擬建鐵路工程穿越沂沭斷裂帶昌邑北段勘察研究

郭紹平

(中國鐵路設計集團有限公司，天津 300308)

1 概 況

擬建鐵路工程位于山東半島北部，在濰坊昌邑市北部地區(qū)自西向東經(jīng)過，與沂沭斷裂帶中的安丘—莒縣斷裂、昌邑—大店斷裂相交，相交區(qū)域所屬地貌類型為濰北平原區(qū)。沂沭斷裂帶是區(qū)域性全新世活動斷裂郯廬斷裂帶位于山東省的部分段落，由南經(jīng)郯城入江蘇，向北經(jīng)渤海進遼寧[1]，擬建鐵路與斷裂相交區(qū)域位于濰坊市北部至萊州灣一帶的隱伏斷裂分布區(qū)，屬于沂沭斷裂帶的北段[2]。

昌邑—大店斷裂是沂沭斷裂帶東支主干斷裂，斷裂規(guī)模大，是構造單元的分界斷裂，總體呈NNE10°～30°方向延伸，北部被第四系覆蓋，為隱伏斷裂。該斷裂表現(xiàn)形式多樣，有時表現(xiàn)為單一的主干斷裂，有時表現(xiàn)為斷裂束，有時表現(xiàn)為揉皺帶，不同區(qū)段構造活動的強度有明顯的區(qū)別，是一條多期活動的斷裂。根據(jù)臨近工程資料研究表明，該斷裂的北段為早、中更新世活動斷層[3-4]。

安丘—莒縣斷裂位于昌邑—大店斷裂西側，斷裂走向NNE，傾向SEE或NWW，由多條次級斷裂組成，在南流至安丘間以及昌邑以北均隱伏于第四系之下。該斷裂主要活動時期在新生代以前，新生代以來只是在原來的斷裂基礎上繼續(xù)活動，是沂沭斷裂帶主干斷裂中最活動的斷裂[5-6]。

由于兩條斷裂北段被厚層第四系所覆蓋，前期研究中受勘察精度及手段限制，對其分布未形成統(tǒng)一認識，一種認為兩條斷裂大致平行展布，一直延伸到萊州灣，另一種認為安丘—莒縣斷裂延伸至昌邑北尖滅，而昌邑—大店斷裂則一直延伸到萊州灣，對其活動性的認識也尚不成熟?；诖耍_展本次勘察研究工作。

2 勘察方法

沂沭斷裂帶整體為北北東走向，向北一直延伸入渤海灣，擬建鐵路位于昌邑市北部，整體為東西走向，不可避免與斷裂帶相交。為了確保線路結構安全性，提高技術經(jīng)濟可行性，需準確查明斷裂帶與線路相交位置、活動性、規(guī)模、影響范圍等，為設計提供依據(jù)。

一般而言，對基巖區(qū)斷裂的活動性分析主要以野外調查資料為主，對平原區(qū)隱伏斷裂，其構造特征及活動性是依據(jù)物探、鉆探和槽探等方法綜合研究得出[7-8]。根據(jù)區(qū)域地層條件，本次勘察方法采用收集資料、地質調繪、工程物探、工程鉆探等綜合勘察手段，在收集資料的基礎上，展開現(xiàn)場調查，在相交區(qū)域線位兩側布設物探測線，控制斷層邊界及初步判定斷層信息，在物探成果基礎上布設鉆探孔，查明斷層具體位置及區(qū)域內(nèi)地層分布，通過對比分析物探剖面及鉆孔地層，多剖面聯(lián)合勘察分析，最終確定斷層信息。

3 現(xiàn)狀調查

勘察期間詳細收集了前人研究資料，包括期刊文獻、相關單位物探測線剖面，鉆孔資料，地質資料等，并對沿線附近地形地貌、地表房屋裂縫情況、斷層露頭等開展追索性調查。通過對現(xiàn)有資料的收集分析及現(xiàn)場調查總結如下。

(1)研究區(qū)被第四系所覆蓋，第四系厚度自東南向西北增大，最大可達500 m，第四系地層的厚度受斷裂和基巖控制明顯，第四系等厚線明顯的沿安丘—莒縣斷裂展布。

(2)線位通過區(qū)域斷裂帶位于濰河東側，其中安丘—莒縣斷裂昌邑北段極有可能為全新世活動斷裂(王志才等、李康等、徐建國等，均認為昌邑段為全新世活動)，對線位影響較大，而昌邑—大店斷裂位置更靠東，為非全新世活動斷裂，本次勘察可忽略其影響。

(3)在線位南側夏店鎮(zhèn)附近，濰河拐彎處，受東西向斷層構造控制，安丘—莒縣斷裂南北兩側差異較大，包括位置、地層等明顯不同[7]。

(4)沂沭斷裂帶具有長期性、多次性、復合活動的特點，導致斷裂帶內(nèi)地層特別復雜，地層層序混亂[9]；安丘—莒縣斷裂在此區(qū)域發(fā)育典型的花狀構造，可能存在多條次級斷裂，影響寬度較寬[2，5，10]。

