拟建铁路工程穿越沂沭断裂带昌邑北段勘察研究

郭绍平

(中国铁路设计集团有限公司，天津 300308)

1 概 况

拟建铁路工程位于山东半岛北部，在潍坊昌邑市北部地区自西向东经过，与沂沭断裂带中的安丘—莒县断裂、昌邑—大店断裂相交，相交区域所属地貌类型为潍北平原区。沂沭断裂带是区域性全新世活动断裂郯庐断裂带位于山东省的部分段落，由南经郯城入江苏，向北经渤海进辽宁[1]，拟建铁路与断裂相交区域位于潍坊市北部至莱州湾一带的隐伏断裂分布区，属于沂沭断裂带的北段[2]。

昌邑—大店断裂是沂沭断裂带东支主干断裂，断裂规模大，是构造单元的分界断裂，总体呈NNE10°～30°方向延伸，北部被第四系覆盖，为隐伏断裂。该断裂表现形式多样，有时表现为单一的主干断裂，有时表现为断裂束，有时表现为揉皱带，不同区段构造活动的强度有明显的区别，是一条多期活动的断裂。根据临近工程资料研究表明，该断裂的北段为早、中更新世活动断层[3-4]。

安丘—莒县断裂位于昌邑—大店断裂西侧，断裂走向NNE，倾向SEE或NWW，由多条次级断裂组成，在南流至安丘间以及昌邑以北均隐伏于第四系之下。该断裂主要活动时期在新生代以前，新生代以来只是在原来的断裂基础上继续活动，是沂沭断裂带主干断裂中最活动的断裂[5-6]。

由于两条断裂北段被厚层第四系所覆盖，前期研究中受勘察精度及手段限制，对其分布未形成统一认识，一种认为两条断裂大致平行展布，一直延伸到莱州湾，另一种认为安丘—莒县断裂延伸至昌邑北尖灭，而昌邑—大店断裂则一直延伸到莱州湾，对其活动性的认识也尚不成熟。基于此，开展本次勘察研究工作。

2 勘察方法

沂沭断裂带整体为北北东走向，向北一直延伸入渤海湾，拟建铁路位于昌邑市北部，整体为东西走向，不可避免与断裂带相交。为了确保线路结构安全性，提高技术经济可行性，需准确查明断裂带与线路相交位置、活动性、规模、影响范围等，为设计提供依据。

一般而言，对基岩区断裂的活动性分析主要以野外调查资料为主，对平原区隐伏断裂，其构造特征及活动性是依据物探、钻探和槽探等方法综合研究得出[7-8]。根据区域地层条件，本次勘察方法采用收集资料、地质调绘、工程物探、工程钻探等综合勘察手段，在收集资料的基础上，展开现场调查，在相交区域线位两侧布设物探测线，控制断层边界及初步判定断层信息，在物探成果基础上布设钻探孔，查明断层具体位置及区域内地层分布，通过对比分析物探剖面及钻孔地层，多剖面联合勘察分析，最终确定断层信息。

3 现状调查

勘察期间详细收集了前人研究资料，包括期刊文献、相关单位物探测线剖面，钻孔资料，地质资料等，并对沿线附近地形地貌、地表房屋裂缝情况、断层露头等开展追索性调查。通过对现有资料的收集分析及现场调查总结如下。

(1)研究区被第四系所覆盖，第四系厚度自东南向西北增大，最大可达500 m，第四系地层的厚度受断裂和基岩控制明显，第四系等厚线明显的沿安丘—莒县断裂展布。

(2)线位通过区域断裂带位于潍河东侧，其中安丘—莒县断裂昌邑北段极有可能为全新世活动断裂(王志才等、李康等、徐建国等，均认为昌邑段为全新世活动)，对线位影响较大，而昌邑—大店断裂位置更靠东，为非全新世活动断裂，本次勘察可忽略其影响。

(3)在线位南侧夏店镇附近，潍河拐弯处，受东西向断层构造控制，安丘—莒县断裂南北两侧差异较大，包括位置、地层等明显不同[7]。

(4)沂沭断裂带具有长期性、多次性、复合活动的特点，导致断裂带内地层特别复杂，地层层序混乱[9]；安丘—莒县断裂在此区域发育典型的花状构造，可能存在多条次级断裂，影响宽度较宽[2，5，10]。

