摩擦角為51°～66°。因此上面這兩種事實，可以充分說明大壩由於受庫水的壓力而沿著基礎岩石面或者角度小的構造裂隙產生滑動的可能性是沒有的。
6.主要建築物地區右岸的老鴉溝口至角胡同一帶的閃長玢岩陡壁，由於近代地震引起了閃長玢岩的大量崩塌，形成了這一帶廣泛的崩塌堆積區。這種崩塌在古代曾經在主要建築物的下游兩次堵塞了河流，形成了天然的水庫。那麼這種情況在今後水庫運用期間會不會還發生，以至影響到我們水電站的運轉呢?根據現在情況，我們認為今後即使發生Ⅷ度以上的地震時也是不會發生的。這是因為這一個地段經過歷史上幾次大崩塌後，已經形成了一個距離較長、也比較穩定的邊坡；這個邊坡的形成不但減低了崩塌陡崖的高度，更重要的還是對崩塌陡崖起了良好的支撐作用。
7.在主要建築物地區右岸的山頭村、老鴉溝、永久變電站(指原設計永久變電站)及臨時變電站一帶的閃長玢岩及其上覆的黃土類砂質粘土中產生了不少較大的裂縫。這些裂縫的造成主要是閃長玢岩下伏石炭紀煤系岩層中廢煤洞的存在以及在受到近代地震的作用下形成的。但必須指出這些裂縫在右岸非溢流壩以外150～200m的地方亦已發現，那麼將來會不會繼續發展，使整個右岸非溢流壩受到影響呢?這是不會的。因為廢煤洞在水平方向上的挖掘深度不會達到右岸非溢流壩下邊，而且這一建築物下邊的石炭紀煤系岩層埋藏很深，因此閃長玢岩就有了足夠的不受崩塌影響的支撐。
(四)
8.根據鑽孔壓水試驗和抽水試驗，說明主要建築物地段岩面5m以下的閃長玢岩，絕大部分屬於不透水的岩石，只有以構造塊狀岩為主的破碎帶或斷層帶才能達到微透水至中等透水的程度。一號豎井下穿河平硐曾經遇到一兩個以構造塊狀岩為主的破碎帶，但是通過破碎帶進入平硐內的水只有0.42L/s。1958年在溢流壩基礎的開挖中，雖然基坑面已經低於河水位，但通過一般裂隙滲到基坑中的水還是沒有看到，而通過破碎帶、斷層帶滲入基坑中的水的總量也只有0.5～1.0L/s，第二期基坑開挖後，地下水流入基坑中的水量為0.6L/s。這種種事實都有力地說明閃長玢岩基本上是一個不透水的岩層。
9.破碎帶及斷層中有微透水至中等透水帶，這些地帶僅存在於那些構造塊狀岩的分布地段，而構造塊狀岩在水平方向上，也常過渡為構造碎屑岩，成為不透水地帶。破碎帶、斷層帶的寬度變化往往也大，一般都是呈一連續的凸鏡體伸延的。這些地質條件都大大地減低了庫水沿破碎帶及斷層帶產生滲漏的可能。因此，我們認為壩基下的破碎帶和斷層帶沒有進行任何灌漿處理工作的必要。
我們對溢流壩、電站壩體、電廠部分及右岸非溢流壩部分的壩基滲漏做簡略的計算，計算結果，說明其總滲漏量為654m3/d，顯然這個數字與正常高水位360m時水庫庫容640億m3相比是很小的。
但必須指出黃河水含有大量的泥沙，水庫充水後，這些泥沙必將沉澱於壩前，而形成一層天然防滲的鋪蓋，因之滲漏的通道也會為泥沙所堵塞。從神門河截流後上圍堰上游的泥沙迅速淤塞看，這種計算的總滲漏量恐怕基本上是不會有的。
至於沿破碎帶及斷層是否產生機械管涌呢?我們認為可能性是很小的。因為斷層及破碎帶在水平方向上的分布，並不是寬窄一致，而且具有一透鏡狀延續的特點，另外一般破碎帶、斷層帶中的產物又是以構造塊狀岩為主，所以由於地下水的機械搬運作用，把這些構造塊狀岩帶走，形成管涌現象是不會存在的。
10.三門峽的大壩將全部建在閃長玢岩之上，而大壩的延長方向也基本上和閃長玢岩岩床的走向是一致的，所以繞壩滲漏的問題也就是通過大壩兩端以外地區閃長玢岩的滲漏問題。壩址右岸大壩上游有一個三門溝，下游有一個老鴉溝，左岸大壩下游又有一個南山溝，而三門溝與老鴉溝的分水嶺寬500m，南山溝與大壩上游黃河的分水嶺為200m，因此繞壩滲漏問題又可以說是從三門溝通過閃長玢岩滲向老鴉溝和直接由黃河滲向南山溝的問題。既然通過鑽探、水平探硐、豎井以及基坑開挖都說明了閃長玢岩是一種不透水的岩石，所以我們就可以根據這些事實來進一步說明庫水在水平方向上通過200～500m長的閃長玢岩，而滲漏到南山溝和老鴉溝去基本上是不可能的。
11.至於在壩址附近庫水可能通過南溝門里滲向南山溝及岳家河的問題，只要打開比例尺1：10000的地質圖就可以初步地說明這種滲漏是不可能的。因為庫水要向南山溝滲漏，就必須通過全部老第三紀厚達110m、而極少裂隙、膠結又很好的底礫石和厚達70m的石炭二疊紀砂岩、砂質頁岩互層，向岳家河滲漏就必須通過水平距離近2000多米的老第三紀紅色砂質頁岩、頁岩和底礫岩；這些岩層經地質調查及鑽探都說明它們基本上都是不透水層。因此，這種在壩址附近向鄰谷滲漏問題是完全不必考慮的。
12.壩址上下游各1000m的地方有史家灘斷層和七里溝斷層。這兩個斷層都穿過整個古生代各紀的岩層，而七里溝口上游又出現了不少具有喀斯特溶洞的奧陶紀白雲質石灰岩。因此，人們很容易想到會不會今後通過史家灘大斷層，庫水向下游七里溝一帶大量的滲漏呢?我們認為也同樣是不可能的。這不但從斷層帶本身的性質上看可以說明這一問題，另外從閃長玢岩、石炭紀煤系岩層以及奧陶紀石灰岩中的地下水性質、地下水位標高以及水文化學方面，也可以找出不可能滲漏的有力證據。
(五)
13.按地下水分類，主要建築物地區內有河漫灘砂層或砂卵石層中的潛水，老第三紀底礫岩、閃長玢岩及石炭二疊紀煤系岩層中的裂隙水，石炭紀岩層中的承壓裂隙水及中奧陶紀白雲質石灰岩中的喀斯特水。經過鑽探證明除了喀斯特水而外，其他各層水的涌水量都是極小的，因此，喀斯特水就變成了整個工區用水的唯一供水水源。但是這種喀斯特水質有一個很重要的缺點，那就是水中SO4離子含量為440mg/L，超過了飲用水中SO4離子含量的標准。這種多量的 SO4離子究竟是從那裡來的呢?到現在還沒得到一個滿意的解釋。
14.根據水文化學主要建築物地段閃長玢岩中的裂隙水可以分為三個地區：溢流壩、電廠、右岸非溢流壩段的重炭酸鹽鈉鎂水，左岸非溢流壩段的硫酸鹽氯化物鈉鈣鎂水和右岸非溢流壩以東地區的硫酸鹽重碳酸鹽鈉鎂水。上述溢流壩、電廠、右岸非溢流壩段及左岸非溢流壩以東地區的地下水，對任何水泥都無侵蝕性，只有左岸非溢流壩段地下水，SO4離子含量達1123mg/L，超過了規范允許含量350mg/L很多。因此，這一段的地下水對於一般水泥拌成的混凝土是具有硫酸侵蝕性的。由於SO4離子含量還沒有超過3500mg/L，所以對耐硫酸水泥所拌製成的混凝土是沒有侵蝕性的。因此我們建議修建左岸非溢流壩段時，應當用抗硫酸性水泥來拌制混凝土。
(六)
15.主要建築物地段閃長玢岩的風化程度可分為四類：全風化帶、強風化帶、弱風化帶及新鮮岩石。全風化帶內的岩石一般已變成碎礫，但是這種風化岩石厚度一般是極小的，而且只是在閃長玢岩的岩面上零星地分布著。強風化帶的岩石的特點是具有較密的水平風化裂隙，但是它的厚度一般為0.5～2.0m，最大的不超過4m。弱風化帶中的岩石則僅僅是裂隙的兩壁，由於地下水的活動，造成1～5cm寬的黃褐色風化色帶，色帶本身的岩石還是很堅硬的。根據上邊這種情況可以很清楚地說明只有全風化帶、強風化帶岩石在基坑開挖時必須加以清除，但弱風化帶的岩石則可以和新鮮岩石一樣看待。
16.作為大壩基礎的閃長玢岩中的裂隙大部分是閉合裂隙。經過鑽探過程中的壓水試驗都說明閃長玢岩基本是一個不透水層。因此灌漿帷幕是完全沒有必要的。
(七)
17.根據勘察資料證明中生代閃長玢岩裂隙水，漫灘沖積層潛水，水質雖好，但水量極少，因此沒有供水價值，只有奧陶紀喀斯特水，它具有豐富的地下水源。已有的74號、213號及373號供水孔總的出水量可達130L/s，因此，已有的三個供水孔已經可以滿足了大部分的設計用水量。在水質方面喀斯特水基本上是符合於施工用水的要求，但對生活用水，由於含SO4離子較多，是有缺點的。關於生活用水的部分，三門峽工程局已經在七里溝溝口修建了兩級沉砂池，將採取黃河水，經沉澱處理後加以使用。這樣三門峽水利樞紐施工場地各個方面的用水就得到完全解決。
註：這份「總的結論」既是三門峽壩址工程地質條件總的評價，也是針對當時社會各界所擔心的問題(歸納為七大問題)的答復。
(摘自黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察報告第一冊第二卷「總的結論」P.180～183)
(原載於《三門峽工程》1959年第8期)
㈣ 三門峽閃長玢岩的顯微鏡鑒定
李鄂榮 朱德魁
黃河三門峽呈岩床狀產出的火成岩侵入體，以前在國內鑒定，以其為近於閃長岩質的中性侵入岩，曾名為閃長斑岩。這個名詞在許多有關的文獻資料以及報刊上發表過。最近經蘇聯列寧格勒水電設計院鑒定改稱為閃長玢岩，這個名詞引起了一些有關工作人員的疑問。三門峽地質勘探總隊認為有必要對這一岩石名稱加以最後確定。為此，我們在中國科學院地質研究所何作霖先生的直接指導下，對這一岩石再一次進行了顯微鏡的詳細鑒定。為了澄清這一岩石名稱，對玢岩和斑岩的定義也加以概略的說明。
一、斑岩和玢岩的定義及歷史
玢岩(porphrite)一詞，來源於希臘字
斑岩(porphyry)一詞，出現於1750年或更早些，它被許多作者用於緻密石基中顯巨大斑晶的岩石，而不考慮其中長石的種類。在那時是與玢岩當作同義字用的。
1859年德國地質學家羅斯(G.Rose)用玢岩一詞於斑狀的含斜長石、角閃石(或雲母)的岩石。同時，蔡爾克(F.Zirkel)也用於其同一意義。以後德國岩石學家羅森布希(H.Rosenbusch)把斑岩一詞用於富含正長石斑晶的花崗岩—正長岩類的斑狀岩石；而把玢岩用於羅斯和蔡爾克的意義，即用含斜長石斑晶的閃長玢岩質的斑狀岩石。
1894年蔡爾克將玢岩分為下列幾種類型：
(1)斑晶僅為斜長石者名為閃長玢岩；
(2)斑晶為斜長石和普通角閃石者名為普通角閃石閃長玢岩；
(3)斑晶為斜長石和黑雲母者名為黑雲母閃長玢岩或雲母閃長玢岩；
(4)斑晶僅為普通角閃石者名為普通角閃石玢岩；
(5)斑晶僅為黑雲母者名為黑雲母玢岩。
1908年羅森布希在他的著作中說：安山岩和玢岩的關系，恰如流紋岩和石英斑岩，粗面岩和無石英斑岩，以及石英安山岩和石英玢岩的關系一樣；安山岩是新火山岩而玢岩是前第三紀古老噴發火山岩。因此，時代的差別在許多情況下說明了為什麼玢岩的產狀不同於安山岩。他又說：新鮮的安山岩和新鮮的玢岩不僅有相同的噴出岩的地質產狀，而且有相同的化學和礦物成分。
