（岩土工程专业论文）王哥庄—山东头断裂工程地质性状研究.pdf

国际图书分类号 硕士学位论文 王哥庄一山东头断裂工程地质性状研究 硕士研究生： 导师姓名： 申请学位级别： 学科、专业： 所在单位： 答辩日期： 学位授予单位： 王波 查红佳副教援 堂数壹国王 工程亟 岩王猩 苤王猩堂随 2 q q 昼堡】至且 直岛堡王太堂 青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 断裂带所造成的工程灾害是个极为复杂且具有重大经济意义的课题，如何才 能安全有效的在这类地质环境中进行工程建设并保证其稳定性，一直是广大岩土 工程和工程地质工作者所必须面对的难题。断裂带的缓慢蠕动将引起地面的拉张 变形或不均匀沉降，对地面建筑物产生巨大的破坏作用，断裂带的活动性对城市 市区的区域稳定性及地面变形问题具有重要影响。随着城市建设不断发展，断裂 带内断层岩工程地质性状的研究，成为岩土工程师们比较关注的课题。 本文在广泛查阅、研究国内外及当地有关资料的基础之上，从工程地质力学 观点出发，以青岛王哥庄一山东头断裂为研究对象，主要做了以下几个方面的研 究工作： ( 1 ) 阐述了王哥庄一山东头断裂区域地质构造及地震地质背景，从宏观角度探 讨该断裂的形成、发展过程。 国通过王哥庄一山东头断裂沿线的地貌特征、周边地震活动分布、沿线现代 沉积物特点，以及沿线断层泥活动年龄测定等综合分析判定得出，王哥庄一山东 头断裂自晚更新世以来，构造活动趋向于稳定状态，不具备晚第四纪活动断层的 特征。 ( 3 ) 通过大量的室内试验分析，对王哥庄一山东头断裂带内糜棱岩的物质成份、 结构构造和物理性质进行了较全面的研究，取得一些新认识，提供了一批有价值 的分析数据。 ( 4 ) 通过大量的室内试验、原位测试试验等手段，如室内常规物理指标分析、 无侧限压缩强度试验、三轴压缩试验、平板载荷试验等，提供了糜棱岩的力学性 质，包括强度特征和变形特征。 关键词断裂带；活动；糜棱岩；工程性质；物理性质；力学性质 耋塞堡三奎耋三耋堡圭耋堡鲨兰 a b s t r a c t r e s e a r c ho nt h ee n g i n e e r i n gd i s a s t e rc a u s e db yf a u l t a g ef r a c t u r ez o n e s i so fg r e a t e c o n o m i cs i g n i f i c a n c ea n da l s oac o m p l i c a t e ds u b j e c t h o wt oc o m p l e t ec o n s t r u c t i o n s s a f e l y , e c o n o m i c a l l ya n de f f e c t i v e l yi n s u c hg e o l o g i c a lc i r c u m s t a n c ei sa l w a y sa c h a l l e n g et om a n ye x p e r t si nr o c km e c h a n i c sa n de n g i n e e r i n gg e o l o g y g r o u n dt e n s i l e d e f o r m a t i o na n dd i f f e r e n t i a ls e t t l e m e n t sc a u s e db yt h ec r e e po ff a u l tz o n e “sw i l lb r i n ga t r e m e n d o u sd a m a g et ot h eb u i l d i n g so nt h es n r f a c t h em o v e m e n to ft h ef a u l t a g e f r a c t u r ez o n e sw i l la l s oi n f l u e n c et h el o c a ls t a b i l i t yo f ac i t ya n dt h eg r o u n dd e f o r m a t i o n d e v e l o p su n c e a s i n g l ya l o n gw i t ht h ec i t yc o n s t r u c t i o n , r e s e a r c h i n go nt h ee n g i n e e r i n g g e o l o g yp r o p e r t i e so ft h ef a u l tr o c k sh a sb e e np a i dm o r ea t t e n t i o nb yg e o t e c h n i c a l e n g i n e e r s a f t e rr e f e r r i n gt oag r e a ta m o u n to f d o m e s t i ca n df o r e i g nr e l a t e dd a t u m , t h i sa r t i c l e