核電工程初設(shè)階段勘察小規(guī)模斷層的判別及工程評價(jià)

張昊

摘 要：作者根據(jù)其工作經(jīng)歷，系統(tǒng)總結(jié)出了多種分析和判定斷層特性及性質(zhì)的方法，并對多種方法進(jìn)行一一列舉，比較其優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合某核電初設(shè)階段對小規(guī)模斷層勘察的情況，對各種判別方法進(jìn)行了實(shí)際分析應(yīng)用，最終總結(jié)出了相關(guān)核電初設(shè)階段小規(guī)模斷層的調(diào)查思路，判斷其能動(dòng)性，分析其對工程的影響，滿足了規(guī)范要求，在相關(guān)類似工作中具有較好的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：核電；初設(shè)；斷層；能動(dòng)性；調(diào)查思路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.065

1 前言

對于核電工程或其他大型重點(diǎn)工程，在前期廠址地震安全性評價(jià)針對區(qū)域及近區(qū)域地震地質(zhì)已經(jīng)做了充分調(diào)查，判定了區(qū)域和近區(qū)域的發(fā)震構(gòu)造，評價(jià)了廠址發(fā)生地震的可能性和提供了廠址附近范圍能動(dòng)斷層的檢定結(jié)果。在設(shè)計(jì)方案及總平面布置基本確定后，初步設(shè)計(jì)階段勘測工作展開，在該階段對各種軟弱結(jié)構(gòu)面的詳細(xì)查明仍然是一個(gè)工作重點(diǎn)。本文將結(jié)合具體工程來論述對小規(guī)模斷層進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和識別，以及判定對工程的影響。

2 斷層的發(fā)現(xiàn)和識別方法

2.1 斷層泥的年齡測定

Ikeya于1982年提出利用電子自旋共振（ESR）來測定斷層最后一次活動(dòng)時(shí)代，其后廣受地質(zhì)界的關(guān)注，其基本原理為利用自然界的絕緣物質(zhì)，在受到放射性元素的輻射影響后，從而電子躍遷，被能級不同的晶體晶格捕獲并形成順磁中心，這些中心產(chǎn)生的具有特征ESR信號譜線，ESR年齡最終根據(jù)ESR信號強(qiáng)度與晶體吸收的電離輻射劑量的函數(shù)關(guān)系求出。

2.2 線型追索法

一般而言，斷層基本都是沿線型走向，故考慮首先畫一條其推測走向線，沿該線在其可能的傾向一側(cè)布置鉆孔，同時(shí)可在其延伸方向上布置探槽，在查明該點(diǎn)具體位置后，對推測走向線進(jìn)行修正，直到完全查明勘察區(qū)域內(nèi)斷層的分布情況。若該斷層在地表有較好的出露，同時(shí)可結(jié)合工程地質(zhì)測繪。

2.3 小間距鉆探

在查明其走向后，沿其傾向一側(cè)垂直其走向小間距布置幾組標(biāo)準(zhǔn)鉆孔，其目的如下：

（1）能夠直觀的反應(yīng)該斷層的空間展布情況，對后期地基基礎(chǔ)評價(jià)或邊坡穩(wěn)定性分析有比較充分的依據(jù)。

（2）對鉆孔巖芯進(jìn)行精細(xì)系統(tǒng)的地質(zhì)分層，研究其地質(zhì)演化，判斷其與區(qū)域地質(zhì)的從屬關(guān)系，更好的分析斷層的地質(zhì)情況。

（3）獲得各種物性參數(shù)，如利用該組鉆孔可進(jìn)行相關(guān)物探測試，如跨空波速測試測得其剪切波速、壓縮波速等，選取有代表性的巖芯進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測得其所含角礫巖的物理力學(xué)性質(zhì)等。

2.4 高密度電法

高密度電阻率法，是基于垂向直流測深與電測剖面法的基本原理，自動(dòng)生成各測深點(diǎn)及各剖面層的曲線或整體剖面的圖像。通過觀察和研究剖面圖像從而得出差異電場在空間上的分布特點(diǎn)和分布規(guī)律，查明地下電性不均勻體比如斷層、風(fēng)化帶、巖溶、捕虜體等。

