什么是工程地质岩组

A. 路线六 玄天庙—少林水库—少林水库西山

1.实习内容

(1)观察罗汉洞组底部含砾石英岩、郭家窑组混合岩化片麻岩，测量各岩层产状;

(2)分析罗汉洞组与郭家窑组地层的接触关系;

(3)参观少林水库，了解水库的工程地质条件;

(4)观察窗棂构造、蚀变中性岩脉;

(5)观察五佛山群马鞍山组与嵩山群五指岭组地层的接触关系，分析中岳运动的性质;绘制中岳运动遗迹剖面示意图。

2.观察点和观察内容

No.1玄天庙小学东15m处

主要内容:观察嵩山群罗汉洞组底部含砾石英岩、登封群郭家窑组混合岩化片麻岩，测量各岩层产状。分段嵩山群罗汉洞组底部含砾石英岩与登封群郭家窑组混合岩化片麻岩二者之间为绢云石英片岩。罗汉洞组与郭家窑组地层为角度不整合接触，马杏垣认为绢云石英片岩是嵩山群沉积之前的登封群古风化壳，嵩山群与绢云石英片岩的接触面既是不整合面，又是构造滑动面和古风化界面。罗汉洞组与郭家窑组地层的角度不整合接触关系代表了嵩阳运动。“嵩阳运动”是张伯生、冯景兰于1950年发现并创立，代表的是登封群形成之后嵩山群形成之前的构造运动。由于多期变形和变质作用的影响，嵩阳运动的不整合接触关系不如晚期的构造运动的不整合接触关系明显。但是从区域角度考虑，嵩阳运动角度不整合的标志还是十分清晰的，主要的标志有:嵩山群与登封群构造格局完全不同，嵩山群的主体是南北向，登封群的主体是东西向;登封群有强烈的混合岩化，嵩山群仅受到较轻微的区域变质作用，没有遭受混合岩化;登封群的原岩主要是中基性的岩浆岩，嵩山群的原岩大部分是沉积岩。

登封群郭家窑组主要由条带状混合岩、黑云斜长片麻岩组成，顶部见有二云母片麻岩、千糜岩化黑云斜长片麻岩，其中夹有白云石英片岩、黑云母片岩。产状:SW230°∠65°。登封群郭家窑组混合岩化片麻岩:岩石破碎，镜下有碎裂变质岩的特征，长石大多被压碎，白云母有波光消光或折劈构造，属于动力变质岩。远离罗汉洞组底界面的岩石，碎裂程度降低，逐渐过渡为条带状混合岩化黑云母斜长片麻岩。

嵩山群罗汉洞组底部为含砾石英岩，变余砂砾状结构，变余层状构造，砾石成分主要有片麻岩、脉石英及赤铁石英岩，呈椭圆形，砾径最大者约5cm，小者0.5cm，一般在1cm左右。砾石长轴方向与片理平行。产状:SW280°∠82°。嵩山群罗汉洞组底部含砾石英岩:灰白色、银白色，矿物成分以灰白色粒状石英为主，次要矿物有银灰色细鳞片绢云母。砾石成分主要为白色脉石英和细粒石英岩。粒径以0.5～1cm为主。具鳞片变晶结构，片状构造、变余层理构造，砾石长轴平行片理排列。

介于登封群与嵩山群之间有一套动力变质岩，镜下可见碎裂变质岩的特征，长石被压裂，白云母具波状消光或者折劈构造，它是嵩山群变形时底部剪切带的组成部分。因此，嵩山群与登封群之间接触面既是不整合面，又是古风化面，还是高山底面的滑动断裂面，即“三位一体”。

No.2少林水库

主要内容:参观少林水库，了解水库各组成部分的作用，调查了解水库的地质工程条件

少林水库位于登封市西北8km，少林寺东南4.5km，太室山与少室山之间的峡谷地带，少林寺河之上。属于淮河流域的颍河水系，控制流域面积41km²，为中型水库。水库于1958年10月至1960年5月第一期施工，1971年续建并完成主体工程，1979年6月至1983年6月完成加固大坝工程。水库设计库容960万立方米。

