北京南口地区构造特征与虎峪水坝渗流稳定性分析

摘要/Abstract

摘要：

南口地区地处军都山隆起与京西丘陵平原区的过渡部位。系统的野外调查、地形地貌解析、节理统计分析，结合基岩样品显微组构研究表明，区内上口—南口断裂总体表现为正断性质，自燕山早期形成以来，其经历了由压性转变为张性的力学过程，南口地区主应力σ1在侏罗纪为NW—SE向，早白垩世以来为NEE—SWW向。上口—南口断裂最晚活动时期为晚更新世晚期，库区构造背景较不稳定。虎峪水库现今储水不满，下游地下潜流发育，是由于基岩中密集发育的节理渗流而引起的，且主要受控于早期区域NW—SE向挤压运动产生的顺河流走向节理。为了提高水库储水能力，建议对其进行防渗加固处理。

关键词: 上口&mdash, 南口断裂；虎峪水库；水坝稳定性；构造应力场；节理组合

Abstract:

Nankou is located in the transition region between Jundushan uplift and the hill-plain area of western Beijing. The systematic fieldinvestigation, terrain analysis, statistical analysis of joints and microscopic structure studies of bedrock are applied in our works. It is suggested that the overall performance of Shangkou-Nankou fault is normal, it experienced mechanical process from compression into tension after it had originated in Early Yanshanian, while the corresponding principal stress σ1 in Jurassic is NW-SE and it translated into NEE-SWW from Early Cretaceous. The latest active period of Shangkou-Nankou fault is Late Pleistocene, and the modern crustal movement of the reservoir area is less stable. The intensive joints in bedrock are the dominant factors for dam seepage and the most effective joints which approximately parallel to the river toward are controlled by early NW-SE compression. A stabilization works should be carried out in order to improve storage capacity of the reservoir.

Key words: Shangkou-Nankou fault, Huyu reservoir, dam stability, tectonic stress field, joint combination

中图分类号:

P542

李龚健, 王庆飞, 王必任, 刘学飞, 刘彦兵. 北京南口地区构造特征与虎峪水坝渗流稳定性分析[J]. 现代地质, 2010, 24(4): 727-734.

LI Gong-Jian, WANG Qing-Fei, WANG Bi-Ren, LIU Xue-Fei, LIU Yan-Bing. Characteristics of ShangkouNankou Fault and Its Influence on Seepage Stability of Huyu Dam, Beijing[J]. Geoscience, 2010, 24(4): 727-734.