3 各種斷層識別方法的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）電子自旋共振測年（ESR）法在目前的研究中，可以測定幾百年到幾百萬年，幾乎涵蓋了整個(gè)第四紀(jì)。就測年時(shí)間段來說，ESR具有極大的發(fā)展空間。ESR是從通過測定斷層泥中石英顆粒的ESR信號強(qiáng)度來確定斷層的活動(dòng)年齡，故石英顆粒需要具有一個(gè)“復(fù)零”作用，但是自然界中斷層活動(dòng)是復(fù)雜的，實(shí)驗(yàn)室簡單的壓力與熱試驗(yàn)與實(shí)際情況有較大差距，斷層活動(dòng)時(shí)不可能是單一的熱作用或壓力作用。故ESR測年盡管在實(shí)際測試中存在一些問題，但其在理論上完全成立，仍不失為判定斷層年齡的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。

（2）線型追索法在基巖裸露區(qū)能夠較好的進(jìn)行地表斷層追索，對于在有大量第四紀(jì)沉積物覆蓋的區(qū)域，則要求在了解區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造情況的基礎(chǔ)下，結(jié)合鉆探、槽探、物探等手段，并隨時(shí)修正斷層走向推測線以查明斷層在勘察區(qū)域的走向分布情況。

（3）通過一組或幾組小間距鉆探，結(jié)果能夠直觀的反應(yīng)斷層兩盤的的巖性差異以及斷層充填情況，探明其在地下的空間發(fā)育情況，對其進(jìn)行更精確的定位。判斷斷層的活動(dòng)性及其位錯(cuò)情況，包括其位錯(cuò)量、位錯(cuò)序列、年齡等。同時(shí)可利用這些鉆孔布置跨空波速測試等物探工作，利用鉆孔巖芯調(diào)查其工程物理力學(xué)性質(zhì)。

（4）高密度電法通過觀察電性異常體的分布情況，從而準(zhǔn)確的推測出異常體的形態(tài)、規(guī)模、產(chǎn)狀等情況。但是由于地球物理探測具有多解性，有些斷層其充填物與兩盤巖基成分差異不大，故電法剖面情況不明顯；或者盡管電法剖面發(fā)現(xiàn)異常，但未必是斷層，故其需要鉆探結(jié)果加以佐證。

4 本工程小規(guī)模斷層的調(diào)查和分析

本工程為初設(shè)階段核電勘察項(xiàng)目，依據(jù)規(guī)范，勘探鉆孔應(yīng)布置在廠房周邊和中部，勘探點(diǎn)間距宜為10—30米；勘探鉆孔深度：一般性勘探鉆孔宜進(jìn)入基礎(chǔ)底面以下10米，控制性勘探鉆孔深度宜達(dá)到基礎(chǔ)底面以下兩倍廠房直徑。

4.1 前期地震地質(zhì)資料分析研究

由于受局部南北向擠壓作用影響，萊陽群發(fā)生褶皺，形成了近EW向的大辛家背斜和垂直背斜軸的NNE、近SN向的張性裂隙構(gòu)造，沿這些張裂隙侵入了一系列燕山晚期的脈巖。由此奠定了廠址所在區(qū)域的構(gòu)造格架。

4.2 線型追索

在分析利用前期地震地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)由鉆孔揭露的已知斷層位置，調(diào)整增加了一些鉆孔，使其能夠查明斷層在勘察區(qū)域的走向分布。同時(shí)在基礎(chǔ)上逐步布設(shè)一些探槽，對探槽內(nèi)斷層情況進(jìn)行工程地質(zhì)編錄。

沿小規(guī)模斷層可能的走向方向布置探槽，根據(jù)探槽結(jié)果，綜合鉆孔中發(fā)現(xiàn)角礫巖的深度，在勘察區(qū)域內(nèi)斷層的地表位置，該斷層南端走向近S-N向，北端NW350°，傾向W，傾角約65度，推測向南、向北斷層變窄，并且斷層的長度約為210m。小規(guī)模斷層界面彎曲，并可見淺灰色粉末狀黏土物質(zhì)，斷層內(nèi)充填巖體破碎，鉆孔內(nèi)角礫巖大部分巖芯膠結(jié)良好，并可見貫穿角礫巖及膠結(jié)體的方解石細(xì)脈。

