朔州市師范學(xué)校工程場(chǎng)地地震地質(zhì)條件分析

田亞軍

摘要：朔州市師范學(xué)校位于大同斷陷盆地次級(jí)構(gòu)造單元朔州凹陷內(nèi)，第四紀(jì)以來朔州凹陷沉降速率有逐漸增大趨勢(shì)，是大同盆地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈的構(gòu)造單元之一。為查明目標(biāo)場(chǎng)地內(nèi)第四紀(jì)隱伏斷裂發(fā)育情況及場(chǎng)地地震地質(zhì)條件情況，基于高密度電法、鉆孔聯(lián)合剖面及原位剪切波速測(cè)試方法，對(duì)目標(biāo)場(chǎng)地進(jìn)行了工程地震地質(zhì)條件勘察，勘察結(jié)果表明，目標(biāo)場(chǎng)地內(nèi)無第四紀(jì)隱伏斷裂發(fā)育;目標(biāo)場(chǎng)地場(chǎng)地土類型為中軟土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類;未來在遭遇抗震設(shè)防烈度Ⅶ度地震影響時(shí)，目標(biāo)場(chǎng)地不具備產(chǎn)生地震砂土液化、地表錯(cuò)動(dòng)、震陷、崩塌及滑坡地震地質(zhì)災(zāi)害的條件。研究成果可為巖土勘察設(shè)計(jì)及國(guó)土資源規(guī)劃提供基礎(chǔ)資料，同時(shí)可為朔州凹陷盆地其他新建工程提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：朔州盆地;地震地質(zhì)條件;高密度電法;鉆孔聯(lián)合剖面

中圖分類號(hào)P642;P65文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

0引言

朔州市師范學(xué)校新建工程位于朔州市開發(fā)區(qū)北端，場(chǎng)地東側(cè)為文遠(yuǎn)路，西側(cè)為開發(fā)北路，南端為長(zhǎng)寧東街，北側(cè)為大運(yùn)公路。工程場(chǎng)地中心地理坐標(biāo)為：北緯39°03′23″，東經(jīng)112°18′03″。項(xiàng)目擬新建主辦公樓、圖書館及藝術(shù)中心各1幢，其中主辦公樓規(guī)劃地下1層，地上16層，建筑平面尺寸長(zhǎng)197m、寬28m，建筑高度為66.7m，總建筑面積為74150.16㎡;圖書館規(guī)劃擬建5層，建筑平面尺寸長(zhǎng)94.3m、寬46.5m，總建筑面積為11399㎡;藝術(shù)中心規(guī)劃擬建4層，建筑平面尺寸長(zhǎng)86m，寬60m，總建筑面積為9035㎡。三幢建筑物均采用框架結(jié)構(gòu)。作者基于高密度電法勘探和鉆探方法，結(jié)合原位測(cè)試及土動(dòng)力學(xué)測(cè)試等有效技術(shù)手段對(duì)擬建工程場(chǎng)地的地震地質(zhì)條件進(jìn)行了勘察分析，對(duì)場(chǎng)地所處的地震地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境條件進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

擬建工程場(chǎng)地位于大同盆地次級(jí)構(gòu)造單元朔州淺凹陷盆地內(nèi)，大同盆地長(zhǎng)225km，寬60km，受邊界斷裂控制，大同盆地形成一較寬闊且對(duì)稱的地塹，盆地內(nèi)部同時(shí)被不同方向的活動(dòng)斷裂解體成多個(gè)次級(jí)凹陷構(gòu)造單元。自有歷史資料記載以來，大同盆地共發(fā)生過5級(jí)以上地震13次，其中6～6?級(jí)地震3次，分別為1022年大同-應(yīng)縣間6?級(jí)地震、1305年懷仁6?級(jí)地震及1989年大同-陽高6.1級(jí)地震[1-2]。工程場(chǎng)地所在的朔州淺凹陷屬大同斷陷盆地最西南部的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，凹陷總體走向NNE，它以馬邑—神武斷裂與東部山陰深凹陷相隔，北部和西北部邊界分別由神頭斷裂和管涔山山前斷裂所控制。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，沿神頭斷裂發(fā)育三個(gè)構(gòu)造牽引成因的小凹陷，分別為下磨溝凹陷、沙澗凹陷、張家口凹陷，其中沙澗凹陷基巖埋深360.0m，下磨溝凹陷和張家口凹陷基巖埋深分別為304.0m和300.0m。據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露，朔州凹陷基底埋深總體表現(xiàn)為西厚東薄，北厚南薄，新生界厚度一般為180～200.0m，其中上新統(tǒng)平均厚度40.0m，下更新統(tǒng)厚度110.0m，中更新統(tǒng)厚度52.0m，上更新統(tǒng)厚度32.0m，由此推算可知，第四紀(jì)早更新世以來朔州凹陷沉降速率為0.07mm/a，中更新世以來沉降速率為0.08mm/a，晚更新世以來沉降速率為0.38mm/a[3-5]。綜合分析認(rèn)為第四紀(jì)以來朔州凹陷沉降速率有逐漸增大趨勢(shì)，這與整個(gè)大同斷陷的沉降趨勢(shì)相一致，是大同盆地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈的構(gòu)造單元之一。

