晋中至太原城际铁路沿线地质条件分析

张龙飞

（山西省地震灾害研究所，太原 030002）

晋中至太原城际铁路沿线地质条件分析

张龙飞

（山西省地震灾害研究所，太原 030002）

晋中至太原城际铁路位于山西断陷带次级构造单元太原断陷盆地内，盆地内部新构造运动复杂，城际铁路沿线跨越多条第四纪隐伏活动断裂，并穿过榆次地裂缝发育地带及砂土液化区域，这些地质问题极大地影响着晋中至太原城际铁路的前期勘测选线。本文从地质构造、地层岩性、浅层地震勘探等方面对穿越城际铁路的三条活动断裂的危险性进行了分析评价，以查明断裂错动对城际铁路的影响。结合前人对榆次地裂缝的研究成果，对城际铁路附近的地裂缝发育情况进行了调查验证，以查明榆次地裂缝对城际铁路的影响。通过在城际铁路车站及车辆段布置地质钻孔，进行标贯试验、剪切波速测试，以查明城际铁路沿线工程地质条件，对沿线车站及车辆段场地进行液化判定及场地类别判定。针对城际铁路沿线存在的上述地质问题，给出了相应的工程建议，对城际铁路前期勘测设计具有重要的指导意义。

地质条件；地质构造；活动断裂；地裂缝；砂土液化

0 前言

晋中至太原城际铁路西起太原地铁2号线一期工程终点站人民南路站，出站后折向东，沿在建十号路、迎宾街布设；途经汾东商务区、科教园区、科创城，下穿大西客专及太中银等铁路，上跨南同蒲铁路，至晋中市主城区，终点环城东路。正线全长20.286km，全线共设置车站12座及车辆段2个，其中高架车站10座，地下车站2座（山西省地震灾害研究所，2015）。该城际铁路与太原断陷盆地内多条第四纪活动断裂相交，并经过地裂缝发育地带，沿线大多数地段具有产生砂土液化的条件，因此对城际铁路沿线附近的活动断裂及地裂缝进行危险性评价以及对车站及车辆段场地进行砂土液化判定，对铁路勘测设计具有重要的意义。

1 地质条件综述

晋中至太原城际铁路位于太原断陷盆地内，断陷盆地北起石岭关，南至介休，总体走向NE，在晋祠以北转为NNE向，全长150km，东西宽40km。盆地的断陷始于上新世早期，断陷幅度一般大于2000m，最深处位于清徐一带达到3800m，盆地东部新生界断陷幅度仅200～300m。盆地周缘被正倾滑断裂所围限，盆地内部隐伏断裂发育，地震活动频繁，是新构造运动强烈的构造单元。

城际铁路全线呈近东西向展布，锦纶路站以西所有车站及车辆段均处于广阔的冲洪积倾斜平原区，锦纶路站位于黄土斜坡地带，环城路站位于低一级的黄土塬面，榆次车辆段地处黄土丘陵区前缘冲沟地带。全线总体地貌起伏较小，地面海拔高度在767.0～844.0m之间，相对高差为77.0m，呈西低东高特征。

为查明沿线车站及车辆段的地层岩性，在所有车站及车辆段均布置了地质钻孔，城际铁路沿线地层结构特征分述如下，见表1（山西省地震灾害研究所，2015）。

城际铁路沿线地表水主要为潇河径流，主要补给为大气降水（雨、雪），降雨多集中在6—8月份，具有明显的季节性。城际铁路所处地带为太原盆地中东部，东部地下水位埋深大，地下水位高，向西过渡为冲积平原，地下水位埋深逐渐变小，地下水径流方向从北、东流向南、西。

2 若干地质问题

2.1 活动断裂

城际铁路所处的太原断陷盆地新构造差异运动强烈，盆地边界多发育有全新世—晚更新世活动断裂，盆地内部发育有早—中更新世隐伏断裂，其中穿越城际铁路的第四纪活动断裂共有2条，分别是田庄断裂、王湖断裂（图1）。

（1）田庄断裂F4

表1 晋中至太原城际铁路沿线地层地貌特征Tab.1 Characteristics of formation and geomorphology along the inter city railway from Jinzhong city to Taiyuan city