e m b a r k sf r o mt h ev i e w p o i n to fe n g i n e e r i n gg e o l o g ym e c h a n i c s ，a n dm a i n l yt a k e st h e q i n g d a ow a n g g e z h u a n g - s h a n d o n g t o uf a u l ta sr e s e a r c ho b j e c t , m a i n l yh a sw o r k e d t h e f o l l o w i n gs e v e r a la s p e c tc o n t e n t ： ( 1 ) e l a b o r a t e dt h er e g i o n a lg e o l o g ys t n l e t u r ea n d t h e e a r t h q u a k eg e o l o g y b a c k g r o u n do fw a u g g e z h u a n g - s h a n d o n g t o uf a u l ta n dd i s c u s s e dt h ef o r m a t i o na n d t h e d e v e l o p i n gp r o c e s so f t h ef a u l tf r o mt h em a c r o s c o p i ca n g l e ； ( 2 ) t h r o u g ht h er o u t el a n d f o r mc h a r a c t e r i s t i c ，t h ep e r i p h e r a l s e i s m i ca c t i v i t y d i s t r i b u t i o n , t h em o d e r nd e p o s i tc h a r a c t e r i s t i c a n dt h ef a u l tg o u g e sa c t i v i t ya g e m e a s l l r e da l o n gt h em u t e ，t h eg r a d eg e n e r a l i z e da n a l y s i sa r ed e t e r m i n e d , t h a tt h e s t r u c t u r ea c t i v i t yo fw a n g g e z h u a n g - s h a n d o n g t o uf a u l th a st e n d e dt ot h es t e a d ys t a t e a n dd o e sn o th a v et h el a t eq u a t e r n a r yp e r i o dm o v i n gf a u rc h a r a c t e r i s t i cs i n c e t h e e p i p l e i s t o e e n e ； ( 3 ) a c c o r d i n gt ol o t so f e x p e r i m e n t sa n a l y s i sa n dt h er e l e v a n tr e f e r e n c e so f f o r g o n e s c i e n t i s t s ，m o r ec o m p r e h e n s i v ei n v e s t i g a t i o n so fc o m p o s i t i o n sa n dp h y s i c a lp r o p e r t i e s o fm y l o n i t ei nw a n g g e z h u a n g s h a n d o n g t o uf a u l tz o n e sa r em a d e ，s o m en e wc o g n i t i o n i so b t a i n e da n dal a r g eq u a n t i t yo f a n a l y t i c a ld a t u ma r ep r o v i d e d ( 4 ) a c c o r d i n gt ol o t so fe x p e r i m e n tw o r k si n c l u d i n gl a b o r a t o r yt e s t sa n d i n - s i t us o i l t e s t , f o re x a m p l et h ec o n v e n t i o n a lp h y s i c st a r g e ta n a l y s i s ，u n c o n f i n e dc o m p r e s s i o n s t r e n g t h , t r i a x i a lc o m p r e s s i o nt e s t sa n dp l a t el o a d i n gt e s ta n