杜謹益，羅 術(shù)，吳 鑄，黃小龍，吳中海*

(1. 云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650041； 2. 中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所 新構(gòu)造運動與地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室，北京 100081)

0 引 言

云南地處青藏高原與云貴高原的地貌梯度帶，屬于橫斷山脈南支，地質(zhì)歷史上是多個微板塊的碰撞拼貼部位，主體隸屬于三江造山帶及其東南延伸段。獨特的地質(zhì)條件導致云南地區(qū)發(fā)育地形起伏劇烈的高山峽谷與中—高海拔高原面相間的獨特地貌環(huán)境，以及極為復雜的巖石地層組合與地質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)。復雜的地質(zhì)與地貌條件必然導致云南地區(qū)的工程建設(shè)(尤其是深埋超長隧道工程)經(jīng)常面臨構(gòu)造破碎帶與特殊巖土體、活斷層與強震活動、隧道突水涌泥、高地應(yīng)力與巖爆及軟巖大變形、高地溫與熱害、高放射性或有害氣體等多種復雜的工程地質(zhì)問題[1-5]。這些問題不僅成為制約工程選線與設(shè)計的關(guān)鍵因素，且嚴重影響工程施工及未來安全運營。

近年來，云南交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)正邁入跨越式發(fā)展階段，滇西大環(huán)線、沿邊高速和滇中城市群高速路網(wǎng)等重點工程的規(guī)劃與建設(shè)都在快速推進。但當前制約云南路網(wǎng)建設(shè)的最突出問題是，如何快速打通其中最為關(guān)鍵的“阻梗點”——橫斷山，包括三江地區(qū)的高黎貢山、怒山和云嶺(或點蒼山)—哀牢山等[6]。因為穿越橫斷山的多是主干線上控制性“咽喉”工程，常為長約10 km和最大埋深約1 km的超長深埋隧道，而橫斷山主體在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷了復雜的地質(zhì)構(gòu)造過程，山體核部常常形成于地殼不同深度層次、巖石組合及成分復雜的變質(zhì)巖-侵入巖類，易于引發(fā)高地應(yīng)力與巖爆、高地溫與熱害、密集節(jié)理或斷裂透水、高放射性與有害氣體等多類型突出的工程地質(zhì)問題[7-15]。因此，深入認識該區(qū)典型隧道工程場地的地質(zhì)構(gòu)造特征及其工程影響，將有助于為類似區(qū)域的工程穩(wěn)定性分析評價提供重要借鑒。

正在規(guī)劃建設(shè)的高黎貢山騰越隧道是國道G219云南瀘水至騰沖段改擴建工程中的控制性工程，也是云南省重點工程滇西大環(huán)線的關(guān)鍵一環(huán)(圖1)。該工程通過采用穿越怒江和龍川江分水嶺高黎貢山隧道方案，能最大限度地改善公路線形、縮短里程，提高運輸效率，同時減少深挖方及防護工程，提高運營效益。該工程自東側(cè)的怒江河谷向西橫穿山脊海拔3 200 m左右的高黎貢山自然保護區(qū)直接進入龍川江谷地，隧道進出口海拔為1 820～1 880 m。其中，隧道主洞起點為K1+100，終點為K11+640，全長為10 540.00 m，最大埋深為1 418.62 m。平行導洞設(shè)置在K12+950～K23+280主線隧道南側(cè)，總長約為10 330 m，最大埋深約為1 460 m(圖2)。騰越隧道是最典型的穿越橫斷山南支高黎貢山的超長深埋隧道，詳細調(diào)查分析該區(qū)域的地質(zhì)問題及其工程危害是施工面臨的首要問題。本文在綜合該隧道工程場地詳細的地質(zhì)調(diào)查與地球物理探測資料基礎(chǔ)上，對滇西高黎貢山南段騰越隧道穿越區(qū)的巖石-構(gòu)造特征及其工程影響進行了綜合分析，以期為路線選線與設(shè)計施工階段合理規(guī)避工程地質(zhì)災(zāi)害風險提供借鑒，從而對工程順利施工和安全運營起到必要的地質(zhì)保障作用，并為類似場地的工程穩(wěn)定性評價提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖件引自文獻[16]，有所修改圖1 滇西高黎貢山南段騰越隧道位置和大地構(gòu)造簡圖Fig.1 Location and Geotectonic Sketch Map of Tengyue Tunnel in the Southern Segment of Gaoligong Mountain, the Western Yunnan

云南地區(qū)主要分屬揚子準地臺、華南褶皺系、松潘—甘孜褶皺系、唐古拉—昌都—蘭坪—思茅褶皺系和岡底斯—念青唐古拉褶皺系共5個一級大地構(gòu)造單元[16]，其中高黎貢山地區(qū)屬于岡底斯—念青唐古拉褶皺系之伯舒拉嶺—高黎貢山褶皺帶(圖1)。現(xiàn)今通常把云南地區(qū)的微地塊與青藏高原不同時期的特提斯域相聯(lián)系，其中北羌塘微地塊、蘭坪—思茅微地塊、印支微地塊和東側(cè)的揚子地塊一起為古特提斯域的一部分，而以昌寧—孟連縫合帶為界，南羌塘微地塊、保山微地塊及其西側(cè)與南側(cè)的拉薩微地塊(或?qū)姿沟貕K)、騰沖微地塊為中特提斯域[17-20]。高黎貢山山脈整體呈近SN向展布，是中特提斯時期保山與騰沖兩大地塊沿怒江縫合帶俯沖和碰撞拼貼的產(chǎn)物，也是現(xiàn)今保山與騰沖地塊之間的構(gòu)造邊界帶。其東、西兩側(cè)的南羌塘—保山地塊和岡底斯—騰沖地塊均由岡瓦納超大陸裂解而來，而且自元古代至新生代，塊體經(jīng)歷了哥倫比亞超大陸裂解、Rodinia超大陸匯聚與裂解、泛非運動、中特提斯和新特提斯洋閉合等多期構(gòu)造運動旋回。其中，騰沖地塊中的白堊紀花崗閃長巖與花崗巖主要屬于保山與騰沖地塊中生代晚期俯沖碰撞過程中的島弧型巖漿巖帶[21-22]。

新生代期間，高黎貢山作為調(diào)節(jié)印度板塊與保山—印支地塊之間斜向俯沖碰撞的邊界構(gòu)造帶，經(jīng)歷了強烈的剪切變形與動力變質(zhì)作用。疊加在該區(qū)中生代花崗巖及新生代花崗巖之上的糜棱巖帶便主要記錄了東側(cè)保山地塊新生代早期向東南方向強烈擠出構(gòu)造變形過程，而新生代晚期發(fā)育的脆性斷裂則是塊體伸展垮塌和圍繞東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)旋轉(zhuǎn)變形的產(chǎn)物[23-25]。綜合1∶250 000騰沖縣幅區(qū)域地質(zhì)圖[26]可知，隧道工程及鄰區(qū)的巖石類型主要包括：古元古界高黎貢山巖群(Pt1GL)、新元古界梅家山巖群(Pt3m)(包括寶華山巖組和九渡河巖組等)、奧陶系似斑狀中粒黑云二長花崗巖(Oηγ)、白堊系花崗巖(Kγ)共四大巖石單元以及疊加在新生代花崗巖之上的一套糜棱巖系列。此外，在隧道入口旱龍寨以東還出露有古生代蒲滿哨群(Pzpm)板巖與片巖，而在隧道出口西側(cè)則分布有白堊紀花崗閃長巖，且隧道外側(cè)巖層均與工程所穿越的變質(zhì)巖群為斷層接觸。

圖件引自文獻[27]，有所修改圖2 騰越隧道地質(zhì)-構(gòu)造圖Fig.2 Geology and Tectonic Map Around Tengyu Tunnel

2 主要巖石-構(gòu)造單元及其工程特性

隧道工程區(qū)的高黎貢山主要巖石地層單元總體處于近SN向的巨型構(gòu)造變形帶中。該區(qū)巖石均表現(xiàn)出可達中下地殼層次且程度不同的構(gòu)造形變和變質(zhì)作用，但各巖石單元和同一巖石地層單位由于所經(jīng)歷的構(gòu)造形變過程差異，均表現(xiàn)出了明顯不同的地質(zhì)構(gòu)造特征。深入了解該區(qū)主要巖石與構(gòu)造的工程影響，必須首先詳細劃分其巖石單元，并分析其工程地質(zhì)特性。為此，本文在隧道工程場地1∶10 000地質(zhì)與構(gòu)造地表調(diào)查和大地電磁探測工作基礎(chǔ)上(圖3、4)，綜合薄片鑒定和巖石物理實驗等資料(圖5～13、表1)，獲得了工程場地主要巖石-構(gòu)造單元的平面分布和地質(zhì)-地球物理與綜合剖面圖(圖3、4)，對該區(qū)主要巖石單元進行了詳細劃分，并歸納了主要工程地質(zhì)特征(表2)。

