坛山村破火山地层及其工程特性

步同庆

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 概况

坛山村破火山位于山东省海阳市徐家店镇西南侧，现地貌为剥蚀残丘及冲洪积平原，地形起伏不大，某铁路穿坛山村破火山遗址而过。

勘测区域所处大地构造单元为华北地台鲁东地盾的胶北隆起和胶莱坳陷两个三级构造单元的结合部。本区火山构造属环太平洋中新生代火山活动带(Ⅰ级)—辽鲁火山带(Ⅱ级)—莱阳—诸城火山喷发带(Ⅲ级)—莱阳火山盆地(Ⅳ级)。在早白垩纪晚期，沿桃村断裂发生以爆发、喷溢为主，侵出为辅的大规模火山活动。

2 坛山村破火山的形成过程

2.1 破火山地层的形成过程

破火山是指原火山口受到破坏而崩塌沉陷形成的锅形洼地。一般认为，岩浆物质大量喷发或侵入后，岩浆房空虚，但火山口附近上覆物质增多，重量增大，因支撑力不足导致岩层顺环状断裂坍塌沉陷。

调查及勘探揭示，坛山村破火山地层上部为喷发—沉积形成的角砾凝灰岩，其产状具有向心性，中部地层为熔岩胶结形成的英安质角砾熔岩及侵入的英安岩脉，下部可见沉积形成的凝灰质砂岩，见图1。大里程段含有断陷形成的压碎岩、断层角砾，可以推测坛山村火山经过喷发—沉积—喷发—火山岩侵位—断陷等多次活动，这些活动可能循环不规律的发生，导致各种火山类型的岩性在不大的范围内出现，且软硬不均。

图1 DK144+960～DK145+200段地质纵断面

2.2 原火山口的推测位置

受剥蚀运动影响，坛山村破火山口破坏严重，难见原始地貌。DK145+100右20 m处地势低洼，地表由第四系地层覆盖，基岩不出露。在其周围可见沉积形成的含角砾凝灰岩。通过测量角砾凝灰岩的产状可以确认，坛山村破火山周围沉积岩地层倾向有向心性，见图2。通过地质剖面也可发现，DK145+100附近处两侧地层倾向相对，见图1。结合地形地貌情况推测DK145+100右侧20 m附近为原火山口。

3 破火山地层工程特性

测区内基岩出露于地表，表为白垩系下统青山群八亩地组(KqB)英安质角砾熔岩、角砾凝灰岩，下伏青山群八亩地组凝灰质砂岩及岩浆侵入形成的的英安岩、火山口断陷活动过程中形成的压碎岩等。多种岩性混合分布，工程性质复杂。结合 DK144+960～DK145+200段的勘探资料，就破火山的地层岩性及其工程特性做如下评价。

图2 坛山村破火山平面

3.1 破火山地层岩性

(1)英安质角砾熔岩:颜色以灰色为主，局部呈灰黄色、灰紫色，角砾—凝灰结构，块状构造，强风化—弱风化。英安质角砾熔岩是熔岩与火山碎屑岩的过度类型，成岩方式以熔岩胶结为主，有石英脉填充。角砾呈棱角—次棱角状，颜色较杂，以安山质成分为主，角砾分布杂乱不均，粒径大小不一，最大可达8 cm，无定向排列。勘探揭露厚度1.8～36 m，岩芯呈块状及柱状，裂隙不发育，工程性质较好，英安岩以岩脉形式侵入其中，侵入接触带往往为软弱层。

(2)角砾凝灰岩:灰黄色、灰色，沉积凝灰结构，层状—块状构造。强风化—弱风化，成岩方式以压结为主，胶结为辅。角砾具棱角—次棱角—次圆状，颜色较杂，以英安质成分为主。强风化层角砾粒径较大，一般2～5 cm;弱风化层角砾层呈层状排列，粒径一般0.5～2 cm，岩体裂隙不发育。勘探揭露岩层厚度8.3～19.8 m，岩芯呈碎块状及短柱状。沿线位在推测原火山口两侧的实测产状分别为 40°∠35°、220°∠55°(见图2);小里程段颜色为灰色，受火山口断陷活动影响较轻，岩层倾角小，以弱风化为主，工程性质较好。大里程段受火山口断陷活动影响严重，经过多次塌陷，岩层倾角大，颜色以灰黄色为主，风化较为强烈，岩芯破碎。