参考文献

［1］Liang R Y, Nusier O K, Malkawi A H. A reliability based approach for evaluating the slope stability of embankment dams［J］. Engineering Geology, 1999, 54(3/4): 271-285.
［2］Liu J, Feng X T, Ding X L. Stability assessment of the ThreeGorges Dam foundation, China, using physical and numerical modelingPart II: numerical modeling［J］. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2003, 40(5): 633-652.
［3］Farrokh J, Pierre L, René T. Seismic structural stability of concrete gravity dams considering transient uplift pressures in cracks［J］. Engineering Structures, 2005, 27(4): 616-628.
［4］Richard A M, John D M, David R W, et al. Splinter effects of Jackson Lake Dam on the Snake River and its floodplain, Grand Teton National Park, Wyoming, USA［J］. Geomorphology, 2005, 71(1/2): 79-98.
［5］罗长军, 胡峰, 张磊奇, 等. 陡坡水库大坝渗透稳定性及渗透变形分析［J］. 岩土力学, 2006, 27(8): 1305-1311.
［6］杨为民, 徐瑞春, 吴树仁, 等. 鄂西清江隔河岩水库茅坪滑坡蠕滑变形及其稳定性［J］. 地质通报, 2007, 26(3): 312-320.
［7］Sivakumar Babu G L, Amit S, Sahana V. Analysis of stability of earthen dams in Kachchh region, Gujarat, India［J］. Engineering Geology, 2007, 94(3/4): 123-136.
［8］Zulfu G, Selcuk A, Musharraf M Z. Rock slope stability and excavatability assessment of rocks at the Kapikaya dam site, Turkey［J］. Engineering Geology, 2008, 96(1/2): 17-27.
［9］Ramírez Oyanguren P, González Nicieza C, álvarez Fernández M I, et al. Stability analysis of Llerin Rockfill Dam: An in situ direct shear test［J］. Engineering Geology, 2008, 100(3/4): 120-130.
［10］苏生瑞. 断裂构造对地应力场的影响及其工程意义［J］. 岩石力学与工程学报, 2002, 21(2): 296.
［11］Azm S A H, Najat T. Modeling uncertainty in stability analysis for design of embankment dams on difficult foundations［J］. Engineering Geology， 2004, 71(3/4): 323-342.
［12］刘广平, 辛鑫, 侯建军, 等. 北京南口山前活动断层的分段性研究［J］. 东北地震研究, 2001, 17(4): 9-16.
［13］罗明辉, 张世民, 任俊杰, 等. 北京断陷的新生代沉积与构造演化［J］. 地壳构造与地壳应力文集, 2007, 20(1): 62-74.
［14］赵越. 燕山地区中生代造山运动及构造演化［J］. 地质论评, 1990, 36(1): 1-12.
［15］郑亚东, Davis G A, 王琮, 等. 燕山带中生代主要构造事件与板块构造背景［J］. 地质学报, 2000, 74(4): 289-302.
［16］邓晋福, 冯艳芳, 刘翠, 等. 太行—燕辽地区燕山期造山过程、岩浆源区与成矿作用［J］. 中国地质, 2009, 36(3): 623-632.
［17］徐海鹏，李树德，杨景春.北京南口山前断裂活动及其对地貌发育的影响［M］//杨景春. 中国地理学会第一次构造地貌学术会议选集. 北京:科学出版社, 1984:1-10.
［18］黄秀铭, 汪良谋, 徐杰, 等. 北京地区新构造运动特征［J］. 地震地质, 1991, 13(1): 43-51.
［19］北京市地质矿产局. 北京市区域地质志［M］.北京: 地质出版社, 1991: 1-598.
［20］姬广义, 汪洋. 北京东部丰台顶一带地质构造特征［J］. 北京地质, 2004, 16(1): 2-15.
［21］孟祥化, 葛铭. 中朝板块层序•事件•演化［M］. 北京: 北京科学技术出版社, 2004: 75-100.
［22］车兆宏, 王广余. 北京南口山前断层活动性研究［J］. 地震地质, 1996, 18(4): 313-318.
［23］冉洪流, 董瑞树, 冯荣梅. 昌平南口山前断裂断层分段的地震学特征［J］. 山西地震, 1996(3): 45-48.
［24］邓晋福, 赵国春, 苏尚国, 等. 燕山造山带燕山期构造叠加及其大地构造背景［J］. 大地构造与成矿学, 2005, 29(2): 157-165.
［25］邵济安, 张履桥, 魏春景, 等. 北京南口中生代双峰式岩墙群的组成及其特征［J］. 地质学报, 2001, 75(2): 205-212.
［26］邵济安, 李献华, 张履桥, 等. 南口—古崖居中生代双峰式岩墙群形成机制的地球化学制约［J］. 地球化学, 2001, 30(6): 518-524.
［27］Sarkarinejed H. Development of Mylonite along the shear zones and thrusts of the Neyriz Ophiolite, South Eastern lran［M］//Commuciation of 30th IGC: 30th IGC Abstracts.Beijing:the Geological Publishing House, 1996: 263.
［28］Handy M R, Wissing S B, Streit L E. Frictionalviscous flow in mylonite with varied bimineralic composition and its effect on lithospheric strength［J］. Tectonophysics, 1999, 303(1/4): 175-191.
［29］孙岩, 朱文斌, 郭继春, 等. 论糜棱岩研究［J］. 高校地质学报, 2001, 7(4): 369-378.
［30］陈虹, 胡健民, 武国利. 韧性剪切带糜棱岩中不对称旋转碎斑系剪切指向模拟实验研究现状及其问题［J］. 地质通报, 2009, 28(4): 439-455.
［31］Krohe A. Local variations in quartz caxis orientations in noncoaxial regimes and their significance for the mechanics of SC fabrics［J］. Journal of Structural Geology, 1990, 12(8): 995-1004.