少林水库位于出水谷口小、蓄水库盆大的有利地形，上游为少林寺河。大坝为土石混合坝，坝的右肩建在嵩山群五指岭组石英岩上，岩性较坚固。不利的构造条件是通过一条近南北方向的断层，岩石较破碎，有渗漏现象。坝的左肩建在洪积扇后缘的巨厚砾石层上，高洪水位时可能渗漏。长期以来少林水库蓄水量不大，达不到设计要求，可能与上述工程地质条件不利有关。该水库主要用作城镇供水，少量用于农业灌溉。水库建有拦河坝、溢洪道，坝上有放水闸门，坝下有一套输水管道将水输往灌溉区及登封市水厂。

下面简要介绍水库的基本知识以及与修建水库所需具备工程地质条件。

水库是建立在河流上的一种水利设施。用以防洪灌溉、养殖和提供工业水源。水库以蓄水体积计算大小，大者可蓄水几亿或上百亿立方米;小者仅达百万立方米或十几万立方米。水库的实际效益以发挥综合功能为目标，既能调节水量、蓄水灌溉，又能养殖和进行发电。

(1)坝的分类:根据坝的建筑材料分土坝、石坝、土石坝及混凝土坝，根据坝的结构分重力坝、拱坝。少林水库坝属重力坝。

(2)水库的组成:水库的主体由横穿河谷拦截流水的坝体、放水洞和溢洪道组成，一般称水库三大件。其他配套工程有放水闸门和渠道工程、渠道网、发电网、输水洞及发电厂房设施等。大型水库还要有船舶停靠码头、通航用船闸(如三峡水库)以及养殖用的设施等。

(3)水库的总库容:决定于选定坝址以上流域面积内的年径流量和坝体的高度，水库的实际效益决定于兴利库容，即死库容(垫底部分)与防洪库容间所调节的水量部分，它决定于当年水库的来水量。因此坝址的位置和坝体的高度是受经济效益和自然条件制约的。总之，经济上必须是合理的，技术上必须是可靠的。

(4)水库的工程地质条件:修建水库时，首先考虑有利地形，收口要小，选择大水库容量，节省建筑材料。坝基要稳固，坝基坝肩岩性良好，避开不良因素，如滑坡、崩塌等，防止坝肩和库区的渗漏。淹没区要求尽量减少损火，淤积物要少，保证一定的库容量。水库被水淹没的地区，要查清地质构造特征，不能漏水。关键部分是坝址下面的构造、岩性等特点，从工程地质考虑其防震性、抗压性和稳定性，特别要防止坝体渗透。从水文地质上要考虑库体周围补给关系的变化，防止因地下水位提高而引起土地盐碱化。如果是大型水库，还要根据工作区的地质条件选择筑坝材料和解决铁路、公路选线的问题。

(5)大坝的主要工程结构及用途:坝闸用来挡水，库区用来蓄水，溢洪道用来泄洪，渠道用来灌溉。

总之，在论证水库设计方案的合理性时，选择坝址的地点要从地质条件上作充分论证，因此，地质人员要加强地表地质和钻探工程等方面的工作。

No.3少林水库溢洪道

主要内容:观察窗棂构造，描述岩脉的成因及岩性，分析追踪张节理的力学性质

少林水库溢洪道所在地层为五指岭组石英岩和绢云石英片岩，发育有窗棂构造。这是地质力学的术语，是指在岩石表面上平行排列的一系列圆柱形或波状起伏的构造。

在溢洪道上可见棕褐色蚀变中性岩脉(图6－3)，西壁宽约8m，东壁较小，细晶正长岩岩脉沿“X”剪节理追踪侵入。中性岩脉沿追踪张节理呈锯齿状侵入到五指岭组石英片岩中。中性岩矿物成分:长石含量为60%，暗色矿物15%，磁铁矿15%，石英5%。长石因蚀变难以进行化学分析，K₂O的含量为10.33%，SiO₂的含量为62.8%。镜下观察，主要为绢云母和斜长石，具脱玻晶交代假象交织结构，块状、杏仁状构造。斜长石均已蚀变成绢云母，仅留假象。次生物主要有泥质、铁质、石英、绢云母。此岩新鲜面为深肉红色，沿裂隙经铁染后为深紫红色，细粒结构，块状构造，矿物因遭受蚀变，长石已云母化，暗色矿物也蚀变为绢云母和绿泥石。

