博士答辩深部岩溶水文学的模拟实验研究课件

SWUswu答辩地点:西南大学地理科学学院欢迎各位专家!7/29/20231深部岩溶水文学的模拟实验研究2008.5.17——以锦屏二级水电站工程区碳酸盐岩地层的研究为例自然地理学指导教师况明生教授博士研究生匡鸿海7/29/20232请各位专家在答辩结束后将答辩记录本交答辩委员会秘书统一保存，谢谢您的支持！7/29/20233第1章绪论1.1选题背景和意义1.1.1选题背景我国表层岩溶研究成果丰富，但是深部岩溶特别是地表以下数千米处的超深部岩溶由于不易观测，缺少相应的实验手段，目前尚无系统研究。深部岩溶研究由于难于直接观测，取样困难，如无相应的钻探设备与隧洞施工，就很难获得岩溶研究所必须的岩石样品。

7/29/202341.2锦屏二级水电工程

发源于巴颜喀拉山麓的雅砻江是金沙江的最大支流，干流全长1571公里，落差达3830米，其水电技术可开发容量达2856万千瓦，占四川省水电能力的四分之一。锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界的雅砻江干流大河湾地区，为雅砻江下游规划5个梯级电站中的骨干水电站,是实施“西电东送”和“川电外送”战略的关键性工程之一，是雅砻江上装机规模最大的水电站,工程总投资近三百亿元人民币、总装机四百八十万千瓦。7/29/20235图1.2.1雅砻江流域梯级开发示意图7/29/20236图1.2.2雅砻江流域图

7/29/20237水电站建成后的情景图

7/29/20238锦屏地区高山峡谷地貌照像

7/29/20239图1.2.4锦屏二级水电站位置示意图

7/29/2023101.3引水隧道建设的必要性

雅砻江卡拉至江口河段长412KM,天然落差930米,该河段可供开发水电装机容量约18000MW,下游洼里-里庄的大河湾地区虽然天然落差较大，但河流较长，约150公里,平均落差较小,如果直接拦河筑坝,就必然导致淹没区较大，投产后日常管理困难。为了利用大河湾地区的水力资源，采取人工截弯取直、开挖隧洞的方式进行引水发电，可以达到减小淹没区与提高发电效率的目的。7/29/202311图1.3.1锦屏二级水电站所处的大河湾地区略图7/29/2023121.4工程区深部岩溶水文学研究的必要地下含水层及其水文特征对隧道施工和安全生产具有决定性影响。锦屏二级水电站引水隧洞地处西南高山峡谷地区,最深处距地表约4000米，隧洞埋深大、洞线长,地层透水性的不同导致地层间的水压差异很大，对施工和生产安全构成很大威胁。因此,开展深部岩溶研究，查清当地碳酸盐岩地层岩溶水文性质是非常必要的，也是可以带来巨大社会效益与经济效益的。7/29/2023131.5研究的内容与目标本文将围绕工程区内（特别是隧道附近）主要的T2y（盐源组）、T2b（白山组）和T2Z（杂谷脑组）碳酸盐岩地层在低温高压的深部条件下的岩溶水文性质展开实验研究，主要的研究目标就是要查明锦屏二级水电站工程区内的深部岩层（低温高压条件下）的岩溶水文特征，分析预测中高强度透水性岩层和含水孔穴的分布规律，对隧道附近地下水的运移状况作出符合实验结论和理论根据的预测。7/29/2023141.6研究的技术方案本文利用工程设计单位提供的岩石样品进行深部岩溶水文学的模拟实验研究，岩石样品的扫描图象借助计算机处理技术对深部岩溶水文特征进行分析验证，实验研究结论利用工程设计单位的辅助洞勘探结果进行校准。7/29/202315第2章深部岩溶与地层透水性研究2.1同位素示踪法

同位素示踪法（isotopictracermethod）是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法。在同位素示踪法的研究实践中，利用放射性核素（或稳定性核素）和它们的化合物与自然界存在的普通元素和他们的化合物之间的不同核物理性质，可以标记出含有同位素的标记化合物分布的位置、数量及其转变等等。同位素示踪法是一种重要的碳酸盐岩地层水文特征探讨的研究方法，它的优点在于可以搞清楚某一个区域内的地下水与地表水的渗流状况，不足之处在于它很难定量的预测地下含水孔穴位置和孔径。7/29/2023162.2雷达探测法雷达探测法是利用探地雷达等较新的地球物理探测手段，用宽频的电磁波，以脉冲形式来探测地表之下或确定的不可视物体的内部结构。雷达探测法是一种重要的地下水与地下洞穴的探测方法。目前国际上最先进的单个民用超声波雷达已可探测50个平方公里地表以下15米以内的孔穴。国外的水电工程建设常常使用合成孔径雷达（SAR）探测地下含水孔穴。本方法的优势是可以利用多个雷达组成雷达阵列，定量探测地下孔穴的体积、分布位置与含水量，劣势是设备成本过高。