2.1 主要巖石單元分布與巖相特征

綜合地表調(diào)查與巖礦鑒定結(jié)果，并考慮隧道工程穩(wěn)定性評價需要，可將工程場地的主要巖石地層細分為9個單元，其空間分布及主要特征詳見表2及圖3、4。

F1為旱龍寨斷裂(近SN向);F2為澡堂河溫泉斷裂(近SN向);F3為舊街子斷裂(近SN向);F4為雪沖埡口韌性變形帶(SN向);F5為撒馬壩東斷裂(近SN向);F6-1為林家鋪斷裂東支斷層(近SN向);F6-2為林家鋪斷裂西支斷層(近SN向);F7為明家寨斷裂(近SN向);F8為旱龍寨斷裂(NE向);F9為五道河斷裂(近EW向);F10為撐腰石西斷裂(近SN向)圖3 隧道工程區(qū)主要巖石工程單元分布Fig.3 Distributions of Rock Engineering Units Along Tunnel Engineering Area

表1 隧道片巖和片麻巖的巖石物理力學性質(zhì)指標測試結(jié)果

2.1.1 YⅠ百花嶺蒲滿哨群變質(zhì)砂板巖帶

YⅠ百花嶺蒲滿哨群變質(zhì)砂板巖帶位于隧道入口東側(cè)，以中薄層狀的變質(zhì)砂巖、泥質(zhì)鈣質(zhì)板巖為主，巖體破碎，屬較堅硬—較軟巖。其與西側(cè)的奧陶紀眼球狀花崗質(zhì)片麻巖之間以近SN向旱龍寨斷裂為界呈斷層接觸[圖5(a)]。

Bt為黑云母；Kfs為鉀長石；Pl為斜長石；Qtz為石英；Hbl為普通角閃石圖5 旱龍寨奧陶紀眼球狀花崗片麻巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.5 Lithotectonic Features of Hanlongzhai Ordovician Eyeball-like Granitic Gneiss Zone

該巖石單元位于舊街子與百花嶺之間，屬K0+000至K1+300工程段(此處使用公路設(shè)計線圖中的里程位置)(圖3、4)，與東側(cè)古生代沉積巖以旱龍寨斷裂相隔，與西側(cè)糜棱巖以澡塘河溫泉斷裂相隔。其以眼球狀片麻巖為特征[圖5(b)]，夾板巖、千枚巖構(gòu)造巖片，面理產(chǎn)狀為(100°～120°)∠(35°～70°)，呈單斜狀。巖礦鑒定顯示，該套巖石屬于條帶狀花崗閃長質(zhì)糜棱巖，原巖為花崗閃長斑巖，主要礦物組成為斜長石、鉀長石、石英，次要礦物為角閃石、黑云母等[圖5(c)]。在后期構(gòu)造變質(zhì)變晶作用下，巖石中發(fā)育了糜棱變晶組構(gòu)，并形成碎斑、碎基組分，具顯微層狀、條帶狀構(gòu)造。其中的石英為碎基組分，多被拉長定向呈石英條帶，體積分數(shù)約為20%。

2.1.2 YⅡ旱龍寨奧陶紀眼球狀花崗片麻巖帶

YⅡ旱龍寨奧陶紀眼球狀花崗片麻巖帶中節(jié)理發(fā)育且較為密集[圖5(d)]，產(chǎn)狀主要為270°∠50°和170°∠65°兩組。綜合巖相特征，其可細分為中粗粒眼球狀片麻巖(YⅡ-1)和中細粒片麻巖(YⅡ-2)。該巖體整體上屬堅硬巖，但因節(jié)理發(fā)育，地表破碎且易風化，易形成不穩(wěn)定邊坡。

2.1.3 YⅢ-1～4舊街子—東崗房超糜棱巖—糜棱巖帶

YⅢ-1～4舊街子—東崗房超糜棱巖—糜棱巖帶作為韌性變形帶，是高黎貢山新生代中—晚期強烈右旋走滑剪切變形的結(jié)果，構(gòu)成了新生代高黎貢山右旋走滑斷裂主變形帶，屬于典型的構(gòu)造巖帶。云母Ar-Ar定年顯示其主變形發(fā)生在18～11 Ma[25]。該巖石單元的地表寬度約為2.2 km，主要分布于K1+300至K3+500工程段，大致對應(yīng)舊街子與崗房之間的區(qū)域(圖3、4)，與東側(cè)奧陶紀眼球狀片麻巖以澡塘河溫泉斷裂相隔，與西側(cè)花崗巖以具有變形過渡性質(zhì)的韌性變形帶相接觸。

Bt為黑云母；Kfs為鉀長石；Qtz為石英；Pl為斜長石圖6 舊街子—東崗房超糜棱巖—糜棱巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.6 Lithotectonic Features of Jiujiezi-Donggangfang Ultramylonite-mylonite Zone

該構(gòu)造巖帶的主體為強韌性剪切變形形成的糜棱巖、千枚狀糜棱巖和花崗質(zhì)糜棱巖帶，大致以舊街子斷裂為界，可區(qū)分為東部巖石強度軟硬相間且整體抗風化能力較弱的眼球狀糜棱巖帶和西部相對堅硬且抗風化能力強的超糜棱巖帶兩部分。因巖石的硬度差異，兩者在地貌上表現(xiàn)為高差大于30 m的地形陡變帶。東部糜棱巖帶中的面理產(chǎn)狀常在260°∠65°和85°∠85°之間轉(zhuǎn)換，呈緊閉褶皺狀，局部夾堅硬的砂板巖和花崗巖透鏡體，因為產(chǎn)狀主要為360°∠85°和290°∠30°的兩組節(jié)理密集發(fā)育，所以相對破碎；而西部為晶體顆粒細小的超糜棱巖帶，面理產(chǎn)狀顯示形成軸面近SN向?qū)捑忨薨櫊?，巖石整體堅硬，以發(fā)育產(chǎn)狀為320°∠65°和30°∠80°的兩組密度較稀疏節(jié)理為主，常將巖體切割成巨大巖塊，因而相對完整且抗風化能力強。

Qtz為石英；Bt為黑云母；Kfs為鉀長石；Hbl為普通角閃石；Px為輝石圖7 雪沖埡口韌性變形帶巖石構(gòu)造特征Fig.7 Lithotectonic Features of Xuechong Pass Ductile Deformation Zone

Pl為斜長石；Qtz為石英；Bt為黑云母；Kfs為鉀長石圖8 永定橋花崗巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.8 Lithotectonic Features of Yongdingqiao Granite Zone

圖9 板壁巖花崗閃長巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.9 Lithotectonic Features of Banbiyan Granodiorite Zone

巖礦鑒定結(jié)果顯示，該巖石具有片狀、柱狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，糜棱變晶組構(gòu)及顯微層狀、條帶狀構(gòu)造，巖石由碎斑和碎基組成[圖6(e)、(f)]。碎斑呈透鏡狀、眼球狀，長軸定向，主要為斜長石和鉀長石，粒徑為0.2～1.0 mm，約占巖石總量的20%；碎基組成主要為長石、石英和黑云母等，由于粒間滑移、結(jié)晶分異，聚集成拉長定向的條帶狀，并常與重結(jié)晶的黑云母、長石碎基聚集層相間分布，遇碎斑時自然繞過呈假流動構(gòu)造，粒徑小于0.2 mm，約占巖石總量的80%。其中，石英碎基體積分數(shù)約為30%。根據(jù)糜棱巖化程度不同和發(fā)育部位差異，可將該巖帶細分為5個次級單元[表1、圖6(a)～(d)]，從東向西分別為YⅢ-1舊街子千糜巖帶(CPm)、YⅢ-2二臺坡超糜棱巖帶(Um)、YⅢ-3大風包花崗質(zhì)糜棱巖帶(Mg)、YⅢ-4東崗房花崗質(zhì)初糜棱巖帶(PMg)、YⅢ-5雪沖埡口韌性變形帶。

