沙湾断裂带主要特征及灾害影响

万佳威， 陈陵康， 丁妍， 黄长生

(1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州341000;2.中国地质大学(武汉)地质调查研究院，武汉430074; 3.中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205)

沙湾断裂带主要特征及灾害影响

万佳威1， 陈陵康1， 丁妍2， 黄长生3

(1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西 赣州341000;2.中国地质大学(武汉)地质调查研究院，武汉430074; 3.中国地质调查局武汉地质调查中心，武汉430205)

沙湾断裂带是珠江三角洲内重要的区域性活动构造，呈北西向展布，贯穿了整个珠江三角洲，多隐伏于城市和水系之下，是广州及其周边城市经济发展的内在隐患.在野外地表调查、物化探勘察、测年分析等工作的基础上，结合前人研究成果，发现沙湾断裂带延伸长、分布广、时代新，具有多期活动的历史，但在目前活动性较弱，主要从改变地应力和地壳稳定性、威胁工程建设的安全、控制震害和次生灾害的形成3个方面对沿带城市产生实际灾害影响.

活动断裂;灾害影响;沙湾断裂;珠江三角洲

活动断裂一般是指晚更新世以来发生活动的断裂构造，其不仅对地震发生具有直接影响，由其活动产生的地表位移更是对城市工程建设起着不可抗拒的直接破坏，如1906年San Andreas大断裂对旧金山造成7.9级地震就令30万人无家可归[1].我国的活动断裂研究自20世纪初开始萌芽，80年代开始进入定量化研究阶段，至今已完成了不少令人瞩目的成果.当前，邓起东等[2-3]基于城市特征，对活动断裂的探测技术及评价方法做出了清晰介绍，为相关研究工作提供了宝贵思路.

珠江三角洲经济发达，人口密集，是中国三大城市群之一.广州市作为广东省会，是全省的政治、经济、文化和教育中心，其重要性不言而喻.据《广州城市总体规划纲要(2011-2020)》显示，广州正准备在推动番禺发展和打造南沙滨海新城的过程中实现“南拓”战略.而沙湾断裂带经过珠三角内多座城市，特别在广州的番禺、南沙两区密集分布，成为城市发展的内部隐患.作者针对本地区的实际情况，开展了一系列的调查，并比对他人研究成果，总结得出了沙湾断裂带的主要特征及其灾害影响.

1 断裂带主要特征

沙湾断裂带发育于三水盆地的东部边界处，总体呈北西方向展布，与近东西向的广三断裂和北东向的广从断裂交会，贯穿了整个珠江三角洲.该断裂带北起于广州花都区白坭村，沿南东方向历经南海、顺德、番禺等地，最终从蕉门一带进入伶仃洋(图1).沙湾断裂带总长125 km，由16条断裂组成，单条宽度几米至几十米不等，主断裂位于断裂带中部的番禺沙湾一带.除第四系外，沙湾断裂带主要通过元古界、寒武系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系、古近系地层及志留纪花岗岩.现有研究资料表明，该断裂带在10万年以来存在活动，属活动断裂[4-8].

图1 珠江三角洲沙湾断裂带分布图(资料源于武汉地质调查中心)

1.1 几何学特征

断裂带北部地势较高，为低山丘陵地貌;南部地势平缓，为平原残丘地貌.地表处从北到南，断裂带露头在白坭、松岗、莲塘、官窑、沙湾、大岗、南村、黄山鲁等地零星出露，其余部分均被第四系覆盖，隐伏于城市或水系之下.沙湾断裂带对第四系沉积及地表水系均有控制作用.黄玉昆等[9]认为，第四系沉积中心沿着断裂方向排列，且断裂两侧的沉积厚度不同，总体展现出上盘大于20 m、下盘小于20 m的现象.经调查发现，断裂带南部多条断裂与水系发育关系密切，F09、F14、F16沿水道展布.综合以往研究，结合调查结果，发现沙湾断裂带内部产状较为复杂，不同断裂在空间展布及断裂形迹上存在差异，显示多次活动的特点.调查数据显示，断裂带总体走向310°～340°，倾向多为南西方向，部分北东，促使地表形成断陷、断隆地貌;倾角多较陡，在50°～80°之间，北部的F01、F06可达80°～85°.