7/29/2023172.3超前探洞法

超前探洞法是国内外隧道工程中常用的地下水探测方法，它利用在隧道主洞掘进面前开挖1或2公里长的超前探洞，一旦挖穿含水层，主洞有足够的预警时间采取措施。本方法的优势是技术门槛很低，资金投入少，适合工程单位采用；劣势是不能从根本上解决问题。锦屏二级水电站工程区目前采用了本方法。

7/29/2023182.4爆炸回声法爆炸回声法是采用定向爆炸的方法，利用岩层中人工开挖的具备一定方向性的孔穴放置炸药，监听爆炸产生的声波穿越孔穴、含水层等介质产生的回音时间差来判定孔穴、含水层的分布。本方法的优点是可以定量计算孔穴体积，缺点是爆炸技术门槛太高。7/29/2023192.5图象分析法

计算机图象分析法是地层透水性研究中由本项研究开发使用的重要方法。利用不同的图象处理算法，可以获得许多岩性特征曲线。对这些曲线所代表的物理化学性质进行解释，可以得到诸如岩石透水性、古气候变化的等等信息。该方法的优点是可以事先预测施工地层中可能遭遇的高透水性地层（即透水性曲线值比较高的岩石样品的地层位置），缺点是难以确定孔穴的孔径。目前在锦屏二级水电站施工掘进面上收集了丰富的岩石样本，经扫描后为本方法的实施奠定了坚实的基础。7/29/2023202.6岩溶分析法

该方法的原理是先算出地层的溶蚀速度S，利用该地层的溶蚀地史年龄T按照以下公式算出地层中最大孔穴的孔径R：R=S×T因此，在该地层施工时，要作好遭遇孔径为R的含水孔穴的事先准备。值得注意的是,此处地层的地史年龄T不是地层原生的地史年龄,而是地层在地下水渗流发生岩溶之后的次生地史年龄。

7/29/2023212.7有限元分析法工程设计中可以根据地下工程区岩土地层的力学承载部位,在设计的地下隧洞中布置控制网，应用弹塑性有限元分析法分析引水隧洞开挖及治护过程中主要的岩层透水性造成的力学承载部位的变形规律与特征、应力分布及变化规律、塑性区范围，从而可以通过比较分析去获得不同渗控方案，并由此实现对隧洞围岩和衬砌工状的最优方案。

7/29/202322第3章锦屏地区自然概况

3.1地形地貌锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源和冕宁三县交界处的雅砻江大河湾地区。按自南而北穿越该区所见的地表景观，经度地带性与纬度地带性均不明显，但垂直地带性显著。该区自中生代白垩纪末期的四川运动以来，在区域构造的控制下地壳发生大幅度的均衡抬升，与此同时，在河流的强烈侵蚀切割作用下，形成了峰峦叠嶂，山高谷深的高山峡谷地貌，山体总体走向N15°E，东、西两侧岸坡冲沟发育，河谷深切，显示出典型的高山狭谷地貌景观。7/29/2023233.2气象水文锦屏地区位于青藏高原南部边缘，每年干季、湿季区别明显，气候主要受到高空西风环流和西南季风影响。锦屏山脉由于山体巨大，地面高差显著，因此气候的垂直分带明显。7/29/2023243.3地质基础锦屏二级水电站分布于青藏高原东南边缘的山原与四川西南山地的交接地带，地壳构造复杂，地层出露较为齐全。在工程区内，出露地层以中生界的三叠系为主。在工程可行性研究阶段，沿引水洞线平行方向开挖的两条5km长的地质勘探辅助洞，这在我国水电勘测史上是前所未有的，为搞清楚当地地质情况提供了优越的条件。7/29/2023253.3.1地质背景