在現代的岩石著作中，斑岩和玢岩都代表了兩重意義：即古相的噴出岩和淺成侵入岩或未分異的脈岩。如第三紀前的古相流紋岩叫做石英斑岩；古相粗面岩叫做正長斑岩(或無石英)；古相的英安岩叫石英玢岩；古相的安山岩叫玢岩等等。而淺成的花崗岩質和正長岩質的斑狀岩石叫花崗斑岩和正長斑岩；淺成的閃長岩質和輝長岩質的斑狀岩石叫做閃長玢岩和輝綠玢岩等等。
從以上的情況可以看出，斑岩是代表含礆性長石斑晶的(或以礆性長石斑晶為主的)斑狀岩石；而玢岩則代表含鈉鈣系長石斑晶的斑狀岩石。這種用法適用於除美國以外的任何國家(包括英國在內)。因為美國地質調查所曾經規定：斑岩(porphry)作為一個結構術語，適用於一切斑狀的岩石，它可以和岩石名稱聯接起來而不考慮其中所含長石的種類，除非長石名稱已被冠於岩石名稱之前。如花崗斑岩，正長斑岩、閃長斑岩等等。玢岩(porphrite)被當做一個贅余的詞而廢棄不用了。但美國的岩石學家也不完全接受這一規定。
在蘇聯，根據查瓦里茨基和蘆奇茨基的火成岩的分類表，也是和美國以外的其他各國用法一樣，斑岩(Порфир)代表含礆性長石斑晶的古相火山岩和淺成岩；玢岩(Порфирит)代表含鈉鈣系長石斑晶的古相火山岩和淺成侵入岩。
對於三門峽呈岩床狀產出的相當於閃長岩質的斑狀岩石，以前國內的鑒定有些是根據美國的岩石分類法，定名為閃長斑岩(diorite—Porphyry)。後經蘇聯列寧格勒水電設計院鑒定稱為閃長玢岩(диорит—овый порфирит)。名稱似乎不同，其實無論在產狀上或者在岩石的組織結構和礦物成分上是完全相同的岩石。我們考慮到美國地質調查所的硬性規定，不合於大多數國家的習慣，因此建議使用蘇聯改定的名稱——閃長玢岩。
這種閃長玢岩，除了含有斜長石、角閃石、黑雲母的斑晶以外，尚有或多或少的石英斑晶。在石基中也含有一些石英，似乎它的岩石性質，是近於石英閃長岩質的淺成岩的。所以含石英較多的部分叫做石英閃長玢岩，似乎更合於實際情況一些。
二、閃長玢岩的顯微鏡鑒定
1.肉眼鑒定
閃長玢岩為灰色斑狀岩石，石基為緻密狀到細粒狀結構。斑晶見到的有白色長石、黑雲母、角閃石和少量石英。長石斑晶大致為矩形或長柱狀，角閃石為長柱狀或針狀，黑雲母呈片狀。風化比較嚴重的閃長玢岩呈灰黃色，其中暗色的礦物往往有綠泥石化現象，角閃石在風化岩石表面，僅僅保留晶體外形的長柱狀或針狀空洞。黑雲母較新鮮，而次生方解石大量增加。石基顆粒很細、肉眼不能鑒別。在有些標本中，有雲母片岩、暗色閃長岩、石墨片岩，及炭質頁岩的捕擄體。在炭質頁岩捕擄體中常見到黃鐵礦晶體。
2.顯微鏡下的特徵
閃長玢岩為自形或半自形斑狀結構(圖1)。石基為全晶質細粒或少量的花斑狀，流狀結構不顯。細粒狀石基中礦物成分以斜長石顆粒為主，有少量石英，晶體彼此沒有明顯界限，呈他形。具有這種石基的岩石，其斑晶主要為斜長石和普通角閃石。黑雲母很少，石英斑晶只偶然見到或完全沒有。花斑狀石基中有較多的石英，石英大致呈球粒狀，具熔蝕邊緣，中含無數的小長條狀斜長石微晶。具有這種石基的岩石，其斑晶以斜長石、黑雲母為主，角閃石很少或沒有，石英斑晶較多，是比前者較為酸性的類型。
還有一種是細粒狀石英，僅含斜長石及少量石英斑晶，完全不具暗色礦物斑晶的類型，但比較少見。後面兩種都是接近岩體邊緣部分的岩石。
岩石中石基與斑晶的百分比一般約為60：40左右，即斑晶只佔全部岩石40%左右，斑晶中斜長石佔全部斑晶80%左右，普通角閃石佔13%左右，黑雲母及石英都在1%以下，鐵礦物佔2%以上。在暗色礦物很少或沒有的岩石中，其百分比有變化。
圖1 閃長玢岩的斑狀結構，斑晶為斜長石基聚片雙晶，正交偏光20×
礦物成分：主要成分為中性或較酸性斜長石、普通角閃石、黑雲母及石英。次要成分為榍石、磷灰石、磁鐵礦，以及有時偶見鋯(英)石、褐簾石等。次生礦物為綠泥石、方解石、褐鐵礦以及少量綠簾石、高嶺土等。現將各種礦物分述如下：
斜長石：經過用弗氏旋轉台的詳細測定，斜長石主要為中性斜長石(Ab60An40)或較酸性的斜長石(Ab65An35)。在大部分斜長石斑晶中具有明顯的環帶狀結構(圖3)。環帶構造的中心部分較基性，但不超過(Ab55An45)，而在其邊部則較酸性一些，以(Ab65An35)為主，折光率為Ng=1.5525，Nm=1.550，Np=1.547。在石基中的斜長石比斑晶較酸性，和斑晶的邊緣部分相近。斜長石呈平行於(010)的板狀晶體或為在(010)或(001)面上的柱狀結晶體，在薄片中常為矩形的斷面。石基中斜長石微晶大都平行於(010)和(001)延長，其雙晶紋也是平行於礦物的延長方向。斜長石都具聚片雙晶(圖1，2)：阿爾拜特雙晶(Albite twining)和少量的派瑞克林雙晶(Periclin twining)，也常見阿爾拜特和卡氏雙晶的聯合雙晶(Albite—carlsba twining)，巴溫諾雙晶(Baveno twining)少見。斜長石聚片雙晶(阿爾拜特)的消光角常小於20°，一般為18°左右。由於其環帶結構，故邊緣和中心部分消光角往往不一致。
斜長石晶體中之包裹物不多，但也能見到一些早期結晶角閃石、磷灰石、磁鐵礦、鋯(英)石、榍石等。包裹物是星散或環帶狀分布。斜長石一般為具有完整晶形的自形晶體，但也能見到有些被岩漿熔蝕的現象，即晶體之直線周邊被破壞，稜角顯圓滑曲線或邊緣有向晶體內部凹入的曲線(圖3)。
斜長石的變質現象，主要表現被次生的方解石所交替(圖2)。方解石常填充於斜長石的解理和裂隙中，部分或全部代替了斜長石晶形。代替是從中心部分開始的，有時見到具有環帶結構的斜長石、中心部分已全被方解石代替，兩邊緣部完整如新。比較特殊的是：斜長石的絹雲母化不見，而高嶺土化也不顯著。
斜長石斑晶的直徑0.5～4mm，而以2mm左右為最多，很少大於4mm者。
普通角閃石：為暗綠色或棕綠色的六邊形長柱體或針狀自形晶。結晶完整，多色性很強，由深綠色到淺棕色。其完全的平行於柱面的節理，其橫斷面為六邊形，兩組節理交角近於56°。平行於(001)柱面，常見聚片雙晶。包裹物為早期結晶的磁鐵礦、磷灰石、榍石和鋯(英)石等。
圖2 斜長石的聯合雙晶，以及斜長石被方解石交替的情況，正交偏光62×
P—斜長石；C—方解石
圖3 斜長石的環帶狀構造及熔蝕狀石英斑晶，正交偏光62×
p—斜長石；q—石英
在石基中的石英呈他形粒狀，與斜長石微晶成細
普通角閃石也有被岩漿熔蝕現象，少量角閃石也出現圓滑周邊，且為細粒狀磁鐵形顆粒所圍繞。
普通角閃石的變質產物為綠泥石、方解石、鐵礦及微量的次生石英。這些次生礦物往往充填於節理及裂隙中。在風化比較嚴重的情況下，角閃石幾乎完全為這些礦物所代替，而佔有角閃石結晶體的晶形。
黑雲母：為棕褐色六邊形片狀斑晶，吸收性很強，從淺褐色到深棕色，平行消光。包裹物為磁鐵礦、磷灰石、榍石等，並包裹少量斜長石微晶。
黑雲母也有被熔蝕現象，呈不規則晶形，熔蝕邊為磁鐵礦顆粒所圍繞。其變質情況不如角閃石嚴重，一般均較新鮮。僅少量風化嚴重的黑雲母出現部分風化產物，即綠泥石、鐵礦、方解石及次生石英等。
石英：在斑晶中和石基中都能見到。斑晶都呈渾圓形，具熔蝕周邊，只有極個別的斑晶具有殘缺不全的雙錐體晶形，這是由於石英斑晶在形成後受到岩漿熔蝕的結果。
石英斑晶的包裹物不常見，一般為星散分布之不透明礦物，塵土狀礦物微晶，少量磁鐵礦等。
由於石英斑晶的顆粒大部分都經過岩漿熔蝕，因而成渾圓狀(圖3)，而且分布不均一，似乎有一部分不是來源於岩漿的原生礦物，而是岩漿在侵入圍岩的過程中從圍岩中(這里是上下煤系)取得的。
在石基中的石英呈他形粒狀，與斜長石微晶成細粒狀集合體。在花斑狀石基中，石英顆粒較大，而長條狀斜長石微晶被包含於其中。
有些石英是不規則的裂隙充填物，與次生礦物方解石、綠泥石等共生，似乎是次生的。
次要礦物成分：常見的為磁鐵礦、磷灰石、榍石、鋯(英)石及褐簾石。前三者較多。
磁鐵礦：不透明、呈不規則粒狀集合體，或星散狀分布於斑晶體中或石基中。也有呈三角形、四邊形或菱形的斑晶，但不常見。在風化岩石中，部分為褐鐵礦所代替或圍繞。
磷灰石：無色透明或帶黃綠色調，有很好的粗糙面，長柱狀或針狀，橫斷面為六邊形。常與磁鐵礦伴生，大部被包裹於斜長石、石英、角閃石及黑雲母的晶體中。在石基中也能見到少量磷灰石。
榍石：無色至淡黃色，突起很高，具完整的菱形或榍形，解理不發育，有不規則裂紋，其長對角線有1mm以上者，呈斑晶分布於石基中，也是被主要礦物包裹的重要包裹物。常與鐵礦及磷灰石伴生。較大的晶體中往往包裹有磷灰石、鋯(英)石，並且見有以(100)為雙晶面之雙晶。
鋯(英)石：無色透明，在黑雲母包裹內時具多色暈，突起很高，呈不規則粒狀。被包裹於主要礦物的斑晶中。
褐簾石：棕褐色，多色性很強，從淺棕色到深棕紅色。解理不發育，具不規則裂紋，突起很高，具麻面，平行消光，正延長，二軸晶負光性，呈不規則粒狀或長柱狀斑晶，分布於石基中。也有些被黑雲母包裹，為原生礦物。其較大晶體並包裹有小顆粒的角閃石。
次生礦物：為方解石、綠泥石、褐鐵礦、石英、粘土等風化產物。
綠泥石：暗綠色，為角閃石和黑雲母的主要風化產物，而以角閃石中較多。大都充填於角閃石的裂隙中，與方解石等次生礦物共生。部分地或全部地代替角閃石晶體。黑雲母的綠泥石化現象不如角閃石顯著。在斜長石裂隙中也常見綠泥石填充。
方解石：為閃長玢岩中最常見而且最多的次生礦物。它分布於斜長石、角閃石等斑晶中，也分布於石基。一般為沿解理及裂隙的充填物。在斜長石斑晶中，往往沿環帶結構交替斜長石，或代替了斜長石的中心部分，沒有一定晶形。常和綠泥石及次生石英等共生。
褐鐵礦：淡黃褐色，在風化比較嚴重的標本中，由磁鐵礦及暗色礦物變質而成，為不規則粒狀集合體，分布於被風化之角閃石、黑雲母及磁鐵礦晶體附近及裂隙中。也呈粉末狀分布於石基中。
粘土礦物：淺黃色，粉末狀。有些為高嶺石，是斜長石風化產物。
參考文獻
1.蘆奇茨基：岩石學，中冊，1956中文翻譯版。
2.A.H.Заварицкий：Изверженные горныепороды1956.