2.1.4 YⅢ-5雪沖埡口韌性變形帶

YⅢ-5雪沖埡口韌性變形帶出露于高黎貢山主山脊部位的雪沖埡口一帶，穿過K6+900至K7+200工程段，寬約為300 m。其與東側(cè)高黎貢山巖群花崗片麻巖以雪沖埡口韌性變形帶相隔，與西側(cè)白堊系花崗閃長巖呈構(gòu)造接觸(圖3、4)。該韌性變形帶的原巖為高黎貢山巖群的黑云斜長片麻巖，經(jīng)后期動力變質(zhì)后形成糜棱巖，可能是騰沖與保山地塊在中特提斯時期聚合碰撞的產(chǎn)物，并在新生代經(jīng)歷了多期變形疊加[圖7(a)]。該糜棱巖的面理產(chǎn)狀為265°∠85°，并發(fā)育密集的共軛節(jié)理，其產(chǎn)狀多為350°∠70°和92°∠80°，指示節(jié)理是在NE30°～NE50°區(qū)域擠壓主應(yīng)力方向下的產(chǎn)物[圖7(b)]。

巖礦鑒定結(jié)果顯示，該糜棱巖的原巖為花崗閃長斑巖，其糜棱組構(gòu)特征與舊街子—東崗房超糜棱巖—糜棱巖帶有較多相似性，具糜棱變晶組構(gòu)和顯微層狀、條帶狀構(gòu)造，由碎斑和碎基兩部分組成[圖7(c)、(d)]。碎斑主要為斜長石、鉀長石、角閃石和輝石，粒徑為0.5～3.0 mm，體積分數(shù)約為30%；碎基主要為長石、石英、云母、角閃石和輝石等，呈顯微層狀，粒徑小于0.5 mm，占巖石總量的70%。其中，石英碎基常拉長定向為條帶狀，體積分數(shù)約為20%。整體上看，該巖體呈塊狀，較堅硬，破碎且具透水性，穩(wěn)定性較差。

2.1.5 YⅣ-1永定橋花崗巖帶

沿隧道工程廊帶，高黎貢山主山脊的東側(cè)和西側(cè)分別出露了工程地質(zhì)特征較為相似的白堊紀花崗巖體，分別為永定橋花崗巖帶(YⅣ-1)和板壁巖花崗閃長巖帶(YⅣ-2)。其中，前者出露于K3+400至K4+900工程段，地理上位于換米處與崗房之間，與東側(cè)糜棱巖帶以具過渡性質(zhì)的韌性剪切帶相接觸，與西側(cè)花崗片麻巖為侵入接觸[圖8(a)]。

永定橋花崗巖巖性主要為淡色、灰白色黑云母花崗巖，具塊狀結(jié)構(gòu)，發(fā)育弱片麻理。巖礦鑒定結(jié)果顯示：巖石呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)和二長結(jié)構(gòu)，屬中粗粒黑云二長花崗巖，主要礦物組成為斜長石、鉀長石、石英，次要礦物為黑云母；副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石等；蝕變礦物為絹云母、水黑云母[圖8(b)]。其中，石英為他形粒狀，主要粒徑為2～5 mm，部分粒徑為5～8 mm，體積分數(shù)約為20%。該巖體中可見多組節(jié)理發(fā)育，但節(jié)理發(fā)育程度具有相對不均勻性，整體上由東向西節(jié)理發(fā)育程度增加，并伴隨巖體破碎程度增加和透水性增大，其中相對完整的巖塊具巖爆危險性。密集節(jié)理帶在該巖體中主要沿近EW向和近SN向發(fā)育，另外發(fā)育一組與剝蝕卸載作用相關(guān)的層狀節(jié)理，地表可見產(chǎn)狀分別為20°∠80°、315°∠75°、110°∠51°共3組節(jié)理將巖體分割成塊狀[圖8(c)]。在地貌上，近SN向沖溝多數(shù)沿巖體中的密集節(jié)理帶形成[圖8(d)]。另外，由于西側(cè)節(jié)理帶的間距變大，地表多形成巨大的花崗巖塊體，而在東部靠近韌性變形帶的部位，節(jié)理間距小，巖石相對更為破碎。該巖體整體上屬于較完整的堅硬巖，但因有多組節(jié)理較發(fā)育，局部密集成帶，導致巖體較破碎并具透水性。

2.1.6 YⅣ-2板壁巖花崗閃長巖帶

YⅣ-2板壁巖花崗閃長巖帶位于K7+200至K7+800工程段，與東側(cè)高黎貢山巖群花崗片麻巖侵入接觸，與西側(cè)糜棱巖帶構(gòu)造接觸。其巖石類型為白堊紀中粗?；◢忛W長巖[圖9(a)]，在其東側(cè)部分可見巨大的高黎貢山巖群花崗片麻巖捕擄體。該單元發(fā)育典型的共軛節(jié)理和層狀節(jié)理，主要產(chǎn)狀為(245°～280°)∠(40°～50°)、(160°～190°)∠(75°～85°)和(90°～110°)∠(50°～65°)，節(jié)理局部密集成帶，地貌上表現(xiàn)為負地形(沖溝)和陡立山崖[圖9(b)]，整體上屬于較完整—較破碎的堅硬巖。

2.1.7 YⅤ-1懶板凳混合片麻巖帶

高黎貢山巖群在隧道工程區(qū)內(nèi)被雪沖埡口韌形變形帶和板壁巖花崗閃長巖帶分隔為東、西兩個次級單元，分別為YⅤ-1懶板凳混合片麻巖帶、YⅤ-2避風港—撐腰石混合片麻巖帶(表2和圖3、4)。

YⅤ-1懶板凳混合片麻巖帶出露于K4+900至K6+900工程段，與東側(cè)永定橋花崗巖為侵入接觸[圖8(a)]，與西側(cè)韌性剪切帶以雪沖埡口韌性變形帶相隔[圖6(c)]。該單元主體為高黎貢山巖群黑云斜長片麻巖[圖10(a)]，多處可見后期的淡色花崗巖脈侵入，巖脈寬度從幾米到數(shù)十米不等[圖10(b)]。巖礦鑒定結(jié)果顯示，巖石具片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，顯微層狀、紋層狀構(gòu)造，屬紋層狀輝石斜長變粒巖類[圖10(c)、(d)]。其主要組成為斜長石、石英、輝石和黑云母，副礦物為磁鐵礦和榍石。其中，石英被壓扁拉長，長軸定向，粒徑為0.2～0.5 mm，體積分數(shù)約為30%。該巖石在變質(zhì)結(jié)晶及定向應(yīng)力作用下，輝石聚集層與長英質(zhì)聚集層相間分布呈顯微紋層狀構(gòu)造。地表見巖石面理產(chǎn)狀在110°∠75°和240°∠30°之間反復變換，表明具有復雜的面理褶皺形態(tài)。巖層中主要發(fā)育共軛節(jié)理，主要產(chǎn)狀為340°∠60°和40°∠70°。該巖體具塊狀結(jié)構(gòu)，堅硬，較完整，巖爆危險性高，尤其是在高黎貢山主山脊兩側(cè)隧道埋深較大的地段。

表2 隧道工程區(qū)主要巖石工程單元及其特征

Px為輝石；Pl為斜長石；Qtz為石英圖10 懶板凳混合片麻巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.10 Lithotectonic Features of Lanbandeng Migmatite Gneiss Zone

Pl為斜長石；Qtz為石英；Bt為黑云母；Kfs為鉀長石圖11 避風港—撐腰石混合片麻巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.11 Lithotectonic Features of Bifenggang-Chengyaoshi Migmatite Gneiss Zone

Pl為斜長石；Qtz為石英；Bt為黑云母；Ms為白云母；Grt為石榴子石圖12 大壩河口—西崗房硅質(zhì)板巖-千糜巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.12 Lithotectonic Features of Dabahekou-Xigangfang Siliceous Slate-mylonite Zone

圖13 林家鋪砂板巖帶巖石構(gòu)造特征Fig.13 Lithotectonic Features of Linjiapu Sandstone Slate Zone