锦屏地区位于青藏高原向四川盆地过渡的斜坡地带，岩层整体走向、褶皱轴面走向和锦屏山脉走向三者基本一致。区内碳酸盐类地层广泛分布，约占70%─80％，其中以三迭系中上统碳酸盐岩地层为主。7/29/202326图3.3.1.1当地航空照片拍摄的岩层、褶皱与山脉走向7/29/2023273.3.2地层岩性电站工程区出露地层以三叠系为主，其次为泥盆系、石炭系、二迭系和部分侏罗系与第四系地层。在这些出露的地层中，以三叠系为主的碳酸盐岩地层可占到70-80%。7/29/2023283.3.3地质构造锦屏二级水电站工程区在大地构造上处于松潘甘孜地槽褶皱带的东南部，受NWW～SEE向主应力场的控制，形成规模较大的轴向NNE的、向S倾伏的复式紧密褶皱以及走向为NNE向的高倾角压性或压扭性断层，并伴随有NWW向的张性或张扭性断层。区内地层陡倾，其地质构造的展布方向与主构造线基本一致(见图3.4.2.2)。7/29/202329图3.4.2.2锦屏二级水电站工程区地质图7/29/202330第4章样品采集与实验方法4.1样品采集与试件制作根据锦屏二级水电站工程区的地质构造剖面图揭示的地层分布状况，三叠系中统杂谷脑组（T2Z）、盐塘组（T2y）和白山组（T2b）这三套地层约占工程区地层的70%以上。为了正确了解工程区碳酸盐岩地层在低温高压条件下的溶蚀特征，本次实验分两次采集了共12个样品，33块岩石，均全部采于上述三套地层内7/29/2023314.2实验方法由于隧道施工安全性要求很高,对本文成果的精确度有比较高的要求。为了确保研究结果的准确度,决定采用多种方法并用,相互验证分析，最后与工程区试掘的5公里小探洞掘进结果比较的技术路线。所以，本文采用岩溶水文模拟实验法（岩溶分析法）、计算机图象分析法2种方法作为主要技术方法。7/29/2023324.3深部条件下的岩溶模拟实验根据锦屏二级水电站工程区内的岩溶发育特点和电站工程建设的需要，对工程区内的碳酸盐岩地层在低温高压条件下，对地下深部的溶蚀量及其速率进行探测，为较为准确地认识和理解工程区内的碳酸盐岩地层深部的溶蚀速率和深部岩溶发育特征提供实验依据和基础数据。7/29/2023334.3.1实验原理7/29/2023344.3.2低温高压渗流条件下的溶蚀试验设计依据：地下水在地下岩层中如果存在渗流过程，那么，当含有CO2的地下水流渗透过地下碳酸盐岩地层时，岩溶过程就必定发生。碳酸盐岩地层中就必然出现溶蚀现象。7/29/202335实验在特制的KXS—2005多功能岩石实验机上进行，具体的实验条件和参数如下：（1）岩溶水按工程区地表面的水化学特征进行配制。（2）岩芯试件尺寸为直径50mm，高20mm；（3）岩芯垂向压力分别为30Mpa，40和50Mpa图4.3.2.1低温高压溶蚀实验装置示意图7/29/202336实验揭示出两个事实，即：（1）锦屏二级水电站工程区内碳酸盐岩地层岩块的透水性极弱，地下水主要通过地层内部的裂隙和溶孔、溶洞或廊道流动；（2）工程区内的碳酸盐岩块内部未能发生岩溶过程，地下深部的岩溶作用仅沿着碳酸盐地层内部的次生结构表面和地层层面发生。7/29/2023374.3.3低温高压容腔内的溶蚀实验设计依据：碳酸盐岩地层内部的岩溶水在承压条件下沿着次生结构面或溶隙、溶洞流动，那么，具有一定压力的岩溶水就必然会对碳酸盐岩地层中的裂隙结构和溶隙、溶洞表面产生溶蚀作用。据此，可以构造一个高压容腔，将碳酸盐岩试片放入其空腔内，让容腔内承压岩溶水接触碳酸盐岩块试片的表面去摸拟地下深处碳酸盐岩层中容隙、溶洞内的岩溶过程。7/29/202338图4.3.3.1耐压空腔的低温高压溶蚀实验装置示意图7/29/2023394.4计算机图象分析本法是利用扫描仪将加工好的石样扫描成为计算机图象，利用合适的算法定义一条曲线，将渗透率已经测定的5个石样作为标准曲线，将全部23个石样的曲线分为相对较高、相对高、相对中等、相对低、相对较低5级，再与实测的渗透系数比较，验证岩溶分析法的准确度。7/29/202340第5章深部岩溶水文锦屏二级水电站工程区内的深部岩溶作用能否发生，其前提条件是该区域内的地层岩石必须是可溶的，否则岩溶作用就无从发生；其次是这些可溶性地层中的流水必须具备溶蚀能力，如果水没有溶蚀能力，溶蚀作用也会无从产生；在具备上述两个因素的条件下，还需要岩石具备透水作用，只有当水能透过岩石产生流动，岩溶作用才能得以进行。因此，锦屏二级水电站工程区内深部岩溶作用能够产生的基础条件归纳起来就是以下四个方面：（1）岩石的可溶性；（2）岩溶水的溶蚀性；（3）岩石的贮水形式与水理性质；（4）碳酸盐岩地层的次生透水性。7/29/2023415.1岩石的可溶性一般来说，岩石的可溶性主要取决于岩石的成分、结构和岩石的构造。岩石成分是指岩石中的矿物成分和化学成分；岩石的结构是指组成岩石的矿物颗粒（或晶粒）大小、形状和排列方式，以及岩石内部矿物颗粒之间的胶结物性质；岩石的构造则是指岩石结构的构成形式。从岩石的成分上看，基本上可以分为三类：（1）碳酸盐类岩石；（2）硫酸盐类岩石；（3）卤盐类岩石。按照一般规律，在地球表层，硫酸盐类岩石和卤盐类岩石分布并不广泛，仅占25%左右，且体积十分有限。而碳酸盐类岩石分布确很十分广泛，我国地表出露的可溶性岩石绝大部分都是碳酸盐类岩石。就锦屏二级水电站工程区内分布的可溶性岩石来看，根据地质勘查，全部为碳酸盐类岩石。7/29/2023425.1.1碳酸盐类岩石的类型划分7/29/2023435.1.2工程区碳酸盐类岩石的类型及其特征根据区域地质勘查，锦屏二级水电站工程区内出露的碳酸盐类岩石主要为三叠系中统的杂谷脑组（T2Z）、盐塘组（T2y）和白云组（T2b）三套地层。地层全部为大理岩石。7/29/2023445.1.3工程区碳酸盐类地层的可溶性由实验显示，在含有CO2的水溶液中，若令纯方解石的溶解度为1，那么随着岩石中CaO/Mgo比值的增加，其岩石的相对溶解度也随之增加，（见图5.1.3.1）。7/29/2023455.2水的溶蚀性自然界中纯水的溶蚀力是十分微弱的，只有当水中含有CO2时，水才能对碳酸盐类岩石产生溶蚀作用。表5.2.2局部气压为0.0003大气压时，不同温度条件下水中的CO2含量及方解石的溶蚀量温度（T℃）CO2含量（%）方解石CaCO3的溶解度（mg/L）01.181100.7070200.5260300.39497/29/2023465.3碳酸盐岩地层的贮水空间与水理性质碳酸盐岩地层中的空隙是岩溶水的贮存空间，又是岩溶水的流动通道。因此，碳酸盐岩地层中空隙的大小、数量、均匀程度和连通状况都直接影响着碳酸盐岩地层中岩溶水的贮存和运动，进而直接制约着碳酸岩地层的岩溶发育进程。为了探明工程区内主要碳酸盐岩地层中的岩溶发育特征，对这些地层中的岩溶水贮存空间通过实验进行探测是十分必要的。7/29/2023475.3.1主要碳酸盐岩地层贮水空间的试验与测量地层内的地下水贮存空间试验中主要有对地层岩块的天然含水率（W）测试、吸水率（Wa）