ds oo n , t h em y l o n i t e 耋星矍三銮耋三茎堡圭耋堡鎏圣 m e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r cp r o v i d e di nt h ea r t i c l e ，i n c l u d i n gs t r e n g t hc h a r a c t e r i s t i c sa n d d e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s k e yw o r df a u l tz o n e s ；a c t i v i t y ；, m y l o n i t e ；e n g i n e e r i n gp r o p e r t i e s ；p h y s i c a lp r o p e r t i e s ； s t r e n g t h ；m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题依据及研究意义 青岛市地处胶东半岛西南部，东南濒临黄海，西南、西分别与日照市和潍坊 市接址，北、东与烟台为邻，地理座标：东经1 1 9 。3 0 1 2 1 。0 0 ，北纬3 5 。3 5 3 7 。0 9 。陆地总面积1 0 6 5 4 k m 2 ，其中山区4 9 5 0l a n e ，平原洼地5 6 2 0 1 k m 2 ，其它 8 4l a n e ，海岸线总长7 3 0k m 。 改革开放以来，青岛市成为我国1 5 个经济中心城市之一，沿海1 4 个开放城市和 全国1 4 个计划单列城市之一，城市规划与建设正以前所未有的规模与速度迅猛发 展。城市发展趋势呈现出高层建筑增多，地下工程数量增多，深度增加，规模加 大，城市向多功能发展。集居住区、工业区、农业区、商业区、文教科学区、旅 游区、交通运输中心与一体。中心城与卫星城相结合形成城市密集区等特点。城 市地区工程活动空前强烈，使地壳表层受到很大影响。 地质环境是城市工程建( 构) 筑物的依托，有时作为工程结构。对于城市地质 环境特征与人类工程活动间相互关系的深入研究，将很好地促进城市人类活动与 地质环境的协调性，实现地质环境充分合理利用，避免或减轻灾害发生【”。 青岛市区地质环境条件较简单，主要为构造侵蚀剥蚀区，地貌主要为低山、 丘陵区，因此，青岛工程建设主要与岩石打交道。而断层破坏了岩体的完整性， 构成了岩体中的软弱结构面，它与工程建设具有十分密切的关系，这不仅己为广 大地质工作者认识，也为工程的设计人员、施工人员和有关管理人员所了解。可 以说断层是控制基岩地区工程建设的经济与安全的基本因素。断层作为最重要的 结构面之一，不仅延伸长，具有一定宽度，而且有不同类型的断层岩分布其间。 从岩体结构类型来考虑，断层岩是重要的碎裂结构岩体和散体结构岩体，它是一 种特殊的软岩。断层岩作为动力变质岩中的一种，在地壳中的绝对数量很少，但 其分布之广是任何一类岩石所无法比拟的。由于断层岩带的工程地质性质，特别 是强度与变形方面，较邻近的岩体差，常常成为控制各类工程建筑物稳定的制约 因素，同时也是许多重大地质灾害发生的主要边界条件之一。 从工程地质与岩体力学方面看，由于断层岩性质软弱且分布广泛，是各类岩 膏岛理工大学工学硕士学位论文 体工程勘察和工程处理的重点。我国不少大型水电工程、铁路隧道、矿山坑道、 边坡工程和地铁工程，由于断层的存在，使建筑物的稳定和安全受到很大的威胁。 据统计，在一些大型水电工程中，7 0 以上的勘察工作和8 0 以上的基础处理工程 都是针对断层带或与之相关的断层构造岩。断层带给矿山开采、隧道开挖和地下 建筑等造成的危害极其巨大，它也是形成滑坡、崩塌等地质灾害的控制因素。为 了确保建筑物的安全，往往不得不进行大量的工程处理。在国内外众多的工程建 设中，有不少工程对断层带进行了处理，取得了丰富的经验。但是，也有较多的 工程由于对断层岩的工程地质性质缺乏正确的认识，力学参数一降再降，从而导 致处理的工程量加大、投资增加、工期延长，严重影响了工程建设和经济效益的 正常发挥。因此，对断层岩工程地质性质的深入研究，进行正确的工程地质评价， 己成为加快工程建设、控制工程投资、确保工程安全的重要前沿课题，是岩体工 程地质第一位的重大基础研究课题。这不仅对国民经济建设具有十分重要的现实 意义和经济价值，而且会对工程地质学和相关学科的发展起到积极的推动作用。 青岛市区坐落在燕山晚期崂山花岗岩岩体之上，受区域构造地质影响，主要 发育n e 向断裂，自西而东有三条近于平行的北东向断裂，它们是沧口断裂、劈石 口一浮山所断裂及王哥庄一山东头断裂。因此，上述断裂带工程地质性状及活动 性的研究对建成区建筑物及拟建建筑物的安全性研究具有重大的现实意义。根据 前人对上述断裂带的研究，说明这三条断裂带工程地质性状及活动性基本相似。 王哥庄一山东头断裂北起岙山卫前马连沟，向西南由王哥庄经马头涧、河东村、 北九水、小巴豆、彭家庄、午山村至浮山东侧，全长3 7 公里。其沿线北部大部分 区域属于山区，地上及地下建筑均较少，因此对其研究也较少。随着青岛经济的 飞速发展，建设大青岛的宏伟蓝图正在慢慢形成，青岛东部的发展不可限量，尤 其是连接青岛海岸线的滨海公路的建设，更为青岛东部发展打下了基础。