某核供熱項目場地隱伏斷層的分析評價

王俊卿

(鄭州中核巖土工程有限公司，河南 鄭州 450008)

1 概述

核能是重要的能源之一，核能供熱無污染，無任何煙塵、灰渣、碳化物等的排放，如同氣代煤、電代煤一樣，核能供熱成為實現(xiàn)清潔取暖的一個新途徑。但涉核項目安全性及其對環(huán)境的影響至關(guān)重要，必須充分查明和預(yù)測各種可能遭受的不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害。在各種危及安全的不良地質(zhì)作用和地質(zhì)災(zāi)害中,與工程地質(zhì)直接有關(guān)的問題有許多方面，其中斷層的發(fā)育分布特征及活動性直接關(guān)系到廠址的穩(wěn)定性，而廠址穩(wěn)定性對廠址的安全性尤為重要，是廠址選擇的顛覆性因素之一，因此在廠址選擇時,查明斷層問題是巖土工程勘察的重點(diǎn)問題之一，尤其是隱伏斷層由于其在形成之后被新沉積物所覆蓋，為隱伏斷層的評價帶來很大難度，探查隱伏斷裂的展布和活動性是安全性評價工作的一項重要內(nèi)容[1]。文章以某核供熱示范項目可行性研究階段巖土工程勘察項目為依托，對廠址南側(cè)的隱伏斷層進(jìn)行調(diào)查研究，查明斷層的發(fā)育特征及活動性，在項目可行性研究階段為工程建設(shè)提供可靠的科學(xué)依據(jù)，節(jié)約項目建設(shè)周期和成本[2]。

2 工程概況

該核供熱示范項目位于河北省邢臺市西北，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，廠址區(qū)南側(cè)發(fā)育一條隱伏斷層，隱伏于第四系之下，在地表無出露。按照相關(guān)核安全法規(guī)、導(dǎo)則及技術(shù)規(guī)范要求，必須查明其在測區(qū)內(nèi)規(guī)模、產(chǎn)狀、性質(zhì)、活動性等，為確定核島位置和總平面布置、可行性研究報告、廠址安全分析報告提供可靠的依據(jù)，避免斷層給工程帶來安全隱患。

2.1 地形地貌

研究區(qū)屬太行山東麓的構(gòu)造剝蝕微切割丘陵區(qū)，在內(nèi)、外力作用下，多形成波狀起伏的丘陵地貌，東側(cè)為山間洼地、混圓狀山丘，東北側(cè)、西側(cè)為連綿的山丘低山，地面標(biāo)高一般為236.7 m～297.5 m，東南部和北部為山前平原，地面標(biāo)高一般為233 m～261 m,地形相對較平坦。主要地貌分為丘陵地貌和山前平原地貌。

2.2 地層條件

3)中元古界長城系。常州溝組(Chc3)：石英砂巖，紫紅色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，主要分布于廠址北側(cè)殘丘和廠址所在殘丘。

4)太古界。西黃村組(Xgn)：黑云二長片麻巖：淺灰白色、肉紅色，粒狀、片狀、柱狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要在廠區(qū)北側(cè)山坡及測區(qū)北部分布。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，測區(qū)主要發(fā)育三條斷層，F(xiàn)1斷層為正斷層，為后青峪斷裂分支，從廠址西南側(cè)的雙峰山拗口處向廠址東北側(cè)延伸，距離核島邊界最近距離約160 m，斷層整體產(chǎn)狀約315°∠70°，斷層帶寬約2.0 m～10.0 m，斷層帶內(nèi)碎裂巖，一般膠結(jié)較好，局部擠壓破碎呈泥狀、粉沫狀，斷層帶內(nèi)多見角礫巖，斷裂帶附近有撓曲現(xiàn)象。F2斷層為逆沖斷層，推覆構(gòu)造，在廠區(qū)南側(cè)分布，走向北東向，該斷層隱伏于第四系之下。F3斷層為正斷層，始于后青峪村西北，經(jīng)60°方向至馬莊村西北，長度約3 km，在測區(qū)范圍內(nèi)延伸長度約0.9 km，走向50°～240°，傾向南東140°，傾角約55°，斷層寬度從幾十厘米至幾米不等，斷裂以裂隙發(fā)育，巖石破碎，兩側(cè)巖性及產(chǎn)狀不一致為特征，該斷裂在地形上表現(xiàn)為山谷或鞍部。

3 隱伏斷層分布特征研究

由于目標(biāo)斷層F2斷層為隱伏斷層，測區(qū)南側(cè)為第四系覆蓋區(qū)，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范及文獻(xiàn)[3-5]，主要通過工程地質(zhì)測繪(地形地貌)、工程物探(高密度電阻率法)、鉆探和槽探等綜合手段對目標(biāo)斷層進(jìn)行研究分析。

