叠加断裂作用原理在厦门地区断裂稳定性分析中的应用_谢含华.pdf

第 44 卷 第 2 期 煤田地质与勘探 Vol. 44 No.2 2016 年 4 月 COAL GEOLOGY 2. Fujian Key Laboratory of Geohazard Preνention, Fuzhou 350002, China; 3. Fujian Xiamen Institute of Geological Inνestigation, Xiamen 361008, China Abstract Based on convincing demonstration of modern regional geological tectonic stress field in Xiamen area, with the application of superimposed fault principle, the fault stability in Xiamen area was analyzed. The fault stabil- ity can be divided into the following four types stable, basically stable, relatively stable and unstable. Finally, using comprehensive technical means, including ground investigation, geophysical prospecting and exploration to determine the location of fault zones, fault gouge samples were collected from the typical NW-trend and NE-trend faults in Xiamen area, the fault gouge dating results of a variety of rock, including SEM, TL and ESR, showed that these faults had multiple activities during Quaternary under action of the regional tectonic stress field. It is confirmed that the ap- plication of superimposed fault principle in analysis of fault stability in Xiamen area is feasible. Key words fault; superimposed fault principle; stability; type; application 实践表明，区域地壳的稳定与否对城市安全运 行有重要影响，对厦门地区断裂进行稳定性分析， 可为城市规划布局、工程建设和防护提供基础地质 依据。 断裂化地质体，在构造应力或工程荷载作用下 沿已有断裂发生形变和位错的现象称叠加断裂。厦 门地区的地质构造主要受断块造山作用，构造形迹 表现为断裂为主，其形成时代绝大多数属于中生代 晚侏罗世早白垩世。分析叠加断裂作用，可以 判断出在地壳现代应力条件下哪一个走向断裂最 容易发生形变和滑动[1]。第四纪活动断裂和地面地 震断层，大多数是近代叠加断裂作用结果，因此叠 加断裂作用的研究与应用有其重要现实意义。 1 厦门地区区域现代构造应力场 现代构造应力场对叠加断裂作用分析最具实际 意义。厦门地区地史上曾经历过三期构造应力场。 第一期构造应力场出现于三叠纪侏罗纪。第二期 ChaoXing 86 煤田地质与勘探 第 44 卷 构造应力场出现于白垩纪古近纪。第三期为现代 构造应力场主要发生于第四纪。 对厦门及其邻区的现代构造应力场特征前人做了 大量的、卓有成效的研究工作[2-13]，这为本次研究和 确定厦门地区的现代区域应力场提供了丰富的资料。 这些对现代构造应力场的研究结果彼此颇为近 似，尤其是涉及闽南地区的构造应力场的方位，多 数确认 NWWSEE 主压应力轴代表闽南地区现代 构造应力场的基本应力方向。因此，厦门地区现代 区域构造应力场的取向选 NWWSEE 向的中值， 即 NWW285SEE105比较合理。 2 断裂稳定类型划分 根据叠加断裂作用原理，主压力与断裂走向夹 角的不同对断裂的稳定性有重大影响。大致可划分 为Ⅰ稳定型断裂α1010，α27190；Ⅱ基 本稳定型断裂α11124， α25170； Ⅲ次稳定、 不稳定型断裂α1, 22550。 厦门地区现代区域构造应力场主应力方向为 NWW285SEE105，因此走向为 NW310335 和 NE5580的断裂， 在现代区域构造应力场作用 下，最易发生形变和滑动，属于次稳定、不稳定型 断裂图 1。 图 1 厦门地区主要断裂叠加断裂角类型分布图 Fig.1 The distribution of superimposed faulting angle types of main faults in Xiamen area 3 叠加断裂作用的例证 断裂带中断层泥的测年资料可以反映断裂最近 一次活动的时间。为了取得断层泥测试样品需确定 断裂带的位置并通过钻孔验证，进而采样进行岩矿 鉴定。 断裂的调查必须遵循从已知到未知的调查程 序。从与覆盖区相毗邻的基岩区的断裂构造调查入 手，搞清基岩区断裂构造的产状、规模、性质等特 征，为覆盖区断裂构造追索提供依据。