该断裂 南端约5 7 公里部分，地形上较平坦，正好位于崂山区中心地带，尤其最近几年崂 山区大量地上、地下大型工程的兴建，因此研究王哥庄一山东头断裂带具有重要 的现实意义。由于这几年的工程建设，也为研究王哥庄一山东头断裂带积累了大 量及宝贵资料，加之本人在青岛从事勘察工作多年，论文拟在前人总结研究该断 裂基础上，针对该断裂进行一系列现场原位及室内试验工作，为研究王哥庄一山 东头断裂的工程性状及活动性提供大量试验数据，为建筑物地基基础选型、地基 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 承载力、地基稳定性评价提供理论依据，同时也为研究青岛市区其它两条断裂提 供一定的参考，为青岛市区的工程建设提供重要的数据资料及理论依据。 1 2 研究现状 1 2 1 断裂带工程地质研究 从断层带本身工程地质研究方面看，随着科学技术进步、学科间的交叉渗透 和新技术、新方法的应用，地质学的有关学科在断层与断层岩研究的很多方面都 获得了进展，这些对于进行断层岩工程地质研究具有理论与实践意义。断层岩( 带) 作为变质岩中的一类，其绝对数量很少，但因其分布广泛，所以一切同岩体有关 的工程都或多或少地涉及断层与断层岩。在大量的工程实践中，通过不断总结正 反两方面的经验教训，从工程地质人员到设计施工人员，都认识到了断层岩是控 制工程岩体稳定和建筑工程的经济与安全的关键因素。同时也积累了大量有关断 层与断层岩的工程地质勘察、试验和评价处理方面的知识。由于断层岩工程地质 特性的复杂，加上从事这方面工作的单位多，资料杂而广泛【4 】【1 1 】1 12 1 ，全面评述断 层岩工程地质研究现状尚有困难。下面仅择主要方面做概要介绍。 ( 1 ) 断层岩的地质特征 断层岩的地质特征泛指其矿物学、岩石学和构造地质学方面特征，它是断层 岩物理力学性质的基础。因此，工程地质中比较重视断层岩地质特征研究，这些 研究成果不仅在解决工程实际问题中发挥了重要作用，而且一些方面丰富了有关 学科的内容。 ( 2 ) 断层岩的物理力学性质 断层岩的物理力学性质指标是进行工程岩体稳定分析评价的基本参数，是断 层岩工程地质研究的重点。在长期的工程实践中，人们广泛地开展了断层岩物理 力学性质测试工作，积累了大量试验成果。一般说来，工程地质中确定断层岩物 理力学性质指标有三种方法：第一是实测，第二是类比，第三是相关分析。以第一 种方法应用的最普遍，进一步又分为室内测试和现场测试。目前虽然在断层岩物 理力学性质测试方面取得了多方面进展，但这也是急待加强研究的课题，可以说 从测试原理、方法，到仪器设备和资料整理分析方法都待改进。这首先是由断层 岩本身性质复杂所决定，从本质上来说，断层岩同一般的岩石和岩体、土体相比 青岛理工大学工学硕士学位论文 具有特殊性，而现行的物理力学性质测试方法或来自土质土力学，或来自岩体力 学，由此引起的不合理是显然的；另一方面断层岩具很大不均一性，且物理力学性 质常因赋存环境而异，更增加了测试工作的难度；再一方面问题是测试方法很不 统一，由于工程地质学服务于许多行业和部门，很难制定统一的测试标准。鉴于 上述几方面原因，虽然已积累了大量实测资料，却难以给出各类断层岩物理力学 性质变化规律方面的统一认识。加之前己述及的断层岩分类的不统一，更增加了 难度。可以说，开展断层岩物理力学性质研究是一项长期的任务。 ( 3 ) 断层岩的工程地质勘察方法 随着科学技术的进步和学科的发展，断层岩工程地质勘察方法在许多方面都 有了不同程度的发展。从断层的地面调查来看，航空、航天遥感和地面物探方法 的采用，不但提高了工作速度，也提高了精度。在勘察工程中，平洞是查明断层 岩特征的最有效手段，同时可供进行取样和进行现场试验。钻探工程近年来发展 较快，尤以大口径钻孔、金刚石钻进代替传统钢粒与合金钻进，绳索取芯和各种 特殊取芯方法都为查明断层岩特征提供了有效手段。物探方面以钻孔潜望镜、钻 孔照相和钻孔电视、声波测孔等方法较为有效，物探综合测井是值得进一步研究 推广的方法。 基础和边坡的开挖、地下洞室和井巷的开拓都对断层岩进行了最彻底的揭露， 是我们认识断层岩特征的最好时机，这也是工程地质中研究断层岩优于一般地质 研究的方面。但由于多方面原因，施工中断层岩研究尚未得到应有重视。所以应 强调的问题是应加强工程施工中的断层岩研究和断层岩工程地质性状的长期监测 工作。事实上这不仅有理论意义，而且有直接的实际意义。目前重要工程的岩体 监测多已列入施工、设计中，被认为是了解岩体工程特性、保证工程安全运营的 重要手段。但针对断层岩的监测还很少，这是一种很不正常的状况，急待努力改 变。 ( 4 ) 断层岩的工程地质评价与施工处理 断层岩的工程地质评价是断层岩工程地质研究的出发点和归宿，是岩体工程 地质评价的关键。在长期工程实践中，工程地质、岩体力学和设计人员都在各自 领域积累了许多关于断层岩工程地质评价方面的经验，但总体说来问题并未解决。 从理论方面来看，尚无统一明确的断层岩工程地质评价原则。