3.1 鉆探

根據(jù)在主廠區(qū)施工完成的鉆孔ZX5，ZX6，ZX12，ZX15，ZX16，ZX17，ZX18和ZX23，鉆孔由孔口往下揭露地層順序依次為石英砂巖(Chc3)→黑云二長片麻巖(Xgn)→石英砂巖(Chc3)，巖性變化處巖石為碎裂巖和斷層泥，膠結(jié)較好，局部巖體受擠壓撓曲，巖石角礫化，斷層帶兩側(cè)巖體一般較破碎，巖體擦痕明顯。根據(jù)地層時代關(guān)系、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖及飛來峰地貌等，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，判斷F2為逆沖斷層，推覆構(gòu)造，上盤部分石英砂巖(Chc3)、黑云二長片麻巖(Xgn)地層由北向南推覆于原石英砂巖(Chc3)之上，且形成上盤石英砂巖(Chc3)地層山頂巖層傾角平緩，山腳巖層傾角50°～70°的較大的產(chǎn)狀變化，斷層走向近東西向。近東西向典型工程地質(zhì)剖面圖見圖1。

3.2 工程物探

高密度電阻率法是電測深與電剖面法組合的一種電法工程物探方法，其觀測點(diǎn)密度高，以巖土層之間電阻率差異為基礎(chǔ)，同時探測水平和垂直方向上的電性變化，通過研究電性變化在空間上的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律查明地質(zhì)構(gòu)造。高密度電阻率法具有野外數(shù)據(jù)采集自動化和資料處理計算機(jī)化，成果圖片直觀等優(yōu)點(diǎn)，因此采用高密度電阻率法查明隱伏斷層可以提高工作效率，降低勞動強(qiáng)度和節(jié)約項目成本。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料和鉆探成果，為進(jìn)一步查明斷層的展布情況，結(jié)合地形條件，在主廠區(qū)南側(cè)第四系覆蓋區(qū)垂直F2斷層走向自南向北布置了四條物探線剖面，根據(jù)高密度電阻率法結(jié)果，W4-W4′測線里程264 m～270 m處存在低阻異常，W6-W6′測線里程143 m～160 m處存在低阻異常，W7-W7′物探測線里程170 m～190 m處存在低阻異常，推測低阻異常處為F2斷層。W8-W8′物探測線測線廠區(qū)西南側(cè)，測線南端和中部上部出現(xiàn)低阻處為小面積麥田，覆蓋層厚度較薄且變化不大，測線大部分基巖直接出露，下伏基巖面完整，無明顯異常，高密度電法成果見圖2～圖4。在平面上將根據(jù)高密度電法推測的三處斷層位置連線，推斷F2斷層的走向為NE74°～87°。

3.3 剖面追索法

3.4 斷層空間分布特征

綜合區(qū)域地質(zhì)資料、地形地貌調(diào)查成果和工程物探信息解譯及鉆探資料，F(xiàn)2斷層在廠區(qū)南側(cè)分布，為逆沖斷層，斷層的走向為NE74°～87°，延伸長度約1.1 km，斷層帶寬約0.5 m～1.0 m，斷層傾向NW330°，傾角平緩，整體傾角小于10°，在推覆體前緣(廠區(qū)南側(cè))斷層傾角逐漸增大，該斷層隱伏于第四系之下。

4 隱伏斷層活動性研究

根據(jù)工程地質(zhì)測繪，廠區(qū)南側(cè)山前平原地面標(biāo)高一般為251.5 m～256.5 m，地形平緩，沿斷層沒有發(fā)現(xiàn)斷錯地貌現(xiàn)象；根據(jù)鉆探和工程物探資料，鉆孔內(nèi)巖芯揭露的斷層帶角礫已經(jīng)膠結(jié)，未見新近活動形成的斷層泥，基巖面標(biāo)高穩(wěn)定，未見明顯落差。在斷層斷點(diǎn)附近進(jìn)行槽探，探槽揭露第四系覆蓋層粉土層和粉質(zhì)黏土層均分布連續(xù)，地層起伏不大，未見有明顯的地層落差。綜合以上成果資料，F(xiàn)2斷層帶埋深在分布連續(xù)的第四系地層以下，為局部構(gòu)造變形過程中形成的斷裂，斷層僅分布于基巖中，為非全新世活動斷層[6-7]。

5 結(jié)語

1)目標(biāo)斷層F2斷層為逆沖斷層，在廠區(qū)南側(cè)由北向南推覆，在推覆體前緣(廠區(qū)南側(cè))斷層傾角逐漸增大，隱伏于第四系之下，為非全新世活動斷層。斷層走向NE74°～87°，傾向NW330°，整體傾角小于10°，延伸長度約1.1 km，寬約0.5 m～1.0 m。

2)工作中采用多種簡單有效的方法和手段查明了隱伏斷層在測區(qū)內(nèi)的規(guī)模、產(chǎn)狀、性質(zhì)和活動性等，滿足了項目可研階段的要求。

3)隱伏斷層分布特征研究宜在充分分析研究區(qū)域地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)斷層針對性的進(jìn)行鉆探和高密度電阻率法勘探，結(jié)合剖面追索法可以合理經(jīng)濟(jì)的查明隱伏斷層的分布特征，為工程地質(zhì)分析提供可靠的科學(xué)依據(jù)。