和饱和吸水率（Wsa）测试。使用的实验工具和仪器有岩石切割机、石料车床、磨床、烘箱、干燥箱、烧杯和千分之一克电子天平。样品按“水利水电工程岩石试验规程”中的具体规定加工成直径50mm，高20mm的标准试件后，用磨床将表面磨光，以便于试件表面多于水分的清除，加工后利用千分之一克电子天平称重，然后放入烘箱24小时后再称重，利用两次称重的质量差算吸水率。试验结果见表5.3.1.1。7/29/2023485.3.2主要碳酸盐岩地层的水理性质在地下水文的分析研究中，一般都将凡是与水有关的岩石性质，统称为岩石的水理性质。因岩石的水理性质同地下深部低温高压条件下的岩溶作用特征直接相关，这里将对锦屏二级水电站工程区内主要碳酸盐岩地层水理性质中的容水性、持水性和给水性，以及地层的透水性进行分析。7/29/2023495.4碳酸盐岩石单轴抗压强度与岩块密度，孔隙度和容水度的关系

在探讨了锦屏二级水电站工程区碳酸盐岩地层的贮水形式和水理性质的基础上，进一步测试地层的单轴抗压强度（P），对理解这些地层的的物理力学现象是必要的。

图5.4.12006年7月27日高压水在工程行为配合下压破岩壁形成涌水7/29/2023505.5低温高压条件下的溶蚀速率5.5.1溶蚀速率（C）的推算根据本次实验条件和有关规范，溶蚀速率（c）的推算采用该样品试件（片）的平均值，其基本单位是由侵蚀性高承压岩溶水经6小时缓慢流过后，单位碳酸盐岩石表面产生溶侵蚀量和溶蚀深度。12个碳酸盐岩地层样品的深蚀速率（c）见表5.5.1.1和表5.5.1.2。经计算，锦屏二级水电站工程区碳酸盐岩地层在温度10℃的低温，岩溶水压为10MPa的环境条件下，其平均溶蚀速率（c）为21.323mm/千年；水压为20MPa的环境条件下，其平均溶蚀速率（c）为20.871mm/千年。7/29/2023515.5.2溶蚀速率（c）的检验（一）“中国岩溶学”（地质出版社1993.P97）中关于溶蚀速率计算公式为：式中：C—溶蚀速度（m3/Km2·a）;M地表、M地下—地表水和地下水的碳酸盐岩溶蚀模量（mg/L）;R地表、R地下—地表水和地下水的年均径流深度（dm）; —碳酸盐岩的平均密度（g/cm3）;n—碳酸盐岩所占的面积百分比。7/29/2023525.6工程区低温高压条件下的深部岩溶水文（一）工程区碳酸盐岩地层深部的岩溶作用较为微弱。（二）根据低温高压溶蚀实验结果和有关公式计算，工程区地下碳酸盐岩的溶蚀速率（C）较低，仅为20mm/千年左右。（三）低温高压溶蚀实验显示，在温度10℃水压分别为10Mpa和20Mpa的压力条件下，溶蚀速率（C）并没有显著的差异。7/29/202353第6章碳酸盐岩地层透水性图象研究