2.1.8 YⅤ-2避風港—撐腰石混合片麻巖帶

YⅤ-2避風港—撐腰石混合片麻巖帶出露于K7+800至K8+900工程段，與西側(cè)糜棱巖帶為構(gòu)造接觸，與東側(cè)白堊紀花崗閃長巖為侵入接觸，其中常見后期侵入的淡色花崗巖脈(圖3、4)。該巖石的巖相特征與懶板凳混合片麻巖具有相似性，在顯微鏡下呈片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，具弱片麻狀構(gòu)造[圖11(c)、(d)]，屬黑云母二長變粒巖類。主要礦物組成為斜長石、鉀長石、石英和黑云母，副礦物為磁鐵礦和鋯石等，蝕變礦物為絹云母和綠泥石。其中，斜長石有輕微絹云母化，粒徑為0.2～2.0 mm，體積分數(shù)約為45%；鉀長石主要為微斜長石，粒徑為0.2～2.0 mm，體積分數(shù)約為30%；石英長軸弱定向，與片理方向一致，粒徑為0.2～2.0 mm，體積分數(shù)約為20%；黑云母片徑為0.2～0.5 mm，具不同程度的綠泥石化，弱定向排列，體積分數(shù)約為5%。該巖石中常見產(chǎn)狀為(90°～110°)∠(35°～55°)和280°∠(35°～70°)兩組面理，指示疊加變形作用使其呈軸面近SN向揉皺狀。同時，該巖層中發(fā)育產(chǎn)狀以270°∠75°和10°∠82°為主的兩組共軛節(jié)理[圖11(b)]，部分地段發(fā)育層狀節(jié)理。在局部1 m內(nèi)的節(jié)理密集帶可見3、4條節(jié)理帶，并在地貌上發(fā)育沖溝。整體上，該巖體為塊狀結(jié)構(gòu)，堅硬且較完整，巖爆危險性相對較高，尤其是在隧道埋深較大的地段。

2.1.9 YⅥ大壩河口—西崗房硅質(zhì)板巖-千糜巖帶

YⅥ大壩河口—西崗房硅質(zhì)板巖-千糜巖帶主要由寶華山巖組硅質(zhì)板巖、千枚狀糜棱巖和千糜巖等組成，出露于K8+900至K10+900工程段，與西側(cè)九渡河砂板巖以林家鋪斷裂西支斷層分隔，與東側(cè)避風港—撐腰石混合片麻巖帶以撒馬壩東斷裂相隔(圖3、4)。該巖層受早期剪切帶變形作用常具韌性構(gòu)造特征，面理產(chǎn)狀主要有150°∠80°、350°∠80°兩組，并且面理產(chǎn)狀具有復雜的褶皺形態(tài)。其中，西側(cè)以軸面傾向東的同斜褶皺為特征，向東褶皺軸面逐漸變得直立，而軸向近SN向褶皺形態(tài)表明，巖層的塑形變形主要是受NE—SW向擠壓作用形成。另外，沿褶皺軸面常發(fā)育劈理帶，并常在地貌上形成近SN向溝渠。該巖層中還夾有多組順層發(fā)育的中?；◢弾r脈，并受后期變形作用影響常具片麻理狀。該巖石在后期脆性變形過程中發(fā)育了多組節(jié)理，其中板巖的節(jié)理最發(fā)育，主要由產(chǎn)狀為180°∠85°和100°∠50°的兩組構(gòu)成，這導致整個巖石單元相對較為破碎[圖12(a)、(b)]。

根據(jù)地表詳查結(jié)果，該巖帶可細分為5個次級單元(表2和圖3、4)，分別為：YⅥ-1西崗房東千糜巖帶，為劈理化千糜巖帶夾花崗巖脈，具變質(zhì)分異條帶和揉皺變形，層狀結(jié)構(gòu)，巖體較堅硬，較破碎至破碎，節(jié)理較密集，易風化，具透水性和較不穩(wěn)定性；YⅥ-2西崗房西千糜巖帶，為千糜巖層夾白云母花崗巖脈，局部呈互層狀，具層狀結(jié)構(gòu)與塊狀結(jié)構(gòu)，巖體較堅硬，較破碎，具弱透水性和弱巖爆危險性；YⅥ-3撒馬壩千糜巖帶，為千糜巖層夾白云母花崗巖脈，具中薄層狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀平緩，巖體較堅硬，較破碎，易風化，穩(wěn)定性較差，其近水平的薄層狀面理構(gòu)造易引起隧道塌頂災(zāi)害；YⅥ-4大壩河口硅質(zhì)板巖千糜巖帶，為千糜巖、硅質(zhì)板巖夾順層白云母花崗巖體，具互層狀現(xiàn)象；其中的花崗巖具塊狀結(jié)構(gòu)，巖體堅硬，較破碎；千糜巖與硅質(zhì)板巖具中薄層狀結(jié)構(gòu)，巖體堅硬—較堅硬，易風化，穩(wěn)定性較差；YⅥ-5大壩河口板巖-千糜巖帶，為黑云長英質(zhì)千糜巖層，其中常穿插白云母花崗巖脈，巖脈呈塊狀結(jié)構(gòu)，屬堅硬巖；千糜巖具中薄層狀結(jié)構(gòu)，屬較堅硬巖，較破碎。

巖礦鑒定結(jié)果顯示，上述巖層實際上包含了組成成分相似但結(jié)構(gòu)構(gòu)造有所差異的二云石英片巖和含石榴子石白云母片巖兩類巖石[圖12(d)]。二云石英片巖具有淺色礦物條帶與暗色礦物條帶相間的片狀構(gòu)造和片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)。主要礦物組成為石英、斜長石、白云母、黑云母,金屬礦物為磁鐵礦，蝕變礦物為絹云母、綠泥石。其中，石英體積分數(shù)約為70%，顆粒緊密鑲嵌，粒徑為0.1～0.5 mm；斜長石具輕微的絹云母化，粒徑為0.1～0.5 mm，體積分數(shù)約為10%；云母類體積分數(shù)約為18%，呈連續(xù)定向排列，呈片狀構(gòu)造，粒徑為0.1～0.5 mm，黑云母可見不同程度綠泥石化。含石榴子石白云母片巖具有片狀構(gòu)造和斑狀變晶結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為片狀、粒狀變晶結(jié)構(gòu)，主要礦物組成與前者相似[圖12(c)]，但石英有所減少，體積分數(shù)約為45%。

2.1.10 YⅦ林家鋪砂板巖帶

YⅦ林家鋪砂板巖帶對應(yīng)區(qū)域上的九渡河巖組，出露于K10+900至K11+600工程段，與東側(cè)寶華山糜棱巖以林家鋪斷裂東支斷層為界，呈脆性斷層接觸(圖3、4)。九渡河巖組主要為一套深灰色粉砂質(zhì)絹云母板巖、灰白色變質(zhì)細粒石英砂巖夾深灰色含礫砂質(zhì)板巖和少量絹云石英雜砂巖[圖13(b)]。在隧道工程區(qū)內(nèi)，該巖帶以絹云母板巖和砂質(zhì)板巖為主，具中薄層狀結(jié)構(gòu)，傾向較穩(wěn)定，產(chǎn)狀為250°∠45°。該巖層中節(jié)理較發(fā)育，常見產(chǎn)狀20°∠55°和100°∠80°兩組，節(jié)理帶較密集，間隔一般為10～30 cm。該巖體整體上堅硬—較堅硬，但較破碎[圖13(c)、(d)]，作為隧道圍巖具有透水性和較不穩(wěn)定性。

2.1.11 YⅧ張家寨花崗巖帶

YⅧ張家寨花崗巖帶位于隧道出口的西側(cè)，與林家鋪砂板巖帶以林家鋪斷裂東支斷層相隔，巖性為早白堊紀淡色二長花崗巖，具弱片麻理、塊狀結(jié)構(gòu)，巖體堅硬，易風化，較破碎且具透水性，而且地表邊坡不穩(wěn)定，易崩塌和滑坡。

2.1.12 YⅨ山麓第四紀晚期沖洪積層

YⅨ山麓第四紀晚期沖洪積層位于隧道出口以西的山麓地帶，與張家寨花崗巖帶以明家寨斷裂相隔。其屬于松散碎石土結(jié)構(gòu)，厚十幾米至幾十米，為廣泛分布于騰沖盆地東北邊緣的山麓沖洪積相礫石層，路基承載性較好。