2區(qū)域第四系地層特征

朔州市地處桑干河流域沖積平原，北、西、南三面環(huán)山。結(jié)合地形地貌、地層巖性特征，可將朔州市區(qū)劃分為沖洪積傾斜平原區(qū)和沖積平原區(qū)2個(gè)一級(jí)地質(zhì)單元[3-5]：

（一）Ⅰ沖洪積傾斜平原區(qū)

主要分布于朔州市區(qū)北、西兩側(cè)山前，總體地勢(shì)北高南低、西高東低，地形相對(duì)平緩、開闊，地面坡度介于3～15°，地面海拔高程介于1090m～1140m。區(qū)內(nèi)地表所覆蓋的第四系松散堆積物主要為上更新統(tǒng)（Qp3）沖洪積物，其中上部0～40m為第四系上更新統(tǒng)（Qp3）粉土、粉質(zhì)粘土層，其下為中更新統(tǒng)（Qp2） 及下更新統(tǒng)（Qp1）粉質(zhì)粘土、中粗砂、卵石層，卵礫石分選差，磨圓度較差。該區(qū)由北向南、由西向東細(xì)粒土逐漸增厚，而中粗砂、卵石層逐漸變薄，卵石磨圓度逐漸變好，局部具極粗糙的斜交層理，有時(shí)夾有透鏡體和條帶狀的細(xì)粒碎屑和粘土混合體。

（二）Ⅱ沖積平原區(qū)

主要分布于朔州盆地中心桑干河、七里河及恢河流域，地勢(shì)平坦，地形開闊，地面坡度介于1～3°，地面海拔高程1060m～1100m。區(qū)內(nèi)地表所覆蓋的第四系松散堆積物主要為第四系全新統(tǒng)（Qh）沖積物，層厚0～16m，巖性以粉土、粉質(zhì)粘土、砂礫石層為主，其下為上更新統(tǒng)（Qp3）及中更新統(tǒng)（Qp2）粉質(zhì)粘土、粉土、中粗砂、卵石層，卵石磨圓度中等，母巖成份以石英巖、砂巖為主。其中上更新統(tǒng)地層厚度約0～30m。

3目標(biāo)場(chǎng)地地震地質(zhì)條件分析

目標(biāo)場(chǎng)地地震地質(zhì)條件分析是指基于地質(zhì)鉆孔勘探、地球物理勘探、原位測(cè)試及土工測(cè)試方法對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行工程地震條件勘察，確定工程場(chǎng)地內(nèi)是否發(fā)育隱伏斷裂，是否具有產(chǎn)生砂土液化、地裂、滑坡、崩塌等地震地質(zhì)災(zāi)害的條件，并對(duì)工程場(chǎng)地未來在遭遇地震基本烈度地震影響時(shí)可能產(chǎn)生的地震地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

3.1 工程場(chǎng)地高密度電阻率法探測(cè)

3.1.1電阻率CT測(cè)線布設(shè)

