物探和钻探综合方法查断裂带
2013-05-23 22:45
物探和钻探综合方法查断裂带
摘 要: 在广州地铁十三号线勘察的过程中发现了地铁线路与瘦狗岭断裂带相交的迹象。为了进一步查清断裂带的准确位置和断裂带的产状、宽度，进而科学地评价断裂带对地铁建设和安全运营的影响，运用了物探及钻探的综合方法进行勘探，并得到了良好的效果。
关键词: 断裂带; 钻探; 土壤测氡; 高密度电法
在广州地铁十三号线官湖站 ～ 象颈岭站区间［1］勘察工作过程中发现构造断裂特征( 如构造带特征岩石、岩石破碎擦痕等) ，通过与区域地质图［2］进行对比进一步发现该断裂带可能是瘦狗岭断裂或次一级断裂，并该断裂带与地铁线路相交。为了进一步查清断裂带的具体信息，运用钻探、土壤测氡、高密度电法相结合的综合勘探方法进行了详细的断裂带勘探工作。
1 瘦狗岭断裂情况介绍
根据区域地质资料［2］，本区域范围内断裂带主要为瘦狗岭断裂。该断裂是珠江三角洲中—新生代沉积盆地的北缘边界断裂带，走向为北东东至近东西，倾向为南南东或南，倾角为 45° ～60°，常具有数十米宽的硅化带、挤压带或构造压碎岩与构造角确岩带。断裂形成于中生代，燕山运动中期活动强烈，导致断裂北升南降，控制南侧红色盆地的生成和发展，见图 1所示。
展开工作的位置是官湖站 ～ 象颈岭站区间内，该区域内的地层岩性主要为第三系莘庄组砂砾岩( E1X)以及震旦系混合岩( PZ1) 。砂砾岩为棕色或浅紫红色，砾石成分以花岗岩为主，呈次棱角状，大小混杂。混合岩为区域变质岩，包括混合片麻岩、片麻状石英岩及变粒岩等，岩体呈整体块状( 混合花岗岩、混合片麻岩等) 或厚层状( 如石英片麻岩等) 。
2 拟采用综合勘探方法的技术路线
本次勘探方法是以钻探、土壤测氡、高密度电法相结合的综合方法，即以原有钻探资料为依据，在原推测断层的位置利用土壤测氡、高密度电法等物探手段进一步确定断层走向及范围，根据物探成果布设3条近于垂直断层走向的勘探线，沿勘探线分别在断层两侧布置钻孔，当在勘察钻孔中揭露到断层的迹象时，则在离前一钻孔几米的位置继续钻探，直至能确定断层破碎带的位置。
4 土壤氡浓度测试法在断裂带勘探中的应用
RaA 土壤氡气测量和其它放射性测量一样都是利用岩石中天然放射性元素含量的差异，解决地质问题的一类物探方法。由于含有放射性元素的地下水从深部以地质构造为通道向地表运动，或者放射性气体沿断裂和裂隙向地表扩散迁移，因此在地质构造及不同岩层的接触带上形成氡的异常。本次勘探在断裂带范围附近共布置了 3 条测线，共 28 个测点( 见图 2) ，根据测试结果［3］，推断该区土壤氡浓度背景值为2 645 500Bq / m3，由推断图上的氡浓度异常曲线可以看出，1 号测线主要异常范围出现于 2 ～ 5 号点之间，异常一般明显，峰背比为 2. 55，较好地显示了异常位置。2 号测线异常范围主要分布在 12 ～ 14 号点位置，异常比较明显，峰背比为 5. 09，显示出了较强的异常，同时在 18 ～20 号点出现了明显次异常峰值，峰背比为 4. 36。3 号测线异常范围出现在 23 ～26 号点，峰背比为 2. 55，显示了较强的异常形态，但尾部 28 号点异常全区最高，峰背比达到了 6. 55。由各测线的异常形态，结合地质资料作以下综合推断，3 条测线中南段较完整异常形态部位相连，该方向推断为断层破碎带或接触带走向，约为 NW100° ～ NW115°。