本实验利用扫描仪将23个加工好的石样（共33个样品，有10个样品太大无法扫描）借助同一台明基扫描仪扫描成为计算机图象。将碳酸盐岩地层透水性岩石样品扫描后的图象，直接用本研究团队自行研发的ROCK岩样分析系统生成影象频谱图，将渗透率的大小已经测定的5个石样作为标准曲线系，由此展开对全部23个石样的频谱图曲线进行渗透特征鉴定，在此基础上，再与实测的渗透系数比较，即可验证岩溶分析法的准确度。7/29/2023546.1碳酸盐岩地层透水性图象频谱图算法在ROCK岩样分析系统的研发过程中,选择合适的算法是非常重要的。扫描图像中的象素的灰度值不一定是连续变化的，而有可能是台阶式跃升的。比如在水滴、打磨时形成的破损处周围，象素灰度值都是跃升式的。这些跃升的灰度值可能导致曲线失真。为了防止这些反常跃升的象素点对曲线进行干扰，一方面可以采取提高加工精度，将岩石样品打磨的更光滑，另一方面则需对打磨后的岩石样品用烘箱烘干以除去表面水分对岩石样品光谱特征的影响，但最重要的方法是利用合适的算法将碳酸盐岩样扫描图象中的反常象素点筛选出来，并在曲线中将其剔除。基于不同算法的曲线生成策略会生成不同的曲线，分别代表不同的岩性信息，如古气候、岩石成分等等。因此，必须从图象特征的系统分析中选出代表透水性的算法，才可以研发出ROCK岩样分析系统，用以获得碳酸盐岩透水性的影象频谱图（即透水性特征曲线）。7/29/2023556.1.1反常象素点筛选本文运用坎尼算子中的信噪比准则判定图像中的边缘检测算子，检验图像中的信噪比，剔除灰度值反常跃升的象素点。此处信噪比SNR定义为低失误概率，由此可得，当S（i,j）为反常象素点的图象频谱值时，则S（i,j）等于：S（i,j）=|f(i-1,j)+f(i,j-1)+f(I-1,j-1)-[f(i,j+1)+f(i+1,j)+2f(i+1,j+1)]|+|f(i-1,j-1)+f(I+1,j)+f(i+1,j)-[f(i-1,j+1)+f(i,j+1)+f(i,j)]|上式中，F（i,j）表示为反常象素点的图象频谱值，f(i-1,j)为反常象素点左侧的象素点频谱值，f(i+1,j)为反常象素点右侧的象素点频谱值，f(i-1,j-1)为反常象素点左下侧的象素点频谱值，f(i-1,j+1)为反常象素点左上侧的象素点频谱值，f(i+1,j-1)为反常象素点右下侧的象素点频谱值，f(i+1,j+1)为反常象素点右上侧的象素点频谱值，f(i,j-1)为反常象素点下侧的象素点频谱值，f(i,j+1)为反常象素点上侧的象素点频谱值。7/29/2023566.1.2曲线生成策略从岩土工程行业的应用情况来看，利用满足期望的象素点信息神经元的集合可以进行岩体不连续面分析方法研究，利用具备特定映射关系的正弦曲线可以进行岩体结构面的研究。因为本文采集的岩石样品多来自岩体结构面与不连续面，所以利用有穷自动机模型作为曲线的生成策略，定义第i个图象象素点个体对应的网络对第p个同类象素信息色谱样本引起的映射误差指标为：上式的Eip值为映射误差指标，其中，C表示象素点信息神经元的集合，和分别表示输出象素信息单元j对应于第p个同类曲线色谱样本的期望值和实际输出，满足此映射关系的象素点颜色值进入自动机，反之则剔除。在以上算法的基础上，可以建立一种输入和输出都具有一一映射关系的具有空动作的有穷自动机系统用来建立一条曲线。7/29/2023576.2碳酸盐岩地层透水性的图象特征碳酸盐岩石一般都具备一定的透水性，只是由于密度、孔隙度等的不同而导致透水性的大小存在着差异。按照传统的岩样成分分析的计算机研究方法，在利用适当的图象透镜去掉一部分图象信息后，岩样中相对密度大、孔隙度小的部分会显示出来（见表6.2-1），由此可以发现本次研究使用的岩石样品的透水性普遍比较小。