3.F.Grout：Petrophy and petrology.
4.A.Johansan：A descriptive petrography of the igneous rocks.Vol.2 Vol.3.1949.
5.哈克爾，學生用岩石學，1955年，東北地質學院譯本。
(原載於《水文地質工程地質》1957年第12期)
㈤ 憶三門峽地質工作二三事
蔡石泉
我是1955年初冬從北京調到黃河三門峽地質勘探總隊，直到1959年初地質勘探工作結束，才離開三門峽。
來總隊之前，1954年5月我們東北地院首屆水文工程地質系的部分畢業生，在劉國昌老師帶領下，前往三門峽庫區進行了畢業實習。正式參加工作後，我被分到黃河規劃委員會地質組。在組長馮景蘭教授和副組長賈福海工程師的直接指導下，參與編制了黃河流域地質概況及各梯級壩址水庫的地質報告。從此，我一生的地質生涯從未離開這條母親河。從三門峽工作起步，沿黃河逆水而上，途徑內蒙、寧夏直至黃河源頭的青海。黃河哺育了我，而三門峽卻為我這一生的地質工作打下了良好而又堅實的基礎。
1.這次三門峽大會戰，我們承擔的第一項任務是：為建築三門峽大壩所需的混凝土骨料——砂礫石尋找產地。這是一項極其重要的基礎工作，從初步設計階段、技術設計階段直至最終確定靈寶澗河下游地段作為大壩砂礫石開采地，先後大約經歷了兩年的時間。從史家灘、陝縣南澗河中段到距三門峽大壩約50km的靈寶縣靈寶澗河，我先後和劉述淮、倪志文、王槐蔭、汪原理、祝伍萊等將近10 位地質員共同完成了這項光榮的任務。
初步設計階段是我們建築材料隊地質組最困難的時期。首先，對砂礫石勘探要求不熟悉，業務生疏，甚至對勘探點所顯示的砂礫石如何描述，如何做好文字記錄，都有過一段摸索的過程。加之勘探點分散，相距幾十公里，導致出現戰線長、任務緊等種種難以意料的事。好在我們當時都年輕，熱情高，責任心強，相互幫助鼓勵，形成了一個很好的工作團隊。我們邊學習邊工作，白天頂著烈日，腳踩被曬得滾燙的高低不平的砂礫石，到各個勘探坑孔認真觀察，做好描述；夜晚圍在煤油燈旁邊討論邊整理資料。
靈寶澗河最終確定為技術設計階段勘探的唯一工地。限於當時的條件，我們地質組不分男女，大家擠在一頂大點的單帳篷里工作、生活和學習。一塊不算太大的帆布算是一面牆，將兩位男同胞擋在一邊。就是這樣，我們無怨無悔，為地質事業，為三門峽的建成，奉獻著各自的智慧和青春。
工地雖然集中了，但勘探點的密度卻加大了，又趕上雨季，新的情況又進一步地隨著工作的進展考驗我們。只要上游下雨，河水立即陡漲，來勢兇猛，一點不次於黃河。我們抓緊時間，在靠近主河旁的試坑奮戰。為了搶在洪水到來之前竣工，工人們付出了極大的努力。我和地質員守在現場坑旁，不停地記錄。沒等到我們全部完工，只聽到水浪聲呼嘯而來，抬頭只見洪水好像從天而降。真如詩中描述那樣「黃河之水天上來」。見此狀，大家相互照應、手牽手向岸邊奔跑。待爬上高地，再回頭望去，一身冷汗混在雨水中，讓我們驚呆了，剛完成的試坑早已被洪水淹沒，幸好資料不缺。
經歷了一段對三門峽這項獨立而又完整的地質勘探工作，我們每個人收獲頗多，為以後的地質生涯打下了堅實的基礎。在最終提交了最後的地質報告時，我們也成長了。
建成後的三門峽大壩，澆鑄著我們尋找的砂礫石，也滲透著我們大量的汗水和心血。
2.三門峽工地是座大學校。要學的東西和能學到的知識和技能，真是太多太豐富了。更值得慶幸的是，有好老師和帶頭人時刻在幫助和教育我們。他們是負責總隊地質工作的副隊長賈福海主任工程師和地質組夏其發組長，他倆帶領我們在完成各項地質工作的同時，還有計劃、有目的的注意對年輕人的培養和幫助，使每位地質員得到最好的鍛煉和教誨。
我曾在總隊地質組工作過一段時間。在學習日常生產管理中，有更多的機會和時間接觸各種不同類型目的的地質勘探工作。每到一個工地甚至一個勘探點，從同行中學到看到了在課堂上得不到的知識。每次下工地就如同上一堂課，也是一次次對自己學習成績的測驗。
我終身難忘的一次大考，是和任文灝工程師共同負責驗收穿越黃河底下約10米深的平垌地質資料。任工是施工專家，平垌又是在他指揮下完成的。而我平日接觸壩基勘探工作有限，沒想到領導和組長這么信任我，將這么重大的驗收工作交給我去完成。我只有鼓足勇氣，排除雜念，充分運用已掌握的知識盡力完成任務。現在回想當時在黃河底部平垌中工作的情景，心情仍然激動不已。平垌四壁所展現的堅硬而又新鮮的岩面深深地印在腦海中。
在賈工的督促和指導下，我和劉述淮、倪志文完成了第一篇論文——《黃河三門峽大壩混凝土天然建築材料砂礫石勘探》，之後我還寫了題為《三門峽建築材料勘探經驗和教訓》。兩篇文章先後在1957年的《水文地質工程地質》刊物上發表。
3.三門峽工作期間，既是我青春沸騰的歲月，也給我帶來了終生難忘的傷害。
1957年國慶節過後不久，我的命運突然發生了難以預料的改變，厄運降臨在我這個20多歲的青年人身上，鳴放時的意見竟成了「右派」言論。隨之而起的，是鋪天蓋地的大字報和沒完沒了地接受批判和檢查。在繼續完成了對庫區等的野外地質調查後，我被停止參與室內整理工作，而被下放到鑽機跟班勞動改造。我的日子越來越難熬，甚至於在離開三門峽前夕，也沒有任何解釋和說法，工資停發，改為每月30元生活費。這是我在三門峽最後日子的紀實。假如三門峽總隊領導對我的所謂「罪過」是盡責的話，那麼，就沒有必要再回憶這段沉痛的往事了。
20年後，直到1979年，我先後收到水利電力部第十一工程局和我所在的青海地質局發出的關於對蔡石泉錯劃右派及改正的決定。令我震驚也是我一時無法接受的是，在三門峽總隊帶來的材料中，審查和批准機關的意見，前後矛盾，內容不符。更為重要的是「未見正式文件」，亦即沒有書面檔案材料。這不是草菅人命嗎?我無法承受遭到的這又一次荒唐而殘酷的事實，幾乎要發瘋了。三門峽呀，三門峽，為了你我付出了青春和智慧，用心血留下了地質成果。為什麼卻對我的生命造成無法挽回的遺憾，而且還連累了我的一群好友、好同志呢?在此我不得不特別提到《河南日報》常駐三門峽記者宋悟民先生，因為寫了關於我的一篇「走出大學之後」曾在《河南日報》連載3日，其罪名是吹捧右派，因此也劃入右派行列；還有為三門峽壩址做出了貢獻的黃輝壁、孫翠玉；更有為三門峽建設拋棄上海優越工作條件的醫務工作者鄭巧雲，還有……他們因為我受到不同程度的牽連，所幸的是，年輕的我們都經受住了這場風暴的洗禮與考驗，當我們先後重逢時，無不感慨萬千。值得欣慰的是，三門峽沒有忘記我，在三門峽工程局(現為水電十一工程局)成立40周年大慶時，我以貴賓身份被邀請參加慶祝活動。這次能以三門峽人回到三門峽，所見所聞的親身感受，更讓我終身難忘。我還是要謝謝在三門峽那段多彩的人生經歷。
4.離開三門峽沿著黃河逆水而上，先後在內蒙治沙隊、水文隊。1965年支援青海來到號稱江河源頭的青海，直到退休可以說我都與黃河有著不解之緣。值得欣慰的是，我從未離開過自己心愛的地質隊，即使在勞動中也在與大自然接觸中觀察和積累地質知識。
1979年以後，在青海柴達木綜合地質大隊先後擔任課題負責、分隊技術負責、綜合研究室主任等職時，承擔的供水及專題等五項研究分獲全國、部、省級的獎勵。特別是在1986年青海省召開的首屆科技進步獎大會上有三項成果同時獲獎。
退休後，受格爾木市科委的委託，完成了對昆侖山礦泉水的調查與研究〔已開采〕。在此基礎上發現格爾木沖洪積扇為一大型天然礦水田，於1991～1993年獲國家自然科學基金委員會批准，於1993年完成《青海格爾木大型天然飲用礦水田形成機理研究》，該成果由青海省科委主持，陳夢熊院士擔任評審組長，在北京評審通過。專家評審認為：「這是我國目前發現的罕見大型飲用礦水田，是我國找水工作的重大突破，反映了我國水文地質學在礦泉水應用基礎理論上的新進展。」
㈥ 三門峽地質勘探期間的試驗工作
何遂信
近兩年多以來，我們在三門峽已經完成了土的天然含水量的試樣1046個，土的物理力學試樣735個(包括原狀土及擾動土)，水的化學分析試樣256個，天然建築材料砂礫石的試樣152個。
下邊概略的談一談我們在黃土類土及砂礫石方面的試驗工作，工作中存在的問題以及一些經驗教訓。
一、黃土類土的試驗工作
在三門峽壩址區及水庫區，到處都可以遇到黃土類土。除了大壩主體工程的基礎是堅硬的閃長玢岩以外，其他如附屬企業工程、交通運輸線路工程及民用建築的基礎，幾乎都是放在黃土及黃土類土之上。黃土類土，在壩址河岸區構成二、三、四級台地。所以，在整個地質勘探過程中，試驗室作了大量的黃土的物理及力學性質試驗。
(1)一般情況
對三門峽工程區的不同地段的黃土類土，作了統計，如表1。
表1 工程區內各不同地段土的性質統計
由表1可知，這些地段內的平均級配及其他物理性質，基本上是一致的。因此，可以將這些地段內的黃土類土的各種物理及力學性質指標統計在一起，而當成同一的黃土類土來認識。這些指標列入表2(其中的統計數字不是全部的試驗資料)。
(2)黃土類土的物理性質
由表2中數據可知，黃土類土顆粒含量變化很大，所以，其成分是很不一致的。黃土類土的密度可根據干容重來判斷，平均干容重為1.44t/m3，其變化介於1.24～1.68t/m3；而其孔隙率平均值為47%，最大孔隙率為38%。密度隨深度的變化不大，根據試驗資料，由上部的1.4t/m3，增高到30m深的1.5t/m3。
表2 黃土類土物理力學性質綜合統計表
黃土類土的含水量不大，天然含水量平均為13%，與最大分子吸水量一致，飽和含水量則為32%。至於鑽孔中由上到下的含水量變化沒有什麼規律性。這可能是由於土層不均一的緣故。塑限含水量高於天然含水量，其平均值為17%；液限含水量平均為27%。因為系數B值小於零，土的稠度是屬於固體狀態，是堅硬的。
根據滲透系數看來，這些土均屬低等滲透性。
(3)黃土類土的力學性質
A.崩解
作土的崩解性試驗時，有的在第一分鍾內土的結構即破壞，在5min內基本上全部崩解；有的試樣在15min內完全崩解；有的試樣在40～60min內崩解。迅速崩解是黃土類土的特性之一，也是測定急劇沉陷性的間接指標。
B.壓縮
關於黃土類土的壓縮試驗，試驗室採用了長春儀器廠出產的壓縮儀，分別用下面兩種方法進行試驗：
(1)試驗開始時即將土樣浸水飽和以及在天然含水量條件下的試樣壓縮試驗；
(2)在荷重3kg/cm2時浸入飽和試樣的壓縮試驗；
