三峡库区基础地质综合研究

■三峡库区基础地质综合研究

项目来源:中国地质调查局国土资源大调查专项

起止时间:2008—2010年

项目负责:赵小明，牛志军

主要完成人:赵小明，牛志军，李珉，李长安，王孔伟，王令占，涂兵

成果概况:研究区位于长江三峡湖北省宜昌市至重庆市境内，跨越宜昌、秭归、兴山、巴东、万县、奉节、丰都、重庆等21县（区）。构造格架总体受黄陵隆起控制，外围褶皱构造呈弧形环绕或向其收敛，西为川东弧形褶皱带，西南及南面为近南北—北北东向转向北东向的弧形褶皱带及长阳东西向褶皱带，东侧上叠中新生代江汉—洞庭坳陷盆地。与此相对应，地貌大致以奉节白帝城为界，可分为东、西两个地貌单元。东部为三峡隆起中低山，长江河谷强烈下切，形成以侵蚀—溶蚀中山峡谷为主的地貌景观，西部为四川盆地低山丘陵区，地貌形态严格受四川盆地东部边缘川东褶皱带内构造形态控制，形成与构造格架一致、走向北东至北东东的“宽谷窄岭”剥蚀侵蚀低山丘陵地形。

项目组成员经过三年多的调查研究，获得了较丰富的第一手地质资料，为三峡库区基础地质研究、地质环境研究及地方经济建设提供了翔实而系统的地质资料。取得的主要地质成果如下。

（1）依据资料收集分析、野外调查、剖面综合研究的结果，将研究区分为3个地层大区、4个地层分区，并以最新的国际地层表为指南，重新厘定了研究区地层序列，在前第四纪地层中划分了64个组级岩石地层单位，建立完善了研究区多重地层划分与对比系统。

（2）详细地研究了三峡库区各时代地层岩石类型和特征，进行了沉积环境分析，划分出大陆、海陆过渡和海洋三大沉积相区、34种沉积相类型和4种事件沉积。广泛识别区域构造角度不整合面、盆内微角度不整合面、岩性岩相变化面等构造—沉积界面，对志留系与泥盆系—二叠系、下三叠统与中三叠统、上三叠统与侏罗系等一些重要的沉积界面与地质灾害的关系进行探讨，指出这类“上硬下软”的特殊结构往往因上覆地层风化、采矿等作用失去支撑，发生坠落、倾倒、滑移、崩塌等不同形式的变形而失稳。

（3）查明了研究区总体构造格架和主要构造变形特征和形成时间，建立了构造变形序次:研究区总体构造格架受黄陵地块的控制，外围褶皱构造呈弧形环绕或向其收敛，西为川东弧形褶皱带，构造线走向自西向东，由北东向渐变为北东东向；西南及南面的鄂西南构造带为近南北—北北东向转向北东向的弧形褶皱带及长阳东西向褶皱带组成；东侧上叠中新生代江汉—洞庭坳陷盆地。

川东褶皱带主要由三叠系、侏罗系组成，并以华蓥山、铜锣峡、明月峡、方斗山等背斜及其间的向斜来表现，背斜窄陡、向斜宽缓，整体呈现出“隔档式”的特点，单一褶皱类型表现为断层传播式褶皱，具有不对称式褶皱特征；断裂构造不发育，主要出现于高陡背斜的轴部，最为重要的是华蓥山断裂带和齐岳山断裂带。川东构造带中断裂构造具多期活动特点，褶皱带形成于侏罗系沉积之后。