对断层岩的变形破 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 坏机制、断层岩、围岩同它们赋存环境之间的相互作用规律，乃至岩体同工程之 间的相互作用在许多方面都还不清楚，陈宗基教授在中国地质学会工程地质专业 委员会首届岩体力学座谈会上谈到，关键在于要有一个正确的概念，缺乏一个正 确的概念作指导，工作中必然带来盲目性，而盲目性必然造成工程少慢差废，有 时甚至造成严重事故。显然建立统一协调工程地质、岩体力学和工程设计施工不 同专业的断层岩工程地质评价原则是至关重要的，且需多年努力。 由于实际工程的需要，断层岩施工处理技术得到了较快的发展，例如对水坝 等大型工程基础下的断层岩进行挖、填、塞处理，近年来又发展了旋喷和深层搅 拌法处理；又如对地下工程中遇到的断层岩所进行的地质预报、及时支护、用监 测指导施工和特殊条件下的管棚注浆法等。边坡工程中的锚、排联合处理措施等。 目前可以说对各种情况下的断层岩都有了一定的处理方法，但如何保证这些处理 措施的经济合理性仍需进一步研究探讨。 1 2 2 王哥庄一山东头断裂研究现状 王哥庄一山东头断裂位于青岛东部崂山风景旅游区内，大部分地段属于山区， 人烟稀少，经济不发达，因此对该断裂研究较少，仅限于有关地质部门对其地质 特征简单描述，有关工程地质方面的特征研究少之又少。尤其是断裂带内断层泥 的研究，其物理、力学、化学等指标的研究，均无系统文献描述。 1 3 主要研究内容和技术路线 本文以作者在青岛多年从事岩土工程勘察工作为契机，主要通过在该断裂带 内及周边勘察工作，并结合收集前人工作成果基础上，立足工程实际运用，总结 研究该断裂的工程地质性状，为工程建设提供一定的依据。该断裂全长约3 7 公里， 本文重点研究断裂西南端约7 公里部分，从而为研究整个断裂提供依据。本文研 究的主要内容包括以下几点。 ( 1 ) 为能够准确的对该断裂经过区的稳定性作出评价，收集前人大量研究工 作，并经过现场调研、测试测量、计算分析，基本掌握断裂带岩土体变形破坏的 特征和规律。 ( 2 ) 针对王哥庄断裂带所处的大地质背景分析研究，从现场工作成果与前人 经验出发对该断裂所处的区域地质环境进行研究与分析，将其放在整个青岛地区 胥岛理工大学工学硕士学位论文 这一广阔的地质背景下，在上述基础之上，根据地质条件、应力状态综合统筹考 虑，全面介绍王哥庄断裂带的基本地质特征，并初步分析评价该断层的活动性， 为建筑物安全性及规划管理提供建设性意见，以确保国土资源利用可持续发展。 ( 3 ) 以作者实际工作为基础，针对该断裂带内断层岩( 泥) 岩土强度、变形 特征及规律的研究。研究立足于试验，突出其工程性质。对断层岩( 泥) 系统地 进行各项试验研究，全面掌握断层带内岩土体力学变形特征与规律，同时也为青 岛市其它断裂带的研究提供一定的参考价值。 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 章区域构造地质 2 1 区域构造地质背景概况 2 1 1 地质构造背景 在地质构造上，青岛处于西太平洋大陆边缘活动带的西部，两个地壳板块一 华北地块和扬子地块的接合地带。距世界著名的西太平洋地震活动带约9 0 0 1 a n 。上 述两板块是以深大断裂形式相拼接。该深大断裂是青岛东南9 0 k i n 处与山东半岛南 海岸大致平行，呈n e 向延伸的千里岩隆起南缘深断裂带。其向东北延伸与朝鲜半 岛北部临津江深断裂相接；向西南与苏北地区的嘉山一响水断裂相连。该断裂带 南侧为扬子地块，北侧为华北地块的鲁东隆起。鲁东隆起占据山东半岛全部及周 围海域，向东可连续到朝鲜半岛北部狼林地块；向西延伸被n n e 向沂沭河深断裂 带( 郯庐断裂带的山东段) 所截切，与鲁西隆起相邻。 在构造区划上，鲁东隆起分为三个部分；即北部的肢北隆起中部的胶莱断陷， 南部的文登胶南隆起( 包括它在黄海中的延续部分称为千里岩岛隆起) 。青岛正处 于文登一胶南隆起之上。 鲁东地区在构造上明显受控于n e 向的断裂。文登一胶南隆起就以n e 向深大断 裂控制而呈n e 向延伸的地垒状隆起。除南侧以千里岩隆起南缘深断裂与扬子地块 分界外，其北侧为一系列呈n e 向集中分布于牟平一即墨断裂带上。该断裂带向西 南经胶州湾与山相家一五莲断裂相接，构成文登胶南隆起与胶莱断陷的分界。 此外，近e w 向的胶县一柴沟断裂，铺集程戈庄断裂，n e 向的青岛一日照断裂等 均汇集于胶州湾与牟平一即墨断裂带相连接。这些大断裂带中及大断裂之间，相 伴发生一系列不同级别的相同方向的断裂f 1 3 】【1 4 】。 青岛位于中朝准地台鲁东隆起区东南部，级构造单元胶莱凹陷中部及胶南 隆起东北部，级构造单元朱吴一即墨凹陷南部及胶南凸起东北部。根据地层、 岩性分布规律及断裂带的组合特征，可以把研究区划分为四个v 级构造单元：青 岛一崂山凸起；即墨一沧口凹陷；小珠山凸起；胶州一王台凹陷。( 如图2 1 ) 各构 造单元特征如下： ( 1 ) 青岛一崂山凸起( v 1 ) ：西部、北部以朱吴店集断裂( 也称沧口断裂) 青岛理工大学工学硕士学位论文 为界，东部、南部为黄海，结晶基底为胶南群古老变质岩系，岩性为崂山期花岗 岩及胶南群斜长角闪岩、片麻岩、变粒岩。 ( 2 ) 即墨一沧口凹陷( v 2 ) ：西部以即墨一郭城断裂( 也称即墨一唐家庄断 裂) 为界，东部以朱吴店集断裂为界，北到三里庄，南至胶州湾，岩性主要为 白垩系青山组火山岩类及第四系砂性土及粘性土。 ( 3 ) 小珠山凸起( v 3 ) ：北部以郝宫庄断裂为界，东临黄岛前湾，西以市美 一日照断裂为界，结晶基底为胶南群变质岩系，岩性以花岗岩、正长岩、片麻岩、 斜长角山岩、变粒岩为主。 斑代小i t i | r t g - - 2 t l o l - o s - 3 lo * 2o 。9 ( ) 虬吼。39 历史地l = 誓 图2 1 青岛及邻区地质构造及震中分布图 1 川 断裂：f l 即墨一唐家庄断裂；f 2 沧口断裂；r 劈石口断裂；f 王哥庄断裂 f 胶南一日照断裂；f 山相家一郝戈庄断裂；r 百尺河断裂 8 童鱼堡三奎耋三耋堡圭耋堡篁塞 ( 4 ) 胶州一王台凹陷( ) ：北边以胶县断裂为界，南以郝官庄断裂为界， 东临胶州湾，主要由白垩系青山群、王氏群及莱阳群地层组成。 2 1 2 断裂构造 影响青岛市区的断裂构造以北东向为主，本论文研究的王哥庄一山东头断裂 正是北东向，为了更好的阐明本论文研究的必要性及该断裂与其它断裂的关系， 有必要对市区内其它断裂带的构造特征进行迸一步的阐述。根据图 可以看出青 岛市区内北东向断裂带主要有四条，分别为即墨一唐家庄断裂、沧口断裂、劈石 口断裂及王哥庄断裂。下面本节就将前三个断裂带描述一下，其最新活动时代表 如下。 表2 1n e 向断裂特征一览表 断裂断裂名称 长 产状 错动第四纪 编号 度 走向倾向倾角 地质体断裂性质 k m( 。)( 。) f i即璺唐家庄断裂 5 03 0s e 或n b5 5 一- 6 5 k 右旋走滑为主 p 2 沧口断裂 5 74 5s e 为主6 0 7 0 k 右旋走滑 f ， 劈石口断裂4 7 4 8 n w 为主 7 0 一8 0洲右旋走滑 f -王哥庄断裂3 7 4 0 s e 为主 6 0 - 一8 0y 右旋逆走滑 表2 - 2 断裂最新活动时间表 断裂 样品 年龄最新活动时 断裂名称采样地点样品号 编号 ( 铡年方法) 1 0 a 代l o a 2 2 e断层泥( e s r )1 2 5 士3 7 7 朱家后戈庄 叩墨唐寡 2 2 - t 上覆沉积物( t l ) 1 3 1 士0 1 l q ； f l 庄断裂2 - 3 一t 2 上覆砂砾( t l ) 7 4 士0 3 7 唐家庄北 1 9 ，1 士o 5 9 2 3 一t 1断层泥( t l ) 1 9 1 0 5 9 远洪沟南 3 - 4 - t 上覆粘土( t l ) 1 2 5 9 土1 0 2 n沧口断裂3 一“一t 2断层泥( t l )2 6 7 2 2 2 4 q ； 拖车夼西南 3 4 4 一t 上覆砂粘土( t l )9 7 7 0 7 8 1 2 5 9 l 0 2 3 5 0 - e断层泥( e s r )1 3 4 4 o 黄泥崖 3 - 5 0 - t上覆砂质粘土( t l ) 9 3 6 0 7 6 劈石口断 3 - 1 2 - e断层泥( e s r )1 4 ，9 4 ，5 q ； r 劈石口 裂 3 - 1 2 - t后期方解石脉( t l ) 2 3 8 4 1 7 2 1 4 9 4 ，5 徐家村仃s 9 9 0 l断层泥( t l ) 1 9 8 土l1 9 书院西南上覆粘土( t l ) 7 9 4 0 6 4 注：引自山东省工程地震研究中心，1 9 9 8 年，青岛市地铁安评报告；其它引自国家地震局地质所、山东省地 震局，1 9 9 4 年，山东省海阳核电工程能动断层鉴定工作报告 9 青岛理工大学工学硕学位论文 ( 1 ) 即墨一唐家庄断裂 即墨一唐家庄断裂位于青岛市 区北部，总体走向为北东4 0 。 5 0 。， 北起躬家庄以北，向西南继续出露， 经唐家庄、朱家后戈庄及即墨市区， 向南隐伏于第四系下，总长约5 0 公 里。断裂倾角较陡，约为5 5 。 6 5 。 该断裂的主要活动时期为中生代，新 生代以来的新活动主要发生于第四 纪早期，晚更新世以来未发生断错地 表的活动。 图2 2 唐寡庄北* l o o m 冲沟郎墨一唐家庄斯裂剖面i t 4 耕作土岩性为秒砾石层；0 黄碍色砂砾石层：o 灰 色砂赝黏土；o 褐色砂毫石层；o 灰黑色古砂砾亚 黠土； 费褐色砾石层；o 杂色砂岩构成的碎裂岩带； o 繁红色砂岩构成的碎裂岩带； 繁红色灰紫色泥质 颦酵囊岩；o 繁红色断层琵 地貌上，该断裂在即墨市区以北的段落略有显示，表现为较缓且不连续的地 形转折。市区往西南，断裂没入第四系之下，地貌上己无显示。在唐家庄北4 0 0 m 一冲沟内可见断裂发育在自垩系青山组中，断面倾向1 4 5 。，倾角5 5 。剖面上可 见宽2 0 m 的断层碎裂岩，贴近断面有5 c m 厚的紫红色断层泥；在断层泥东侧还有 1 5 m 厚的紫红和灰紫色的断层泥及扁豆体。在冲沟北壁剖面之上有约2 m 的冲洪积 物，从上到下可分为6 层( f 虱2 - 2 ) 。地震反射法的工作表明，该断裂是由四条近于平 行的、产状相近、断面倾向南东的张性断裂组成，其宽度三百多米。断裂最新活 动时代为第四纪早、中更新世，晚更新世以来没有发生镨断地表的断裂活动。 ( 2 ) 沧口断裂 该断裂北东起自即墨远洪沟， 向南西经即墨温泉、夏庄、南岭， 再向南西穿过沧口入海。走向为北 东4 0 。左右，长约4 6 1 a n 左右。在青 岛市区部分主要处于其南端，断裂 大部分发育在崂山花岗岩与侏罗 系、白垩系之间。 