表3及表4列有相對壓縮性(以%表示)及壓縮系數值。這些數據是21個試樣的試驗結果的統計，土樣是天然含水量狀態下進行試驗的。表中數據顯示了壓縮系數值在不同荷重時保持不變。根據H.H.鮑高斯洛夫基著的「地基與基礎」按壓縮系數(a)將土沉陷分級為：
高壓縮性土a＞0.05cm2/kg
中壓縮性土0.05＞a＞0.01
低壓縮性土a＜0.01
據此，根據表4的數據，在天然含水量狀態下的黃土類土的壓縮性就不低，若浸水以後，就更會增大沉陷性。
表3
表4
表5及表6 中列的相對壓縮性及壓縮系數指標，是根據20個土試樣的資料統計的(開始試驗時即將土樣浸水飽和)。
把表5、表6的指標數據與表3、表4的指標數據對照一下，可以看出，土浸水以後的沉陷性的一些指標數據，比天然含水量狀態下提高約一倍。
表5
表6
表7列有相對下沉系數的統計數據。
表7
註：均方差及變化系數的計算公式如下
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
Q=均方差；n=測定次數；Σ=總值符號；v=變化系數；χ=部分值；χ-=算術平均值。
表7中的數據說明了以下二個問題：
①各種荷重下的相對下沉系數的均方差似乎是一致的；
②當荷重由零增到3kg/cm2時，沉陷量增加的速度很快；當荷重由3kg/cm2增至5kg/cm2時，沉陷量的速度增加得較慢；但當荷重增加至6kg/cm2時，沉陷性反而降低。
在荷重下的這種變化，是本工程區內黃土類土的特點。
按標准方法進行的試驗，即在壓力為3kg/cm2時將土樣浸水飽和的壓縮試驗，根據74次試驗結果的數據求得：平均大孔隙比為0.043，其變化介於0～0.313 之間；相對下沉系數的平均值為0.022，其變化介於0～0.156 之間。浸水的方向一般是從上到下，也曾作過從下到上浸水的對比試驗，結果一致。有些文獻中，對浸水方向持有不同論點，認為由下而上的浸水，其沉陷量較大些。這是需要深入研究的問題。在初步設計文件中，把在這種試驗方法下求得的一些相對下沉系數作了一個統計，如表8。
表8
根據表8的統計，大約只有43%的土樣超過規范規定而具有沉陷性。本區的黃土很厚，所以，在初步設計文件中建議「將此岩石列為二級沉陷性的岩石類」。
C.抗剪強度
黃土類土的抗剪試驗，在1956年以前應用南京水工儀器廠出產的應變式剪力儀，這種儀器在加水平荷重時容易產生誤差，根據專家建議，後來改用馬斯洛夫型剪力儀。但現在的統計資料，大都是用應變式剪力儀作的試驗。
用原狀土作抗剪試驗，方法為：①浸水固結慢剪；②浸水不固結快剪；③無水固結快剪。
求得的剪力數據，已列入表2中。
磨擦系數統計如表9。
表9
從表2及表9可看出，利用兩種方法求出的系數，其經常重復的數值與平均值是接近的，因而證實平均值是有足夠代表性的。
凝聚力的數值，在浸水以後剪切時，降低很多。無水試驗時，凝聚力的平均值為0.27kg/cm2；而在水下試驗時，其數值為0.13kg/cm2，也就是說，幾乎降低一倍。
浸水不固結快剪時的摩擦系數，與固結慢剪的摩擦系數比較起來，要降低一倍以上。
在初步設計文件中，列有蘇聯列寧格勒水電設計院的剪力試驗數據。用原狀土作無水剪切試驗時，凝聚力為0.25kg/cm2，摩擦系數為0.49(一次測定)。用擾動土作無水剪切試驗時，摩擦系數降低到0.392，而凝聚力則達到0.24kg/cm2。因此說明，土樣結構被破壞後，主要是影響摩擦系數，而不是凝聚力。
該院又用擾動土作浸水剪切試驗，求出的摩擦系數為0.27，凝聚力為0.10kg/cm2。這表明土浸水後對抗剪強度的影響，要大於土的結構被破壞對抗剪強度的影響。
由以上所述，此區內的黃土類土的沉陷量將比單按壓縮性求出的浸濕地層的沉陷量要大。
D.土的其他性質
試驗室限於技術條件，對黃土類土的化學成分及礦物成分的試驗不能進行，曾送請地質部水文地質工程地質局的土工試驗室進行。試驗結果簡要敘述如下：土的礦物成分為石英、長石、雲母及黑色礦物等。而其中以石英含量為最多，約佔58%左右。一般的黃土類土化學成分以二氧化硅(SiO2)為主，其含量約在60%～90%之間，而在本區黃土類土的SiO2含量為61%～67%。
本區的黃土類土的比重為2.65～2.75，平均為2.70，這也表現了土中的主要礦物是石英(其比重為2.66)，以及所含鹽類為碳酸鈣(其比重為2.72)。
二、砂石材料試驗
三門峽水力樞紐工程是一個高大的混凝土重力結構物，所需砂石天然建築材料，共約4500000m3左右，並且對砂石質量要求也很高。在地質勘探過程中，曾詳細而充分地研究了壩址附近及其上下游各有關地段的砂礫石產區，經過幾個階段的勘探(普查、C級、B級及A2級等)及試驗，由面到點，最後選定了位於壩址上游相距54km的靈寶澗河產區。根據A2級勘探階段的試驗結果，砂礫石的質量如表10～表12。
表10 砂礫石混合級配表
表11 礫石質量表
表12 砂子質量表
試驗結果表明靈寶澗河產區的砂礫石基本上可以滿足作為水工混凝土的骨料的要求。但粘土雜質含量已超過國定全蘇標準的規定。對此問題，尚有不同論點。有的認為必須沖洗砂礫石，去掉粘土雜質含量。有的認為可不必沖洗砂礫石。我也是同意後一種論點的。因為：
①粘土雜質含量超過規定數字並不多；②採掘砂礫石時，都需要從地下水位以下挖出，決定使用挖泥船進行挖掘，斗子均有空隙，這就使得在挖砂礫石時能使一部分粘土雜質含量被水帶出去；③試驗室曾用下列二種砂礫石作了混凝土比較試驗，一種砂礫石用人工從產區地下水位以下取出，未加沖洗，測得砂中粘土雜質含量為2.86%，礫石為0.40%。另一種砂礫石用人工沖洗過，測得其粘土雜質含量幾乎等於零。從混凝土強度比較看，未沖洗的砂礫石的混凝土強度比沖洗的反而高約10%左右。
當然，骨料沖洗不沖洗的問題需要再深一步作些試驗研究。
砂子屬中等粗度。孔隙率稍微超過規范規定。礫石在級配方面不大符合要求，80～150mm的礫石較少，這就限制了用較大粒徑的礫石作混凝土。礫石中摻雜有粘土礫石，含量雖不多，但是一個討厭的問題，不好沖洗又不好篩洗出來。曾把礫石中混入和天然含量比例相一致的粘土礫石作混凝土試驗，似乎少量的粘土礫石對混凝土強度無大妨礙，對於粘土礫石的研究還在繼續進行中。
三、存在的問題
在試驗工作方面確實存在著不少問題，在試驗技術的原理與方法上存在的問題更多。有些問題是限於水平而未能很好地得到解決；有些問題是我們所不能解決的。現在，將我們感到的幾個主要問題提出來，加以討論。
(一)統一操作規程問題
這對生產性試驗機構來說是一個急待解決的問題，也是這些機構不能解決的問題。當然，統一操作規程，是會遇到不少學術性問題，但是，規程統一了，至少說對試驗資料有一個可資比較的基礎。不同的試驗方法，可能會得到不同的成果。在統一操作規程時遇到的學術性問題，可以「爭鳴」研究，一定時期後，得出必要結論，經過一定手續批准，再將規程加以修改。譬如水利出版社在1956年年底出版的「土工試驗操作規程」，還附有說明書，我們認為很好，很想按照這個規程進行試驗，但考慮到我們前後試驗的一致性，不得已仍按照我們原來編寫規程進行試驗。在砂石試驗、化學分析、混凝土試驗以及其他試驗中，我們深感無統一規程的不便。
(二)土顆粒分析試驗加氨水問題
土顆粒大小試驗，在水利出版社出版的「土工試驗操作規程」上有二種方法，即國際法A和B，這兩種方法的不同也表現在制備土樣時加不加化學處理。蘇聯水電設計院在1955年夏季召開了土試驗研究會議，會議上指出必須採用的一般規則中有這樣一條：「為了測定土的顆粒級配，制備土樣應在蒸餾水中進行煮沸(煮沸時間為40min)與粉碎，而不準許對土樣作化學處理，如果土的微粒在煮沸時受到凝聚，則允許加入少量的氨水」(見水電科學研究通訊1956年10月第二期)。我們作試驗時，曾對土樣加以氨水(加量一般為1.5cm3，濃度為5%)，但有些同志不同意這樣作，認為這是加化學葯品處理，破壞了土顆粒。加氨水的結果，土的粘土含量是增多了，一般的可以與塑性指數相一致。所以，有的同志主張加氨水，他們的理由是氨水僅對土顆粒間的凝聚力起到分散作用，而不對顆粒本身起破壞作用。不加氨水的顆粒大小試驗結果，和塑性指數不一致，粘土顆粒一般的都較小。我們是按不加氨水進行試驗的，僅用水沖洗土中所含鹽類。土定名乃根據塑性指數。這個問題，一直未得到解決。
(三)土的剪力試驗終結的標准問題
在水利出版社出版的「土工試驗操作規程」中規定為：「……直至在某一水平荷重下，變形速率不斷增長時，認為已經剪損」。有的文獻中規定剪變形超過2mm時即為剪損(如羅姆他捷著的土試驗方法一書中所規定的)。我們曾分析了這兩種不同標準的試驗結果，發現以剪變形超過2mm時為終結標准所得的抗剪強度值比以試樣完全剪壞時為終結標準的抗剪強度值要小，這似乎是偏於安全，但得出的粘聚力C值反而大，內摩擦角值減小了。有時C值大得不合理，跟塑性指數又不相一致了。剪應力與應變的關系相當復雜，需要深入研究。
(四)大粒徑礫石的滲透試驗問題
三門峽水力樞紐工程的圍堰，擬用壩址上游附近幾個砂石材料產區的砂礫石作為圍堰的建築材料，圍堰可能不作心牆，把砂礫石從產區取出後不再有任何加工，即用電鏟傾瀉到圍堰地點，砂礫石分層堆置後，僅用輾壓機輾壓。根據這種情況看，圍堰作成後，可能滲透量很大，影響基坑作業。為了大致估計滲透特性，試驗室接到了作砂礫石滲透試驗的任務。這就發生了以下幾個問題：①試樣如何制備，才能與施工的實際情況相符?②用什麼儀器作滲透試驗?一般常用的滲透試驗儀器的容積都很小，對於含有100mm粒徑或更大的礫石的試樣，就無法容納。這樣的試樣，水流滲透能否符合「達西定律」也是問題。對以上兩個問題，我們還沒有很好得到解決。
四、幾點教訓
我們在試驗工作中，確實無好經驗可談，現僅對工作中的一些教訓敘述一下，以資借鑒。
(一)部門協作問題
三門峽地質勘探總隊試驗室的大部分儀器是借水電部門的，去年北京水電設計院抽回去了一部分儀器，特別是剪力儀抽走了，對試驗工作不利。
(二)地質與試驗關系問題
試驗是為地質服務，地質應加強對試驗的指導。這就是地質與試驗的相互關系。但在以往，這兩種工作顯然是脫節了。這主要是由於試驗人員不懂地質，也不主動跟野外工作取得聯系，所以，在試驗資料中，有與地質對不上頭的現象。當然，地質師對試驗工作指導不夠，也是造成上述情況的原因。地質專家曾專為此事召開座談會，在會議上專家說：「希望地質與試驗密切攜起手來」!
