邱建強(qiáng)

(華北地質(zhì)勘查局五一四地質(zhì)大隊，河北承德 067000)

0 引言

斷層是導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害的重要因素之一，斷層發(fā)生活動將對工程造成重大損失[1]。斷層對工程項目的破壞可分為：斷層活動誘發(fā)地震導(dǎo)致的破壞、斷層緩慢蠕動導(dǎo)致的地裂縫和地表位移、斷層活動導(dǎo)致的次生災(zāi)害如滑坡、泥石流等。因此，斷層的活動性研究在工程地質(zhì)勘察中尤為重要[2]。為保證工程項目的安全，正確判定斷層的活動性是避免地質(zhì)災(zāi)害的必要手段。在工程進(jìn)行設(shè)計和施工前，工程勘察人員必須給予高度的重視，以避免斷層給工程項目的安全帶來的隱患。

1 工程概況

1.1 基本情況

根據(jù)礦山生產(chǎn)需要，擬在布袋溝新建一座尾礦庫，擬建尾礦庫為一等庫，根據(jù)前期地質(zhì)測繪和水文地質(zhì)調(diào)查，庫區(qū)內(nèi)存在一條NW走向斷層。

以建設(shè)項目中NW向斷層為依托，按活動斷層調(diào)查相關(guān)技術(shù)和規(guī)范要求，通過地表調(diào)查、地球物理探測(高密度電法、電測深)、工程鉆探、槽探等多種手段對目標(biāo)斷層進(jìn)行調(diào)查研究[3]，查明其在區(qū)內(nèi)的位置、產(chǎn)狀、影響范圍等空間分布特征以及活動性，評價斷層對尾礦庫建設(shè)的影響。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于燕山中段北部山麓?？偟牡貏菔俏鞲邧|低。境內(nèi)山巒起伏，地貌復(fù)雜，海拔為460～1010 m。主要地貌可分為低山和河谷階地地貌。

1.3 地質(zhì)條件

1.3.1 地層

(1)侏羅系

白旗組(J3b):下部為凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰角礫巖，夾薄層砂巖及砂礫巖。上部為灰綠色、灰紫色安山巖，夾薄層氣孔狀安山巖；

張家口組(J3z):由流紋巖、粗面巖和中酸性亞堿性火山碎屑巖組成，中夾薄層凝灰質(zhì)砂巖、砂礫巖。該組巖性及厚度變化很大，分層性不好。

(2)第四系

上更新統(tǒng)(Q3pl+dl)：為洪積粉土、粉質(zhì)黏土及少量坡積物。主要分布于河谷兩岸的山麓邊緣地帶，山間平緩?fù)莸匾灿蟹植肌?/p>

全新統(tǒng)(Q4al+pl)：沉積物性質(zhì)為沖積砂、礫石、粉質(zhì)黏土、洪積砂礫石層。分布于河谷，形成現(xiàn)代河床、河漫灘相沉積物，有時形成I級階地。在山間溝谷及溝口地帶、發(fā)育沖洪積物，在溝口形成沖洪積扇。

1.3.2 巖漿巖

(1)早元古代變質(zhì)閃長巖，呈灰色—灰白色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，交代殘留結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；

(2)中元古代角閃石英正長巖，呈肉紅色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、正長石及角閃石等；

(3)中元古代石英正長巖，呈肉紅色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、正長石等；

(4)燕山期流紋斑巖，呈灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為石英，基質(zhì)主要為長英質(zhì)礦物。

1.3.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要是東西向豐寧—隆化深斷層及燕山期北東向和北西向斷裂。東西向深斷裂繼承性多期活動，生成于新太古末期，它控制了中、上元古界地層的發(fā)育和海西期巖漿侵入活動，燕山期繼承性活動，使長城系地層逆沖到侏羅系、白堊系地層之上。燕山期構(gòu)造運(yùn)動形成的斷陷盆地，控制了中生界地層的沉積。