(3)凝灰质砂岩:灰色、灰紫色，凝灰质结构，层状构造，弱风化，成岩方式以胶结为主。角砾含量很少，粒径一般小于0.5 cm。勘探揭露层厚大于8.4 m，位于地层下部，受火山活动影响小，工程性质良好。

(4)英安岩:灰绿色，少斑状结构，块状及流动状构造，弱风化，以岩株状、脉状侵入发育在青山群基岩中。经过多次火山口坍塌及火山活动后，英安岩侵入裂隙面及软弱层面。勘探揭露，岩脉厚0.5～4.8 m，主要分布于受火山口断陷影响较小的小里程段。英安岩内偶见周围基岩的包裹体，侵入接触带有蚀变现象，往往为软弱层。

(5)压碎岩:灰紫色、灰绿色、灰黑色、灰黄色，原岩岩性较杂，包括英安岩、角砾凝灰岩、角砾熔岩等，具有明显的压碎结构，后期胶结一般，局部可见蚀变现象，由火山口多次断陷—上部岩层垮塌、与下部岩层挤压形成。勘探揭示岩层厚1.0～6.7 m，岩芯呈碎块状及角砾状，分布于受火山口断陷影响较大的大里程段。

(6)断层角砾:断层破碎带填充物，颜色较杂，胶结很差，未成岩。勘探揭示厚0.9～5.4 m，岩芯呈角砾状及砂土状，角砾粒径2～6 cm，角砾原岩成分较杂，分布于受火山口断陷影响较大的大里程段。

3.2 断陷构造

岩浆物质大量喷发后，岩浆房空虚，支撑不住上覆地层重力造成火山口塌陷，形成断陷构造。小里程段岩浆及时补位，支撑住了上覆地层，受断陷构造影响较小，上部角砾凝灰岩与英安质角砾熔岩呈沉积接触，未发生滑移;从图1可以看出，实测上部角砾凝灰岩的倾角大于底部凝灰质砂岩的倾角，反映了破火山顶部岩层的向心塌陷程度要大于下部岩层。

大里程段岩浆未及时补位，导致上覆岩层塌陷明显，形成断陷构造。受多次断陷构造影响，上部角砾凝灰岩，岩体破碎，风化强烈，承载力低，与下部基岩呈断陷构造接触，岩层倾角大。虽然自第四纪晚更新世以来，区域内活动减少，地层趋于稳定，但在外加重力作用下，上部角砾凝灰岩地层有失稳的可能。由断陷形成的压碎岩、断层角砾原岩来源多样，成分较杂，软硬不均。

根据《地震安全性评价报告》，区域范围内的断裂全新世以来未见活动。

3.3 桥梁基础持力层的选择

26号～28号墩处地层受断陷构造影响小，弱风化角砾凝灰岩完整性好，裂隙不发育，稳定性强，故26号～28号墩可采用明挖基础，以弱风化英安质角砾熔岩、角砾凝灰岩为持力层;英安岩以岩株、岩脉形式产出于青山群基岩中，其中DK145+050～090处呈岩株产出，其余段落呈岩脉产出。29号墩处呈岩株产出的英安岩厚度较大，中心处的岩层均一，少见包裹体，工程性质良好，可用作桩端持力层。30号、31号墩处呈岩脉状产出的英安岩分布不规则，厚度薄且不均(厚0.5～4.2 m)，与周围基岩强度不一致，侵入周围基岩时形成软弱的接触带，不能作为桩端持力层，应以弱风化英安质角砾熔岩作为桩端持力层;32号、33号墩处地层受断陷构造严重，上部弱风化凝灰质角砾岩裂隙较为发育，用作桩端持力层时应保证一定的入岩深度，也可选用压碎岩作为桩端持力层。

4 结论及建议

在铁路工程地质勘察中，破火山地层是一种特殊少见的地层，野外调查时难以发现。在不大的范围内，产出了岩浆岩、沉积岩以及沉积凝灰岩，岩性种类较多，正确认识其地层及特征才能给出正确的工程性质评价。

26号～28号墩建议采用明挖基础，以弱风化英安质角砾熔岩、角砾凝灰岩为持力层，置于基岩一定深度;30号、31号墩可采用桩基础，以弱风化英安质角砾熔岩作为桩端持力层;32号、33号墩可采用桩基础，以弱风化角砾凝灰岩、压碎岩作为桩端持力层。施工时应进行试桩试验，优化设计参数，校验施工设备，提高成桩质量。

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