2.2 大地電磁探測揭示的工程巖體特征

目前應(yīng)用于公路隧道工程勘察與地質(zhì)預測預報的物探方法主要包括地震折射波法、層析成像法(CT)、地震測井、高密度電法、電測深法、可控源音頻大地電磁法以及導坑和鉆探無損探測法(TSP)等[25-26,28-31]。結(jié)合滇西高黎貢山隧道工程場地的復雜地形及地質(zhì)條件，本次物探采用了天然源高頻大地電磁法(MT)。影響巖石電阻率的因素主要是兩方面：一是巖性與礦物成分，通?；◢弾r、閃長巖和玄武巖等巖漿巖類的電阻率最高，其值為103～105Ω·m級，變質(zhì)巖中的結(jié)晶片巖、片麻巖、大理巖、石英巖等電阻率也較高，為102～105Ω·m級，而泥質(zhì)板巖和千枚巖等的電阻率偏低，為101～103Ω·m級；二是巖體結(jié)構(gòu)完整性好的巖石電阻率相對較高，而因斷層或節(jié)理裂隙發(fā)育造成巖體完整程度減弱或巖層富水程度增加時，會使電阻率下降，特別是塊狀侵入巖和深變質(zhì)巖類富水地段的電阻率下降非常明顯。

根據(jù)隧道工程區(qū)的巖石物性特征可知，其巖石單元主體以形成于上地殼下部至中地殼的中深層次變質(zhì)巖類和花崗巖類為主，礦物組成比較相近，皆以云母、角閃石、長石和石英為主。因此，工程沿線的物質(zhì)成分和巖石結(jié)構(gòu)不是決定其大地電磁剖面中電性特征的主要因素，而巖體結(jié)構(gòu)面性質(zhì)、發(fā)育密度及含水性等則是造成電性差異的主要因素。據(jù)此，將地表觀測結(jié)果與沿高黎貢山騰越隧道的大地電磁探測結(jié)果相結(jié)合，可揭示出與地表觀測十分吻合的巖石-構(gòu)造單元及其電性特征(圖4)，從而更精細地識別和劃分工程沿線的巖石工程單元，并判別其工程地質(zhì)特性與影響。根據(jù)勘探結(jié)果，沿隧道至少可識別出10個與前述巖石-構(gòu)造單元相關(guān)的典型較低電阻率區(qū)段。自東向西，其工程地質(zhì)特征(圖4)為：①K1+225至K1+570工程段電阻率低于1 500 Ω·m，指示巖體相對較破碎，對應(yīng)進口端的強風化層；②K1+570至K1+900工程段為低電阻率，對應(yīng)斷裂交匯帶和糜棱巖帶，巖體破碎，地表多呈碎石狀，局部膠結(jié)較好，較富水；③K1+900至K2+100工程段電阻率為2 000 Ω·m左右，巖體完整性較差，較富水；④K2+100至K3+400工程段電阻率為2 000～5 000 Ω·m，巖體完整性較好，局部較破碎；⑤K3+400至K4+840工程段電阻率一般為1 000～5 000 Ω·m，巖體完整性較差—較好，局部較破碎，較富水，其中K3+400至K3+600工程段巖體較破碎，地下水發(fā)育；⑥K4+840至K7+270工程段電阻率低于2 000 Ω·m，下部電阻率一般為3 000～10 000 Ω·m，巖體完整性較好，局部較破碎；⑦K7+270至K8+000工程段電阻率多為2 000 Ω·m左右，相對前后段圍巖電阻率降低；該段為構(gòu)造發(fā)育地段，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體相對較破碎，較富水；⑧K8+000至K9+150工程段電阻率低于2 000 Ω·m，在K9+150洞身附近存在從上至下的低阻帶，推測為斷層破碎帶，受其影響附近巖體可能較破碎且較富水；⑨K9+150至K10+870工程段淺部電阻率低于2 000 Ω·m，下部為2 000～6 000 Ω·m，巖體完整性一般—較好，局部較破碎；在K9+770洞身附近存在明顯高、低阻界限，推測為斷層破碎帶，受其影響，該段附近巖體較破碎且富水；⑩K10+870至K11+578工程段電阻率普遍低于700 Ω·m，指示該段巖體破碎，較富水。

2.3 典型巖石的物理力學實驗結(jié)果

本次工程勘探因受保護區(qū)限制，僅在隧道的進、出口端附近開展了鉆孔勘探。通過對鉆孔ZK4(左幅K1+520洞右5 m，孔深151.30 m)和鉆孔ZK14(左幅K11+500洞右5 m，孔深60.61 m)進行分層取樣實驗(圖14)(測試樣品皆為完整的巖芯樣品)，獲得了隧道兩端片巖和片麻巖兩類典型巖石的物理力學性質(zhì)(表1)。

實驗結(jié)果顯示，兩者的飽和抗壓強度最小值為30.8～32.1 MPa，最大值為87.6～124.5 MPa，平均值為51.1～66.2 MPa，都屬于典型的硬質(zhì)巖，但片麻巖強度明顯較片巖高，屬于堅硬巖，而片巖更接近較堅硬巖。在波速方面，片麻巖也高于片巖，這說明隧道工程區(qū)的片麻巖類穩(wěn)定性好于片巖類。因地表調(diào)查結(jié)果顯示隧道工程區(qū)高黎貢山巖群片麻巖和白堊紀花崗巖等的完整性與硬度明顯好于隧道口段的片麻巖。因此，高黎貢山核部巖體的硬度顯然更高且完整性較好，隧道圍巖的巖爆危險性也會相應(yīng)增加。

綜合滇西高黎貢山騰越隧道沿線的巖石-構(gòu)造詳查結(jié)果、物探資料和巖石物理實驗數(shù)據(jù)，以及前人在鄰區(qū)獲得的巖石力學數(shù)據(jù)[11，32]，參照《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JTG C20—2011)的巖石分類方案[33]，可歸納出該區(qū)主要巖石單元和地質(zhì)構(gòu)造帶的主要特征與基本工程地質(zhì)特性，相關(guān)結(jié)果詳見表3。

3 主要斷裂與構(gòu)造節(jié)理發(fā)育特征

3.1 主要斷裂體系(YⅩ)

高黎貢山因為主要經(jīng)歷了自中特提斯洋閉合以來的多期構(gòu)造變形過程和后期的強烈隆升，地表出露了從深部到淺部的多層次構(gòu)造變形形跡[34]，這與其他區(qū)域俯沖碰撞帶的造山帶核部具有一定相似性。在已有地質(zhì)資料基礎(chǔ)上，根據(jù)新的地表調(diào)查結(jié)果可知，該區(qū)主要發(fā)育3類不同層次的構(gòu)造變形(圖15)，即深部(10～20 km)韌-塑性流動變形[圖15(a)、(b)]、中淺部(5～10 km)脆-韌性變形、淺部(小于5 km)脆性變形?；谧冃螌哟尾煌捌涮卣?，可沿隧道工程場地區(qū)分出塑-韌性變形帶、脆性斷裂帶及密集節(jié)理帶三大類構(gòu)造。塑-韌性變形帶主要是地殼10～20 km的深部變形結(jié)果，在高黎貢山巖群和寶華山巖組中最為常見，尤以高黎貢山巖群中的塑性流動變形最為特征，形成了典型的混合巖化、石英脈塑形褶曲與流動變形等形跡，而最常見的是韌性剪切帶中的糜棱巖系列[圖15(c)、(d)]。這些糜棱巖系列根據(jù)變形強度由弱到強可分為初糜棱巖帶、糜棱巖帶和超糜棱巖帶(在隧道工程區(qū)主要對應(yīng)巖石工程單元YⅢ)(圖3、表2)。其中，初糜棱巖因成分不同又可分為千枚狀初糜棱巖和花崗質(zhì)初糜棱巖等[圖15(c)、(d)]。脆性斷裂與構(gòu)造節(jié)理等則主要是上地殼5 km以淺的淺部構(gòu)造形跡[圖15(e)～(h)]。

表3 隧道工程區(qū)主要脆性斷裂構(gòu)造及其特征

圖14 隧道沿線的片巖與片麻巖巖芯照片F(xiàn)ig.14 Core Photographs of Schist and Gneiss Along Tunnel

圖15 隧道工程區(qū)斷裂系的運動特征Fig.15 Kinematic Features of Faults in Tunnel Engineering Area