4.3 小間距鉆探

該小規(guī)模斷層的長度約為210m。根據(jù)斷裂面理論，斷裂面的延伸長度與深度的比值有一定的范圍限制，所以推測其在傾向方向不會延伸很深。

為查明斷層兩盤的的巖性差異以及斷層充填情況，探明其在地下的空間發(fā)育情況，對其進(jìn)行更精確的定位。在小規(guī)模斷層傾向上布置了3組鉆孔，每組鉆孔3個(gè)，根據(jù)廠址附近地質(zhì)構(gòu)造，多發(fā)育陡傾角，并結(jié)合探槽內(nèi)斷層出露情況，分析計(jì)算該小規(guī)模斷層傾角，從而計(jì)算確定鉆孔間距、鉆探深度，鉆孔連線基本垂直該小規(guī)模斷層走向。根據(jù)鉆孔巖芯精細(xì)劃分地層剖面圖。

4.4 高密度電法分析

沿該小規(guī)模斷層自北向南布置三條高密度電法，大致呈現(xiàn)上低下高層狀分布的特點(diǎn)，這是由于上部地層風(fēng)化相對較嚴(yán)重、巖體較破碎、含水率較高，表現(xiàn)為電阻率值較低，而隨著深度的增加巖體風(fēng)化程度降低、含水率降低，電阻率逐漸增大。

4.5 斷層能動(dòng)性分析、判定

根據(jù)前期安評地震地質(zhì)資料，廠址附近范圍內(nèi)斷層最晚在中更新世活動(dòng)過，沒有晚更新世以來的活動(dòng)斷層。斷層內(nèi)有方解石細(xì)脈貫穿，說明斷層形成于方解石脈之前，符合區(qū)域構(gòu)造背景，故推斷該小斷層形成至少不晚于第四紀(jì)。根據(jù)斷層泥ESR（電子自旋共振）測年結(jié)果，該小斷層15萬年來未發(fā)生活動(dòng)。

綜合判定該斷層年代久遠(yuǎn)，為非能動(dòng)斷層。

4.6 小規(guī)模斷層對擬建建筑的影響分析

該斷層形成于第四紀(jì)之前，規(guī)模很??；斷層內(nèi)充填角礫巖膠結(jié)，根據(jù)室內(nèi)巖塊試驗(yàn)結(jié)果、波速測試結(jié)果，判定其承載能力足以滿足上部荷載的要求；該斷層傾角為65°左右，均為陡傾角的結(jié)構(gòu)面，因此斷層、節(jié)理以及它們的組合均不會形成連續(xù)的緩傾的軟弱結(jié)構(gòu)面，不會造成地基的傾覆與滑動(dòng)，因此不會對地基的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

同時(shí)由于其規(guī)模不大，在整個(gè)地基中所占的比例很小，承載力滿足上部荷載要求，波速測試結(jié)果大于1100m/s，所以從整體上不會影響廠房地基的均勻性。

5 結(jié)束語

斷層的識別和判斷是核電廠地震地質(zhì)工作中的一個(gè)重要課題，本文分析了核電勘察初設(shè)階段對新發(fā)現(xiàn)的小規(guī)模斷層的識別、判定方法及其優(yōu)缺點(diǎn)，并運(yùn)用這些方法對某核電初設(shè)階段下覆小斷層性質(zhì)和特征進(jìn)行確定，并分析判定為非能動(dòng)斷層，最終成果滿足規(guī)范要求，為總平面布置方案的最終確定提供了條件。

總的來說，對斷層的采取多種方法進(jìn)行綜合分析研究，相互對比驗(yàn)證，系統(tǒng)地對斷層的性質(zhì)和特性進(jìn)行評價(jià)，這對斷層的研究工作具有重要的意義。

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