(5)徐建国等最新研究发现，安丘—莒县断裂与昌邑—大店断裂北段之间存在带状潜凸起，该凸起南起太保村，北至下营村，长约32 km，宽度1.0～2.3 km，并将之命名为“昌邑潜凸起”，潜凸起内部发育一系列平行断层，将凸起区地质体切割成“断片状”[7]。

(6)通过现场调查，研究区没有明显断层地貌特征，地表未发现断层活动迹象，仅线位南侧追索至昌邑文山有断层露头，出露基岩为泥岩、砾岩，并错断第四纪地层。调查发现线位附近三教堂村及大窑村较多房屋发生裂缝，裂缝方向大致与构造走向一致，但大部分裂缝未贯穿至地表，分析可能为受构造控制地下水位变化等原因造成。

4 工程物探

根据掌握的近场区地层条件及断裂带资料，在线位两侧布设两条地震反射法测线ZF-1、ZF-2，测线设计与构造走向交角尽可能大，并且尽可能把推测断裂位置位于测线中央，测线尽可能按直线设计。

物探解译成果如下。

(1)ZF-1测线。

ZF-1测线位于王家庙村东侧乡村道路上，西起王家庙村，东至昌邑市恒昌混凝土公司，长2 462 m。该剖面共推断断层4处，分别编号为F1、F2、F2-1及F2-2。

F1：该断裂上断点位于测线桩号1620附近，断层两侧同相轴特征呈明显突变，西侧发育数组反射波组，东侧仅发育一组。断层倾向东，视倾角约50°。可分辨的上断点埋深约60 m。

F2：该断裂上断点位于测线桩号1050附近，断层两侧同相轴发生错断，东侧地层受断裂影响呈逆冲状。断层倾向东，视倾角约70°。可分辨的上断点埋深约105 m。

F2-1：该断裂上断点位于测线桩号950附近，断层两侧同相轴发生错断。断层倾向东，视倾角约85°。可分辨的上断点埋深约320 m。

F2-2：该断裂上断点位于测线桩号980附近，为次一级断裂，发育范围较小，断层两侧同相轴特征呈明显扭曲错断，且两侧地层倾向发生明显变化。断层倾向东，视倾角约60°。可分辨的上断点埋深约100 m。

(2)ZF-2测线。

ZF-2测线位于张家寨村东侧乡村道路上，剖面长4 160 m。该剖面共推断断层3处，分别编号F1、F2、F2-1，并与ZF-1测线相对应。

F1：该断裂上断点位于测线桩号3400附近，断层两侧同相轴特征呈明显突变，西侧发育数组反射波组，东侧仅发育一组。断层倾向东，视倾角约60°。可分辨的上断点埋深约60 m。

F2：该断裂上断点位于测线桩号2712附近，断层两侧同相轴发生错断，东侧地层受断裂影响呈逆冲状。断层倾向东，视倾角约65°。可分辨的上断点埋深约90 m。

F2-1：该断裂上断点位于测线桩号2566附近，断层两侧同相轴发生错断。断层倾向东，视倾角约85°。可分辨的上断点埋深约290 m。

5 工程钻探

根据物探解译成果，有针对性的在物探断点两侧布置钻探验证孔，在ZF-1剖面上布设了4个钻孔，形成联合剖面A-A′；沿ZF-2测线在拟建铁路线位上布设了12个钻孔，形成联合剖面B-B′，过程中根据钻探揭示地层情况及时对比分析，调整孔深、孔位，达到最佳验证效果。