2 斷層空間分布特征

2.1 地表特征

目標(biāo)斷層在基巖區(qū)地表出露，通過調(diào)查揭示斷層地表分布特征：

(1)斷層在局部零星出露，出露地貌為鞍部，發(fā)育為蝕變破碎帶，見已經(jīng)固結(jié)構(gòu)造角礫巖。構(gòu)造角礫巖為角礫結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，角礫大小不等，大者可達(dá)3～4 cm，巖性為白色流紋斑巖，膠結(jié)物為固結(jié)粉末狀長英質(zhì)礦物。圍巖均為流紋斑巖，蝕變嚴(yán)重，局部破碎，可見高嶺土化，風(fēng)化面黃褐色，新鮮面灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為石英，基質(zhì)主要為長英質(zhì)礦物，發(fā)育一組近東西向節(jié)理，走向約W 270°；

(2)構(gòu)造破碎帶附近圍巖可見一組斷面，見清晰擦痕，控制寬度約1.5～2.5 m，反映斷層控制寬度約2 m。斷層擦痕表層發(fā)育斜向上正階步，表層鐵染呈銹黃色。局部斷面產(chǎn)狀NE 70°∠70°，根據(jù)擦痕方向初步判定斷層為正斷層；

(3)零星出露斷層破碎點(diǎn)延伸走向約NW 310°，之間推測斷層隱伏產(chǎn)出。隱伏段地貌均發(fā)育為沖溝。

2.2 物探剖面特征

對于隱伏斷層采用高密度電阻率法和激電測深法予以揭露。綜上兩種地球物理勘探成果，在隱伏沖溝或斜坡上多條物探剖面均揭示了斷層隱伏產(chǎn)出。

(1)由于斷層圍巖的破碎引起水含量略高，斷層在高密度電阻率法剖面上表現(xiàn)為發(fā)育相對高阻之間的低阻帶或高低阻之間的驟變帶；

(2)多條物探剖面特征相似，較好揭示斷層產(chǎn)狀特征：傾向約NE 50°，傾角約70°，向下延深420 m，形成的低阻影響寬度約4～5 m，考慮高密度電阻率法體積效應(yīng)，破碎帶的實際寬度要小，推測斷層規(guī)模為一條小型斷層；

(3)聯(lián)合物探剖面揭示斷層NW走向，與地表調(diào)查斷層為同一條斷層；

(4)斷層形成的低阻異常均未延伸至地表第四系坡積形成的電阻區(qū)內(nèi)，揭示斷層上斷點(diǎn)埋深較深。

2.3 空間分布特征

綜合地表調(diào)查和物探解譯信息，確定NW斷層空間特征為：平面上目標(biāo)斷層自D10點(diǎn)至D3點(diǎn)北西向延伸穿過尾礦庫庫區(qū)，長1.55 km，控制寬度1.5～2.5 m；剖面上，斷層產(chǎn)狀NE 70°∠72°，控制深度420 m。

3 斷層活動性研究

3.1 鉆探

為研究斷層活動性，在斷層兩盤分別予以鉆探，形成聯(lián)合鉆孔。斷層上盤1個鉆孔(4號)、下盤2個鉆孔(1號、3號)，1個揭露斷層跨越斷層兩盤鉆孔(2號)。各鉆孔平面距離控制在8 m以內(nèi)，劃分地層具有可對比性，將地層分為四層，分層描述如下：

第一層：第四系粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖震反應(yīng)，局部含少量角礫。該層在2號、3號、4號鉆孔連續(xù)分布，僅在1號鉆孔處由于位于沖溝邊部發(fā)生缺失。該層標(biāo)高大致相同，無落差；

第二層：第四系坡積角礫，黃褐色,角礫主要成分為流紋斑巖、角閃石英正長巖及凝灰?guī)r,一般粒徑0.2～3 cm,最大超過10 cm,充填物為粉質(zhì)黏土,礫石約占50%～70%,多呈棱角狀及次棱角狀,局部夾卵石。該層在4個鉆孔中連續(xù)分布，并無缺失，為連續(xù)的一層。該層標(biāo)高有較小變化，有高低落差，四個鉆孔高程形成弧形高程變化，表現(xiàn)為坡上地貌特征，因此此層落差為山區(qū)地貌原因所致；

第三層：流紋斑巖，灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為石英，基質(zhì)主要為長英質(zhì)礦物。該層在4個鉆孔中均有揭露，同附近圍巖揭示巖性一致。該層同第四層在4孔中見明顯侵入接觸關(guān)系(見圖1)。

