某不整合接触带地质特征及隧道工程实例分析

麦 骐，闫常赫，白雪飞

(1.郑州中兴工程监理有限公司海南分公司，海口 570125;2.中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

不整合接触是地壳浅层一种常见的地质现象，其形成通常是区域性地壳运动、海(或湖)平面升降或局部构造的结果，在地壳发育史、地壳变形机制研究中有着重要的意义。目前主要是在探矿、油气田勘探领域研究较深入。在工程地质领域尚未引起人们的重视，近年来随着交通、水力等公共设施建设的发展，不少工程穿越地壳不整合接触地带，随着工程施工中一些地质事故的出现，工程地质勘察人员逐渐意识到不整合接触带的存在及其重要性，并开始重视对不整合接触带的研究和勘探。

地壳不整合接触带的研究有重要的意义，受不整合接触面控制的矿种主要为金矿和铀矿，其次是铜、铅、铝等。在沉积盆地中，不整合面可作为重要的成矿通道，目前世界上很多含油气盆地中发现一系列与不整合面相关的油气田。在工程地质领域，由于不整合接触带受时间变量、空间变量和几何变量控制，多存在古风化层、古土壤以及变质岩产物，在后期沉积压实过程中其工程地质性质有所改善变化，但多数情况下其物理力学性质较差，引起工程地质条件恶化，对各种工程施工带来不利影响，重视并加强对不整合接触带的研究和勘探显得十分迫切。

1 不整合接触带地质特征

1.1 不整合接触带基本特征

不整合接触是岩层接触关系的一类，主要由于地壳运动，往往使沉积中断，形成时代不相连续的岩层，这种岩层接触关系称为不整合接触。不整合接触“面”由上、下岩层及其间的接触界面构成，该上、下岩层的接触界面就是一般意义的“不整合面”。不整合“面”在空间上具有3层结构，即不整合面之上的岩石、不整合面之下的风化黏土层以及风化黏土层之下的半风化岩层。不整合面上下两套地层的岩性和岩相差异截然，两者之间往往有一个较平整或起伏不平的古侵蚀面，这个面上可能保存着古风化壳、古土壤层或铝土矿等。不整合接触具有以下共同特点。

(1)有明显的侵蚀面存在。侵蚀面上往往有底砾岩、古风化壳等。

(2)有明显的岩层缺失现象，代表长期间断。

(3)不整合面上下的岩性、古生物等有显著的差异。

由于不整合接触带地质成因的特殊性、复杂性，不整合接触带往往存在古土壤、古风化层、古岩溶或是变质产物，局部还存有软土，工程地质条件较差。但是由于地表覆盖有厚沉积物，故侵蚀面分布规律难以探明，给工程勘察设计施工带来了系列问题。

1.2 不整合接触类型

根据文献［1］的观点，将不整合面划分为非整合、不整合、假整合和准整合。文献［6］从层序地层学的观点，根据反射终止与不整合面的关系将不整合划分为侵蚀型和沉积型两类。杨勇等［7］根据构造和沉积的双重控制原则将不整合进一步细化分为削截不整合、褶曲不整合、底辟不整合、震积不整合、古岩溶不整合、超覆不整合、假整合等7种类型。笔者根据成因及岩性特征，以及对工程建设的影响将不整合分为侵入型和沉积型，如图1所示。

由于不整合接触受侵入、沉积、构造多方面控制，各类型不整合接触关系具有共生性，各类沉积型不整合接触关系没有明显的界限。

1.3 长治地区石炭系底部不整合接触结构

图1 不整合基础类型划分

长治地区位于山西省东南部，为太行山、太岳山环绕，通称“沁潞高原”，又称“上党盆地”。境内山地、丘陵、盆地纵横交错。其中壶关一带位于太行山构造带的边缘，南为壶关构造盆地，北侧为晋获断褶皱带，紧邻长治大断裂，褶皱多现，构造迹象复杂。区域地层岩性主要为第四系(Q)黄土、石炭系上统太原组(C3t)砂岩夹页岩，石炭系中统本溪组(C2b)铝土质泥岩，奥陶系峰峰组(O2f)灰岩。其中石炭系中统本溪组(C2b)铝土质泥岩直接覆盖在奥陶系峰峰组(O2f)灰岩剥蚀面上，其间缺失了奥陶系马家沟组之上及志留系、泥盆系和下石炭统的一系列地层，为一典型的不整合接触带。其中石炭系中统本溪组地层产状与奥陶系峰峰组一致，反应了该位置的沉积经历了下降、沉积-上升、沉积间断、遭受剥蚀-下降、再沉积的过程，因此判断该位置为一平行不整合接触。