通过钻探发现，在A-A′剖面中，ZK01孔5.7 m以下、ZK02孔30.8 m以下、ZK03孔7.5 m以下、ZK04孔7.6 m以下均揭露一套浅灰绿—灰绿色硬土软岩地层，呈半胶结状，胶结程度不均匀，胶结程度较好为半成岩状，该套地层至150 m深未揭穿，推测时代为Q-N。灰绿色地层以上至地表部分，覆盖薄层灰褐色、黄褐色土砂层，其中在ZK01孔中地下5.3 m灰褐色细砂层中采碳样，测年结果为距今3 520±30年，可以确定Q4底界在该套含贝壳灰褐色砂层底界以下。通过对比钻孔间的地层特征及差异性，确定钻孔ZK02与ZK03，ZK04和ZK03之间存在断错第四系的活动断层。以ZK01孔4.5～5.7 m灰褐色含贝壳砂层为标志层，ZK02孔该层深度为3.3～4.2 m，ZK03孔为3.0～3.5 m，ZK04孔为5.5～7.6 m，其中ZK03孔与ZK04孔之间存在较明显落差。以ZK04孔内部22 m处一套浅灰绿色粉砂质粘土夹细砾层为对比的标志层，ZK03孔该套地层位于地下40 m处，落差约20 m，根据钻孔测年结果并合区域第四系沉积及分布特征认为，该套地层划归为晚更新世中晚期。以ZK03孔内部76.6 m处一套粗砂细砾层为对比标志层，相应的ZK02孔内部该套地层位于地下96.8 m处，落差约20 m，根据钻孔测年结果并合区域第四系沉积及分布特征认为，该套地层划归为晚更新世早期至中更新世晚期。

在B-B′剖面中，ZK43孔11 m以下及ZK09孔9 m以下揭露与剖面A-A′相同的灰绿色地层，最大揭露深度149.3 m，未揭穿，而ZK43孔西侧相邻的ZK08孔该套灰绿色地层在62.7 m以下，ZK042孔在67.9 m以下，落差约50 m。ZK09孔东侧的ZK09-1、ZK10、ZK11、ZK12孔则未揭露该套灰绿色地层，分别在59.8 m、29.7 m、46.8 m、45.5 m处揭露紫红色砂泥岩地层，扣除地表高程落差，ZK10孔与ZK09-1、ZK11孔该层落差分别约为32 m、17 m。钻孔ZK05中，距地表5.8 m粗砂细砾层中富含牡蛎及贝壳残片，取碳-14样品测年结果为距今6 180±30年。在ZK43孔距地表40 m处取碳-14测年样品，其试结果为距今35 420±250年。通过对比钻孔间特征及差异性，确定钻孔ZK10与ZK09-1、ZK11之间分别有一条断层，ZK43和ZK08之间也存在一条断层。对比ZK08孔与ZK43孔表层地层，ZK08孔0～3.7 m为黄褐色粉质黏土，3.7～6.9 m为一套灰白色砾砂，而ZK43孔0～4.7 m为黄褐色粉质黏土+中砂，4.7～7.4 m为一套灰褐色粉质黏土，7.4～11 m为黄褐色粉质黏土+中砂，未见灰白色砂层，第一层黄褐色地层以下被错断。

本次工作成果与徐建国等发表的“昌邑潜凸起”及“潜凸起内部发育一系列平行断层，将凸起区地质体切割成断片状”结论吻合。综合以上分析，认为安丘—莒县断裂在研究区内由多条断层组成，均为隐伏状态，整个断裂带呈现出北窄南宽的特点，各条断层明显错断了晚更新世地层，其中F1可断定为全新世活动断层。

6 结 论

本次勘察研究针对拟建铁路与沂沭断裂带东支主干断裂(安丘—莒县断裂和昌邑—大店断裂)昌邑北段相交区域，详细收集了期刊文献、相关单位及邻近工程物探测线剖面，钻孔资料，地质资料等，开展了野外地质调查，在系统分析与总结已有研究资料及野外地质调查的基础上，有针对性布设了物探测线，并在获得物探成果的基础上，布设验证钻孔，最终查明断裂与线路相交的准确位置及其活动性。

通过本次勘察研究，确定了安丘—莒县断裂在工程线路附近隐伏区的展布情况，认为安丘—莒县断裂在近场区内由多条断层组成，均为隐伏状态，整个断裂带呈现出北窄南宽的特点，各条断层明显错断了晚更新世地层，其中F1主断层为全新世活动断层。昌邑—大店断裂在昌邑北段为非全新世活动断裂，对铁路影响较小。本次勘察研究为拟建铁路工程地质选线及设计提供了依据，对沂沭断裂带昌邑北段研究及其他类似工程勘察具有一定的参考价值。