高密度電阻率法是隱伏斷裂探測(cè)的有效手段[6-8]，本次物探主要目的是利用電阻率CT法來探測(cè)工程場(chǎng)地內(nèi)地層巖性界面是否連續(xù)，是否有隱伏斷裂通過。根據(jù)地震地質(zhì)調(diào)查，在近場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)的斷裂大多為近東-西走向，因此測(cè)線布設(shè)為南-北向與西-東向。本次在場(chǎng)地內(nèi)共布設(shè)電阻率CT測(cè)線2條。測(cè)線布設(shè)參數(shù)見表1，工程場(chǎng)地測(cè)線布設(shè)位置見圖1。

3.1.2電阻率CT探測(cè)結(jié)果分析

①測(cè)線A～A解釋

該測(cè)線位于場(chǎng)地北部，起始測(cè)點(diǎn)在西，從測(cè)線A～A（圖2）可以看出，反演后的電阻率CT剖面在水平方向電阻率變化不大，垂直方向稍有變化，垂直大致可分為二層：

第一層，高阻層，在地下深約12.4m以上，阻值66.8～143Ω·m，上部土層由于含水率和密實(shí)度不同，電阻率曲線略有起伏，該層低部電阻率曲線近于水平分布。

第二層，低阻層，阻值10.5～66.8Ω·m，電阻率曲線連續(xù)且呈水平層狀分布。

②測(cè)線B～B解釋

該測(cè)線位于場(chǎng)地東部，起始測(cè)點(diǎn)在北，從測(cè)線B～B（圖3）可以看出，反演后的電阻率CT剖面在水平方向電阻率變化不大，垂直方向稍有變化。垂直大致可分為二層：

第一層，高阻層，在地下深約12.4m以上，阻值70.8～141.3Ω·m，上部土層由于含水率和密實(shí)度不同，電阻率曲線略有起伏，該層低部電阻率曲線近于水平分布。

第二層，低租層，阻值12.3～70.8Ω·m，電阻率曲線連續(xù)且呈近水平層狀分布。

綜合分析;從上述剖面整體上看，電阻率曲線呈水平狀分布，穩(wěn)定連續(xù)，這主要是由于工程場(chǎng)地涉及沖洪積物，場(chǎng)地物性介質(zhì)變化不大，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及鉆孔揭露，場(chǎng)地松散層由第四系全新統(tǒng)雜填土、上更新統(tǒng)粉土、中更新統(tǒng)粉質(zhì)粘土組成。根據(jù)上述地層對(duì)比分析，場(chǎng)地在探測(cè)深度范圍內(nèi)，第四系上部地層連續(xù)穩(wěn)定，場(chǎng)地地層呈水平狀分布，無異?，F(xiàn)象?？梢酝茢鄨?chǎng)地內(nèi)無隱伏斷裂發(fā)育。

3.2 工程場(chǎng)地地質(zhì)鉆孔剖面勘察

鉆孔聯(lián)合剖面是隱伏斷裂探測(cè)的有效手段[9-10]，為了進(jìn)一步與物探剖面進(jìn)行比對(duì)分析，在工程場(chǎng)地內(nèi)布設(shè)2個(gè)地質(zhì)鉆孔聯(lián)合剖面，剖面布置圖見圖1，剖面地層巖性見圖4、圖5。

綜合兩個(gè)鉆孔剖面所揭示的地層，本工程場(chǎng)地第四系地層巖性由上至下可劃分為7層：

（1）第四系上更新統(tǒng)（Qp3）

①粉土（Qp3）：淺黃色，稍濕，稍密，含云母、氧化鐵，局部夾粉砂，搖振反應(yīng)迅速，無光澤，干強(qiáng)度低，韌性低，層底埋深20.3～21.7m。

②粉土（Qp3）：褐黃色，中密，稍濕，含云母、氧化鐵，局部夾粉砂，搖振反應(yīng)中等，無光澤，干強(qiáng)度低，韌性低，層底埋深34.1～36.2m。

③粉細(xì)砂（Qp3）：褐黃色， 飽和，密實(shí)，礦物成份以石英、長(zhǎng)石為主，顆粒級(jí)配較差，層底深度35.9～37.8m。。

④粉土（Qp3）：褐黃色，中密，稍濕，含云母、氧化鐵，局部夾粉砂，搖振反應(yīng)中等，無光澤，干強(qiáng)度低，韌性低，層底埋深44.7～48.4m。

