朔州市师范学校工程场地地震地质条件分析

田亚军

摘要：朔州市师范学校位于大同断陷盆地次级构造单元朔州凹陷内，第四纪以来朔州凹陷沉降速率有逐渐增大趋势，是大同盆地新构造运动较强烈的构造单元之一。为查明目标场地内第四纪隐伏断裂发育情况及场地地震地质条件情况，基于高密度电法、钻孔联合剖面及原位剪切波速测试方法，对目标场地进行了工程地震地质条件勘察，勘察结果表明，目标场地内无第四纪隐伏断裂发育;目标场地场地土类型为中软土，建筑场地类别为Ⅲ类;未来在遭遇抗震设防烈度Ⅶ度地震影响时，目标场地不具备产生地震砂土液化、地表错动、震陷、崩塌及滑坡地震地质灾害的条件。研究成果可为岩土勘察设计及国土资源规划提供基础资料，同时可为朔州凹陷盆地其他新建工程提供借鉴参考。

关键词：朔州盆地;地震地质条件;高密度电法;钻孔联合剖面

中图分类号P642;P65文献标志码A

0引言

朔州市师范学校新建工程位于朔州市开发区北端，场地东侧为文远路，西侧为开发北路，南端为长宁东街，北侧为大运公路。工程场地中心地理坐标为：北纬39°03′23″，东经112°18′03″。项目拟新建主办公楼、图书馆及艺术中心各1幢，其中主办公楼规划地下1层，地上16层，建筑平面尺寸长197m、宽28m，建筑高度为66.7m，总建筑面积为74150.16㎡;图书馆规划拟建5层，建筑平面尺寸长94.3m、宽46.5m，总建筑面积为11399㎡;艺术中心规划拟建4层，建筑平面尺寸长86m，宽60m，总建筑面积为9035㎡。三幢建筑物均采用框架结构。作者基于高密度电法勘探和钻探方法，结合原位测试及土动力学测试等有效技术手段对拟建工程场地的地震地质条件进行了勘察分析，对场地所处的地震地质灾害环境条件进行了评价。

1区域地质构造背景

拟建工程场地位于大同盆地次级构造单元朔州浅凹陷盆地内，大同盆地长225km，宽60km，受边界断裂控制，大同盆地形成一较宽阔且对称的地堑，盆地内部同时被不同方向的活动断裂解体成多个次级凹陷构造单元。自有历史资料记载以来，大同盆地共发生过5级以上地震13次，其中6～6?级地震3次，分别为1022年大同-应县间6?级地震、1305年怀仁6?级地震及1989年大同-阳高6.1级地震[1-2]。工程场地所在的朔州浅凹陷属大同断陷盆地最西南部的一个次级构造单元，凹陷总体走向NNE，它以马邑—神武断裂与东部山阴深凹陷相隔，北部和西北部边界分别由神头断裂和管涔山山前断裂所控制。据区域地质资料，沿神头断裂发育三个构造牵引成因的小凹陷，分别为下磨沟凹陷、沙涧凹陷、张家口凹陷，其中沙涧凹陷基岩埋深360.0m，下磨沟凹陷和张家口凹陷基岩埋深分别为304.0m和300.0m。据地质钻孔揭露，朔州凹陷基底埋深总体表现为西厚东薄，北厚南薄，新生界厚度一般为180～200.0m，其中上新统平均厚度40.0m，下更新统厚度110.0m，中更新统厚度52.0m，上更新统厚度32.0m，由此推算可知，第四纪早更新世以来朔州凹陷沉降速率为0.07mm/a，中更新世以来沉降速率为0.08mm/a，晚更新世以来沉降速率为0.38mm/a[3-5]。综合分析认为第四纪以来朔州凹陷沉降速率有逐渐增大趋势，这与整个大同断陷的沉降趋势相一致，是大同盆地新构造运动较强烈的构造单元之一。