1.2 运动学特征

断层破碎带物质多被磨碎，胶结松散，构造岩以碎裂岩、构造角砾岩为主.岩石具碎斑结构，矿物成分为石英、蚀变长石等，多见硅化、褐铁矿化和挤压透镜体，可见石英被压扁拉长.在黄山鲁、赤坭、西淋岗等地的露头处，还可见多组北西向张性裂隙被脉体充填.大岗镇十八罗汉山有10余条延伸较远、规模较大的方解石脉(ESR测年为晚更新世)，方解石在结晶程度及排列方向上存在分带现象(图2)，显示多次拉张充填.由此可见沙湾断裂带存在多期活动历史，是多次逆断层、走滑断层及正断层相互叠加的结果.根据野外露头观察，按照擦痕阶步的方向、次级构造及断层错断岩层的情况，结合该区现有的地震震源机制解，认为近期沙湾断裂带主要运动形式为正断层错动或平移正断层错动.

图2 十八罗汉山NW走向方解石脉体

1.3 活动性特征

珠江三角洲内部的北西向断裂主要形成于渐新世至上新世的喜马拉雅运动，更新世进行活动[10-11].最新测年资料显示，武汉地质调查中心于大岗镇十八罗汉山获得北西向方解石脉的ESR年龄为(97± 9.0)ka和(113±11)ka;陈国能等于灵山大岗后山获得的北西向方解石年龄为(71.3±4.9)ka、(56.6± 4.6)ka和(54.0±3.5)ka;而其他研究人员的测年数据均在晚更新世之前[4].为查明断裂的活动信息，武汉地质调查中心在地表调查和大比例尺填图的基础上，于2012年在沙湾断裂带中段布设了多条浅层地震反射波法、高密度电法和土壤氡气法测量剖面，均未发现断裂带在全新世强烈活动的确凿证据[12].另外，任镇寰等[13]根据重磁资料解译判断断裂带深度较浅，约为10 km，不超过20 km.宋方敏等[7]测得15 ka B.P.以来沙湾断裂带垂直位移较小，约为0.39 mm/a.近600年来，沿沙湾断裂带仅发生≥4.75级地震2次，未发生过＞5级地震，现代地震活动微弱.结合上述资料，认为沙湾断裂带的最新活动时代为晚更新世，全新世以来活动减弱，故判断本断裂为活动性不强的弱活动断裂.

2 断裂带的灾害影响

珠江三角洲内常见的地质灾害有崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降及软基沉降，存在发生破坏性地震的地质背景，对工程建设和居民的生命财产造成了安全威胁.沙湾断裂带为此提供了一定的构造基础.但是，本区情况较内陆山地有所不同.珠江三角洲滨临南海，气候湿润，持续强降雨和台风现象频发，常常单独成灾，并对地质岩土体发生强烈作用，形成相应灾害链;同时，三角洲内人类活动强烈(如削坡建房、地下工程建设、大量抽取地下水等)，原有地质环境条件频繁遭受改造破坏，人为因素往往成为灾害发生的主导;然而，三角洲内断裂的活动性总体不强，构造作用对除地震外的地质灾害控制作用有限.故对于本区除地震外的表层地质灾害而言，断裂构造造成的影响远不及气象因素和人类活动[14].因此，综合分析后，按照本区的灾害事实，本文认为沙湾断裂带对造成的灾害影响主要为以下三个方面.

2.1 改变地应力和地壳稳定性

地应力是地质环境和区域稳定性评价的基础资料.在断裂构造的影响下，地应力场随之改变，并发生复杂变化.不同断裂，甚至一条断裂上的不同区段，因为规模大小、几何形态、岩性和断裂性质等情况的不同，应力状态也将发生不同变化.有学者[15-16]认为，水平主应力通常随深度的增加而增大，局部裂隙将导致应力值偏低或偏高，应力方向甚至也可能发生近90°逆转，出现各种量值的突变的现象;而活动断裂附近的地应力随时间而改变，具体情况与断裂的活动情况有关.当前，还未有对沙湾断裂带和周围地应力场之间相互关系的研究，但珠三角地区隧道管线工程发达，地应力变化产生的围岩垮塌等灾害值得关注.此外，断裂构造本身的规模和活动性对地壳稳定性还起着直接控制作用[17].张志强等[18]以此为主要参数，对珠江三角洲的区域地壳稳定性进行综合评价，认为沙湾断裂带北部的广州部分地区为不稳定区域.

2.2 威胁工程建设的安全

断裂活动发生后，岩层的整体性和均一性发生变化，结合地下水的作用，场地地质条件变得十分复杂.而断层的活动，无论蠕滑或粘滑，都将引发位移变形，对浅层地质体产生直接错动，导致对建构筑物的剪切破坏.沙湾断裂带主要隐伏于地表之下，大面积分布于广州市番禺区和南沙区，其存在和活动性成为隧道管线工程的安全隐患.断层破碎带总体结构松散，相对于周边基岩属软弱夹层，在隧道施工时易造成涌水、坍塌等事故.另外，沙湾断裂带中发育的硅化角砾岩等硬岩使局部岩石力学性质陡然增大，将会直接阻碍盾构机的掘进.更重要的是，沙湾断裂带属活动断裂，上下两盘的相对位移可对道桥、管线等线状工程产生直接错断作用.特别是广州作为全国第三大城市，仅地铁线路现就有9条正在运营，因而本断裂带活动性造成的影响不容忽视.