(三)試驗目的性問題
試驗目的應明確，否則，很容易把試驗項目定得包羅萬象，這就會招致人為地加大工作量。有些人有有備無患的想法，認為試驗項目全一些，總是有好處。他們混淆了科學研究性質的試驗和生產性質試驗的界限。有一次跟蘇聯地質專家研究壩址區黃土類土試驗任務時，專家對每一個建築物、每一個鑽孔都進行研究，什麼樣的建築物，什麼樣的地區有不同的試驗要求，也就有不同的試驗項目，這樣研究結果而確定的任務，比我們原來估計的任務減少了約3/4，對該區的工程地質特性的研究，專家也並不忽略，除了結合生產性試驗結果進行研究外，專家又提出了專為研究用的一些鑽孔和試驗任務，並建議按不同的試驗方法進行對比試驗。目的性不明確，會產生另一個問題是：試驗工作盲目性很大，試驗室僅只是像一架試驗機器一樣。
(四)對試驗成果的分析研究問題
應當對零星的、分期的、不同地區的試驗成果加以系統整理和綜合分析研究，這對生產及科學研究都有很大幫助。但我們在以往恰恰未這樣作。每次試驗報告提出即算交卷，而這個卷作的也是不夠好，專家曾批評說只是些「死」的數目字，缺乏「活」的分析。未這樣作，至少有兩個缺點：①不可能對試驗過的自然事物具有系統的清楚的理性認識；②試驗中如產生了問題，有時不能根據自然規律去判斷其原因。現在，我們已注意到這個問題，並且著手進行這一工作。
(五)計劃安排問題
在一定時期內動員一定力量突擊完成某一項任務，這是常見的事。但試驗工作就不大容易這樣作。譬如：土壓縮試驗，從把土樣裝到儀器中開始到試驗完畢為止，它本身就是連續工作，且必須等待一定時間，不是突擊能完成的。一部分試驗工作是可以趕時間的，不會受到其他試驗項目的制約。在以往工作中，常常遇到突擊試驗的現象，搞得異常緊張，也影響試驗質量。分析其原因很多，主要的是整個勘探工作的有計劃進行存在著問題。
(原載於《水文地質工程地質》1957年第12期)
㈦ 三門峽水利樞紐的地質狀況
壩址地形地質復條件優越。黃河在潼關以制下為峽谷河段，潼關以上地形開闊。壩址基岩為花崗岩和中生代閃長玢岩，岩性堅硬，一般厚90～430m，無大規模構造斷裂。地震基本烈度為8度，設計烈度為9度。壩址以上流域面積68.84萬平方公里，多年平均年徑流量419.43億立方米，多年平均年輸沙量15.9億t，平均含沙量33.3kg/立方米，實測最大含沙量911kg/立方米。改建後，最高防洪運用水位335m，非汛期運用水位310m，防凌最高蓄水位326m。千年一遇設計洪水流量40000立方米/秒，萬年一遇校核洪水流量52300立方米/秒。三門峽水利樞紐委託前蘇聯電站部水力發電設計院列寧格勒分院設計，設計中選定正常高水位360m，總庫容647億立方米，死水位335m，淹沒面積3500平方公里。
㈧ 三門峽大壩增建工程的工程地質勘察工作及建成後的運行情況
1.根據水電部北京勘測設計院下達的「黃河三門峽水利樞紐增建工程地質勘察任務書」，北京勘測設計院勘測總隊於1962年6月組建第六地質勘探隊，負責該項勘察工作(註：黃河三門峽壩址的全部地質勘探工作已於1959年8月結束)。
第一階段為左右兩岸排沙隧洞位置選擇(1962年6月～1963年初)。該階段以收集分析前人地質資料為主，同時做一些校核性的地面地質工作。對擬建建築物的重點地段布置了物探工作和少量的山地、鑽探工作。通過上述工作，從工程地質條件看，右岸閃長玢岩底板受到下煤層采空影響，岩體裂隙張開嚴重，成洞條件差，故右岸方案相對不如左岸。最後綜合選定左岸隧洞方案。
第二階段為初步設計階段(1963年初～1964年初)。首先測量了1：2000隧洞區的地形圖；其次測繪了1：2000隧洞區工程地質圖。隧洞進出口、洞身和工作閘門井地段均布置了勘探坑、孔和各項試驗工作。分述如下：
進口段包括上游庫內圍堰、疊梁槽和進口漸變段。主要工程地質問題是查明壩前庫內水下淤砂層的空間分布、厚度和物理力學性質；進口290m岩面高程分布情況和完整程度；主要斷層和裂隙發育方向及充填情況；進口洞臉高邊坡的穩定等問題。
洞身段主要是查明各類岩體的分布情況，風化厚度，斷層破碎帶和裂隙密集帶的分布；特別要查明旁山洞的洞壁，在溝谷一側的有效厚度；地下水空間分布，滲透性，預測可能的最大涌水量，分析確定隧洞的外水壓力。
出口段主要是查明上覆岩層閃長玢岩、崩坡積層的分布和穩定情況，其次是查明下煤系地層的分布，預測建成後可能沖刷、回掏的范圍與深度，評價出口段岩體(包括挑流鼻坎、沖刷坑)的穩定。
天然建築材料調查。最後提出了儲量、開采條件與試驗報告。
地下水長期觀測。本階段對左岸隧洞區的閃長玢岩裂隙水，建立了長期觀測網，並定期取樣進行水質分析。主要是查明壩前庫水位的變化(長時間高水位情況下)對隧硐區內的閃長玢岩裂隙水位的影響和分析評價洞身的外水壓力。
第三階段是施工地質階段(1964年年初～1965年年底)。地質勘探六隊完成初設報告後被調走，北京勘測設計院勘測總隊在三門峽組建了施工地質組，並在三門峽設計組的統一領導下，承擔了施工地質工作。施工地質工作主要是將各工程開挖地段，按照一定的比例尺進行現場編錄成圖；超前預報各段開挖穩定條件和地下水活動情況；提供開挖穩定值、臨時支護措施、基坑最大涌水量；根據實際開挖的地質情況，復核初步設計階段所提供的各類圖紙和各項設計參數；並參加施工設計，選擇不同地質條件的洞段，開展現場各項原位測試，以及埋設各項長期觀測設施(如外水壓力觀測儀)；最後提供施工地質報告。
三門峽左岸增建工程的施工地質工作的重點，是兩條主洞開挖的速度與安全問題。通過施工地質工作進行了山岩壓力測定和地質預報，不但大量節省了臨時支護材料，加快了施工進度，更主要的是兩條洞沒有發生一起人身傷亡事故，稱為「無血洞」，得到了上級的贊揚。
隧洞出口挑流鼻坎段底部的閃長玢岩厚度僅有9m左右，其下為下煤系地層，岩性軟弱，並有舊煤洞分布，對挑流鼻坎的地基穩定不利，建議採取加固處理措施。
2.關於在壩址左岸增建兩洞四管的泄洪工程，於1965年1月經國家計委和水電部批准。由北京勘測設計院負責設計，三門峽工程局繼續負責施工。1號隧洞提前兩年於1967年8月投入運用，2號隧洞提前一年於1968年8月16日投入運用。四管於1966年5月完工。
1968年汛期兩洞四管投入運用後，當壩前水位315m時，下泄流量由原來的3000m3/s增至6000m3/s，庫區淤積有所減緩，潼關以下庫區由淤積轉為沖刷；但泄排沙能力仍感不足，潼關以上及渭河仍繼續淤積。
㈨ 三門峽壩址地段的地質構造
朱鈞 樊廷平
三門峽壩址區已經進行了各種比例尺的地質測繪和不同階段的勘測工作，對壩址區的地質構造也搜集了一些資料。茲根據現有資料對三門峽壩址地質構造情況，簡要介紹如下：
一、構造現象概述
Ⅰ.構造裂隙
1.裂隙
三門峽壩址閃長玢岩中的裂隙，主要是構造成因的裂隙，其他成因的裂隙，只是局部地分布著，這里所介紹的是構造裂隙，本區構造裂隙按走向可分為三組：
照片1 裂隙的合並、分叉及尖滅等現象
第一組：走向30°～60°，傾向南東，傾角70°～85°或傾向北西，傾角20°～55°。此組裂隙呈閉合或張開狀態，裂隙間距一般1～2m，順著走向以及順著傾斜方向，裂隙常常消失，或者出現新的裂隙。也可以見到相互合並或重新分枝的現象(參看照片1)。延長皆在百米范圍內，發育深度不超過20m。兩壁常具擦痕。
第二組：走向320°～350°，傾向南西，傾角70°～90°或傾向北東，傾角20°～50°。多為閉合狀態，裂隙間距0.5～1m，大都互相平行，沿走向和傾向延展比較穩定，延長超過100m，深度大於20m。兩岸陡壁即沿該組裂隙形成。
第三組：走向60°～80°，傾向南東，傾角70°～90°。分布零星，呈張開狀態，張口寬度1～30cm。沿走向延展多為幾米至幾十米，發育深度大於30m。
裂隙的切割關系：不同走向的高角度裂隙相互切割，走向320°～350°的裂隙多被走向30°～60°的裂隙所切。傾角平緩的裂隙又多為高角度的裂隙所截斷。
裂隙中的填充物質：張開裂隙中都或多或少地為不同的物質所填充。常見的填充物有因風化產生的氧化鐵，水流攜帶而來的粘土物質，搓碎的圍岩，更普通的填充物為方解石脈及少量的石英脈、黃鐵礦脈等。
2.裂隙帶
閃長玢岩中的裂隙，常有寬達10～20cm的大裂隙，當這種裂隙有兩條或數條相距很近時，我們稱它為裂隙帶，具有以下的特徵：
(一)常常與擠壓破碎帶相連或與分散的裂隙相連，為構造裂隙和破碎帶之間的過渡型產物。
(二)裂隙面遭受風化後，產生一些碎屑狀的物質，繼續擴大裂隙，因而在地形上逐漸造成長條狀的空洞(參看照片2)。
(三)具有顯著的透水性，如在第三灌漿段進行壓水試驗時，壓入之水自距鑽孔50m遠的裂隙帶中不斷流出，停止壓水後約三四小時始行斷流。
照片2 裂隙帶所形成的大裂縫狀的空洞
照片3 裂隙帶發育情況及所造成的條狀岩塊
(四)把岩石切割成長30～80cm，寬10～20cm的條形碎塊(參看照片3)。
裂隙帶在壩址范圍內的分布方向有三：①走向0°～16°，傾向南東，傾角80°；②走向30°～60°，傾向南東，傾角75°～85°；③走向60°～80°，傾向南東，傾角80°～85°。
延長多在50m以內，沿傾向延展較深。壁上常具擦痕。普遍的填充有方解石脈。
3.裂隙密集帶
裂隙密集帶是由很多平行而又相互靠近的閉合裂隙組成的，裂隙間距1～10cm，將閃長玢岩切割成板狀，但未破碎，走向多為320°～350°，傾向南西，傾角80°。長度多在百米以內，順傾向延伸20～30m。因裂隙密集帶的存在，常使閃長玢岩易於風化和遭受侵蝕而成孔洞或地形上的缺口(照片4、5)。