鄂西南由中生界、古生界地层组成的褶皱带及其伴随的走向断裂，由南至北沿北东—北东东—近东西向延伸，呈向北西突出的弧形，向东延没于秭归盆地。单个背斜或向斜自南东往北西由“隔槽式”褶皱变成“隔档式”褶皱，在平面上呈斜列带状，以弧顶拐点为界，南西段褶皱轴线左行雁列，北东段右行雁列，在剖面上多呈不对称的歪斜褶皱，背斜西翼陡东翼缓。同时，由于后期滨太平洋的武陵断裂系北北东向构造线的复合改造，褶皱轴线普遍呈S状或反S状弯曲。长阳地区的褶皱轴线受黄陵基底地块北西西向构造制约，北侧长阳背斜等的轴线为北西西向，中间鄂、湘交界处的仁和坪向斜轴线为东西向。鄂西南构造带中主要断裂的性质、规模和活动性各不相同，与其所在构造单元相适应，其中仙女山断裂规模较大，对本区地质发展和地震活动起着重要控制作用，与库首区构造变形和地震活动有一定的生成联系。鄂西南构造带的主体形成于印支期，而黄陵背斜、秭归向斜和当阳向斜则形成于中侏罗世晚期，以仙女山断裂为代表的断裂构造在白垩纪直至挽近时期仍有活动。

（4）通过对研究区沉积事件、岩浆事件、变形变质事件的综合分析，结合区域资料，建立了三峡库区地质构造演化序列:晋宁期的基底形成阶段，加里东—海西期的盖层稳定发育阶段，印支期的地壳隆坳海陆转换阶段，燕山期的盖层构造格架形成阶段，喜山期的地壳挤压变形阶段和地壳间歇性隆坳的新构造活动时期。

（5）系统总结了三峡库区地质灾害类型、空间分布、形成条件及面临的主要问题，研究了其与地形地貌、地层岩性、地质构造、岩土体结构、降雨、地震、河流侵蚀、人类活动等因素的关系。对研究区内1 071处地质灾害点（其中滑坡772处、崩塌169处、不稳定斜坡62处、地面塌陷36处、泥石流32处）进行了实地调查和资料收集，根据岩土体类型、结构、岩性组合及工程地质特征等差异，将三峡库区工程地质岩组划分为7种类型，在此基础上编制了三峡库区宜昌—重庆段灾害地质分布图。

（6）三峡库区地质灾害具有区域性分区的特征，与坡体演化阶段具有明显的对应性。在新老构造评价研究的基础上，提出齐岳山断裂（奉节地区）是其区域性分区的一级分界线，两侧山体处于不同的坡体演化阶段。奉节以西坡体结构趋于平缓，坡体形成演化时间相对较长；奉节以东坡体结构陡高，坡体演化表现为崩塌与滑坡共存，而坡体形成时间则相对较短。并进一步通过重庆—涪陵段、巫山—奉节段、丰都—忠县段、万县段、巴东段及秭归段滑坡地质灾害与局部构造关系的对比研究，提出了“滑坡群”的概念和工作方法:“滑坡群”即受相同局部构造控制的，位于相同新构造活动区域的多个滑坡个体分布带，分布带内部的滑坡在成因机理、演化特征上具有相互联系、相互影响的特点。“滑坡群”基本工作方法是在地质灾害区划研究的基础上，建立位于相同局部构造上的滑坡群体之间的演化关系，进而建立整个斜坡带演化模式。这样可以有效地将基础地质研究成果应用于灾害地质研究中，也就是说将地质灾害点的研究放到大的地质背景中，建立群体之间相互关系，使处于相同地质环境的多个滑坡个体有机联系起来，建立该段岸坡过去—现在—未来的演化过程（其核心就是老构造作为滑坡形成的母体因素，新构造作为滑坡形成的子体因素，将位于相同地质环境背景上的多个滑坡联系起来）。如此，将有助于建立了滑坡的时空演化模式，进而使地质灾害特别是滑坡的预测预报成为可能。

（7）三峡水库蓄水后水动力条件发生了根本性地改变，这些变化必然引起岩石物理力学性质的改变，特别是145～175m水位涨落带岩石的应力状态和微观结构特征都发生了巨大变化，引起一些新的水—岩作用形式，势必改变库岸再造机理和演化过程。本项目创新性地设计了一套可模拟库水位升降压力条件下的实验平台，为研究库水压条件下水—岩作用及其力学特性提供条件，为研究库水压条件下库岸的演化规律提供了一种有效的方法，对揭示滑坡等地质灾害今后的演化规律研究具有重要意义。