某不整合接触位置地质平面如图2所示，根据区域调查结果，该位置地势较高位置出露奥陶系峰峰组灰岩，岩体较完整，地势低洼位置表层覆盖有黄土，下伏基岩为石炭系本溪组铝土质页岩、奥陶系峰峰组灰岩，石炭系与奥陶系岩层产状一致。

图2 某不整合接触位置地质平面

根据隧道实际开挖揭示和推测的Ⅰ—Ⅰ'和Ⅱ—Ⅱ'的剖面如图3所示，石炭系本溪组和奥陶系呈平行不整合接触，不整合接触面无明显规律，受初始地表影响比较严重，根据Ⅰ—Ⅰ'剖面推测该位置在石炭系之前发育一灰岩冲沟，后地壳下降沉积石炭系铝土质泥岩，在接触面发育有古土壤和全～强风化灰岩，岩体破碎，多呈“土夹石”状。

2 隧道工程地质特点

2.1 不整合接触带的围岩情况

某隧道沿Ⅰ—Ⅰ'剖面走向，在经过古冲沟时隧道洞身走行于石炭系本溪组铝土质泥岩与奥陶系灰岩的不整合接触面。隧道实际开挖揭示，掌子面上部为石炭系本溪组铝质泥岩、页岩，浅灰色、黄绿色，含水率约16%，岩质较软，手捏易碎，局部夹薄层砂岩。下部为全～强风化状态奥陶系灰岩，风化裂隙发育，黄土充填，岩体破碎，多呈土夹石状，根据产状推测该风化层厚度最厚可达30 m以上。泥岩与灰岩之间夹有一层古土壤，呈褐黄色，黏土矿物为主，夹少量灰岩砾石，其间夹多条黄绿色高岭石化条带，含水率15% ～17%。隧道开挖后拱顶变形明显，受复杂地质因素影响，掌子面工程地质条件差，易产生坍塌。掌子面围岩情况如图4所示。

图3 地质剖面

图4 通过不整合接触带隧道掌子面围岩情况

2.2 初支方案

根据上述围岩特征，岩体结构松散，局部易坍塌，设计采用如下初支护方案:系统锚杆长度3.5 m，间距1 m，喷射厚度23 cmC25混凝土，铺设20 cm×20 cm钢筋网，I20型钢间距0.75 m。为预防坍塌，加设超前支护，4 m超前小导管，间距0.4 m。

根据围岩特点施工采用三台阶开挖，三台阶开挖顺序为上台阶→中台阶→下台阶，开挖步距为上台阶与中台阶为2～3 m，中台阶与下台阶为3～5 m。隧道开挖后及时用5 cm厚C25喷射混凝土封闭掌子面。

3 隧道变形情况

初支完成后对敏感点进行监控测量，根据测量数据，拱顶下沉量偏大。如图5所示，拱顶总下沉量可达110 mm以上，沉降收敛趋势明显，在12 d之后，拱顶下沉趋于稳定。拱顶沉降变形速率随时间变化如图6所示，隧道拱顶初期沉降速率可达24 mm/d，之后沉降速率迅速减小，至第7天时已趋于0，第8天拱顶沉降速率突然增加，之后区域稳定。根据工序调查，第8天为中台阶开挖时间，可以推测，中下台阶开挖对拱顶下沉变形有很大的影响。

图5 拱顶沉降变形曲线

图6 拱顶沉降速率随时间变化的关系

4 结语

不整合接触带由于形成原因受复杂的地质作用控制，接触带岩层软弱、破碎，工程地质条件差，本文在文献调查的基础上，结合隧道实际开挖揭示的不整合接触带的工程地质特征和接触面变化规律，分析了某隧道的支护变形情况。根据隧道实际开挖揭示的围岩情况，得出当以隧道形式通过不整合接触带时，隧道围岩级别需降低并加强支护，避免出现坍塌事故和围岩大变形情况。

［1］ 陈发景，张光亚.不整合分析及其陆相盆地构造研究中的意义［J］.现代地质，2004，18(3).

［2］ 张立新.古风化壳的特征及工程实例［J］.铁道勘察，2008(5).

［3］ 何登发.不整合面的结构与油气聚集［J］.石油勘探与开发，2007(4).

［4］ 尹微，陈昭年，等.不整合类型及油气地质意义［J］.新疆石油地质，2006，27(2).

［5］ 程日辉，林畅松，刘景彦.盆地研究中不整合成因分析［J］.世界地质，1998(3).

［6］ Brown L F Jr，Fisher W L.AAPG Continuing Education Course，Note Series(16):Seismic stratigraphic interpretation andpetroleum exploration［M］.Tulsa:AAPG，1979.

［7］ 杨勇，查明，洪太元，等.不整合分类研究进展与新型分类方案［J］.地层学杂志，2007(7).