圈2 - 3 远洪沟沧口断裂剖面图r 1 4 o 黄色含砾亚黏土；o 黄红色砂黏土；o 砂岩； 花岗岩；0 挤压破碎带 沿该断裂带在宏观地貌上有一定的显示，西侧为剥蚀准平原，侵蚀山丘一般 高度为 s o m 左右，北端东侧的钱崮山高达2 6 0 多米，南端东侧为崂山山地，海拔在 l o 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 5 0 m 以上。在远洪沟村南白垩系莱阳组砂岩与燕山期花岗岩呈断层接触，破碎带 宽1 5 m ，主要由碎裂岩组成，未发育断层泥。破碎带大部分被薄厚不均的黄红色黏 土覆盖，最厚处为2 m ，未被断错( 图3 ) ，根据区域地层特点，该层黏土应属于中、 上更新统；在该层底部取样( 3 - 4 t ) ，测得t l 年龄为距今( 1 2 5 9 + 1 0 2 ) 1 0a ，说明 断裂在该处距今( 1 2 5 9 - a ：1 0 2 ) , , 1 0a 以来没有发生过断错地表的活动。该剖面在地貌 上属于级阶地，阶地面上没有被错动的迹象。 ( 3 ) 劈石口断裂 该断裂北起即墨岙山卫东侧，向西 南延伸，经马山后、黄泥崖、劈石口、 书院至青岛浮山所一带，总体走向4 8 。 左右，全长约4 7 k m 。断裂规模在中段相 对较大，劈石口一带破碎带宽度可达 1 0 - a 3 m ，向断裂两端破碎带宽度减小， 至青岛浮山所附近仅1 m 左右。断层面倾 向北西为主，倾角多在7 0 。以上。 图2 - 4 劈石口分水岭劈石口断裂剖面图【1 4 o 花岗岩；o 挤压囊豆体殛碎爱者带：0 袭缘色断层髭 该断裂在地貌上有一定的显示，北宅乡以北线性展布特征较为明显，主要表 现为垭口、谷地地貌，自北宅乡向南到青岛，断裂地貌显示不明显。在劈石口分 水岭，断裂发育在燕山晚期花岗岩中，在公路东西两侧均见出露，断裂带宽约 1 3 m ( 图5 ) ，西侧挤压扁豆体、碎裂岩及灰绿色断层泥带宽4 5 m ，发育断层泥的错 动面倾向3 1 5 。，倾角7 5 。，断层泥样( 3 也e ) 的e s r 年龄为距今( 1 4 9 + 4 s ) x1 0a ； 公路东侧断层面倾向3 2 0 。，倾角7 8 。，错动面上有近水平的擦痕。沿断层面发育 梳状方解石脉，该脉由细长条和粗长条状相互平行并垂直脉壁的方解石晶粒组成， 它们基本上都是平直的，未见明显的弯曲或斜向生长现象，也未见变形双晶的发 育，方解石脉( 3 1 2 t ) 的t 眸龄为距今( 2 3 8 3 + 1 7 2 ) x1 0a ，表明公路东侧错动面自 方解石脉形成之后就没有发生过新的错动。此外，见该断裂将一条走向2 9 0 。、宽 4 2 m 的黑色檄辉玄武岩脉右行断错6 6 m ，两侧岩脉上可见水平擦痕，橄辉玄武岩脉 的时代为晚第三纪，表明该断裂在岩脉侵位后发生了右行走滑运动，其时间可能 为第四纪早期。 青岛理工大学工学硕士学位论文 2 2 区域地震地质条件 根据历史地震资料分析，青岛历史上曾多次遭受地震波及，其中影响烈度较 大的主要1 1 次地震，对青岛市区的影响烈度为v 度。青岛市区( 周围3 0 公里范 围内) 历史时期曾发生1 5 0 6 年9 月7 日即墨东4 7 级地震，是近市区内发生的最大地 震。自1 9 7 0 年至2 0 0 3 年6 月共发生m l 2 0 级地震3 7 次，2 0 - - 2 9 级地震3 3 次，3 o 3 9 级地震3 次，最大地震为2 0 0 3 年6 月5 日王哥庄南m l 4 1 级地震。 这些地震在空间上呈零散随机分布，没有显示异常分布图象。地震活动在1 9 8 7 年以前活动频次稍多，1 9 8 7 年发生1 次3 级地震，1 9 9 3 年发生1 次3 1 级地震，1 9 9 8 年发生1 次2 级地震，显示本区地震活动很弱。由近区地震震源深度分布所示，本 区地震震源深度主要在1 0 - 3 0 公里范围内。由地震应变释放情况揭示，1 9 7 0 - 1 9 7 9 年本区地震活动较频繁，1 9 7 0 , - 2 0 0 0 年5 月近区共释放地震应变1 6 6 7 x1 0 4 焦耳m 。 综上可知，近市区范围内的现代地震活动频次低、震级小( 最大仅m l 3 2 级) ， 地震震中分布零散，无异常分布图象。1 9 8 7 年以来地震活动明显减弱，近场区内 有发生中强地震的构造背景，历史上曾发生过4 7 级地震。 通过对青岛市地震烈度危险性分析，结果表明，青岛市5 0 年超越概率为6 3 、 1 0 、2 的地震烈度分别为v 、及度( 计算值分别为4 7 度、6 0 度及6 7 度) 。 因此，青岛市区抗震设防烈度为6 0 度【1 8 1 。 2 3 本章小结 通过对王哥庄一山东头断裂区域构造地质分析，认识了王哥庄一山东头断裂 形成的构造背景，同时也了解了与青岛市内其它几条断裂之间的相互关系，从而 也为其它断裂构造研究提供了一定的理论方法与依据。 由区域地震地质条件得知，近市区范围内的现代地震活动频次低、震级小， 地震震中分布零散，有发生中强地震的构造背景。 