六安城區(qū)地震工程地質分區(qū)研究

解惠婷,曹均鋒,馮偉棟,彭劉亞

（安徽省地震局,合肥 230031）

0 引言

六安市隸屬于安徽省,歷史上曾發(fā)生多次中強震,1970年以來多次被中國地震局劃分為重點監(jiān)測防御區(qū),地震風險水平較高[1];同時,六安城區(qū)建設飛速發(fā)展,隨著重要建筑設施和生命線工程不斷增加,地震造成的潛在的影響和風險也在相應增加。為了切實提高六安城區(qū)的震害防御能力,保護人民群眾生命財產安全,六安市地震小區(qū)劃項目勢在必行。根據《六安市城市總體規(guī)劃》（2008-2030）及項目相關要求,六安市地震小區(qū)劃項目確定了北至滬蓉（陜）高速,南至寧西鐵路,東到三元河,西到商景高速,總面積約120平方公里的研究范圍。

工程地質分區(qū)是六安地震小區(qū)劃項目的重要內容之一,它圍繞區(qū)劃范圍,在充分利用現(xiàn)有的資料和現(xiàn)場探勘的基礎上,對場地的地震構造、地形地貌、水文地質、地層巖性等進行勘察和分析[2-4],劃分場地類別,綜合分析各個影響因素,對工程地質分區(qū)開展研究。該研究成果是區(qū)劃場地地震反應分析和地震地質災害評價的重要參考依據[5-6]。

1 六安市地震地質概況

1.1 地震構造及地震活動性

六安城區(qū)在大地構造上屬于華北斷塊區(qū)的江淮臺隆,地質構造復雜[7-8]。新生代以來表現(xiàn)出以垂直升降運動為主,同時具有水平運動的活動特點,形成多級性的層狀地貌景觀。斷裂構造比較發(fā)育,主要有7條斷裂,有多條互相交匯,其中北東向落兒嶺—土地嶺斷裂為晚更新世活動斷裂,活動性較強。

1970年以前,近場區(qū)共發(fā)生3次5～6級破壞性地震,發(fā)震位置主要在晚更新世活走向的斷裂交匯部位,最大為1652年3月霍山東北M6級地震,對城區(qū)產生Ⅵ～Ⅶ度影響[9]。1970年區(qū)域地震臺網建立以來,共記錄到M≥1.0級地震401次,其中M2.0～2.9級地震82次,M3.0～3.9級地震17次,M4.0～4.6級地震2次,最大地震是2014年4月20日M4.3級地震。地震頻次和強度均較高,地震活動增強,發(fā)震位置主要在落兒嶺—土地嶺斷裂附近或兩組不同走向構造交匯部位（圖1）。

落兒嶺—土地嶺斷裂為區(qū)域性斷裂霍山—羅田斷裂北段的主要分支,該斷裂附近具備發(fā)生6級左右地震的構造背景,距離六安市區(qū)最近僅約20 km,未來一旦發(fā)生強震,將對六安市的地震安全產生較大影響并直接影響到地震危險性分析的結果。

圖1 區(qū)劃場地附近地震構造圖簡圖Fig.1 Schematic diagram of seismic structure map near the zoning site

空間位置上,如圖1所示,F4（六安—合肥斷裂）和F7（六安—火星廟斷裂）兩條前第四紀斷裂和F6（十五里小廟斷裂）早中更新世斷裂均從區(qū)劃場地內通過,而晚更新世活動斷裂F1(落兒嶺—土地嶺斷裂)位于區(qū)劃場地的南邊,距區(qū)劃場地最近的距離僅約20 km。

1.2 地形地貌

六安城區(qū)位于合肥盆地西部,大別山北麓。地貌單元屬江淮波狀平原。由于受到垂直升降運動的控制,地勢由南向北呈階梯式跌落,最大高差約30 m。江淮波狀平原地貌進一步可細分為沖積平原、淺丘狀平原和低丘（圖2）。

(1)沖積平原：主要分布于淠河及支流兩側的河漫灘及河流階地,高差一般小于10m,微向河床和下游傾斜,主要由亞粘土、亞砂土、砂礫石層組成。

(2)波狀平原：主要分布于淠河及支流沿岸地區(qū)及江淮分水嶺兩側,相對高差20～30 m,崗沖相間,波狀起伏,有少量低丘分布于其中,地表主要由粘土、亞粘土組成,基巖主要由較軟—堅硬的上太古代、元古代變質巖、中生代花崗巖,侏羅—白堊系較堅硬的砂巖、礫巖和火山碎屑巖等組成。