该断裂是太原断陷盆地内一条规模较大的隐伏断裂，断裂西起太原市晋源区田村以西，东至榆次北部西沙沟，呈NEE走向，全长35km，倾向东南，正断层。该断裂带是太原断陷盆地北部浅凹陷和南部深凹陷的一条分界断裂，断裂以北上新世以来断陷幅度为200～1000 m，断裂以南断陷幅度为1200～3600m，上新世地层底界的垂直差异（断距）达1000～2500 m。依据中国地震局地球物理勘探中心在太原大学附近对田庄断裂的浅层地震勘探测试结果（图2），其最浅上断点埋深为93m，错断层位为T02，视倾向S，结合区域地质资料推测田庄断裂错断的最新地层为晚更新世早期地层，其主要活动时代在早、中更新世及晚更新世早期，属晚更新世活动断裂。

图1 晋中至太原城际铁路地质构造图Fig.1 Intercity railway Geological structure map From Jinzhong city to Taiyuan city

（2）王湖断裂F12

王湖断裂位于太原断陷盆地次级构造单元晋中凸起内，北起西沙沟，南至晋中市东南，长约16km，走向 NNW，倾向SW，为正断层。断裂以东为黄土台塬区，以西为冲洪积倾斜平原。据地质钻孔资料（图3），断裂两盘上新统顶面垂直断距达100m，主要活动期应在早—中更新世，晚更新世仍有活动，属晚更新世活动断裂。

图2 TZ2（太原大学）测线浅层地震反射时间剖面图Fig.2 Time profile of shallow seismic refection at TZ2 （Taiyuan University）

图3 王湖断裂地质剖面图Fig.3 Geological section map of Wanghu fracture

上述2条断裂均属非全新世活动断裂（表2），依据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.1.7条第1款规定，可忽略这2条断裂错动对城际铁路工程场地的影响。

2.2 地裂缝

对于城际铁路沿线地裂缝，必须查明地裂缝的具体分布位置，分析地裂缝成因，评价危害程度，并根据地裂缝的发育特征和活动趋势，采取相应的综合防治措施（范振平等，2011）。

（1）榆次地裂缝发育特征

城际铁路所经过的晋中凸起构造单元内发育有多条榆次地裂缝，其分布特征如下：

①西带：走向NE，地裂缝带宽400m，长达1800m，可细分为三条地裂缝（带）。②中带：走向SN，东西宽250 m，南北长3800 m。按其分布可划分为3条地裂缝（带），每条地裂缝（带）宽窄不一，但均呈南北向。③东带：地表破裂分部在晋中市榆次区东部，地裂缝沿线有一系列呈SN向延伸的串珠状塌陷坑，该带长度约600m（丁学文等，2000）（图4）。

图4 榆次地裂缝与城际铁路位置关系Fig.4 The location relationship between the ground fissures in Yuci and the of the inter city railway

（2）榆次地裂缝成因探讨

①榆次地裂缝地处榆次城北聂村、王湖、北关一带，从地形地貌上分析，属倾斜平原后部（图4中Ⅲ），地势北高南低，东部为黄土台塬（图4中Ⅰ），二者之间为过渡斜坡地带（图4中Ⅱ），由于地形地貌的影响，在Ⅱ与Ⅲ的结合过渡地带存在着一条SN走向、相对低洼的汇水廊道，汇水廊道呈由北向南的舌状延长形态，这个SN向带状区域对地表水和地下水极其敏感，地下水在由东往西、由北往南的径流过程中，经过过渡斜坡地带（图4中Ⅱ）地下水位埋深发生了突变，从而为斜坡前缘地下水埋深较浅的位置发育扩展地裂缝提供了背景条件，研究表明榆次地裂缝的空间展布形态趋势上基本与地下水位埋深突变带保持一致。即榆次地裂缝发育在Ⅱ的前缘及Ⅲ的后缘一带，整体呈SN走向。

②地质构造、地形地貌的差异导致了沿不同地貌单元地下水位埋深的突变，这是榆次地裂缝形成的背景条件。不同地貌单元岩土结构的差异则导致了赋水性能的不同，这是榆次地裂缝形成的介质条件。

③除了断裂构造的控制作用，地下水的过量开采也是影响地裂缝的重要因素。据晋中市榆次区1989—1992年观测资料（苏宗正等，2000），地下水开采强度每年超过400000 m3/km2，形成面积约27km2的降水漏斗，中心位于市政府一带。榆次地裂带即分布于该漏斗的东北边缘一带（图5），地裂带走向与降水漏斗的走向也基本一致，因此说榆次地裂缝的出现与榆次地下水的过量开采，与地下水降落漏斗的形成有一定的关系。