通過詳查發(fā)現(xiàn)，隧道工程區(qū)的主要脆性斷裂帶至少有10條(圖3、4)，從東到西分別為近SN向旱龍寨斷裂(F1)、澡堂河溫泉斷裂(F2)、舊街子斷裂(F3)、撒馬壩東斷裂(F5)、林家鋪斷裂東支斷層(F6-1)、明家寨斷裂(F7)、林家鋪斷裂西支斷層(F6-2)、NE向旱龍寨斷裂(F8)、五道河南斷裂(F9)和撐腰石西斷裂(F10)。這10條斷裂在區(qū)域上分屬三大構(gòu)造體系，由東向西分別為怒江斷裂系(FⅠ)，高黎貢山斷裂系(或稱瀘水—瑞麗斷裂系)(FⅡ)和龍川江斷裂系(FⅢ)。綜合地表調(diào)查與前人資料[11，35-36]推斷，第四紀仍可能具有較明顯活動性的斷裂帶由東向西主要有5條，即旱龍寨斷裂、澡堂河溫泉斷裂、舊街子斷裂、撒馬壩東斷裂、林家鋪斷裂(圖3、4和表3)。

(1)旱龍寨斷裂。該斷裂緊鄰隧道入口的東側(cè)，屬于怒江斷裂系，區(qū)域上構(gòu)成了奧陶紀眼球狀花崗片麻巖與東側(cè)古生代蒲滿哨群之間的界限。地表發(fā)育基巖斷層陡崖與斷層三角面等構(gòu)造地貌[圖15(e)]，指示其在第四紀可能仍存在活動性，但第四紀晚期活動性及發(fā)震潛力等仍需進一步調(diào)查研究。

(2)澡堂河溫泉斷裂。該斷裂穿過隧道的東段入口，也屬于怒江斷裂系，構(gòu)成了奧陶紀眼球狀花崗片麻巖與西側(cè)高黎貢山主韌性變形帶千糜巖的界限，區(qū)域上控制了澡堂河溫泉的發(fā)育，并在地貌上發(fā)育顯著的地形陡崖和斷層埡口等地貌，指示其在第四紀可能仍存在活動性。

(3)舊街子斷裂。該斷裂穿過隧道的東段，區(qū)域上屬于瀘水—瑞麗斷裂系，構(gòu)成了高黎貢山主韌性變形帶與奧陶紀眼球狀花崗片麻巖之間的界限，在地貌上發(fā)育有基巖陡崖、瀑布跌水和斷層埡口等地貌，并見脆性斷層泥帶等[圖15(f)、(g)],指示該斷裂在第四紀可能仍有潛在活動性。

(4)撒馬壩東斷裂。該斷裂在區(qū)域上屬于瀘水—瑞麗斷裂系的一部分，是控制騰沖盆地新生代晚期演化的區(qū)域性斷裂帶之一。沿該斷裂地表可見較明顯的地形陡變帶與斷層錯動寶華山巖組形成的斷層破碎帶，在地貌上構(gòu)成地形陡變帶，并可見延伸超過50 km斷層三角面呈近SN向展布。已有的年代學數(shù)據(jù)[35]表明，該斷裂在距今10～8 Ma以來可能曾經(jīng)發(fā)生過明顯活動，但其第四紀活動性仍需進一步調(diào)查研究。在靠近該斷裂附近，大壩河口—西崗房硅質(zhì)板巖-千糜巖帶中的硅質(zhì)板巖揉皺發(fā)育且較為破碎，以花卷石附近的硅質(zhì)板巖最為典型，指示該斷裂可能是本區(qū)一條重要的透水構(gòu)造帶。

(5)林家鋪斷裂。該斷裂在隧道工程區(qū)包括東、西兩支斷層。東支(F6-1)構(gòu)成了寶華山巖組與九渡河巖組的界限，斷面整體傾向西，傾角為45°～55°，構(gòu)成了高黎貢山西側(cè)山前的地形陡變帶[圖13(a)]，地表延伸超過上百千米，地貌上也是高黎貢山與騰沖盆地的主邊界帶(圖3、4)。西支(F6-2)緊鄰隧道出口西側(cè)，構(gòu)成了二長花崗巖巖體與西側(cè)第四紀晚期沖洪積物的斷層接觸界線。整體上看，該斷裂在地貌上形成顯著的地貌陡變帶，沿斷層接觸帶發(fā)育線性溝谷，構(gòu)成了高黎貢山的西側(cè)邊界，也是龍川江斷陷谷地的東部主邊界斷裂帶，區(qū)域上屬于騰沖盆地東緣主邊界斷裂帶——龍川江斷裂系，而且區(qū)域上沿該斷裂有強震活動及熱泉和第四紀火山分布[11]。因此，該斷裂顯示出較顯著的第四紀和第四紀晚期活動性，應(yīng)該是隧道工程區(qū)地表最顯著的活動斷裂帶和發(fā)震構(gòu)造，對其未來強震危險性與潛在工程影響需開展更深入的調(diào)查研究。

上述脆性斷裂帶的主要地表特征及其與隧道工程的關(guān)系如圖15和表3所示。其中，脆性斷裂帶在大地電磁剖面中都表現(xiàn)為典型的低電阻率條帶(圖4)，顯示出其中巖石相對破碎且具有較明顯的透水作用，而對于第四紀活動斷裂和潛在活動斷裂，還應(yīng)考慮其未來的強震危險性、地熱活動及工程影響問題。另外，雪沖埡口韌性變形帶作為脆-韌性斷裂[圖15(h)]，其物探剖面也顯示出透水性特征。韌性變形帶因為主要表現(xiàn)為糜棱巖帶，其工程特征已在前述的巖石單元中論述，這里不再累述。

3.2 構(gòu)造節(jié)理系統(tǒng)(YⅪ)

詳細的地表構(gòu)造調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除前述的脆性斷裂帶，高黎貢山最常見的脆性構(gòu)造是構(gòu)造節(jié)理，這些節(jié)理根據(jù)走向可大致分為近EW向、近SN向、NW—SE向和NE—SW向4組。其中，近EW向和近SN向為主要的區(qū)域性節(jié)理(劈理)方向，并在地貌上控制了主要水系和沖溝的發(fā)育，而且節(jié)理交叉點還常是一些泉水或溫泉的出露部位。另外，區(qū)域上的密集節(jié)理帶主要分布在整體堅硬且呈塊狀的白堊紀花崗巖帶內(nèi)，其次是高黎貢山巖群混合片麻巖帶內(nèi)。

調(diào)查結(jié)果表明，高黎貢山隧道工程區(qū)主要發(fā)育3組構(gòu)造節(jié)理帶，區(qū)域性節(jié)理以20°∠80°和160°∠75°兩組共軛為主，指示區(qū)域水平擠壓主應(yīng)力方向為NE30°～NE50°，并與該區(qū)震源機制解等反映的現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場[11,36]接近，指示區(qū)域性節(jié)理的發(fā)育與該區(qū)新生代晚期的構(gòu)造應(yīng)力場相關(guān)，另外可見一組(110°～130°)∠(25°～50°)節(jié)理。結(jié)合地表的節(jié)理測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，沿隧道工程區(qū)可至少識別出20條主要呈共軛和正交分布的密集節(jié)理帶，其中13條穿切隧道工程區(qū)(圖2、3)。此外，近EW向和近SN向節(jié)理顯示出明顯的透水構(gòu)造帶特點。節(jié)理帶發(fā)育密度還顯著影響到巖石的完整性，由此需要特別注意隧道涌水或透水帶(圖2、3)。在大地電磁剖面(圖4)中，花崗巖和混合片麻巖通常表現(xiàn)為高電阻率特征，但由于密集劈理帶和斷層帶的存在及其導水作用，這些部位都一致顯示為低電阻率，這一特征也為根據(jù)大地電磁剖面進一步詳細圈定斷裂與節(jié)理帶的位置及分析其工程影響提供了可靠依據(jù)。

4 主要構(gòu)造水熱活動帶

高黎貢山隧道工程區(qū)的斷裂與節(jié)理構(gòu)造除了顯著影響到巖石完整性與透水性外，也常常是區(qū)內(nèi)包括溫泉在內(nèi)的地下水重要運移通道，因而與區(qū)域上的水熱活動帶存在密切聯(lián)系[37]。經(jīng)水文地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧道工程區(qū)的地表熱顯示其均為水熱型，屬單相顯示的溫泉。而溫泉主要沿區(qū)域構(gòu)造帶分布，但其出露部位除受構(gòu)造控制外，還受地形地貌條件制約，從東到西主要分布于怒江沿岸、高黎貢山內(nèi)的溝谷地帶、龍川江河谷及其邊緣等相對低洼的地貌部位。綜合區(qū)域地熱地質(zhì)條件、構(gòu)造特征及地表溫泉的空間分布等，可在工作區(qū)劃分出至少3個構(gòu)造水熱活動帶(圖16)，從東向西分別為怒江SN向構(gòu)造水熱活動帶、高黎貢山SN向構(gòu)造水熱活動帶和龍川江SN向構(gòu)造水熱活動帶。