(5)徐建國等最新研究發(fā)現(xiàn)，安丘—莒縣斷裂與昌邑—大店斷裂北段之間存在帶狀潛凸起，該凸起南起太保村，北至下營村，長約32 km，寬度1.0～2.3 km，并將之命名為“昌邑潛凸起”，潛凸起內(nèi)部發(fā)育一系列平行斷層，將凸起區(qū)地質體切割成“斷片狀”[7]。

(6)通過現(xiàn)場調查，研究區(qū)沒有明顯斷層地貌特征，地表未發(fā)現(xiàn)斷層活動跡象，僅線位南側追索至昌邑文山有斷層露頭，出露基巖為泥巖、礫巖，并錯斷第四紀地層。調查發(fā)現(xiàn)線位附近三教堂村及大窯村較多房屋發(fā)生裂縫，裂縫方向大致與構造走向一致，但大部分裂縫未貫穿至地表，分析可能為受構造控制地下水位變化等原因造成。

4 工程物探

根據(jù)掌握的近場區(qū)地層條件及斷裂帶資料，在線位兩側布設兩條地震反射法測線ZF-1、ZF-2，測線設計與構造走向交角盡可能大，并且盡可能把推測斷裂位置位于測線中央，測線盡可能按直線設計。

物探解譯成果如下。

(1)ZF-1測線。

ZF-1測線位于王家廟村東側鄉(xiāng)村道路上，西起王家廟村，東至昌邑市恒昌混凝土公司，長2 462 m。該剖面共推斷斷層4處，分別編號為F1、F2、F2-1及F2-2。

F1：該斷裂上斷點位于測線樁號1620附近，斷層兩側同相軸特征呈明顯突變，西側發(fā)育數(shù)組反射波組，東側僅發(fā)育一組。斷層傾向東，視傾角約50°?？煞直娴纳蠑帱c埋深約60 m。

F2：該斷裂上斷點位于測線樁號1050附近，斷層兩側同相軸發(fā)生錯斷，東側地層受斷裂影響呈逆沖狀。斷層傾向東，視傾角約70°?？煞直娴纳蠑帱c埋深約105 m。

F2-1：該斷裂上斷點位于測線樁號950附近，斷層兩側同相軸發(fā)生錯斷。斷層傾向東，視傾角約85°?？煞直娴纳蠑帱c埋深約320 m。

F2-2：該斷裂上斷點位于測線樁號980附近，為次一級斷裂，發(fā)育范圍較小，斷層兩側同相軸特征呈明顯扭曲錯斷，且兩側地層傾向發(fā)生明顯變化。斷層傾向東，視傾角約60°。可分辨的上斷點埋深約100 m。

(2)ZF-2測線。

ZF-2測線位于張家寨村東側鄉(xiāng)村道路上，剖面長4 160 m。該剖面共推斷斷層3處，分別編號F1、F2、F2-1，并與ZF-1測線相對應。

F1：該斷裂上斷點位于測線樁號3400附近，斷層兩側同相軸特征呈明顯突變，西側發(fā)育數(shù)組反射波組，東側僅發(fā)育一組。斷層傾向東，視傾角約60°。可分辨的上斷點埋深約60 m。

F2：該斷裂上斷點位于測線樁號2712附近，斷層兩側同相軸發(fā)生錯斷，東側地層受斷裂影響呈逆沖狀。斷層傾向東，視傾角約65°?？煞直娴纳蠑帱c埋深約90 m。

F2-1：該斷裂上斷點位于測線樁號2566附近，斷層兩側同相軸發(fā)生錯斷。斷層傾向東，視傾角約85°?？煞直娴纳蠑帱c埋深約290 m。

5 工程鉆探

根據(jù)物探解譯成果，有針對性的在物探斷點兩側布置鉆探驗證孔，在ZF-1剖面上布設了4個鉆孔，形成聯(lián)合剖面A-A′；沿ZF-2測線在擬建鐵路線位上布設了12個鉆孔，形成聯(lián)合剖面B-B′，過程中根據(jù)鉆探揭示地層情況及時對比分析，調整孔深、孔位，達到最佳驗證效果。