2区域第四系地层特征

朔州市地处桑干河流域冲积平原，北、西、南三面环山。结合地形地貌、地层岩性特征，可将朔州市区划分为冲洪积倾斜平原区和冲积平原区2个一级地质单元[3-5]：

（一）Ⅰ冲洪积倾斜平原区

主要分布于朔州市区北、西两侧山前，总体地势北高南低、西高东低，地形相对平缓、开阔，地面坡度介于3～15°，地面海拔高程介于1090m～1140m。区内地表所覆盖的第四系松散堆积物主要为上更新统（Qp3）冲洪积物，其中上部0～40m为第四系上更新统（Qp3）粉土、粉质粘土层，其下为中更新统（Qp2） 及下更新统（Qp1）粉质粘土、中粗砂、卵石层，卵砾石分选差，磨圆度较差。该区由北向南、由西向东细粒土逐渐增厚，而中粗砂、卵石层逐渐变薄，卵石磨圆度逐渐变好，局部具极粗糙的斜交层理，有时夹有透镜体和条带状的细粒碎屑和粘土混合体。

（二）Ⅱ冲积平原区

主要分布于朔州盆地中心桑干河、七里河及恢河流域，地势平坦，地形开阔，地面坡度介于1～3°，地面海拔高程1060m～1100m。区内地表所覆盖的第四系松散堆积物主要为第四系全新统（Qh）冲积物，层厚0～16m，岩性以粉土、粉质粘土、砂砾石层为主，其下为上更新统（Qp3）及中更新统（Qp2）粉质粘土、粉土、中粗砂、卵石层，卵石磨圆度中等，母岩成份以石英岩、砂岩为主。其中上更新统地层厚度约0～30m。

3目标场地地震地质条件分析

目标场地地震地质条件分析是指基于地质钻孔勘探、地球物理勘探、原位测试及土工测试方法对场地进行工程地震条件勘察，确定工程场地内是否發育隐伏断裂，是否具有产生砂土液化、地裂、滑坡、崩塌等地震地质灾害的条件，并对工程场地未来在遭遇地震基本烈度地震影响时可能产生的地震地质灾害进行分析评价。

3.1 工程场地高密度电阻率法探测

3.1.1电阻率CT测线布设

高密度电阻率法是隐伏断裂探测的有效手段[6-8]，本次物探主要目的是利用电阻率CT法来探测工程场地内地层岩性界面是否连续，是否有隐伏断裂通过。根据地震地质调查，在近场区范围内的断裂大多为近东-西走向，因此测线布设为南-北向与西-东向。本次在场地内共布设电阻率CT测线2条。测线布设参数见表1，工程场地测线布设位置见图1。

3.1.2电阻率CT探测结果分析

①测线A～A解释

该测线位于场地北部，起始测点在西，从测线A～A（图2）可以看出，反演后的电阻率CT剖面在水平方向电阻率变化不大，垂直方向稍有变化，垂直大致可分为二层：

第一层，高阻层，在地下深约12.4m以上，阻值66.8～143Ω·m，上部土层由于含水率和密实度不同，电阻率曲线略有起伏，该层低部电阻率曲线近于水平分布。

第二层，低阻层，阻值10.5～66.8Ω·m，电阻率曲线连续且呈水平层状分布。

②测线B～B解释

该测线位于场地东部，起始测点在北，从测线B～B（图3）可以看出，反演后的电阻率CT剖面在水平方向电阻率变化不大，垂直方向稍有变化。垂直大致可分为二层：

第一层，高阻层，在地下深约12.4m以上，阻值70.8～141.3Ω·m，上部土层由于含水率和密实度不同，电阻率曲线略有起伏，该层低部电阻率曲线近于水平分布。

第二层，低租层，阻值12.3～70.8Ω·m，电阻率曲线连续且呈近水平层状分布。

综合分析;从上述剖面整体上看，电阻率曲线呈水平状分布，稳定连续，这主要是由于工程场地涉及冲洪积物，场地物性介质变化不大，根据地质调查及钻孔揭露，场地松散层由第四系全新统杂填土、上更新统粉土、中更新统粉质粘土组成。根据上述地层对比分析，场地在探测深度范围内，第四系上部地层连续稳定，场地地层呈水平状分布，无异常现象。可以推断场地内无隐伏断裂发育。

3.2 工程场地地质钻孔剖面勘察

钻孔联合剖面是隐伏断裂探测的有效手段[9-10]，为了进一步与物探剖面进行比对分析，在工程场地内布设2个地质钻孔联合剖面，剖面布置图见图1，剖面地层岩性见图4、图5。