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 第3 章王哥庄一山东头断裂活动性研究 3 1 王哥庄一山东头断裂空间展布及构造特征 该断裂北起岙山卫前马连沟，向西南由王哥庄经马头涧、河东村、北九水、 小巴豆、彭家庄、午山村至浮山东侧山东头村南海边，全长3 7 公里，总体走向4 0 。左右。 在前马连沟村西公路边，见燕山晚期花岗岩中发育宽约8 m 的破碎带( 见图 3 1 ) ，坡面东侧为北东东向破碎带，代表性的错动面产状为倾向j 3 5 0 。，倾角6 0 。， 带内花岗岩被挤压破碎；西侧为北北东向强烈挤压破碎的碎裂岩带，切错了其东 侧北东东向破碎带，并将一条基性岩脉错断，带宽约3 m 。该碎裂岩带的西侧断面 产状为倾向1 1 0 。，倾角5 0 。，早期形成的擦面已硅化，擦痕向北侧伏，侧伏角6 0 。，显示其活动性质为右旋拟冲。沿该错动面还发育了2 e m 厚的灰白色断层泥，为 最后一次活动的产物；碎裂岩带东侧断层产状为倾角1 0 5 。，倾角3 0 。，发育的断 层泥较西侧稍厚，为2 3 e r a ，并相对新鲜些，代表了该断裂带最后一次活动形成的 错动物质( 3 8 t ) 。 帮霸蓐 t i ) 。么8 5 5 4 0 z 7 6 么6 0 i争 i i 一 阐3 一l 岙l i j 卫前马连沟王哥庄断裂剖面 1 9 】 黑云母花岗岩；岩脉；花岗岩压碎带；碎裂岩带； 断层泥带： 在河东村南公路东侧冲沟中，该断裂切错了一条近东西向破碎带，断裂带宽 约3 m ，西侧断面产状为倾n 1 4 3 。，倾角7 0 。，东侧为倾向1 4 5 。，倾角6 5 。，发 育了挤压扁豆体和细碎裂岩( 见图3 2 ) 。错动面附近还发育了灰绿色断层泥，东侧 错动面上断层泥厚l 2 e m ，西侧厚2 5 e m ，以西侧断层泥最为新鲜( 3 1 6 一b ) 。 青岛理工大学工学硕士学位论文 图3 - 2 河东辑南王哥庄断裂剖面 2 0 l 花岗岩； 老挤压破碎带； 碎裂岩；断层泥 挤压扁豆体； 河东村往西南约6 k m 处，在小巴豆村南大石头水库北端，见该断裂发育在崂 山花岗岩中，破碎带上宽下窄，剖面上呈“v ”字形，上宽可达5 m 多c 见图3 3 ) 。最 新错动带在破碎带的西侧，断错了其东侧的近e w 向断层，带宽6 c m ，由细碎裂岩 和灰绿色断层泥( 3 1 5 一t ) 组成，错动面倾f 旬1 5 5 。，倾角7 0 。，断裂带上覆1 5 3 0 c m 厚的灰黑色残坡积层未被断错，断裂通过部位地表平坦，未见断裂新活动的地貌 图3 3 小巴豆村南王哥庄断裂剖面图 】 残积层；花岗岩；0 花岗岩压碎带；o 碎裂岩； 断层坭 显示。在水库东侧及公路上，在花岗岩中有5 0 。方向近直立的破碎带，宽3 米。另 外还有n 】强6 5 。方向的花岗斑岩岩墙并伴有强烈的碎裂、破碎，有煌斑岩岩脉贯 入，这些都是主干断裂旁侧的相平行的次级断裂或是与之斜交的分支断裂。在水 库西侧也同样发育碎裂岩带级分支断裂。说明主干断裂主要沿水库河谷分布。在 1 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 汉河彭家庄段，断裂通过低平的鞍部， 侧为青山组安山岩，西侧为细粒花岗岩， 被较厚的第四纪残坡积层覆盖。断裂东 并发育较多的花岗斑岩岩墙。 在青岛市会展中心西南1 0 0 米处青岛市崂山区财经中心基坑开挖揭示该断裂 ( 见图3 - 4 ) 。发育二条糜棱岩带，宽度分别为8 、2 1 米，倾向n w ，走向约n 4 4 。e 。糜棱岩中部及两侧共有三条碎裂岩带及一条煌斑岩岩脉。它们均呈带状、脉 状分布，其中糜棱岩和碎裂岩为主要岩石，且互相穿插发育。两侧为燕山晚期粗 粒花岗岩。 圆囤脯囤椭卿_ 图3 4 崂山区财经中心王哥庄断裂剖面图【4 9 】 综上所述，王哥庄一山东头断裂总体走向4 0 。左右，在王哥庄至小巴豆村一 段倾向s e ，在小巴豆村至山东头断倾向n w ，该断裂主要发育于花岗岩中，断裂宽 度从几米到几十米不等，断裂带从中问到两边构造岩性一般依次为断层泥、糜棱 岩、碎裂岩、挤压破碎带。该断裂是燕山晚期形成的大断裂，据断裂特征及另侧 的分支断裂特征，断裂经历了多期活动性，有着复杂的力学性质，有左行挤压逆 冲，也有右行平移。这种力学机制的转变与4 0 m a 前太平洋板块的运动方向由n n w 向转变为n w w 向有关( 尹延鸿，1 9 s ? ) 。该断裂晚期的张性活动与第四纪以来中国 东部近e w 向构造应力的活动并导致n e 向断裂的“正断层化”有关。 膏岛理工大学工学硕士学位论文 3 。2 王哥庄一山东头断裂的现代活动性特征 3 2 1 地貌特征 青岛地区地貌类型为低山丘陵。区内各级夷平面保存完好，由分水岭向中生 代盆地和海区倾斜。唐山夷平面一般标高2 0 0 m ，为中新世形成。这说明中新世以 来，青岛地区处于一个整体间歇性抬升的过程，形成了海拔高度为5 m 、l o m 的海 蚀阶地，分布于河口即沿海地带。王哥庄一山东头断裂在地貌上有一定的显示， 主要表现为垭口和狭长谷地地形，线形展布特征在王哥庄n 4 , 巴豆一带相对明显， 许多水系、沟谷眼断裂带发育。而位于断裂两端，则形成一定厚度的洪冲积平原。 3 2 2 地震活动分布 地震活动是断裂释放储存应交能量的一种现象，也是断裂现代活动性的重要 表现。不但强震、中强地震与断裂活动性有关，而