阅江特大桥近东西向断裂活动性研究及其对工程影响的评价

武汉固地鼎兴工程技术有限公司 汪旭涛

阅江特大桥位于肇庆市端州区与高要市之间，起点位于北岸端州区星湖大道与古塔路交叉路口，主桥沿古塔路跨越西江，在南岸高要乌榕村与世纪大道连接。主线桥梁全长2355m，主跨320m。

阅江特大桥工可勘察报告认为，在桥址区跨西江河道的南侧主墩附近发育近东西向断裂构造[1]，依据是断层两侧岩性及时代截然不同，附近岩层破碎，风化强烈，推测为先压后张的正断层，是高要大断裂带的次一级构造形迹。初设勘察报告认为，该断裂带北部为石炭系灰岩，南部为震旦系变质钙质砂岩[2]，推断属逆压性断层，岩石裂隙发育，岩芯较破碎。如果该断裂在晚第四纪尤其是全新世仍有活动，则对该桥设计有较大影响。因此，查明该断裂的形态、鉴定其活动性、评价其对大桥的影响，就显得十分必要。

1.断裂研究

此次研究主要先从宏观的地形地貌调查、地质构造分析开始，再结合桥位附近的物理探测、断层气探测和前期勘探成果，有针对性地布设钻孔取芯，对前期报告中揭露的断层进行全面分析。

1.1 地形地貌调查

桥位北岸为冲积平原，地势低平开阔，总体上属于现代河流侵蚀堆积地貌，南岸以近东西走向的低山丘陵为主。从区域上看，西江自北而南过三榕峡流入肇庆盆地，呈“U”字型弯折后，从东北方向穿越羚羊峡进入三水盆地，阅江特大桥即位于“U”字型的凸出部位。从总体上来看，肇庆盆地是侵蚀堆积而成的拗陷盆地，属非断陷盆地，地壳较为稳定。

在西江两岸可以观察到保留下来的三级河流阶地：第一级河流阶地多呈现半埋藏状态，市区位于其上；第二、第三级阶地都属于基座阶地，位于西江大桥南桥头东侧沿江地带，根据现场踏勘数据，地表未见由断层活动产生的陡坎、沟槽等，也未发现阶地高程不对称或被错移的现象。

1.2 地质构造

阅江特大桥位于肇庆复向斜核部偏南翼的位置，主要为石炭系地层，由北岸向南岸，岩性从石磴子组（C1ds）灰岩变为测水组（C1c）变质钙质砂岩夹炭质千枚岩。

肇庆地区的主要断裂构造包括：北东-北北东向吴川-四会断裂带（F1）、北西-北北西向西江断裂带（F2）及近东西向高要断裂带（F3），如图1所示。桥位附近的断裂构造主要为高要断裂带，高要断裂带始发于加里东期，是早古生代地槽褶皱回返时同构造产物。断层最新复活的下限为燕山第三期花岗岩侵入之后，其上限应在晚第三纪红色盆地沉积以前，但西江羚羊峡的形成，推测与此断层在新构造时期复活有关。在肇庆市南北两侧，多条断裂组成东西向断裂组，单条延伸不长，约几公里至十多公里。

图1 肇庆地区地震构造图（小震资料自1970年-2010年）

根据广东省地震局资料，桥位区半径25km 内历史上曾发生过3次破坏性地震，1584年发生过2次5级地震，1909年发生过一次4级地震。自1970年以来，现代地震台网观测40多年，共记录到15次ML1.5以上的地震，最大的一次地震是1972年7月26日发生在高要的ML3.4级有感地震。总的来看，近场区现今小震不多，地震活动水平较低。

1.3 物理勘探

由于断裂引起基岩错动或明显破碎时，将出现基岩反射波组的错动或缺失以及信号减弱现象，基岩内部反射特征亦会出现变化[3]。利用物理勘探该特性，结合已有勘探成果，选择浅层地震反射波法。此次共完成测线5条，总长6.03km，如图2所示。

采用美国产NZXP 数字地震仪，高压空气枪及与其配套的空压机激发，采用专用的漂浮电缆接收，检波器主频80Hz，道间距2m，接收道数为24道。

图2 勘察布置平面图

图3 L1 测线地震时间剖面图（部分）

图4 L2 测线地震时间剖面图（部分）

图5 L3 测线地震时间剖面图（部分）

图6 L4 测线地震时间剖面图（部分）

图7 L5 测线地震时间剖面图（部分）

表1 各测线段汞、氡气的背景值与异常下限值

图3 -图7显示，从所测5条水域浅层地震剖面分析来看，一般存在3组有效反射波组。8ms-25ms 左右发育T0波组，反射波组能量高、起伏较大、连续性好，为水底反映；T1波组在距测线起点500m 左右处开始出现，反射波组振幅较小，起伏较大，连续性较好，为砾石层顶反射界面；基岩反射波组Tg 连续性较好、信噪比高、振幅较强、起伏较大，发育在20ms-60ms 范围内，在T1波组不发育的区域，Tg 波组振幅较高，而T1波组发育的测线段，Tg 波组振幅较低，这主要是因为砾石层的存在对地震波传播起阻碍作用，在基岩岩性变化的部位，基岩波组反射特征出现差异或者微弱错动；基岩内部未出现有效反射波组。表明各测线剖面显示第四系覆盖层厚度普遍较薄，基岩埋深较浅，基岩波组反射特征出现的局部异常是由基岩岩性差异所引起，未发现明显断点异常及不良地质体。