（3）榆次地裂缝对城际铁路的影响评价

调查表明，1995年至今，榆次地裂缝未穿过城际铁路再进一步向南发育，现状条件下，总体处于相对稳定状态，且地裂缝与城际铁路最近距离均在40m以外，根据榆次地裂缝对建筑物破坏和影响调查，地裂缝两侧上盘20.0m、下盘15.0m范围应作为地裂缝避让带宽度，因此现状条件下（1995年至今）可不考虑榆次地裂缝对拟建城际铁路场地产生的断错影响。

图5 晋中市榆次区地下水降水漏斗水位等值线图（1992年）Fig.5 Contour map of ground water level of precipitation funnel area in Yuci area of Jinzhong city in 1992

2.3 砂土液化

按照《建筑抗震设计规范》（GB50011—2010） 第4.3.1条～4.3.6条的规定，结合地质钻孔岩性及地下水位埋深资料，通过孔内标贯试验可以对沿线各车站及车辆段进行砂土液化判定，液化及建筑场地类别判定结果详见表2，从该表中可以看出编号11～12车站地下水位埋深发生了突变，榆次地裂缝即沿这2个车站之间的过渡地带而发育。

3 结论

（1）沿线除锦纶路站、环城东路站、榆次车辆段外其余车站及车辆段均具有产生砂土液化灾害的条件，液化等级为轻微—严重不等，根据国家标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909-2014）第3.1.2条，晋中至太原城际铁路工程项目抗震设防类别应为重点设防类，因此需按照相关规范采取相应的消除液化工程措施。

（2）锦纶路站、环城东路站、榆次车辆段上部地层均具有湿陷性，需按照相关规范进行湿陷性评价，工程勘察时，应重点查明湿陷性黄土层的分布及其厚度、地基的均匀性。地基处理时，应尽可能消除其湿陷性和不均匀性，并做好地面防水和排水措施。从工程措施上减轻湿陷性对城际铁路的影响。

（3）超量开采地下水是榆次地裂缝形成的外部诱因，虽然现状条件下，榆次地裂缝未再进一步发育，但是随着城市的发展，未来存在由于过量超采地下水而导致榆次地裂缝进一步向南发育的可能性，势必对城际铁路造成一定的影响，因此建议政府和有关职能部门应加强对地下水资源的宏观管理，限制开采地下水，以减轻地裂缝变形程度和危害。

表2 晋中—太原城际铁路沿线砂土液化及建筑场地类别判定结果Tab.2 Results of classification of sand liquefaction and building sites along the inter city railway from Jinzhong city to Taiyuan city

［1］山西省地震灾害研究所. 晋中至太原城际铁路工程场地地震安全性评价报告［R］. 2015： 118～193.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）［S］. 2010.

［3］范振平，李强. 大同—西安高铁沿线地裂缝成因分析［J］. 物流技术，2011，30（4）：49～52.

［4］丁学文，张大为，陈国顺，等. 山西榆次地裂缝的分布及活动特征［J］. 山西地震，2000，28（2）：9～12.

［5］苏宗正，郝何龙，侯廷爱. 太原盆地的地裂及其灾害［J］. 山西地震，2000，28（3）：1～5.

Discussion on the Geological Condition along the Jinzhogn to Taiyuan Intercity Railway

ZHANG Longfei
（Earthquake Disaster Research Institute of Shanxi Province， Taiyuan 030002）

Jinzhong to Taiyuan intercity railway is located in the Taiyuan fault basin， which geological conditions are complex. This railway is across multiple Quaternary buried active faults and through the ground fssures in Yuci Development Zone and sand liquefaction area. These geological problems greatly affect the preliminary survey line selection of Jinzhong to Taiyuan intercity railway. In order to fnd out the fault infuence on the railway， in this paper， the geological conditions along the intercity railway are studied， for example， the geological structure，stratum， lithology， shallow seismic exploration in three aspects of the active fault crossing the intercity railway. In combination with the previous research results of the ground fssures in Yuci， the development of the ground fssures in the vicinity of the intercity railway was investigated and verifed， in order to fnd out the infuence of Yuci ground fssures along the intercity railway. Through geological drilling， standard penetration testing and shear wave velocity testing， we identify the intercity railway engineering geological conditions and along the station for liquefaction judging and distinguishing site types. According to the above geological problems existing in the intercity railway， the corresponding engineering suggestions are given， which are important guiding signifcance to the preliminary survey and design.

Geological condition； Geological structure； Active fault； Ground fssure； Sand soil liquefaction

U212.22；P694

A

1007-1903（2016）03-0054-05

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.03.010

张龙飞（1982- ），男，硕士，工程师，主要从事工程地质、地震地质研究。E-mail：89267561@qq.com