实践证明厦 门地区采用浅层地震和可控音频大地电磁测深两种 物探方法效果较好。前者能较好反应较浅部松散岩 层中存在的断裂构造异常，后者则可揭示较深部岩 层中存在的断裂构造异常。较明显的断裂构造可在 浅层地震和电磁测深两种剖面得到印证，二者起到 互为佐证的效果。在同一隐伏断裂带的追索中， 物探测线的布置，采用由近基岩区及远，逐步扩 展的推进，最终达到整个隐伏断裂带得到有效的 控制[14]。详细完成浅层地震和电磁测深剖面的解 译， 确定物探异常点、 隐伏断裂构造的规模、 产状， 在平面上联接各相邻物探剖面断裂异常点。 选取浅 层地震和电磁测深剖面断裂异常重叠处， 经野外现 场踏勘，确定钻探验证孔位置。钻探验证孔在保证 良好的取心率的情况下，认真详细编录，了解岩 层岩性结构、构造、矿物组合。与断裂有关的蚀 变，裂面性质，构造特征等，确定隐伏断裂存在 的证据。 3.1 北东向断裂例证 筼筼筼筼北东向断裂以港断裂带为例。港断裂 编号 5-15-8大部分为第四系覆盖， 整个断裂带有 6 条大致平行的北东向断裂组成，总体走向 NE60， 区内长度约 12.5 km，两端各向海域延伸，宽度约 3.5 km。 断层编号 5-2 的断裂，走向 NE5560，断层 泥测年结果表 1 显微刻蚀形貌测年ⅠAⅢ 相当 于晚更新世上新世；热释光测年值 41.6355 ka 相当于晚更新世中更新世。 断层编号 5-3 的断裂，走向 NE75，断层泥测 年结果显微刻蚀形貌测年AⅠ Ⅲ 相当于晚更新 世上新世；热释光测年值 255 ka相当于中更新 世；电子自旋共振测年 90 ka相当于晚更新世。 这些测年资料表明，在现代区域构造应力场作 筼筼用下，港断裂在第四纪时期曾有过多次活动。 3.2 北西向断裂例证 北西向断裂， 走向在 NE310335区间的断裂， ChaoXing 第 2 期 谢含华等 叠加断裂作用原理在厦门地区断裂稳定性分析中的应用 87 如棋盘厝、笔山洞、上李、虎仔山、龙山和杏林营 运中心等断裂。这些断裂的断层泥测年资料表 2 显微刻蚀形貌测年ⅠAⅣ 相当于晚更新世中新 表 1 北东向筼筜港断裂带断层泥测年资料 Table 1 The fault gouge dating results of NE-trend fault zone in Yuandang harbor 显微刻蚀形貌测年时代SEM 断层编号 地点 产状 性质 I0IAIBICⅡⅢⅣ 热释光测年值 TL /ka 电子自旋共振测年值 ESR /ka 5-2 建业大厦北 NE55 压扭性 300 5-2 气象台东侧 NE55 压扭性 355 5-2 俩岳村北东侧 NE60 压扭性 303 5-2 仙洞山南侧采石场 NE60 压扭性 41.6 5-2 腐竹厂西南 NE60 压扭性 228 5-3 筼筼港温泉钻孔 压扭性 90 5-3 枋湖大队 NE75 255 5-3 钟宅温泉钻孔 压扭性 注I0 全新世，IA 中更新世，IB 晚更新世，IC 早更新世晚期，Ⅱ早更新世早期，Ⅲ上新世，Ⅳ中新世。热释光测年值加括号者引自闽 南地区城市活动构造与地震资料。 表 2 北西向断裂带断层泥测年资料 Table 2 The fault gouge dating results of NW-trend fault zone 显微刻蚀形貌测年时代SEM 断层名称及地点 产状 性质 I0 IAIBIC ⅡⅢ Ⅳ 热释光测年值 TL/ka 电子自旋共振测 年值ESR/ka 同安区棋盘厝南侧采 石场WXD006 NW330/ SW88∠ 压扭性 鼓浪屿笔山洞 NW335 压扭性 15.3 上李 △文灶 NW325 压扭性左旋 钟宅– 虎仔山 虎仔山西北 NW315 压扭性–张扭性 120 连坂–黄厝 龙山西 NW319 压扭性右旋 –张性 杏林湾营运中心 ZK35025 NW 93 注△表示碎砾上有再生石英晶体 世；电子自旋共振测年为 15.3120 ka相当于晚更 新世。 北西向断裂测年资料也证明，在现代区域构造 应力场作用下， 走向处于 NE310335区间的断裂， 在第四纪时期确实有重新活动。 4 结 论 a. 经充分论证，大多数学者都确认 NWW SEE 为主压应力轴，是代表闽南地区现代构造应力 场的基本应力方向。因此，厦门地区现代区域构造 应 力 场 的 取 向 选 NWW SEE 向 的 中 值 ， 即 ChaoXing 88 煤田地质与勘探 第 44 卷 NWW285SEE105是合理的。 b. 断裂的野外调查，特别是被大片第四系所覆 盖未暴露地表的隐伏断裂，应遵循从已知到未知的 调查程序，从与覆盖区相毗邻的基岩区的断裂构造 调查入手，搞清基岩区断裂构造的产状、规模、性 质等特征，通过合适的物探手段确定断裂的未知， 通过钻探验证，辅以岩矿鉴定可以提供断裂存在的 客观证据。 c. 区域断裂带的稳定性决定了地壳的稳定性。 在厦门新一轮建设中，针对断裂调查，应重点查明 断裂带的空间分布、性质、生成序次和组合特点， 结合断裂带稳定性评价结果，提出相应的规避、防 治措施，指导施工及抗震设防方案的设计，确保各 类工程设施安全。 d. 通过多种断层泥测年资料，进一步证实叠加 断裂作用原理在厦门地区断裂稳定性分析中应用是 可行的。 参考文献 [1] 李兴唐，许兵. 区域地壳稳定性研究理论与方法[M]. 北京 地质出版社，198737–38. 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