1.4 断层气探测

活动断层是连接深部环境和气体释放的一条重要天然通道，通过分析汞气、氡气的浓度变化和分布规律，确定场地断裂位置、研究场地断裂活动性成为可能[4]。化学探测在上述调查和物探的基础上进行，布设3条测线，如图2所示，野外数据采集使用的俄罗斯产RA-915+汞分析仪和美国产RAD7型测氡仪。3条测线段土壤汞、氡气的背景值与异常下限值见表1所示。

各测线的气体浓度含量曲线图，如图8 -图10 所示。

对照表1中各测线氡气、汞气异常下限取值，结合含量曲线图，统计得到测线3中1808m 处汞值为88ng/m3，高于异常下限值；测线3中1704m 处Rn 值为78.34pci/L，高于异常下限值。它们的值明显高于平均值，分别在1808m 处、1704m 处近似垂直测线、跨测线方向两侧，点距8m，进行了补充测试。测试结果如下表2所示。

表2 异常点切测线处补测数据

从表2中补测的结果可知，异常点跨测线两侧方向值均低于异常值，甚至部分低于平均值，这些点很孤立，不能够成异常带，不可能是因为断层活动引起。探测场地没有探测到断层气氡气或汞气异常，未发现断裂活动迹象。

图8 测线1 氡、汞气浓度含量曲线图

图9 测线2 的氡、汞气浓度含量曲线图

图10 测线3 的氡、汞气浓度含量曲线图

1.5 钻探取芯

结合以上成果，在初勘ZK16号钻孔附近布设4个钻孔，揭露地质剖面如图11所示。石炭系下统测水组（C1c）砂岩与石炭系下统石磴子组（C1sh）灰岩岩性迥异，分属两个地层单位，二者产状一致，变质变形特征相似。

图11 钻孔联合地质剖面图

图12 西-4 孔37.5m：成功钻遇砂岩与灰岩界面，揭示了二者间 的整合接触关系（下图为上图的局部放大）

石炭系下统测水组（C1c）变质钙质砂岩夹炭质泥岩。砂岩中发育顺层间隔劈理，劈面见绿泥石化蚀变。放大镜下可见砂粒被压扁拉长，是伴随热变质作用产生的透入性变形。局部见小规模顺层破碎现象，碎块呈角砾状或透镜状，已完全固结。值得注意的是，砂岩中所夹炭质泥岩发生过强烈的滑动变形作用，由于此软弱层的整体卷曲、揉流，使夹于内部的坚硬薄层砂岩被剪断、撕裂、错碎、压扁、磨圆，形成角砾，最终被描述为炭泥质胶结的构造角砾岩。这是顺层滑动过程中，由于砂岩与炭质泥岩的力学性质不同，其变形行为也是完全不同的结果。实际上，描述为顺层破碎带更为合适，虽然它具备断层的一切要素，但此类“断层”的产出受控于地层，切割深度和延伸不会超越其地层载体的分布范围。

早石炭世石磴子组（C1sh）灰岩含有机质，普遍发生重结晶，可称为灰黑色微晶灰岩。岩层变形较强，层内发生粘滞型石香肠化，单个布丁呈透镜状、角砾状。粘滞型石香肠是一种空间上连续的无间断热变形，其有别于我们所关注的脆性切层断层构造。因此，把此类构造归结为受断层的影响，是不够合理的。

综上可知，砂岩与灰岩紧贴，无断层，无破碎；砂岩与灰岩层面产状一致，均为南倾65°；砂岩与灰岩变形与变质特征一致；砂岩与灰岩构造样式一致。所以，砂岩与灰岩间的整合接触关系（图12）是可以肯定的，原来推测的以砂岩为上盘、灰岩为下盘的逆冲断层被证实不存在，但砂岩中发育多层小规模层间破碎带是客观存在的地质事实。

2.影响评价

上述研究表明，工可和初勘阶段判定的砂岩与灰岩接触处断层并不存在，阅江特大桥只需按照相关规范[5]进行抗震设计，不需要进行专门工程场地地震安全性评价。但是，由于碳质泥岩破碎带的存在，降低了基岩整体强度的稳定性和均一性，墩位最好避开破碎带或考虑采取其他有效防护措施，以确保安全为宜。

3.结论

肇庆盆地是侵蚀堆积而成的拗陷盆地，非断陷盆地，地壳稳定。地表未见由断层活动产生的陡坎、沟槽等，也未发现阶地高程不对称或被错移的现象。水域浅层地震剖面未发现明显断点异常及不良地质体，基岩波组反射特征出现的局部异常由基岩岩性差异所引起。气体地球化学探测测线上无氡气或汞气异常，未发现断裂活动迹象。钻探取芯揭露跨桥位分属不同地质单元的灰岩和砂岩界线为整合接触，非断层接触。钻孔揭示的碎裂岩为砂岩内部的层间破碎带，破碎带沿软弱碳质泥岩夹层发育，完全固结，上覆第四纪土层未被切割或扰动，是前第四纪的老构造，非活动断层。