照片4 裂隙密集被河水沖蝕的溶洞
照片5 裂隙密集被河水沖刷的缺口
Ⅱ.破碎帶
我們對破碎帶的理解是堅固岩石受了構造運動力的作用，相輔的風化營力的作用，使岩石沿一定方向(水平的或垂直的)發生破碎，破壞了它的完整性，降低了岩石原有的工程地質特性，成為工程建築上不利的軟弱地帶。
壩址區范圍內存在有三種成因類型的破碎帶；即斷層破碎帶、擠壓破碎帶和裂隙密集風化加劇的破碎帶。
1.斷層破碎帶
圖1
岩石發生斷裂位移時造成的破碎帶，走向30°～60°，傾向南東，傾角70°～85°，它們沿著近於水平的方向發生斷裂，在平面上其位移方向是下盤向北東移，上盤向南西移，屬於正向平推斷層，垂直斷距由二十幾厘米到數米，延伸長度為200m至千米以上。因斷裂而伴生的破碎帶寬0.2～2m，穿過閃長玢岩而延入上煤系地層和下煤系地層，或者只延入一個煤系地層。斷層破碎帶內的產物主要為塊狀構造岩，其次為碎屑狀構造岩、角礫岩和糜棱岩(如圖1)。塊狀構造岩常常分布在中間，糜棱岩存在於邊部，碎屑狀構造岩和角礫岩也是如此。兩壁有清晰的擦痕。一般在鑽探中岩心獲取率低，單位吸水量大，鑽進中常發生掉塊、卡鑽、漏水、急進等現象。如下表：
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
2.擠壓破碎帶
是與斷層破碎帶同時產生的破碎帶，就目前已搜集的資料證明，這類破碎帶沒有顯著的位移，並且未延伸到上煤系中，僅存在於閃長玢岩中。根據豎井資料及鑽孔資料證明垂直延伸較大，如一號豎井，破碎帶從地表一直延伸到標高230m。而閃長玢岩底板標高200m。是否切穿了閃長玢岩底板而延入下煤系尚不得知。分布方向大部分為30°～60°。平面上的分布大都集中在人門島和鬼門河兩地區。寬度變化也很大，常從寬2～3m，收縮成一大裂隙。造成塊狀構造岩、碎屑狀構造岩及粘土狀構造岩。而以塊狀構造岩和碎屑狀構造岩為主(照片6、7、8)，也充填有方解石脈，方解石脈上常有擦痕。兩側裂隙也比較發育。
照片6 破碎帶的分叉合並現象（位於左岸公路旁）
照片7 擠壓破碎帶的塊狀構造岩的破碎情況
照片8 擠壓破碎中帶狀分布的碎塊狀構造岩
3.構造裂隙密集風化加劇的破碎帶
密集的構造裂隙經過地表風化營力作用而破碎。破碎程度隨著深度的增加而減弱。一般到達外營力影響比較小的深度即行尖減。故深度多在30m范圍內(參考圖2)。
圖2
二、破碎帶的產物——構造岩
破碎帶內的岩石受構造應力作用破壞了原有的岩石性質，成為與原岩物理力學性質完全不相同的岩石，我們就叫它為構造岩。
1.塊狀構造岩：是構造裂隙網切割成塊狀的岩石。岩塊間有很小的變質，礦物成分沒有改變。在顯微鏡下可以見到長石斑晶和石基有顯微斷裂及局部壓碎現象。塊徑一般為10～20cm，最大可達2m。在主要受力面上有局部的綠泥石化。新鮮岩塊的飽和抗壓強度約為1000kg/cm2。稍低於一般閃長玢岩。靠近地表的因風化而減弱。
破碎帶中分布最廣的一種構造岩一般的為灰綠色，風化後呈黃褐色，岩塊表面常具有近水平的擦痕(參看照片7)。
照片9 擠壓破碎帶中的角礫狀構造岩未膠結的情況
2.角礫狀構造岩(角礫岩)：經過位移破碎了的閃長玢岩，為碎屑和角礫的混合物，粒徑大小懸殊，大至數厘米，小至粘土顆粒。大顆粒上常有劇烈的磨擦痕跡，失去了稜角，呈渾圓狀(參看圖片9)。有時為鈣質物膠結，但膠結程度很差，一擊即碎。大都處於壓密狀態而未膠結。因此取出後以手搓之即成砂礫。顆粒分析結果如下：
10～80mm 16%～50%
2.5～10mm 30%～40%
0.15～2.5mm 10%左右
小於0.15mm者 10%以下
不均勻系數n=27.1～27.4，水溶鹽含量0.2%～0.5%，有高嶺土和綠泥石化現象。局部的呈透鏡狀分布在破碎帶中。
3.碎屑狀構造岩：灰綠色，風化後呈淡黃色，肉眼觀察為近於等粒的破碎顆粒組成，顆粒呈稜角狀和片狀。有時可以成塊的取出，但稍壓即碎。顆粒分析結果：0.6～10mm者，60%～70%；大於10mm，10%～20%，小於0.6mm者，15%左右。不均勻系數n=12～16。水溶鹽含量0.49%～0.71%。顯微鏡鑒定結果，斑晶和石基都呈壓碎狀態，在邊部分布有糜棱岩狀的物質，礦物局部有高嶺土、綠泥石和絹雲母化現象，多分布在塊狀構造岩的邊部或單獨的分布在狹窄的破碎帶中(參看照片8)。寬度一般不超過20cm。
4.粘土狀構造岩是一種顆粒極為細小的岩石，含大量的綠泥石、高嶺土。具有很大的粘性，以手搓之即成粘土條，遇水崩解。在顯微鏡下可見很少的長石和石英的殘余物，並有少量的絹雲母。有與破碎帶平行的流紋狀構造，呈透鏡狀分布在破碎帶的邊部，厚度為1～3cm。
三、破碎帶的共同特徵
1.岩心：在各種成因類型的破碎帶中，塊狀構造岩比較發育，鑽進過程中常發生掉塊漏水等現象，岩心獲取率大都低於50%，岩心呈碎塊狀，表面具有擦痕，單位吸水量大於0.01L/min。其他構造岩的岩心獲取率多等於零。
2.所有破碎帶中都普遍的填充有方解石脈或方解石和石英的共生岩脈，這些岩脈無論在水平或傾向方向上都呈斷續的透鏡狀。在裂隙中也同樣廣泛的分布著。
3.構造破碎帶的分布方向有80%的走向為30°～60°。有風化破碎和個別的幾條構造破碎帶是沿320°～350°的走向發育的。
4.破碎帶所形成的地面形態：
a.在岸坡及陡崖部分，破碎帶皆被侵蝕而成沖溝及槽狀地形(照片10)。
照片10 在陡壁上形成的凹槽
b.在河床中則形成與破碎帶同方向的條狀沖溝為現代沖積物所填。
四、構造產生的時期及其規律
三門峽水電站正設計在三門峽地壘上，即史家灘大斷層和七里溝大斷層之間，這個地壘是喜馬拉雅運動時期的斷裂運動所形成的，作為壩址地基的中生代閃長玢岩侵入體，經歷了燕山運動的晚期和喜馬拉雅運動，就產生了上述的裂隙和破碎帶。它們的走向大都呈30°～60°；320°～350°方向。這兩組相交所成的銳角方向近於南北，破碎帶和裂隙中較為普遍的存在著近於水平的擦痕，裂隙多呈閉合狀態，因此可以推斷這些構造帶系直接由剪應力作用產生的，構造應力破壞作用偏重的表現在北東方向上。北西方向的構造帶就不太發育。
由於運動力的不均衡，而使構造帶變化非常大，寬度可以從幾厘米到幾米，長度可從幾十米到一兩千米。不論在垂直方向或水平方向都有分叉合並等現象(如照片2)。勘測資料證明，當破碎帶產生之後，仍遭受了比較強烈的地殼運動，方解石脈上的擦痕即為一有力證據。擦痕方向也是近於水平的，這些新構造運動的結果無疑的加劇了破碎帶的破碎。
結語
由於這些構造現象表現不同，輕重不一，因此它們對壩址地基的影響也各不相同，在處理方法上也是不同的。
1.斷層破碎帶的主要產物和擠壓破碎帶的產物基本上是一樣的，寬度差不多，甚至局部擠壓破碎帶反而更寬一些。它們的深部延展卻是不同的，斷層一般比較深，它們切穿了閃長玢岩或延入下煤系，堅硬的層狀侵入體被割成了塊段，顯然降低了地基的穩定性，一旦遭受地震，會發生不均勻的活動。因此在建築物結構上必須採取防止不均勻活動的措施。對地基下的破碎產物，可採取固結灌漿或電化學的方法以提高地基承載強度。
2.裂隙密集風化加劇的破碎帶：因由地表下延而風化成砂礫狀，同時深度不大，在基坑開挖范圍內差不多就將尖滅掉。因此對這種破碎帶最好全部挖除。
3.壩址區內的裂隙雖然大都為閉合的，但張開的也不少，就是閉合的也不是絕對的密閉，它還是可以滲水的，因此基礎下的裂隙應進行帷幕灌漿，以防滲漏。對裂隙帶就必須進行灌漿處理。未風化的裂隙密集帶一般是不透水的可以不進行處理。
(原載於《水文地質工程地質》1957年第12期)
㈩ 三門峽大壩基礎岩石閃長玢岩中的斷層及構造破碎帶和對這些軟弱帶的處理
賈福海 夏其發 陳祺江
前言
三門峽大壩處於庫容大、水頭高、泥沙壓力大和地震烈度為Ⅷ度的復雜情況之下，而大壩的安全又直接關系著對黃河的根治和黃河下游25萬km2土地上8000萬人民的生命財產，因此，對於大壩基礎處理的要求，無疑地應該是很高的，特別是對於那些岩石中軟弱地段(斷層和破碎帶)的處理，更需要非常慎重。現將三門峽大壩基礎岩石中的斷層和破碎帶及處理情況簡述於後。
一、大壩基礎岩石閃長玢岩的特徵
整個壩基都位於閃長玢岩之上。閃長玢岩為淺成中性火成岩體，呈岩床狀侵入於石炭二疊紀和石炭紀岩層之間，岩層走向北東，傾向上游，傾角12°～14°。其在河床部分出露長為600～700m，厚度為90～130m。
閃長玢岩是一種堅硬、耐風化、具有裂隙呈淺灰或灰綠色的塊狀結晶岩。一般岩石中的斑晶非常顯著，斑晶主要為斜長石、角閃石和黑雲母，石英亦偶然可以看到，石基絕大多數以緻密狀或細粒的斜長石為主，其次也有少量的石英。
閃長玢岩屬於弱透水性或不透水性的岩石。其平均飽和極限抗壓強度為1200～2000kg/cm2。
作為大壩基礎的閃長玢岩厚度，一般為50～80m，極少數部分為15～20m。
二、大壩基礎閃長玢岩中的斷層和構造破碎帶
三門峽壩址區的主要造山運動是中生代的燕山運動。壩址區及壩址外圍所見到的正斷層和構造破碎帶都是這一期造山運動的產物。這些斷層在喜馬拉雅造山運動期，都曾經重新復活過。
整個大壩基礎岩石中有四條斷層和二十四條構造破碎帶(圖1)，它們絕大多數是以45°左右的角度與主要建築物方向斜交的。
茲將各主要斷層及構造破碎帶分別簡略說明如下：
(一)斷層
它穿入了閃長玢岩之上的石炭二疊紀煤系岩層，也穿過了閃長玢岩之下的石炭紀煤系岩層，並具有明顯的垂直斷距。
1.第一號斷層