通過鉆探發(fā)現(xiàn)，在A-A′剖面中，ZK01孔5.7 m以下、ZK02孔30.8 m以下、ZK03孔7.5 m以下、ZK04孔7.6 m以下均揭露一套淺灰綠—灰綠色硬土軟巖地層，呈半膠結狀，膠結程度不均勻，膠結程度較好為半成巖狀，該套地層至150 m深未揭穿，推測時代為Q-N?；揖G色地層以上至地表部分，覆蓋薄層灰褐色、黃褐色土砂層，其中在ZK01孔中地下5.3 m灰褐色細砂層中采碳樣，測年結果為距今3 520±30年，可以確定Q4底界在該套含貝殼灰褐色砂層底界以下。通過對比鉆孔間的地層特征及差異性，確定鉆孔ZK02與ZK03，ZK04和ZK03之間存在斷錯第四系的活動斷層。以ZK01孔4.5～5.7 m灰褐色含貝殼砂層為標志層，ZK02孔該層深度為3.3～4.2 m，ZK03孔為3.0～3.5 m，ZK04孔為5.5～7.6 m，其中ZK03孔與ZK04孔之間存在較明顯落差。以ZK04孔內(nèi)部22 m處一套淺灰綠色粉砂質粘土夾細礫層為對比的標志層，ZK03孔該套地層位于地下40 m處，落差約20 m，根據(jù)鉆孔測年結果并合區(qū)域第四系沉積及分布特征認為，該套地層劃歸為晚更新世中晚期。以ZK03孔內(nèi)部76.6 m處一套粗砂細礫層為對比標志層，相應的ZK02孔內(nèi)部該套地層位于地下96.8 m處，落差約20 m，根據(jù)鉆孔測年結果并合區(qū)域第四系沉積及分布特征認為，該套地層劃歸為晚更新世早期至中更新世晚期。

在B-B′剖面中，ZK43孔11 m以下及ZK09孔9 m以下揭露與剖面A-A′相同的灰綠色地層，最大揭露深度149.3 m，未揭穿，而ZK43孔西側相鄰的ZK08孔該套灰綠色地層在62.7 m以下，ZK042孔在67.9 m以下，落差約50 m。ZK09孔東側的ZK09-1、ZK10、ZK11、ZK12孔則未揭露該套灰綠色地層，分別在59.8 m、29.7 m、46.8 m、45.5 m處揭露紫紅色砂泥巖地層，扣除地表高程落差，ZK10孔與ZK09-1、ZK11孔該層落差分別約為32 m、17 m。鉆孔ZK05中，距地表5.8 m粗砂細礫層中富含牡蠣及貝殼殘片，取碳-14樣品測年結果為距今6 180±30年。在ZK43孔距地表40 m處取碳-14測年樣品，其試結果為距今35 420±250年。通過對比鉆孔間特征及差異性，確定鉆孔ZK10與ZK09-1、ZK11之間分別有一條斷層，ZK43和ZK08之間也存在一條斷層。對比ZK08孔與ZK43孔表層地層，ZK08孔0～3.7 m為黃褐色粉質黏土，3.7～6.9 m為一套灰白色礫砂，而ZK43孔0～4.7 m為黃褐色粉質黏土+中砂，4.7～7.4 m為一套灰褐色粉質黏土，7.4～11 m為黃褐色粉質黏土+中砂，未見灰白色砂層，第一層黃褐色地層以下被錯斷。

本次工作成果與徐建國等發(fā)表的“昌邑潛凸起”及“潛凸起內(nèi)部發(fā)育一系列平行斷層，將凸起區(qū)地質體切割成斷片狀”結論吻合。綜合以上分析，認為安丘—莒縣斷裂在研究區(qū)內(nèi)由多條斷層組成，均為隱伏狀態(tài)，整個斷裂帶呈現(xiàn)出北窄南寬的特點，各條斷層明顯錯斷了晚更新世地層，其中F1可斷定為全新世活動斷層。

6 結 論

本次勘察研究針對擬建鐵路與沂沭斷裂帶東支主干斷裂(安丘—莒縣斷裂和昌邑—大店斷裂)昌邑北段相交區(qū)域，詳細收集了期刊文獻、相關單位及鄰近工程物探測線剖面，鉆孔資料，地質資料等，開展了野外地質調查，在系統(tǒng)分析與總結已有研究資料及野外地質調查的基礎上，有針對性布設了物探測線，并在獲得物探成果的基礎上，布設驗證鉆孔，最終查明斷裂與線路相交的準確位置及其活動性。

通過本次勘察研究，確定了安丘—莒縣斷裂在工程線路附近隱伏區(qū)的展布情況，認為安丘—莒縣斷裂在近場區(qū)內(nèi)由多條斷層組成，均為隱伏狀態(tài)，整個斷裂帶呈現(xiàn)出北窄南寬的特點，各條斷層明顯錯斷了晚更新世地層，其中F1主斷層為全新世活動斷層。昌邑—大店斷裂在昌邑北段為非全新世活動斷裂，對鐵路影響較小。本次勘察研究為擬建鐵路工程地質選線及設計提供了依據(jù)，對沂沭斷裂帶昌邑北段研究及其他類似工程勘察具有一定的參考價值。