(3)低丘：場地中南部有較大范圍分布,相對高差30～50 m,主要為侏羅—第三系砂礫巖、砂巖等。

地形地貌的自然分區(qū)是工程地質分區(qū)的重要參考因素之一。

圖2 場地地形地貌立體簡圖Fig.2 The stereogram of site topography

1.3 水文地質

地下水的賦存情況不僅決定場地的工程特性,也是決定場地使用的重要條件[10]。其形成和分布受巖性、構造、地貌等多種因素的影響。小區(qū)劃場地內地下水類型主要有松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙水兩種基本類型[11]。

松散巖類孔隙水主要分布在淠河等河流沿岸兩側,含水層巖性主要是第四系全新統(tǒng)的分選性較好的砂礫層、中粗砂、粉細砂及亞砂土、亞粘土,厚度多為5～20 m。含水層透水性較好,容易接受大氣降水的補給,單井出水量100～1000 m3/d。波狀平原水量貧乏,單井出水量30 m3/d;河谷沖積平原水質較好,HCO3-Na-Ca型,礦化度小于1 g/ L。

碎屑巖類孔隙水主要分布于第四系之下,局部少量露頭,含水巖組主要由第三系、侏羅系的礫巖、砂巖、泥巖組成,富水程度貧乏,構造破碎帶富水稍強,單井涌水量10～100 m3/d水質HCO3-Na-Ca型,礦化度小于1 g/ L。

2 場地工程地質條件

2.1 地層概況

根據現(xiàn)場鉆孔勘探,揭示的地層主要特征如下：

(1)全新世地層

①雜填土：灰黃～灰黑雜色,濕,主要由砂礫、卵石及粉質粘土組成,含有植物根系,結構松散。該層廣泛分布于低丘平原地貌單元內,最大層厚達到1.9 m。

②粉質粘土：灰黃～灰色,夾有灰白色斑塊,含鐵錳質薄膜及斑塊,可塑～可塑偏軟狀態(tài)。該層有部分鉆孔有揭露,該區(qū)最大層厚可達2.0 m左右。在河道兩岸土層中部分鉆孔揭露灰黃、褐黃色,夾薄層粉土和細砂,濕,可塑狀態(tài)。

③圓礫（角礫）：灰黃～褐黃色,以礫石、卵石為主,次為中粗砂。砂、礫、卵石成份主要為長石、石英,巖屑等。該層在該區(qū)有部分鉆孔有揭露,最大層厚18.64 m。

④卵石（碎石）：灰黃～灰白色,由碎石、卵石、中粗砂、粉土及少量粘性土組成。該層在該區(qū)有部分鉆孔有揭露,最大層厚17.0 m。

⑤粘土：灰黃～褐黃色,含鐵錳質結核,核徑1～3 mm,硬塑～堅硬狀態(tài)。3～4 m含鐵錳質結核較多。該層在河流沿岸有分布,最大層厚8.1 m。

⑥中粗砂：灰黃色,以粗粒為主,中、細粒次之,成分主要為石英、長石,少量云母,飽和,稍密～中密。該層在該區(qū)的部分鉆孔中有揭示,最大層厚11.4 m。

⑦粉土：灰黃、黃褐色,以粉土為主,粉質粘土為次,夾薄層細砂,很濕,稍密。該層在該區(qū)的部分鉆孔有分布,最大層厚3.5 m。

(2)上更新世地層

①粉質粘土：灰黃～褐黃色,夾灰白色條紋,濕,含有鐵錳質薄膜及斑點,可塑～硬塑狀態(tài)。該層在部分鉆孔有分布,最大層厚8.7 m。

②粘土;灰黃～褐黃色,含鐵錳質結核,核徑1～3 mm,硬塑～堅硬狀態(tài)。該層在部分鉆孔有分布,最大層厚13.7 m。

(3)基巖：主要為砂礫巖、砂巖、泥質砂巖。

總體來說,場地地層分布南北區(qū)域性存在一定差異,特別是沉積厚度局部差異大,靠近丘陵及其附近地區(qū)較薄,在淠河沿岸及支流河谷附近較厚,其中場地北部第四系沉積厚度最大,最高達32 m。

2.2 場地類別劃分

根據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）中場地類別劃分標準,建筑物的場地類別應根據土層等效剪切波速和場地覆蓋層厚度劃分（表1）。

根據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）中土層等效剪切波速的計算公式,對場地120個鉆孔的土層等效剪切波速進行計算和統(tǒng)計,其大小在150～352 m/s之間。場地剪切波速≥ 500 m/s的層位處于基巖強風化層中或全風化層的底部。