（2）第四系中更新統(tǒng)（Qp2）

⑤粉質(zhì)粘土（Qp2）：棕褐色，可塑，稍濕，含云母、氧化鐵，少量姜石、切面光滑，局部夾有薄層粉土、卵石層，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，層底埋深52.6～56.4m。

⑥中粗砂（Qp2）：褐黃色， 飽和，密實(shí)，礦物成份以石英、長(zhǎng)石為主，顆粒級(jí)配較差，層底深度54.1～58.8m。。

⑦粉質(zhì)粘土（Qp2）：棕褐色，硬塑，稍濕，含云母、氧化鐵，少量姜石、切面光滑，局部夾有薄層粉土、卵石層，無搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度高，韌性高，揭露埋深80.0m。

3.3地下水位

據(jù)工程場(chǎng)地地震鉆孔資料，場(chǎng)地地下水位埋深在41.0～42.0m之間，場(chǎng)地地下水類型為新生界松散巖類孔隙淺水。

3.4場(chǎng)地土類型與建筑場(chǎng)地類別

（1）場(chǎng)地土類型

對(duì)所有鉆孔進(jìn)行了原位剪切波速測(cè)試，測(cè)試間距2m，按照?qǐng)龅氐卣疸@孔土層等效剪切波速測(cè)試結(jié)果，計(jì)算出0～20.0m深度土層等效剪切波速值，見表2，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011—2010）第4.1.3條的規(guī)定，判定本工程場(chǎng)地場(chǎng)地土類型為中軟土。

（2）建筑場(chǎng)地類別

據(jù)場(chǎng)地地震鉆孔土層剪切波速測(cè)試結(jié)果，場(chǎng)地覆蓋層厚度為60.0～62.0m，依據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.1.6條規(guī)定，確定本工程建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

3.5工程場(chǎng)地地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)

（1）砂土液化

工程場(chǎng)地處于沖洪積傾斜平原區(qū)，地下水位埋深介于41.0～42.0m，場(chǎng)地地表無全新統(tǒng)粉土、粉細(xì)砂層發(fā)育，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.3條的規(guī)定，判定工程場(chǎng)地不會(huì)產(chǎn)生地震砂土液化現(xiàn)象。

（2）地震震陷

由場(chǎng)地地質(zhì)鉆孔分析，工程場(chǎng)地地下0～80m無軟土層分布;場(chǎng)地等效剪切波速大于地震震陷臨界等效剪切波速90m/s。依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021—2001）第5.7.11條補(bǔ)充規(guī)定，未來在遭遇地震基本烈度Ⅶ度地震影響時(shí)，可不考慮地震震陷對(duì)場(chǎng)地的影響。

（3）地震滑坡及地震崩塌

工程場(chǎng)地內(nèi)地形平坦，地形開闊，最大高差2.0m，無地貌陡坎及凌空面分布，場(chǎng)地未來在遭遇地震基本烈度Ⅶ度地震影響時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生地震滑坡與崩塌地質(zhì)災(zāi)害。

4結(jié)論

（1）工程場(chǎng)地位于大同斷陷盆地次級(jí)構(gòu)造單元朔州凹陷內(nèi)，第四紀(jì)以來朔州凹陷沉降速率有逐漸增大趨勢(shì)，是大同盆地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈的構(gòu)造單元之一。

（2）綜合高密度電法及鉆孔聯(lián)合剖面方法對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行地震地質(zhì)條件勘察，勘察結(jié)果表明場(chǎng)地在探測(cè)深度范圍內(nèi)，第四系上部地層連續(xù)穩(wěn)定，場(chǎng)地內(nèi)無第四紀(jì)隱伏斷裂發(fā)育。

（3）對(duì)場(chǎng)地內(nèi)地質(zhì)鉆孔進(jìn)行原位剪切波速測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，目標(biāo)場(chǎng)地場(chǎng)地土類型為中軟土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類。

（4）本次勘察表明目標(biāo)未來在遭遇地震基本烈度Ⅶ度影響時(shí)，場(chǎng)地不具備產(chǎn)生地震砂土液化、地表錯(cuò)動(dòng)、震陷、崩塌及滑坡地震地質(zhì)災(zāi)害的條件。

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