7/29/2023587/29/2023597/29/2023606.3碳酸盐岩地层透水性曲线的变化规律在表6.2基础上，将5级透水性频谱图变化规律总结如下：相对较高：曲线左侧起始部分偏高，第2周期开始出现密集段，第3周期有2个密集段，各周期最大值基本一致，右侧值偏低。相对高：曲线左侧起始部分由中部开始，第3周期中部开始出现密集段，第4周期有1个密集段，各周期最大值基本一致，右侧值偏低。相对中等：曲线左侧起始部分由中部开始，第3周期末开始出现密集段，第4周期有1个密集段，各周期最大值不一致，右侧值偏中。相对低：曲线左侧起始部分缺失1个周期，第4周期开始出现密集段，第7周期有1个密集段，各周期最大值不一致，右侧值偏低。相对较低：曲线左侧起始部分由中部开始，第4周期末开始出现密集段，第7周期有1个密集段，各周期最大值一致，右侧值偏低。以上所指周期，为两个曲线最低值之间的曲线段。7/29/2023616.4地层岩样图象分析:6.4.1地层1-1岩样图象分析:现在将地层1-1岩样用扫描仪扫描,为减少计算机图象处理过程中的计算量,将该石样图象的宽度与高度均缩小为原宽度与高度的25%,利用ROCK岩样分析系统得到该石样图象透水性曲线,如图6.4.1-1。7/29/202362图6.4.1-1ROCK岩样分析系统打开地层1-1岩样图象图上图中的曲线左侧起始部分偏高，第2周期开始出现密集段，第3周期有2个密集段，各周期最大值基本一致，右侧值偏低，与表6.2中的1级曲线类似，说明该石样透水性相对较高。其他地层的石样的透水性图象分析与本地层类似7/29/202363第7章工程区深部碳酸盐岩地层的次生透水性7.1工程区深部岩溶次生透水性的一般分布特征深部岩溶次生透水性的形成与发展，是受其自身岩性性质和地质构造作用与溶蚀特征所制约的。锦屏二级水电站工程区碳酸盐岩地层的岩溶特征突出，地质构造复杂，其工程区的深部岩溶次生透水性具有如下一般分布特征：7/29/202364（一）工程区的碳酸盐岩地层受后期区域高温高压变质作用之后，一般都变质成为大理岩，岩块的密度大，矿物结构致密，孔隙率（n）小，连通性差，岩块的透水性极弱。（二）工程区的碳酸盐岩地层受区域地壳构造运动的影响明显，地质构造复杂，地层陡倾，其倾角可高达60-85°，地层中的各种破碎面、断裂裂隙、地层错动带发育普遍，这些结构面成为了工程区碳酸盐岩地层中岩溶水的流动通道。（三）工程区位于雅砻江大河弯之内海拔高达4300余米的锦屏山脉中部，因此，河间高地的地形结构对深部岩溶次生透水性的制约明显。（四）工程区的深部岩溶次生透水性受其自身系统结构形成规律和发展过程中地壳构造运动韵律的决定，表现出明显的垂直分带结构和水平分段结构。7/29/2023657.2深部岩溶次生透水性的垂直分带在锦屏二级水电站工程区内，碳酸盐岩地层分布的厚度大，可达工程区分布地层厚度的80%。这些碳酸盐岩地层在后期区域地壳运动的作用下，地质构造变动显著，地层大都以紧密复式褶褶和高陡倾角的形式出现，碳酸盐类岩体厚，埋藏深，可达万米以上，且岩性又较纯，岩溶作彡的范围广、深度大，至目前为止，尚未在工程区下面发现区域性隔水层；另一方面，工程区地处雅砻江大河湾地区，地形结构又以高达3000余米的“河间高地”形式出现，致使工程区东西两侧的临江坡地排水情况良好，因此，工程区内的岩溶发育在经历了自晚第三纪以来的漫长地质历史之后，岩溶发育程度相对较为成熟，地下水面连续且统一，在水分季节变化的影响下，地下水垂直运动的幅度变化较大，地下水的循环运动具有明显的垂直分带性，在工程区自上而下可见四个各具特征的地下水循环带（见图7.2.1）。7/29/202366图7.2.1锦屏二级水电站工程区深部岩溶次生透水的垂直分带示意图