［32］Shoufa L, Paul F W. The origin of ridgeingroove slickenside striae and associated steps in an SC mylonite［J］. Journal of Structural Geology, 1992, 14(3): 315-321.
［33］Tansi C, SorrisoValvo M, Greco R. Relationships between joint separation and faulting: an initial numerical appraisal［J］. Engineering Geology, 2000, 52: 225-230.
［34］Amy E W, Terry E. Characterizing stress fields in the upper crust using joint orientation distributions［J］. Journal of Structural Geology, 2005, 27: 1778-1787.
［35］周坤, 张宏颖. 白乃庙金矿区节理组合分析［J］. 地质与资源, 2006, 15(1): 48-52.
［36］朱志澄, 韦必则, 张旺生, 等. 构造地质学［M］. 武汉: 中国地质大学出版社, 2006: 97-100.
［37］陈正邦. 北京地区的构造地质研究进展［J］. 北京地质, 1994(2): 29-32.
［38］宋鸿林. 燕山式板内造山带基本特征与动力学探讨［J］. 地学前缘, 1999, 6(4):309-316.
［39］张长厚, 张勇, 李海龙, 等. 燕山西段及北京西山晚中生代逆冲构造格局及其地质意义［J］. 地学前缘, 2006, 13(2): 165-183.
［40］万天丰. 中国东部中新生代板内变形构造应力场及其应用［M］. 北京: 地质出版社, 1993:1-102.
［41］徐杰, 高战武, 孙建宝, 等. 区域伸展体制下盆-山构造耦合关系的探讨［J］. 地质学报, 2001, 75(2) : 165-174.
［42］Kukkonen I T, Kuusisto M, Lehtonen M,et al. Delamination of eclogitized lower crust: Control on the crustmantle boundary in the central Fennoscandian shield［J］. Tectonophysics, 2008, 457(3/4): 111-127.
［43］蔡学林，曹家敏，朱介寿，等. 中国大陆岩石圈壳幔韧性剪切带系统［J］.地学前缘，2008, 15(3): 36-54.
［44］陈绍绪, 张跃刚, 乔子云, 等. 应用大地水准测量资料研究北京地区现今断层活动［J］. 山西地震, 2003（2）: 9-13.
［45］卢寿德. GB17741-2005《工程场地地震安全性评价》［M］. 北京: 中国标准出版社, 2006：1-119.
［46］江娃利, 侯治华, 谢新生. 北京平原南口—孙河断裂带昌平旧县探槽古地震事件研究［J］. 中国科学：D辑, 2001, 31(6): 501-509.
［47］王丹丹, 张世民, 刘旭东, 等. 北京南口—孙河断裂北西段晚第四纪活动特征研究［J］. 地壳构造与地壳应力文集, 2006, 19（1）: 51-59.
［48］王培德, 李春来, Wetzig E, 等. 用地震层析成像方法研究北京西北地区的活动断裂［J］. 地震学报, 2007, 29(1): 11-19.
［49］张世民，王丹丹, 刘旭东, 等. 北京南口—孙河断裂晚第四纪古地震事件的钻孔剖面对比与分析［J］. 中国科学: D辑, 2008, 38(7): 881-895.
［50］翟裕生, 林新多. 矿田构造学［M］. 北京: 地质出版社, 1991: 11-15.
［51］Cox S F, Knackstedt M A, Braun J. Principles of structural control on permeability and fluid flow in hydrothermal systems［M］∥Richards J M, Tosdal R M. Structural Controls on Ore Genesis. Littleton: Society of Economic Geologists, 2001: 1-22.
［52］Etheridge M A, Wall V J, Cox S F, et al. High fluid pressures during regional metamorphism and deformation: implications for mass transport and deformation mechanisms［J］. Journal of Geophysical Research, 1984, 89(B6): 4344-4358.
［53］Ahmadi M T, Izadinia M, Bachmann A H. Discrete crack joint model for nonlinear dynamic analysis of concrete arch dam［J］. Computers & Structures, 2001, 79(4): 403-420.
［54］Barpi F, Valente S. Modeling water penetration at damfoundation joint［J］. Engineering Fracture Mechanics, 2008, 75(3/4): 629-642.
［55］张电吉, 汤平, 白世伟. 节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析［J］. 武汉化工学院学报, 2004, 26(4): 44-48.
［56］蒋宇静, 王刚, 李博, 等. 岩石节理剪切渗流耦合试验及分析［J］. 岩石力学与工程学报, 2007, 26(11): 2253-2259.
［57］杜守继, 职洪涛, 周枝华. 岩石节理剪切过程中应力与渗流特性的数值模拟［J］. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(12): 2473-2481.
［58］李博, 蒋宇静. 岩石单节理面剪切与渗流特性的试验研究与数值分析［J］. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(12): 2431-2439.
［59］Guéguen Y, Dienes J. Transport properties of rocks from statistics and percolation［J］. Mathemtical Geology, 1989, 21(1) : 1-13.
［60］Oliver N H S, Ord A, Valenta R K, et al. Deformation, fluid flow, and ore genesis in heterogeneous rocks, with examples and numerical models from the Mount Isa District, Australia ［M］∥Richards J M, Tosdal R M. Structural Controls on Ore Genesis. Littleton: Society of Economic Geologists, 2001: 51-74.
［61］曾联波, 漆家福, 王成刚, 等. 构造应力对裂缝形成与流体流动的影响［J］. 地学前缘, 2008, 15(3): 292-297.
［62］吴成扬. 节理倾向玫瑰花图在水利工程中的应用［J］. 黑龙江水专学报, 2004, 31(4): 57-59.
［63］王学滨. 节理倾角对单节理岩样变形破坏影响的数值模拟［J］. 四川大学学报: 工程科学版, 2006, 38(2): 24-29.
［64］吴文经, 张志勇, 陶连金, 等. 节理化岩石边坡的稳定性分析［J］. 黑龙江科技学院学报, 2006, 16(4): 223-226.