5 钻探方法在在断裂带勘探中的应用
根据钻探结果得出以下结论:
1) 地层的不连续，断层面明显
由钻探结果可以看出该区域内震旦系混合岩、混合花岗岩的分布不连续，与第三系砂砾岩、砾岩之间有十分明显的接触面。在平面位置上，断层接触带以西部分为震旦系混合岩、混合花岗岩，以东为第三系砂砾岩、砾岩，产状约为 20° ～30°∠60 ～70°。断面倾角约为 NW20° ～ 30°，各钻孔揭露地层显示第三系砂砾岩、砾岩直接覆盖于震旦系混合岩、混合花岗岩之上，2 套岩层之间缺失多个时代的岩层，且两者之间的断面多有铁染或泥质充填。
2) 构造特征及构造岩
根据钻探成果［3］，构造带特征之一是位于接触带附近的第三系砂砾岩、砾岩岩芯破碎，且局部临近接触带上部的砂砾岩、砾岩中的砾石有压扭痕迹( 见图4) 。
构造带特征之二是在断裂带范围内发现构造特征岩石糜棱岩，变余糜棱结构，岩块多夹灰绿色( 见图5) 。
构造带特征之三是在断裂带范围内发现碎裂混合岩，为碎裂结构，岩芯较破碎，多呈灰色，岩石在强烈的构造压应力作用下，沿扭裂面产生破碎，方向不一的碎裂纹切割岩石而具碎裂结构，被碾碎的矿物多为石英。由此可见，接触带附近经受过断裂带错动的压扭作用。
构造带特征之四是在断裂接触面发现断层泥，呈黑色或深绿色，主要为粉质粘土组成含少量的砂粒( 见图6) 。
3) 断裂带两侧岩体完整性差别极大，震旦系混合岩岩体呈完整 ～ 较完整，而第三系的砂砾岩多呈破碎状，根据钻孔揭露，混合岩、糜棱岩岩芯采取率远高于砂砾岩采取率。
4) 岩石的薄片鉴定表明有受构造挤压的迹象。根据岩矿鉴定结果显示［3］，其原岩结构中的矿物组份几乎已被碾成碎粉状的糜棱组份。而钻孔采取的岩芯局部也依稀可见压扭痕迹( 见图 7)。
6 结语
通过钻探资料［3］提供的证据即地层的不连续( 主要表现为岩层的不连续) 、断层面及擦痕、断层泥的存在、岩石破碎、岩体裂隙发育、揭露构造糜棱岩等都证明了断裂带穿过十三号线一期工程官 ～ 象区间。而结合区域地质资料显示，该断裂带即为瘦狗岭断裂带或其次生断裂。
通过本次勘探工作，基本查明了在地铁线路范围内瘦狗岭断裂的规模和产状，破碎带的出露宽度约为1. 0 ～ 3. 0m( 视宽度) ，断裂带影响范围为 4 ～ 10m，走向为 NNE80° ～90°，倾向为 NE170° ～180°，倾角约为50° ～ 60°，局部近 80°。断层属高角度正断层，隧道穿越该断层。
参考文献:
［1］ 徐晓宇，王志鹏． 广州市轨道交通十三号线一期工程官湖站 ～ 象颈岭站区间详细勘察阶段岩土工程勘察［R］．广州: 广东有色工程勘察设计院，2010．
［2］ 广州市轨道交通十三号线( 槎头 ～ 象颈岭段) 工程场地地震安全性评价中间报告［R］． 广州: 广东省工程防震研究院，2009．
［3］ 姚金，沈秋华，王志鹏． 广州市轨道交通十三号线一期工程官湖站 ～ 象颈岭站区间断裂构造带专题补充勘察［R］． 广州: 广东有色工程勘察设计院，2010．