位於人門河電站壩體的部分地段，往南西延伸穿過了廠房中部後，則為右岸2、3級沉積階地所覆蓋，往北東方向延伸，通過第一期上游縱向圍堰和橫向圍堰後，在左岸的石炭二疊紀煤系岩層內消失。其在電站壩體和廠房地段的長度為175m，寬度一般為1～2.5m，最寬處可達4m，最窄處為0.5m。斷層走向為25°～45°，傾向南東，傾角70°～85°。
圖1 斷層及構造破碎帶分布示意圖
斷層帶內的產物，在未開挖前，大部分為構造碎屑岩，其次為構造塊狀岩、構造角礫岩和構造粘土岩。開挖後，說明帶內較寬的地方中間部分為構造塊狀岩，邊緣和狹窄的地方為構造碎屑岩。較少的未膠結的或以鈣質物質膠結良好的構造角礫岩多呈凸鏡體存在，更少的構造粘土岩則以薄片狀，時隱時現地存在於斷層帶兩壁之上，帶內局部可以見到方解石脈，也偶而可以見到這種脈石已被擠成了構造角礫岩。
此一斷層在水平方向上的變化，根據第一期上縱圍堰和上橫圍堰及電站壩體的觀察，斷層帶寬度是時寬時窄，作很明顯的凸鏡體狀延展，在垂直方向上的變化，也具有與水平方向變化的共同特性。
在斷層的兩壁上，見有清晰的、近於垂直和近於水平的擦痕。
位於斷層兩側的岩石是完整而堅硬的。
2.第十六號斷層
見於溢流壩段，走向為30°～56°，傾向南東，傾角70°～80°。寬度一般1～2m，最寬的達4m，最窄的0.5m。斷層往北東方向延伸在溢流壩第七段與十八號斷層合而為一，往南西延伸在護坦部分分為兩支，其編號為16a及16b。16a向西南延伸通過隔牆伸入二期基坑尾水渠基礎中，16b向南西與十八號斷層會合。
在斷層帶較狹窄地段的產物均以構造碎屑岩為主，這些岩石都極軟弱，用鎬即可以掘動。在斷層帶較寬的地方，其中間部分常以構造塊狀岩為主，沿帶的邊緣分布著寬0.1～0.3m，呈灰綠色的構造碎屑岩。此外較少的膠結，不好的構造角礫岩多呈凸鏡體狀存在，構造粘土岩則呈灰綠、白、黑、黃褐等色，並以厚0.1～0.5cm的薄片披於斷層帶的兩壁上。
斷層的兩壁均見有清晰的與水平面成30°～60°交角的擦痕，個別地段也見有近於垂直的擦痕。
位於斷層帶兩側的岩石是完整而堅硬的。
根據基坑開挖的結果，斷層帶向深部延伸時，風化程度逐漸減輕，因為在最後開挖到的標高部分，斷層帶內的構造塊狀岩僅表面部分具有黃褐色風化色帶，岩石本身仍舊是極堅硬的。斷層帶在水平及垂直方向上寬度的變化和第一號斷層相同。
3.第十八號斷層
走向20°～35°，傾向南東，傾角75°～85°，其在水平方向斜穿了隔牆基礎的11、12、13澆築塊，護腳板的3、4澆築塊，護坦15、16、17、18、21澆築塊，溢流壩30、35澆築塊，及290m高程台階，以及左岸非溢流壩的第1、2、3澆築塊，然後向北東延伸至閃長玢岩頂板而消失，並沒有穿入石炭二疊紀岩層中去。
斷層帶在隔牆至護坦段，寬度一般為1.5～3.0m，最寬的達4m。帶內主要是呈黃褐色和灰綠色的構造塊狀岩，岩石仍甚堅硬。呈黃褐色的構造碎屑岩和膠結不好的構造角礫岩是呈凸鏡體分布的。構造粘土岩則呈黃褐色的薄片狀時隱時現地出現於斷層帶的兩壁。從護坦中部至左岸非溢流壩，斷層帶的寬度為0.5～1.0m，帶內的產物大部分為黃褐色的，膠結不好，用鐵鎬可以挖動的構造角礫岩和構造碎屑岩。此外也有少數構造塊狀岩和構造粘土岩。
根據上述情況，斷層帶從北東往南西愈來愈寬，但其在水平方向上呈凸鏡體狀變化，仍然是存在的。
斷層帶的兩壁見有清晰的與水平面交角為50°～60°的擦痕，個別地段並見有垂直擦痕。
4.第37號斷層
該斷層原為37號構造破碎帶，經過基礎開挖和結合，其在石炭二疊紀上煤系中的錯動情況，我們把它改為37號斷層。
此斷層見於人門河電站壩體的部分地段，往北東方向延伸穿過第一期上縱圍堰後繼續經左岸三號平硐，穿入並消失於石炭二疊紀煤系岩層中，往南西延伸在電廠部分與一號斷層合而為一。斷層走向為20°～30°，傾向南東，傾角70°～85°，寬度一般為1～2m，最寬的達3m，最窄的0.5m。
斷層帶的產物，在未開挖前大部分為構造碎屑岩，其次為極其破碎的構造塊狀岩、構造角礫岩和構造粘土岩。最後處理時其較寬的地方大部分為構造塊狀岩，較窄的地方為灰綠色可用鐵鎬掘動的構造碎屑岩和構造角礫岩，構造粘土岩也同樣以薄片狀披於斷層帶的兩壁。
在斷層帶內局部見到有方解石脈及方解石和石英的共生脈，這些脈石偶爾也可見到被擠壓破碎的現象。斷層兩壁見有清晰的近於垂直和近於水平的擦痕。
(二)構造破碎帶
構造破碎帶，沒有明顯的位移，它既沒有穿入閃長玢岩之上的石炭二疊紀煤系岩層，亦沒有穿入閃長玢岩之下的石炭紀煤系岩層，僅僅是發生在閃長玢岩的岩體內。
整個基坑內有二十四條破碎帶，它們的編號為：3～15、17、19、47a、47b、50、89、90、91、92、93、113等。根據破碎帶的走向及帶中的產物可分為三類，茲分別略述如下：
1.第一類破碎帶(圖2)：有10～12、47a、47b、89、90、91、93等號，它們的走向為20°～50°，傾向南東，傾角70°～85°。這些破碎帶分布於溢流壩和電站壩體。
這些破碎帶的寬度為0.50～2.0m，帶內的產物絕大部分為灰綠色、黃褐色構造塊狀岩，岩石仍甚堅硬。沿著帶的邊緣，分布著可以用鐵鎬掘動的構造碎屑岩。構造礫岩在帶內分布不甚廣泛，僅存在於個別地段內，其形狀多為凸鏡體。構造粘土岩以厚0.1～0.3cm，呈白、灰白色或黃褐等色的薄片，時隱時現地貼在破碎帶的兩壁上。此外在這類破碎帶內，常見到寬0.03～0.10m的方解石脈、方解石和石英的共生脈，這些脈石一般是完整而堅硬的，偶爾見有被擠壓而破碎的。
圖2 第一類破碎帶平面示意圖
圖3 第二類破碎帶平面示意圖
圖4 第三類破碎帶平面示意圖
黃河三門峽水利樞紐工程地質勘察史
破碎帶兩壁均見有清晰的、與水平面交角為15°～45°、近於垂直和近於水平的擦痕。方解石脈、方解石和石英共生脈上也偶爾可以見到同樣的擦痕。位於兩側的岩石完整而堅硬。
2.第二類破碎帶(圖3)：有13、15、17、92、113等號。它們都位於溢流壩、護坦和電站壩體部分。這類破碎帶一般延伸不遠，即與第一類破碎帶或斷層合並或被切斷。
該類破碎帶的走向為10°～25°，傾向東南(局部傾向南西)，傾角60°～80°。這些破碎帶沒有明顯的界限，主要由很多的裂隙所構成，它們彼此之間互相平行和成銳角交叉，一般長度為0.5～1.0m。由於裂隙彼此相交的結果，帶內的岩石被切割成狹長的構造塊狀岩。這些岩塊的表面呈黃褐色，常見有不規則的擦痕，岩石仍極堅硬。帶內裂隙多呈張開狀態，一般寬0.2～0.5cm，最寬的達6cm，長0.3～0.5m，一般深1～2m，最深的達10餘米。這類破碎帶是地下水和地表水活動最好的通道，因此在較寬裂隙的兩壁上，常附有方解石小晶體和呈粉末狀的氧化錳，在裂隙較密的地方，還有薄片狀的構造碎屑岩。
這類破碎帶在水平方向上常逐漸或突然過渡為裂隙密集帶或變為裂隙而消失。反之，亦可由裂隙或裂隙密集帶過渡成為破碎帶。在垂直方向上向深部延伸有逐漸尖滅之勢。
3.第三類破碎帶(圖4)：有3～9、14、19號等。除了3、9號和4、7號的一部分位於電站壩體外，其餘均位於溢流壩、護坦部分。破碎帶的走向為75°～90°和300°～350°，傾向南東和南西，傾角70°～90°，寬度0.3～0.5m。
破碎帶內以0.05～0.15m寬的方解石脈和方解石與石英的共生脈為主。脈石結晶良好，堅硬而完整，其中也偶然可以見到晶洞和閃長玢岩的碎塊。沿著方解石脈和方解石與石英共生脈的兩側有0.15～0.3m寬呈灰白色的構造碎屑岩。這些構造碎屑岩的岩石結構雖然已被破壞，長石已高嶺土化，角閃石已綠泥石化，但岩石仍緻密堅硬，用鐵鎬一般是掘不動的。浸水後硬度略有降低。此外由破碎帶向外，岩石逐漸由灰白色過渡到灰綠色，過渡帶一般寬1～2m。
破碎帶的兩壁見有清晰的擦痕，其傾角近於垂直。在方解石脈及方解石與石英的共生脈上也有同樣的擦痕存在。
這些破碎帶均被斷層和第一、二兩類破碎帶所錯斷或截斷。
(三)斷層與構造破碎帶的生成時代及其生成過程
1.主要建築物地段內的斷層和構造破碎帶主要是產生在中生代的閃長玢岩中，而第1號、第16號、第18號及第37號斷層，都使得石炭紀和石炭二疊紀煤系岩層遭受到斷裂，但並沒見到它們延伸到老第三紀的紅色岩層中去。這事實，說明斷層與構造破碎帶是產生於中生代燕山運動的後期。
2.斷層和第一類構造破碎帶，在水平或垂直方向上，帶的寬度一般為0.5～2.0m，個別地段可達2.5～4.0m。因此，它們不論在水平或垂直方向的延伸都具有連續呈凸鏡狀分布的性質(圖5、圖6)。此外也有分支合並的特徵。產生上述特徵的原因，我們認為主要是與構造裂隙分布的不均一和構造運動的不均一性有直接的關系。應當說構造裂隙原來也不是每條延長的很遠，這些構造裂隙當時也有的地方密集，有的地方稀疏，也有的地方兩組斜交的裂隙都很發育，有的地方則只有一組裂隙發育，因此它們對後來應力的反應自然是各不相同的。那麼，我們就可以想像，當後來的應力遇到裂隙的密集或裂隙交叉的地方，應力分散，使斷層帶與構造破碎帶變寬或產生分支合並的現象，而帶內的產物則多為構造塊狀岩；當應力遇到裂隙稀疏或沒有裂隙交叉的地方，那麼應力就比較集中，因此使得斷層和構造破碎帶變窄，而帶內的產物則多為構造碎屑岩。
圖5 斷層平面示意圖
圖6 斷層剖面示意圖
3.基坑開挖的實際觀察資料，說明在喜馬拉雅造山運動時期，所有在燕山運動後期產生的斷層和構造破碎帶是重新活動過的，其根據是：
(1)在斷層和構造破碎帶兩壁上，除了有垂直的擦痕外，還存在有水平方向和與水平面成一定交角的擦痕。
(2)在斷層和構造破碎帶內的方解石脈、方解石和石英的共生脈上，也見有與兩壁同樣的擦痕。
(3)也可以見到帶內的方解石脈、方解石和石英的共生脈被擠成構造角礫岩。