图6－3 少林水库溢洪道中性岩脉追踪张节理素描图

此点可见两组共轭剪节理，其特征明显，由于受剪应力的作用，一组发育，另一组次之。同时又受到张应力的影响，沿两组剪节理产生了特有的追踪张节理现象。剪节理与张节理的特征明显，剪节理面平直光滑，追踪张节理面参差不齐，呈锯齿状。根据力学性质分析，应是受东西向的挤压力形成追踪张节理现象。因此，该追踪张节理实为剪应力与张应力复合作用的产物。

No.4少林水库西山脊

主要内容:观察五佛山群马鞍山组与嵩山群五指岭组地层的接触关系，分析中岳运动的性质，绘制中岳运动遗迹剖面示意图

五佛山群马鞍山组:为一套底砾岩和肉红色中粒石英砂岩，有轻微变质现象。沉积旋回清楚，波痕、泥裂发育，厚度大。底砾岩颜色为暗紫红色，砾状结构，巨厚层状构造，砾石成分简单，主要为石英岩，其次为片麻岩、花岗岩及脉石英。砾石磨圆度多为次圆状，分选性差，砾径最大者可达52cm，最小者5cm，一般为10～20cm。胶结物为硅质和铁质，胶结类型为接触式。产状:NW340°∠15°。砾岩之上为肉红色石英岩，岩石节理发育，风化后形成陡崖。山坡上分布有大小不等的岩块，有一些巨大的岩块，多为砾岩，沿山坡形成倒石堆崩积物。

嵩山群五指岭组:为一套由绢云母石英片岩、千枚岩、石英岩组成的浅变质岩系。岩层褶皱强烈，产状近于直立，交错层理发育。此处的绢云石英片岩为灰紫色，鳞片变晶结构，片状构造，主要矿物成分为石英和绢云母，含有少量赤铁矿等。产状:NE80°∠87°。岩层褶皱强烈，交错层理发育，与上覆岩层呈明显的角度不整合接触，为中岳运动产生的结果。

五佛山群马鞍山组与嵩山群五指岭组地层呈角度不整合接触，不整合面起伏不平，具古风化剥蚀面特征，代表一次强烈的构造运动———中岳运动。中岳运动是嵩山群褶皱隆起，经过风化剥蚀后，到中元古代时该地区再次下沉，开始接受五佛山群的滨海—浅海相沉积。因两套地层形成环境不同，产状及岩性差异大，有底砾岩存在，是典型的角度不整合接触关系，为“中岳运动”的结果。

图6－4 少林水库西中岳运动遗迹示意图

3.思考题

(1)中岳运动的形成时代是什么?

(2)底砾岩是如何形成的?

B. 隧道围岩分类系统研究

3.2.1 围岩基本特征调研

3.2.1.1 工程地质岩组

根据隧道各类岩层的工程地质性质和公路设计规范(JTJ026-90)要求，依据成都水文地质工程地质队编写的二郎山公路隧道地质勘察报告中提供的109组岩石试验成果资料，可以将研究区岩层划分为四个工程地质岩组，各岩组的一般物理力学性质如表3-2所示。

续表

注：1.地下涌水情况(单位：L/s·m)：滴水＜0.04，线状为0.04～0.21，股状＞0.21。2.A：整体结构；B：砌体结构；C：镶嵌结构；D：压碎结构；E：散体松动结构。

(资料来源：实测)

表3-6 二郎山公路隧道主洞围岩类别划分对比表Tab.3-6 The country rock classification comparison of the main tunnel，Erlangshan highway tunnel