综合两个钻孔剖面所揭示的地层，本工程场地第四系地层岩性由上至下可划分为7层：

（1）第四系上更新统（Qp3）

①粉土（Qp3）：浅黄色，稍湿，稍密，含云母、氧化铁，局部夹粉砂，摇振反应迅速，无光泽，干强度低，韧性低，层底埋深20.3～21.7m。

②粉土（Qp3）：褐黄色，中密，稍湿，含云母、氧化铁，局部夹粉砂，摇振反应中等，无光泽，干强度低，韧性低，层底埋深34.1～36.2m。

③粉细砂（Qp3）：褐黄色， 饱和，密实，矿物成份以石英、长石为主，颗粒级配较差，层底深度35.9～37.8m。。

④粉土（Qp3）：褐黄色，中密，稍湿，含云母、氧化铁，局部夹粉砂，摇振反应中等，无光泽，干强度低，韧性低，层底埋深44.7～48.4m。

（2）第四系中更新统（Qp2）

⑤粉质粘土（Qp2）：棕褐色，可塑，稍湿，含云母、氧化铁，少量姜石、切面光滑，局部夹有薄层粉土、卵石层，无摇振反应，干强度高，韧性高，层底埋深52.6～56.4m。

⑥中粗砂（Qp2）：褐黄色， 饱和，密实，矿物成份以石英、长石为主，颗粒级配较差，层底深度54.1～58.8m。。

⑦粉质粘土（Qp2）：棕褐色，硬塑，稍湿，含云母、氧化铁，少量姜石、切面光滑，局部夹有薄层粉土、卵石层，无摇振反应，干强度高，韧性高，揭露埋深80.0m。

3.3地下水位

据工程场地地震钻孔资料，场地地下水位埋深在41.0～42.0m之间，场地地下水类型为新生界松散岩类孔隙浅水。

3.4场地土类型与建筑场地类别

（1）场地土类型

对所有钻孔进行了原位剪切波速测试，测试间距2m，按照场地地震钻孔土层等效剪切波速测试结果，计算出0～20.0m深度土层等效剪切波速值，见表2，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010）第4.1.3条的规定，判定本工程场地场地土类型为中软土。

（2）建筑场地类别

据场地地震钻孔土层剪切波速测试结果，场地覆盖层厚度为60.0～62.0m，依据《建筑抗震设计规范》第4.1.6条规定，确定本工程建筑场地类别为Ⅲ类。

3.5工程场地地震地质灾害评价

（1）砂土液化

工程场地处于冲洪积倾斜平原区，地下水位埋深介于41.0～42.0m，场地地表无全新统粉土、粉细砂层发育，根据《建筑抗震设计规范》第4.3.3条的规定，判定工程场地不会产生地震砂土液化现象。

（2）地震震陷

由场地地质钻孔分析，工程场地地下0～80m无软土层分布;场地等效剪切波速大于地震震陷临界等效剪切波速90m/s。依据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）第5.7.11条补充规定，未来在遭遇地震基本烈度Ⅶ度地震影响时，可不考虑地震震陷对场地的影响。

（3）地震滑坡及地震崩塌

工程场地内地形平坦，地形开阔，最大高差2.0m，无地貌陡坎及凌空面分布，场地未来在遭遇地震基本烈度Ⅶ度地震影响时，不会产生地震滑坡与崩塌地质灾害。

4结论

（1）工程场地位于大同断陷盆地次级构造单元朔州凹陷内，第四纪以来朔州凹陷沉降速率有逐渐增大趋势，是大同盆地新构造运动较强烈的构造单元之一。

（2）综合高密度电法及钻孔联合剖面方法对工程场地进行地震地质条件勘察，勘察结果表明场地在探测深度范围内，第四系上部地层连续稳定，场地内无第四纪隐伏断裂发育。

（3）对场地内地质钻孔进行原位剪切波速测试，测试结果表明，目标场地场地土类型为中软土，建筑场地类别为Ⅲ类。

（4）本次勘察表明目标未来在遭遇地震基本烈度Ⅶ度影响时，场地不具备产生地震砂土液化、地表错动、震陷、崩塌及滑坡地震地质灾害的条件。

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