7/29/202367（一）垂直下渗补给饱气带，该带自山脚江边深数米，沿高程的增加，厚度不断增大，至山顶部位，其深度可达400余米。（二）季节变动带。位于工程区地下水最高水位和最低水位之间，其厚度可达数米至300余米。（三）水平渗流饱水带。该带位于工程区的地下水位至雅砻江江底高程之间，厚约1600-2000m，终年处于饱水状态，岩溶地下水在上部和山体两侧以水平运动为主，中下部以缓慢的下渗运动为主。（四）深部潜流饱水带，该带位于工程区内的雅砻江江底高程以下，终年处于饱水状态，由于受西雅砻江和东雅砻江之间300余米高差的影响，岩溶水以自西向东的缓慢潜流为主。7/29/202368图7.2.2锦屏二级水电站工程区岩溶次生透水性的垂直分布特征图

7/29/2023697.3深部岩溶次生透水性的水平分段锦屏二级水电站工程区地质构造复杂，且又位于雅砻江大河湾内的“河间高地”，山高坡长的地形地貌特点决定了工程区内的岩溶含水介质的透水性较为良好，因此，深部岩溶次生透水性除具有显著的垂直分布结构外，还存在着明显的三个水平分段性（见图7.3.1）。7/29/202370

（一）岸坡段，分布于锦屏山脉东西两侧的河谷岸坡地带，属岸坡排水良好动力类型，是地表水与地下水交替循环最强烈的地段。（二）谷坡段：分布于工程区上部山顶与河谷岸坡段之间，是工程区内地下水补给区向下部排泄的过渡地带。（三）山脊段：山脊段是工程区岩溶水以垂直下渗循环为主的地下水补给地段，属于入渗补给岩溶水动力类型。7/29/202371图7.3.1锦屏二级水电站工程区深部岩溶次生透水性水平分段示意图7/29/202372因此，根据上述深部岩溶次生透水性的水平分段的水动力类型特征，结合工程区的地质构造和岩溶作用，可对工程区引水隧洞沿程的高强度透水段作出如下预测（见图7.3.2）。

图7.3.2锦屏二级水电站工程区引