(1)怒江SN向構(gòu)造水熱活動帶以高黎貢山東側(cè)的怒江斷裂帶為主體，地貌上為構(gòu)造侵蝕-溶蝕峽谷地形，是該區(qū)SN向水熱活動的主控構(gòu)造帶。該水熱活動帶在工作區(qū)內(nèi)主要包括澡堂河溫泉斷裂以東范圍，溫泉主要出露于怒江沿岸沖溝和陡崖下的低洼處，受SN向張扭性導熱斷裂控制，共出露溫泉8處。其中，低溫溫泉4處，溫度為22 ℃～34 ℃，流量為0.05～0.50 L·s-1；中—低溫溫泉1處，溫度為41 ℃，流量為65 L·s-1；中溫溫泉3處，溫度為60 ℃～75 ℃，流量為0.794～5.000 L·s-1。圍巖多為白云巖、灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖夾灰?guī)r和糜棱巖等。

(2)高黎貢山SN向構(gòu)造水熱活動帶在區(qū)域上屬高黎貢山—三臺山弧形構(gòu)造帶北段，由于該帶縱向構(gòu)造在工作區(qū)內(nèi)均呈近SN向展布，故稱為高黎貢山SN向構(gòu)造水熱活動帶，東以澡堂河溫泉斷裂為界，西至龍川江斷裂系，寬約20 km，水熱活動的主控斷裂帶是瀘水—瑞麗斷裂系。該水熱活動帶為由變質(zhì)巖構(gòu)成的走滑剪切型拆離構(gòu)造組成，最晚變形期為喜山中期，近瀘水—瑞麗斷裂系巖石變形程度加深，區(qū)域上沿斷裂有花崗巖和偉晶巖脈侵入和穿插。近SN向斷裂和密集節(jié)理帶等是區(qū)內(nèi)的主要導熱系統(tǒng)，溫泉均出露于受斷裂或節(jié)理帶控制的山間溝谷地帶。該水熱活動帶在工作區(qū)內(nèi)共有溫泉10處。其中，低溫溫泉4處，溫度為22 ℃～28 ℃，流量為0.12～3.20 L·s-1；中—低溫溫泉3處，溫度為42 ℃～57 ℃，流量為0.828～15.000 L·s-1；中溫溫泉3處，溫度為62 ℃～85 ℃，流量為1.80～9.07 L·s-1。圍巖多為片麻巖、片麻狀花崗巖、糜棱巖和糜棱巖化花崗巖等。該水熱活動帶中溫度最高的兩處溫泉(敢頂河溫泉為81 ℃，擺老塘溫泉為85 ℃)均沿瀘水—瑞麗斷裂系出露，且流量相對較大，說明該斷裂帶是高黎貢山SN向構(gòu)造水熱活動帶內(nèi)導熱性最強的深大斷裂帶。

(3)龍川江SN向構(gòu)造水熱活動帶在區(qū)域上屬騰沖—梁河弧形構(gòu)造帶北段，龍川江斷裂系是該區(qū)主要的控熱、導熱構(gòu)造。其范圍自工作區(qū)西界至龍川江斷裂系。工作區(qū)內(nèi)該水熱活動帶僅出露溫泉1處，分布于龍川江上游河谷岸坡崖壁之上，溫度為45 ℃，屬中—低溫溫泉，流量為0.35 L·s-1，圍巖主要為變質(zhì)砂巖。

擬建隧道全線位于高黎貢山內(nèi)，而高黎貢山SN向構(gòu)造水熱活動帶水熱活動較為強烈。根據(jù)地熱調(diào)查資料獲得的隧道地熱等溫線剖面(圖17)顯示，隧道工程存在一定的中—高溫熱害和突熱水災(zāi)害風險，主要表現(xiàn)為兩個方面：一是現(xiàn)有溫泉向隧道突水的可能性，隧道工程區(qū)及其周圍共出露中—低溫及中溫溫泉7處，除2處距主干斷裂及隧道較遠，與隧道的水力聯(lián)系差，向隧道突水的可能性小外，其余5處對隧道影響較大；二是順導熱構(gòu)造向隧道突水，隧道工程區(qū)共有8條SN向斷裂及多組密集節(jié)理帶穿過隧道，而這些SN向斷裂和密集節(jié)理帶大多為導熱構(gòu)造，因此，在隧道與斷裂或密集節(jié)理帶交匯處易突熱水或?qū)е滤淼纼?nèi)溫度過高。

5 討 論

以高黎貢山南段騰越隧道工程區(qū)為例，綜合地表調(diào)查、物探和測試分析等的研究結(jié)果，通過分析隧道工程區(qū)內(nèi)巖石特性、脆性斷裂帶、構(gòu)造節(jié)理和水熱活動等的影響，可為評價橫斷山區(qū)類似工程場地的工程地質(zhì)問題提供參考。

5.1 巖石特性及其對工程的影響

圖16 隧道及鄰區(qū)的區(qū)域地熱地質(zhì)圖Fig.16 Geothermal Geologic Map Around Tunnel and Adjacent Area

圖17 隧道地熱等溫線剖面Fig.17 Geothermic Isothermal Section of Tunnel

綜合區(qū)域地質(zhì)資料和騰越隧道工程區(qū)的詳細調(diào)查結(jié)果可知，該隧道主要穿越了高黎貢山巖群片麻巖、寶華山巖組片巖與片麻巖、白堊紀花崗閃長巖與花崗巖以及奧陶紀片麻狀花崗巖等以硬巖類為主的巖石，而且由于所有巖石類型均經(jīng)歷了溫壓條件不同的區(qū)域變質(zhì)和動力變質(zhì)作用，使得巖石堅硬程度得到了進一步增加。地球物理剖面顯示，沿隧道穿越方向，表現(xiàn)出以高電阻率為主，局部夾近垂向低電阻率帶的特征。剖面上巖石以長英質(zhì)巖石為主，而且石英礦物體積分數(shù)普遍為25%～45%，部分可大于45%。因此，整個隧道工程區(qū)的巖石以較堅硬—堅硬的片麻巖-花崗質(zhì)片麻巖類和花崗巖類為主，構(gòu)成了大地電磁剖面中的高電阻率部分，而脆性斷裂和節(jié)理帶的發(fā)育使巖石局部相對破碎，導致其力學特征發(fā)生改變，降低了巖層的堅硬程度，并增加了透水性，形成了大地電磁剖面中的低電阻率部分。總之，整個隧道圍巖整體表現(xiàn)出高硬度的力學特征，僅糜棱巖帶中的部分千枚狀糜棱巖和部分寶華山巖組地層為淺變質(zhì)頁巖與砂巖韻律互層狀，屬軟硬相間地層。由于隧道所處的海拔為1 900 m左右，而高黎貢山脈海拔為3 000～3 200 m，隧道埋深大，最深處約1 420 m，相對堅硬的圍巖和深埋隧道特征決定了該隧道的施工將面臨比較突出的巖爆問題，尤其是在穿越高黎貢山脊及鄰側(cè)的高黎貢山巖群與白堊紀花崗巖體的段落，在密集節(jié)理帶之間巖石完整性相對較好和隧道埋深較大的工程段，即大地電磁剖面上主要表現(xiàn)為顯著的高電阻率段，將是巖爆問題最突出的地段。