（8）以地理信息系统（GIS）为平台，基于遥感信息的栅格地形数据SRTMDEM，利用GIS空间分析等技术，结合地质资料和第四纪地貌研究方法，生成具有立体视感的三维数字地貌模型，通过高程、地形剖面及地表起伏度等定量分析手段，确定三峡地区存在五级夷平面，其分布高度分别为:1 700～2 000m（Ⅰ级夷平面）、1 300～1 500m（Ⅱ级夷平面）、1 000～1 200m（Ⅲ级夷平面）、800～900m（Ⅳ级夷平面）和500～600m（Ⅴ夷平面），第Ⅰ、第Ⅱ级夷平面大致形成于古近纪，第Ⅲ、第Ⅳ级夷平面大致形成于新近纪，第Ⅴ级夷平面大约形成于早更新世早中期。

（9）通过对三峡地区河流阶地和水系特征的野外调查和结合前人资料的综合分析，指出大约在早更新世中晚期，长江三峡贯通，三峡地区的地貌环境由新生代早期的夷平面发展阶段转为河流阶地发展阶段，形成了五级阶地:T₆～T₅级阶地大致形成于早更新世的后期，T₄～T₃Ⅴ级阶地形成于中更新世，其中第Ⅲ级阶地上部细颗粒堆积可能是在中更新世末至晚更新世初期形成，T₂级阶地形成于晚更新世早期或末次间冰期，而T₁级阶地形成于晚更新世末期至全新世早期。

（10）新发现了两处厚度较大的土状堆积剖面——巫山剖面和势大岭剖面，这是迄今为止三峡库区出露最好、厚度较大的第四纪堆积剖面。系统的岩性、地层划分对比以及粒度、年代学、沉积地球化学、环境磁学等研究表明:巫山黄土为风成成因，形成时间为35.3ka±1.4ka～100.2ka±4.3ka；势大岭黄土下部为河流成因，上部为风成成因，形成时间为68±6.8ka～113ka±10ka。

（11）通过野外调查发现，江汉平原西缘宜昌东部的宜昌—云池—董市一带的丘陵地区分布着一套巨厚的松散砾石层，总厚超过100m。通过对最具代表性的善溪窑剖面、云池剖面和李家院剖面进行系统的岩石学、沉积学、年代学研究，认为宜昌砾石层应为一大型的古河流冲积扇，目前地表出露部分可能为冲积扇的扇端（根）部分，其扇中和扇缘部分隐伏于枝江以东的江汉平原之下。冲积扇上覆中更新世网纹红土，下伏白垩纪—老第三纪红层，形成年龄大约为1.2～0.7Ma（BP）。该冲积扇的形成可能与长江三峡贯通相关，这对解决长江的形成（三峡贯通）这一百年的地学问题有重要的意义。

（12）综合前人研究成果和本项目调查，初步对三峡地区的构造、地貌、气候及其与地质灾害发生的阶段性耦合关系进行了探索性分析。三者的演化阶段性耦合，即地文期—构造节律—气候旋回耦合，在很大程度上决定了地质灾害在时间分布上的群发和空间上的群集。以此为基础，提出基于滑坡地貌系统的滑坡治理的“整体性、平等性、动态性、开放性”原则和滑坡治理的“疏堵结合、以疏为主，着眼整体、分而冶之”的对策。

（13）系统总结了研究区矿产资源的分布和类型，将区内43种矿产资源分为燃料矿产、黑色金属矿产、有色金属及贵金属矿产、化工原料矿产、冶金辅助原料矿产和建材及其他非金属矿产6种类型，编制了矿产地质图。

（14）将研究区旅游资源分为自然景观资源、人文景观资源和地质遗迹景观资源三类，对167处正在开发和极具开发价值的旅游资源进行了调查和资料收集，编制了旅游资源分布图。

（赵小明　编）