圖1 流紋斑巖與角閃石正長巖侵入接觸關(guān)系

第四層：角閃石英正長巖，肉紅色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、正長石及角閃石等。該層在2號、4號鉆孔有揭露。其中，2號鉆孔揭示斷層斷面，揭示深度13.20～16.40 m處可見構(gòu)造角礫巖，其錯斷第三層和第四層基巖巖性，斷層下盤為角閃石英正長巖，上盤為流紋斑巖，斷層產(chǎn)狀為NE 70°∠72°，形成的構(gòu)造角礫巖寬度2 m，與地表特征相似(見圖2)。構(gòu)造角礫巖為角礫結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，角礫成分既有下盤角閃石正長巖，也有上盤流紋斑巖，大小1.5～4.0 cm不等，膠結(jié)物為長英質(zhì)礦物，已膠結(jié)成巖。

圖2 鉆孔揭露構(gòu)造角礫巖

本次聯(lián)合鉆孔表明：(1)斷層上盤相對下降，下盤相對上升，進(jìn)一步確定該斷層為正斷層；(2)斷層角礫已經(jīng)固結(jié)，未見新近活動形成的斷層泥；(3)基巖深度標(biāo)高穩(wěn)定，未有明顯地層落差；(4)覆蓋第四系坡積地層連續(xù)，未見明顯地層落差。因此，目標(biāo)斷層上斷點(diǎn)埋深至少在分布連續(xù)的第四系地層以下，斷層為非全新世活動斷層。

3.2 槽探

在斷層上斷點(diǎn)附近予以槽探工程，研究斷層上斷點(diǎn)有無進(jìn)入最新全新世地層。探槽TC1揭露地層巖性描述如下：

第一層：第四系粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，無搖震反應(yīng)，局部含少量角礫。該層連續(xù)分布，標(biāo)高大致相同，無落差。

第二層：第四系角礫，黃褐色,主要成分為流紋斑巖、角閃石英正長巖及凝灰?guī)r,一般粒徑0.2～3.0 cm,最大超過10 cm,充填物為粉質(zhì)黏土,礫石約占50%～70%,多呈棱角狀及次棱角狀,局部夾卵石。該層連續(xù)分布，標(biāo)高大致相同，無落差。

第三層：角閃石英正長巖，風(fēng)化面呈灰白色，新鮮面呈灰黑色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、正長石及角閃石等。

第四層：位于探槽4.5～6.5 m處，構(gòu)造角礫巖，黃褐色，碎裂結(jié)構(gòu)，角礫狀構(gòu)造，主要由角礫碎塊組成，呈棱角狀，大小混雜，排列紊亂?；|(zhì)由細(xì)小的破碎物硅質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)物組成，已膠結(jié)成巖，產(chǎn)狀為NE 70°∠72°，斷層厚度2 m。構(gòu)造角礫巖風(fēng)化嚴(yán)重。

第五層：流紋斑巖，灰白色，風(fēng)化面呈灰黑色，新鮮面呈灰白色或肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶主要為石英，基質(zhì)主要為長英質(zhì)礦物。該層可見明顯斷層痕跡(見圖3)。

圖3 探槽TC1剖面圖

本次槽探表明，斷層僅分布于基巖中，基巖未見明顯落差。且斷層上斷點(diǎn)延伸到基巖頂部，其上被第四系兩套地層覆蓋。因此，目標(biāo)斷層為非全新世活動斷層[4-6]。

4 結(jié)論

(1)目標(biāo)斷層性質(zhì)為正斷層，NW向延伸，長1.55 km，寬1.5～2.5 m，產(chǎn)狀NE 70°∠72°，控制深度420 m，斷層規(guī)模為一條小型斷層。

(2)目標(biāo)斷層為基巖斷層，第四紀(jì)以來未有明顯活動跡象，為非全新世活動斷層。

(3)斷層工程穩(wěn)定性較好，對工程建設(shè)無大影響。但考慮斷裂構(gòu)造角礫存在，其雖然已經(jīng)固結(jié)，但相對圍巖較容易風(fēng)化，成為一定的松散層，可能形成地下水下滲通道，建議工程建設(shè)時予以關(guān)注。