圖3為區(qū)劃場地覆蓋層等厚線圖。從圖中可知,區(qū)劃場地南部以及西南部地貌主要為淺丘狀平原以及低丘,覆蓋層厚度相對較薄,普遍低于20 m;北部及淠河沿岸的地貌主要為漫灘、階地及沖積平原,覆蓋層厚度相對較厚,多數(shù)超過20m。依據表1中場地類別劃分依據,結合各控制性鉆孔土層等效剪切波速和覆蓋層厚度結果,對各個鉆孔的場地類別進行判定。根據鉆孔的場地類別劃分結果,并參考地形、地貌、水文地質、1:20萬地質圖及等高線資料,進行了場地類別分區(qū)。本場地以II類場地為主,但II類場地的覆蓋層厚度也有所不同,南部地區(qū)和西南部地區(qū)覆蓋層較薄,多低于20 m,本次以覆蓋層厚度20 m為界,又將II類場地劃分為厚覆蓋層區(qū)和薄覆蓋層區(qū)。具體分區(qū)見圖4。

表1 場地類別劃分依據Table 1 The basis of site classification

圖3 區(qū)劃場地覆蓋層等厚線圖Fig.3 Overlay contour map in the zoning site

圖4 場地類別劃分圖Fig.4 Classification map of the site

3 工程地質分區(qū)

工程地質分區(qū)主要是用來反映較大區(qū)域內工程地質條件的相似性和差異性,依據鉆孔揭示的土層分布特征和場地類別分區(qū)結果,并結合場地的地震構造、地形地貌、水文地質等因素,綜合考慮,進行場地的工程地質分區(qū)。該區(qū)劃場地被分為三個工程地質區(qū)：剝蝕侵蝕低丘坡積洪積粘性土、基巖分布區(qū),沖積淺丘狀平原粘性土分布區(qū)和沖積淠河漫灘,階地—支流河谷平原軟土、粘性土分布區(qū),三個分布區(qū)的地下水特征、第四系覆蓋層厚度以及地貌成因都有明顯的區(qū)別,具體分區(qū)情況見圖5,工程地質分區(qū)特征見表2。

圖5 場地工程地質分區(qū)圖Fig.5 The engineering geological zoning of the site

3.1 侵蝕剝蝕低丘坡積洪積粘性土、基巖分布區(qū)（R）

主要分布于區(qū)劃場地的中南部,相對高差30～50 m;本區(qū)覆蓋層較薄,厚度多在10 m以內,場地類別屬于II類薄覆蓋區(qū),主要由坡麓相和沖洪積相的填土、粘土等粘性土組成,下伏基巖多為侏羅—第三系砂礫巖、砂巖等。地下水類型為碎屑巖類孔隙水,富水程度匱乏。

3.2 沖積淺丘狀平原粘性土分布區(qū)（A）

主要分布于區(qū)劃場地的南部、西部的淠河及支流沿岸地區(qū)兩側,相對高差20～30 m;崗沖相間,波狀起伏;覆蓋層多在10～20 m之間,場地類別屬于II類場地薄覆蓋區(qū),地表主要由粘土、亞粘土組成,基巖主要由較軟—堅硬的上太古代、元古代變質巖、中生代花崗巖,侏羅—白堊系較堅硬的砂巖、礫巖和火山碎屑巖等組成。地下水以松散巖類孔隙水為主,水量貧乏。

3.3 沖積淠河漫灘、階地—支流河谷平原軟土、粘性土分布區(qū)（B）

主要分布于淠河及支流兩側沿岸和場地北部,地貌上屬于河漫灘、階地及沖積平原,高差一般小于10 m,微向河床和下游傾斜,本區(qū)覆蓋層較厚,厚度普遍高于20 m,場地類別屬于II類場地厚覆蓋區(qū),主要由亞粘土、亞砂土、砂礫石層等全新世地層組成,下伏基巖多為侏羅—第三系砂礫巖、砂巖等。地下水以上層滯水,松散巖類孔隙水為主,第四系孔隙水含量豐富,含水層透水性較好,容易接受大氣降水的補給。

表2 工程地質分區(qū)特征簡表Table 2 Summary of characteristics of engineering geological zoning

4 結論

該工作綜合現(xiàn)場勘查、資料搜集、室內分析等手段,產出了六安區(qū)劃場地工程地質分區(qū)圖、場地類別劃分圖等一系列成果資料及圖件,簡述如下：

(1) 參考地形地貌特征、結合土層性質,土層分布等,將區(qū)劃場地分為三個工程地質區(qū),分別為：剝蝕侵蝕低丘坡積洪積粘性土、基巖分布區(qū)、沖積淺丘狀平原粘性土分布區(qū)和沖積淠河漫灘、階地-支流河谷平原軟土、粘性土分布區(qū)。

(2) 該區(qū)劃場地的場地類別為II類,根據覆蓋層厚度又分為II類場地薄覆蓋區(qū)和II類場地厚覆蓋區(qū)。

該項工作成果為下一步場地地震動參數(shù)確定及地震地質災害評價提供了基礎資料和參考依據。