[1]	尼加提·阿布都逊，木合塔尔·扎日，贾晓亮. 新疆南天山东段早石炭世—早二叠世花岗岩类及其对南天山洋盆闭合时间的约束[J]. 现代地质, 2016, 30(2): 263-273.
[2]	庞崇友，张亚东，王静，武铁岭. 鄂尔多斯盆地西缘中段构造特征与油气勘探前景[J]. 现代地质, 2016, 30(2): 274-285.
[3]	邓国辉，贺彬. 江西南城地区中—新生代推滑覆构造研究[J]. 现代地质, 2016, 30(1): 97-109.
[4]	侯颉，邹长春，曲璐，朱吉昌，李康，岳旭媛，彭诚，李宁. 青海木里三露天天然气水合物储层测井识别与划分[J]. 现代地质, 2015, 29(5): 1110-1121.
[5]	邵崇建，李勇，赵国华，颜照坤，聂舟，闫亮，李敬波，郑立龙，周游，彭海燕. 基于面积—高程积分对龙门山南段山前河流的构造地貌研究[J]. 现代地质, 2015, 29(4): 727-737.
[6]	周术召，余心起，陈子微，刘秀. 江南造山带东段皖南地区印支事件地质表象[J]. 现代地质, 2015, 29(4): 738-746.
[7]	葛君，张泽坤，倪金龙，韩帅，侯孝欢，李民. 牟平—即墨断裂带南端断裂构造特征及动力学成因[J]. 现代地质, 2015, 29(4): 747-754.
[8]	周游，李勇，李敬波，邵崇建，颜照坤，闫亮，李辉，王腾文，刘颖倩，陈玮涵. 基于粒子成像测速(PIV)技术的褶皱冲断带砂箱构造物理模拟研究[J]. 现代地质, 2015, 29(4): 755-764.
[9]	李萌，汤良杰，李宗杰，甄素静. 塔北南坡差异构造隆升及其对古岩溶发育的影响[J]. 现代地质, 2015, 29(3): 684-691.
[10]	赵秋晨，张绪教，何泽新，何祥丽，王建勇，傅连珍，贾丽云. 六盘山东麓泾河上游河流阶地的形成年代及新构造运动意义[J]. 现代地质, 2014, 28(6): 1202-1212.
[11]	李超, 刘少峰，白玉. 松辽盆地南部白垩纪裂后期异常沉降分离[J]. 现代地质, 2014, 28(6): 1213-1224.
[12]	赵彬彬，汤良杰，余腾孝，陈刚，岳勇，杨勇，张旭光，潘玉芳. 塔里木盆地玉北地区玉东3断裂带构造转换特征分析[J]. 现代地质, 2014, 28(6): 1260-1265.
[13]	李敬波，李勇，赵国华，颜照坤，周荣军，郑立龙，闫亮，杨聿强. 四川盆地熊坡背斜构造特征及其成因机制[J]. 现代地质, 2014, 28(4): 761-771.
[14]	汤世凯，马筱，杨坤光，邓新，戴传固，张慧，周琦. 黔东桂北加里东期两类构造变形特征与成因机制探讨[J]. 现代地质, 2014, 28(1): 109-118.
[15]	王岩，刘少峰. 龙门山晚新生代均衡反弹隆升的定量研究[J]. 现代地质, 2013, 27(2): 239-247.