上述事實說明了這些斷層和破碎帶不只是經過一次運動，而最少也經過兩次以上的運動。
但是也可以這樣說：雖然這些斷層與破碎帶在喜馬拉雅運動重新復活過，然而這一期運動對其影響是不劇烈的，因為運動僅僅表現在軟弱帶及軟弱帶內較大的方解石脈、方解石和石英的共生脈上。
4.根據所有的斷層的水平擦痕和北西組構造破碎帶被北東組錯開的情況，說明幾個斷層的南東側是向北東方向移動的，斷層的北西側則相對的向南西方向移動。又根據斷層兩壁的垂直擦痕，判斷斷層的南東側下降，而西北側上升，因此都為正斷層。
5.第三類構造破碎帶常被北東組的斷層和第一、二類構造破碎帶所切割，這事實說明了它的形成是早於北東組的斷層和第一、二類構造破碎帶的。
三、斷層及構造破碎帶的處理
基礎的處理應滿足防滲、抗滑、傳力、防沖、防淘等不同要求。由於大壩不同部位有它不同的作用，所以對梳齒、護坦、電站壩體和非溢流壩的基礎進行處理時，也就有著不同的要求。此外根據斷層與破碎帶的不同也進行了不同的處理。現將三門峽各種構造岩的物理力學性質和對斷層及構造破碎帶的處理方法簡述如下：
(一)各種構造岩石的物理力學性質
1.構造塊狀岩
這類岩石在斷層和構造破碎帶中分布最廣。根據抗壓試驗資料，風化較為嚴重的全成黃褐色的構造塊狀岩，其飽和極限抗壓強度為400～600kg/cm2，未風化的或者只是表面呈黃褐色的構造塊狀岩，其飽和極限抗壓強度為1000kg/cm2左右。因此，從未風化的或只是表面呈黃褐色的構造塊狀岩作為基礎還是適宜的，一般不必加以清除，但對那些風化嚴重的構造塊狀岩，則必須加以清除。
2.構造角礫岩
為閃長玢岩受擠壓後所造成帶有稜角或不帶稜角的岩塊，岩塊直徑一般為1～5cm。這些岩塊大部分未膠結，也有極少數被鈣質物質膠結良好的，這類岩石分布不廣，其未膠結的部分必須挖掉。
3.構造碎屑岩
為閃長玢岩受構造作用較為劇烈的產物。這些岩石已破碎成近似等粒而帶稜角的岩屑，有時仍成塊狀，但用手擠搓則變成碎粒或砂粒，其間也摻雜一些已糜棱化的物質，這種岩石分布在斷層帶及破碎帶的邊緣部分和最狹窄的斷層帶及破碎帶中。這種岩石是必須加以清除的。
4.構造粘土岩
為閃長玢岩或部分方解石脈、方解石和石英的共生脈受到最強烈構造擠壓作用的產物。岩石中有時也摻有微細的砂粒。這種構造粘土岩一般呈灰綠、灰白、白、黃褐、黑色等，表面光滑，常分布於斷層與構造破碎帶的兩壁，一般寬0.1～0.3cm。雖然這種構造粘土岩分布不廣，厚度很小，但其對混凝土與岩石的膠結是不利的，所以也必須去掉。
(二)斷層與構造破碎帶的處理方法
主要分為兩種處理方法，一種是照列寧格勒水電設計分院設計圖紙的規定：開挖深度等於破碎帶的寬度，然後順兩壁挖出各半米，再以2：1的坡度與基坑底面相接(圖7)。
圖7 破碎帶處理示意圖
另一種處理方法，是以挖至較好的構造塊狀岩為止，而兩壁不一定挖出各半米，也不一定按2：1的坡度挖到基坑面。至於採用那一種方法處理，則根據具體的地質條件和施工的難易而定。
茲將三門峽主要建築物各地段對於這些軟弱帶的處理情況略述如下：
1.左岸溢流壩段和護坦地段
(1)這一地段因結構物的要求，普遍的從原岩石表面往下挖了10～20m，斷層與構造破碎帶中的產物大部分已變為新鮮的構造塊狀岩。因此，斷層帶和構造破碎帶一般均是按第一種方法處理的，斷層與構造破碎帶在水平和垂直方向上都有呈凸鏡體的變化，在產物上也有同樣的特徵，所以遇到構造塊狀岩，一般都可以少挖一些，只要帶內呈現出未風化的或只是表面呈黃褐色的構造塊狀岩，並且這些岩塊彼此之間結合緊密，沒有活動現象，即認為可以滿足要求。成塊的構造碎屑岩一般是按設計處理的，但鬆散的構造碎屑岩則一般是根據地質要求全部挖除。
(2)對於護坦，由於主要是防沖防淘，所以斷層與構造破碎帶的處理，是將帶內能用鐵鎬挖去松動的岩石(如構造碎屑岩、未膠結的角礫岩、構造粘土岩)。因為無傳力作用，斷層與構造破碎帶兩壁的坡度就不大了，甚至有些反坡也無需處理。但為了更可靠起見，斷層及破碎帶一般也都按壩體的要求那樣處理。
上述情況，主要是對斷層帶和第一類構造破碎帶說的。這些斷層和破碎帶在處理過程中主要是用風鎬、鐵鎬和撬杠處理的，在局部破碎帶較寬的地方，如用上述工具難以處理的，則用小炮爆破處理。
(3)第二類構造破碎帶的處理
因為這種破碎帶沒有明顯的界線，同時又以構造塊狀岩為主，只是表面呈黃褐色，但岩石仍極堅硬，同時因為這些塊狀構造岩主要是被呈銳角交叉的張開裂隙切割的長形岩塊，因此岩塊往往是活動的，用鐵錘敲打，常發出鼓聲(啞聲)，用風鎬、鐵鎬、撬杠是很難處理的，所以這種破碎帶就不能按第一種或第二種方法去處理，而必須用一些小炮來處理。開挖至一定程度，帶內岩塊之間接合緊密，沒有活動現象時，就認為符合要求了。
(4)第三類構造破碎帶的處理
這些破碎帶主要是方解石脈、方解石和石英的共生脈，岩石都很完整堅硬。在這些脈石兩旁往往有0.2～0.3m寬的灰白色碎屑岩，但這些岩石也比較緻密和堅硬，因此對這一類破碎帶的處理，僅僅是沿破碎帶用鑿子挖深0.2～0.3m就可以了。
2.電站壩體地段
(1)電站壩體地段主要是1號和37號斷層，它們都位於人門河中，人門河就是沿著這兩條斷層發育的，所以它們在地形上已經變得很低。這種斷層帶內的產物主要是構造碎屑岩。位於斷層帶兩壁的岩石完整堅硬，並形成了10多米高的陡壁，而且下游的一壁是反坡。這種情況若採用第一種方法，那麼深度早就夠了，可是兩壁堅硬岩石要挖成2：1的順坡那就不是一件簡單的事。因此採用第一種方法處理是有困難的。我們根據已有資料和過去的經驗，判斷往下挖3～5m估計可以見到構造塊狀岩，經與施工人員研究決定採用了第二種方法處理，結果一般挖了4～5m，最深的挖了6m後，即基本上都到達了構造塊狀岩。至於反坡則採取局部反坡太大的打掉，大部分較陡而岩石完整堅硬的反坡，即沒有進行處理。
(2)這些斷層的處理是採用風鎬、鐵鎬開挖的。在澆築混凝土前，用高壓風水槍把兩壁殘余的構造粘土岩沖洗干凈，沖洗不去的用人工去掉，並將兩壁岩石打毛，使岩石與混凝土結合更緊密。
(3)第一類構造破碎帶也是挖到較堅硬的構造塊狀岩為止，但有的構造破碎帶較狹窄而帶中又大部分是構造碎屑岩的，即挖到一定的深度就行了，一般都超過其寬度很多。
(4)第二、三類破碎帶的處理與溢流壩段的相同。
3.在斷層和破碎帶內遇到地下水，如地下水流量很小，則用水玻璃堵死，然後澆築混凝土；如果流量較大，用水玻璃無法堵死的話，則一般用管子把水引到澆築塊外面，然後澆築混凝土，待混凝土凝固後，把管子堵死就可以了。
4.為了更進一步證實斷層和構造破碎帶是否需要做深孔灌漿，因此在固結灌漿的同時，也布置了一些勘探孔。這些勘探孔都布置在穿過大壩的前列與上游貫通的斷層和構造破碎帶上(即在接觸灌漿的第二排孔上)，孔深一般在35～50m(溢流壩至240m高程，電站壩體至230m高程)，至於孔的多寡，視斷層和破碎帶的寬窄而定，一般寬度在1m以下的布置一個，其孔深至240m或230m高程，在15～25m處穿過破碎帶或斷層，再往下打15～25m(圖8a)；但有時也根據在鑽探過程中的壓水試驗和岩心獲得率等具體情況決定，如果其每段單位吸水量都小於0.05L/min，同時岩心獲得率都比較高，那麼我們認為打穿斷層或破碎帶2～4m就可以了；斷層和破碎帶在1.5m以下的，一般布置兩個勘探孔，一個可以淺一些，在15～20m處穿過斷層或破碎帶就可以了，另一個在30～40m處穿過斷層或破碎帶就可以了(圖8b)。
這些勘探孔在鑽進過程中從上而下分段(每段5m)測定吸水量。對於單位吸水量不大於0.10L/min的，則進行一般灌漿，但不必作防滲帷幕，如果單位吸水量小於0.05L/min的，向鑽孔內注入水泥漿填塞就行了。單位吸水量大於0.10L/min的地段的帷幕灌漿，分兩排，上游排系利用鑽至240m或230m高程的勘探孔，孔距8m，而下游排為接合灌漿，孔距1～2m，孔深15～17m(圖9)。
圖8 斷層或破碎帶勘探孔布置示意圖
圖9 溢流壩深孔帷幕布置示意圖
結語
1.作為大壩基礎的閃長玢岩，其極限飽和抗壓強度為1200～2000kg/cm2，是極其堅硬的。其厚度一般都在50～80m之間，極少數為15～20m。所以就其強度和厚度來說，已經可以滿足大壩的要求。
2.斷層和構造破碎帶對大壩的危害最大，但經過處理後，大部分已到達構造塊狀岩，因此也不足影響大壩的穩定性。
3.第二類破碎帶主要是構造塊狀岩，岩石仍堅硬，但帶內的裂隙多呈張開狀態，最寬的達6cm，所以這類破碎帶是地下水活動最好的通道，必須進行灌漿處理。
4.第三類構造破碎帶，主要是完整堅硬的方解石脈、方解石和石英共生脈，沿著脈石邊緣有0.1～0.3cm寬的構造碎屑岩。這些岩石緻密而且堅硬，所以也不會影響大壩基礎的穩定。
5.根據在溢流壩地段所布置在構造破碎帶上的勘探孔的資料，其單位吸水量大部分小於0.005L/min，因此說明這些構造破碎帶基本上是不透水的。
總的說來，斷層與構造破碎帶的存在，都是對大壩基礎的美中不足之處，但是我們知道自然界總不會給我們造成只是有利而無害的水壩地基，真正有利無害的水壩地基是我們用科學方法獲得的。三門峽大壩基礎雖然有些美中不足之處，但是經過處理後，斷層和構造破碎帶的岩石大部分已到達構造塊狀岩(其飽和極限抗壓強度都在1000kg/cm2左右)，因此斷層與構造破碎帶的存在，影響不到基礎的穩固性。由上述情況可以看出，將來三門峽的大壩毫無問題地將永遠與中流砥柱似的牢固地屹立著，堅強地根據人民的意志，使黃河水永遠馴服地為人民服務。
(原載於《三門峽工程》1959年第7期)