2.3 控制震害和次生灾害的形成

珠江三角洲地区人口密集、震害明显，具备发生6级地震的构造条件，已被列为中国21个地震重点监视防御区之一.据统计[19]，珠江三角洲共发生Ms≥4.75级地震12次(表1)，其中4次与沙湾断裂带有关.宿文姬等[20]判断，珠江三角洲未来震害主要出现在北西向和北东向的活动断裂上，尤其是二者交会的部位.沙湾断裂带作为珠江三角洲内主要的活动断裂之一，与多条北东向活动断裂交会，具有一定的发震可能.

表1 珠江三角洲Ms≥4.75级地震情况

历史上，沿沙湾断裂带共发生4.0～4.9级地震7次，5.0级地震1次 (1683年于佛山南海)，4.0级以下地震频发，大多震源深度较浅，约1 km.由于本区震源较浅，地震对地面容易产生较大影响，并促成以下三类次生灾害的形成.第一、沙湾断裂带周围河道密布，地下水位较高，在地震的振动效应下易使全新世沉积的砂土发生液化，从而引发路面拉裂、喷砂冒水、地基强度失效、建构筑物开裂等灾害.第二、珠江三角洲软土大面积分布，沿沙湾断裂带向南，其厚度逐步递增，南部万顷沙地区甚至达40 m，在地震的作用下极易发生软土震陷，危害地表工程设施的安全.如1976年11月20日，佛山顺德澜石河附近发生3.3级地震，由于河流相软泥发生震陷，促使地震烈度达到Ⅵ度，引起大量房屋开裂甚至倒塌.第三、沙湾断裂带不仅为地面塌陷、崩塌、滑坡等突发性地质灾害提供了构造基础，在地震波动作用下，处于稳定状态的采空区、岩溶区及河岸斜坡或也将受到影响失稳成灾.

3 结论与讨论

沙湾断裂带是珠江三角洲内重要的区域性活动构造，由北、中、南三段共16条断裂组成，多隐伏于城市和水系之下，呈北西向贯穿整个三角洲，成为城市发展的内在安全隐患.对断裂带的主要特征进行综合分析后，可认为沙湾断裂带延伸长、分布广、影响面积大且具有一定活动性，对沿带城市的地质环境条件存在改变作用，但由于全新世以后断裂带的活动性减弱，认为其当前的致灾能力有限，除去地震情况，其主要的灾害影响在于威胁地下工程的安全.

值得关注的是，沙湾断裂带经过广州等四座大型城市，当地工程活动频繁，地上地下建筑密集，不论是林立的大、重型建筑对地面施加的静载荷，还是网布的地下工程在施工和运营过程中产生的动载荷，都将对断裂带的活化产生直接影响，从而引发地下失稳、突水等灾害[21-22].因此，在进行灾害防御设计的同时，还应继续对沙湾断裂带进行监测和研究，避免由断裂活动引起的灾害损失.

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Main features and disaster impacts of Shawan fault zone

WAN Jiawei1，CHEN Lingkang1，DING Yan2，HUANG Changsheng3
(1.School of Resource and Environmental Engineering，Jiangxi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China; 2.Institute of Geological Survey，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China; 3.Wuhan Center of Geological Survey，China Geological Survey，Wuhan 430205，China)

The Shawan fault zone，important and regional in active tectonics of the Pearl River Delta and buried beneath the cities and rivers，crosses the whole delta in NW-trending and restricts the economic development of Guangzhou city and other cities nearby.According to the surface survey，the date of geophysical and geochemical prospecting and previous studies，the zone was found to be extended，widespread，young，hazardous with a history of multi-periodic activities yet weak ones at present，and creates disaster from changing the in-situ stress and crustal stability，controlling the generation of earthquake and secondary disaster，damaging construction.

active fault;hazard effects;Shawan fault;Pearl River Delta

2095-3046(2015)01-0064-05

10.13265/j.cnki.jxlgdxxb.2015.01.011

P694

A

2014-07-29

中国地质调查局科技项目(1212011140031)

万佳威(1991- )，男，硕士研究生，主要从事地质灾害理论及控制方法等方面的研究，E-mail:wjw199105@163.com.

黄长生(1964- )，男，教授级高级工程师，主要从事水工环地质等方面的研究，E-mail:185236157@qq.com.