5.2 主要斷裂對工程的影響

沿高黎貢山騰越隧道工程區(qū)發(fā)現(xiàn)的第四紀斷裂活動性整體上相對較弱，而且具有第四紀晚期活動的斷裂帶均位于隧道之外。綜合已有資料和隧道工程區(qū)調(diào)查結(jié)果，大致以舊街子斷裂和撒馬壩東斷裂為界(圖3、表3)，可將該區(qū)自東向西劃分為3個地殼穩(wěn)定性不同的段落。①舊街子斷裂及其以東區(qū)域?qū)儆谳^不穩(wěn)定區(qū)，發(fā)育旱龍寨斷裂、澡堂河溫泉斷裂和舊街子斷裂等存在第四紀活動性的斷裂，但斷裂活動性弱。考慮到隧道入口處地形起伏大且?guī)r體較為破碎，因而存在斷層破碎帶透水和斷裂帶導熱等不良工程地質(zhì)問題。②舊街子斷裂和撒馬壩東斷裂之間的區(qū)域?qū)儆谳^穩(wěn)定區(qū)，該區(qū)基本不發(fā)育第四紀活動斷裂，并以塊狀的堅硬巖石為主，因此，該段主要是巖爆、斷裂與節(jié)理透水、高地溫等工程問題較為突出，而不是斷裂活動性問題。③撒馬壩東斷裂以西的區(qū)域?qū)儆诓环€(wěn)定區(qū)，區(qū)域上第四紀活動性顯著的龍川江斷裂系從該區(qū)穿過，發(fā)育有撒馬壩東斷裂和林家鋪斷裂等第四紀活動斷裂，第四紀晚期活動斷裂毗鄰隧道口，并且周邊地形起伏大，巖石相對破碎，斷裂透水性較顯著，而且隧道口附近局部還發(fā)育有不穩(wěn)定斜坡。因此，該區(qū)斷裂構(gòu)造引發(fā)的構(gòu)造不穩(wěn)定問題需要工程建設(shè)重點關(guān)注。另外，關(guān)于區(qū)域上主要第四紀活動斷裂的未來發(fā)震潛力與活動危險性等，也需要在工程設(shè)計階段進一步深入調(diào)查研究和重點解決。

5.3 構(gòu)造節(jié)理系統(tǒng)對工程的影響

高黎貢山南段地區(qū)在地質(zhì)上屬于典型的地殼變形強烈和構(gòu)造應(yīng)力集中部位[11-12,32]，發(fā)育了多組構(gòu)造節(jié)理。該區(qū)構(gòu)造節(jié)理對工程的直接影響主要是密集節(jié)理帶引發(fā)的隧道透水作用和節(jié)理導致巖體破碎引發(fā)的隧道圍巖不穩(wěn)定性，但節(jié)理的相對發(fā)育透水也會相應(yīng)降低巖爆危險性。另外，構(gòu)造節(jié)理產(chǎn)狀還可以反映區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場特征，為合理設(shè)計隧道走向提供地質(zhì)構(gòu)造依據(jù)。從1976年龍陵M7.3、M7.4地震序列中3個主震的震源機制來看，震源區(qū)現(xiàn)今應(yīng)力場的水平主應(yīng)力方向為NE17°～NE25°，這與隧道工程內(nèi)共軛節(jié)理構(gòu)造揭示的最新水平主應(yīng)力方向(NE20°～NE50°)基本吻合。因此，綜合震源機制和區(qū)域共軛節(jié)理數(shù)據(jù)，可以初步認為隧道工程區(qū)現(xiàn)今水平主應(yīng)力方向為NE20°～NE30°。因為隧道走向與水平主應(yīng)力方向夾角過大時會對隧道穩(wěn)定性造成顯著影響(一般以不超過30°為宜)，所以隧道走向為NE向時的相對穩(wěn)定性較好。但考慮到隧道穿越的深度屬于地殼淺層，地應(yīng)力場還會受到地表重力勢能等的影響，并導致局部地形起伏強烈的地段地應(yīng)力場出現(xiàn)變化。因此，在工程設(shè)計階段，還需要結(jié)合現(xiàn)場地應(yīng)力測量數(shù)據(jù)，通過對隧道工程區(qū)進行三維地應(yīng)力場數(shù)值模擬，來更準確地判定隧道穿越區(qū)的現(xiàn)今地應(yīng)力場狀態(tài)，從而為隧道圍巖穩(wěn)定性及巖爆危險性判定等提供關(guān)鍵依據(jù)。

5.4 構(gòu)造水熱活動對工程的影響

綜合地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)調(diào)查結(jié)果可知，雖然區(qū)域上存在三大近SN向構(gòu)造水熱活動帶，但隧道工程區(qū)及周邊以分布中—低溫溫泉為主，尤其隧道穿越區(qū)，地表僅存在低溫溫泉。因此，隧道工程區(qū)整體上處于地熱中等—弱活動區(qū)。但隧道地熱等溫線剖面(圖17)的恢復結(jié)果顯示：沿隧道穿越區(qū)，在埋深小于600 m的地段，地溫多小于50 ℃，僅在斷裂帶附近存在地溫異常，并可能出現(xiàn)中溫熱害；而在隧道埋深超過700 m時，隧道地溫明顯增加，為60 ℃～70 ℃，達到了中溫熱害程度，因此，這將對隧道施工產(chǎn)生顯著影響，需要在設(shè)計階段提前制定防范措施。

6 結(jié) 語

(1)綜合前人資料基礎(chǔ)，結(jié)合野外地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查和典型巖石樣品的分析結(jié)果，揭示滇西高黎貢山南段騰越隧道工程區(qū)主要包含9個巖石單元，主體以形成于上地殼下部至中地殼的中深層次變質(zhì)巖類和花崗巖類為主，礦物組成皆以云母、角閃石、長石和石英為主，并經(jīng)歷了后期的脆-韌性變形改造。它們在工程地質(zhì)屬性上以較破碎的堅硬—較堅硬巖為主，圍巖等級多為Ⅲ級，其次為Ⅳ級，僅局部斷層破碎帶為Ⅴ級，這對隧道的TBM施工掘進相對有利。

(2)綜合地表詳查與地球物理探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高黎貢山南段主要發(fā)育10條對隧道工程具有不同程度影響的斷裂帶，它們分屬于怒江斷裂系、高黎貢山斷裂系(瀘水—瑞麗斷裂系)和龍川江斷裂系，而且也是區(qū)域上主要的水熱活動帶。其中需要特別關(guān)注的第四紀活動斷裂自東向西主要包括澡堂河溫泉斷裂(F2)、舊街子斷裂(F3)、撒馬壩東斷裂(F5)和林家鋪斷裂(F6)。另外，隧道工程區(qū)還發(fā)育至少20條密集節(jié)理帶。區(qū)域上的脆性斷裂破碎帶和密集節(jié)理帶或劈理化帶是需要重點防范的主要導水構(gòu)造和透水帶，特別是其中的雪沖埡口韌性變形帶和初糜棱巖帶，可能含飽和水且量大。

(3)綜合分析高黎貢山南段超長深埋隧道工程區(qū)主要巖石單元的巖性構(gòu)造特征可知，高黎貢山巖群混合片麻巖是隧道穿越區(qū)相對完整且硬度大的巖體，巖爆危險性應(yīng)該最高，其次是塊狀的白堊紀花崗巖和花崗質(zhì)超糜棱巖。而白堊紀花崗巖雖屬堅硬巖，但因節(jié)理相對發(fā)育，而且節(jié)理發(fā)育程度具有稀疏、密集的交替變化特點，所以會同時具有巖爆危險性和透水性特點。

(4)對隧道工程穩(wěn)定性分析結(jié)果表明，高地應(yīng)力和高地溫應(yīng)該是影響高黎貢山騰越隧道工程穩(wěn)定性的主要因素，其次是斷裂涌水和花崗巖區(qū)的密集節(jié)理帶透水問題。隧道工程區(qū)主要存在7個需要引起重視的顯著斷裂和節(jié)理透水帶。

(5)上述結(jié)論一方面可為高黎貢山騰越隧道工程的設(shè)計建設(shè)中預測與防范巖爆、透水和熱害等不良工程地質(zhì)問題提供重要的地質(zhì)依據(jù)，同時還可為區(qū)域上類似場地超長深埋隧道的選線設(shè)計等提供參考。但需要指出的是，高黎貢山地質(zhì)與構(gòu)造環(huán)境復雜，受目前工作程度限制，考慮到高地應(yīng)力對隧道工程穩(wěn)定性的影響很大，對不同工程地段的地應(yīng)力狀態(tài)還亟需通過地應(yīng)力實測來解決，建議增加深鉆孔地應(yīng)力試驗，進而為解決大變形巖爆、斷裂透水和地熱等不良工程地質(zhì)問題提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所王世鋒研究員為本文撰寫與資料分析進行了指導，中國地質(zhì)大學(北京)李斌、范訥、史亞然碩士協(xié)助整理了部分圖件和數(shù)據(jù)，在此一并表示衷心感謝！