（岩土工程专业论文）深圳罗湖建成区断裂带岩土体局部区域稳定性评价研究.pdf

摘要 断层破碎带所造成的工程灾害是个极为复杂且具有重大经济意义的课题，如 何才能安全有效的在这类地质环境中进行工程建设并保证其稳定性， 直是广大 岩土力学和工程地质工作者所必须面对的难题。断层破碎带的缓慢蠕动将引起地 面的拉张变形或不均匀沉降，对地面建筑物产生巨大的破坏作用。断裂带的活动 性对城市市区的区域稳定性及地面变形问题具有重要影响。 本文在广泛查阅、研究国内外及当地有关资料的基础之上，以深圳罗湖建成 区断裂带岩土体为研究对象，通过对现场实际监测资料总结分析，并结合室内常 规单轴、三轴压缩试验、单轴流变试验及有限元数值计算模拟方法对断裂带岩土 体变形特性进行了系统研究。依据各项研究分析结果评价了罗湖建成区断裂带岩 土体的稳定性，并按其稳定程度对罗湖地区进行了区域划分。 试验研究及计算分析表明，岩石在单轴受压达到强度极限后，并未完全丧失 承载力，而在一定阶段内仍可继续承载；三轴受压时，随着围压的增加，岩石的 峰值强度和残余强度均有所增加，峰后出脆性变形向延性变形逐渐转化，同时水 对岩石强度会产生弱化作用；岩质材料的岩性越软弱，其流变特性也就愈显著， 且岩石在较高应力水平f 的流变性能比较明显：断裂位移测量与流变有限元数值 模拟都证实了罗湖断裂带的活动性，但是活动性甚微，还不足以引发大面积的地 质灾害；罗湖全区可划分为稳定、较稳定及基本稳定三级四个主区及第四分区的 三个亚区，从分区图中可清晰的判别断裂带不同区域的稳定程度，这对罗湖地区 今后的建筑设计和城市规划具有重要的指导意义。 关键词：罗湖建成区 断裂带流变模型有限元 a b s t r a c t r e s e a r c ho nt h ee n g i n e e r i n gd i s a s t e rc a u s e db yf a u l t a g ef r a c t u r ez o n e sj so f g r e a te c o n o m i cs i g n i f i c a n c ea n da l s oac o m p l i c a t e ds n b j e c t ，h o wt oc o m p l e t e c o n s t r u c t i o n ss a f e l y ，e c o n o m i c a l l ya n de f f e c t i v e l yi ns u c hg e o l o g i c a lc i r c u m s t a n c e i sa l w a y sac h a l l e n g et om a n ye x p e l si nr o c km e c h a n i c sa n de n g i n e e r i n gg e o l o g y g r o u n dt e n s i l ed e f o r m a t i o na n da s y m m e t r ys e t t l e m e n tc a u s e db yt h ec r e e po f f a u l tz o n e sw i i jb r i n gat r e m e n d o u sd a m a g et ot h eb u i l d i n g so nt h es u r f a c e t h e m o v e m e n to ft h ef a u l t a g ef r a c t u r ez o n e sw i l la l s oi n f l u e n c et h el o c a ls t a b i l i t yo fa c i t ya n dt h eg r o u n dd e f o r m a t i o n a f t e rc o n s u l t i n ga g r e a ta m o u n to fd o m e s t i ca n df o r e i g nr e l a t e dd a t u m m a i n l yt a k i n gs h e n z h e nl u o h uf r a c t u r ez o n e sf o rr e s e a r c ho b j e c t ，s o m es y s t e m i c r e s e a r c hh a v eb e e n d o n eb ym e a n so fa n a l y s i so nl o c a l em o n i t o r i n gd a t u m a n a l y s i s 1 a b o r a t o r yr o u t i n er h e o p e c f i ct e s t i n ga n dt h ef i n i t ee l e m e n tn u m e r i c a l m e t h o d l u o h uj i a n c h e n gd i s t r i c ti sc o m p a r t m e n t a l i z e db a s e do ne v a l u a t i o n so f t h es t a b i l i t yo f r o c kf a u i tz o n e si ni tw i t ht h ea n a l y s i sr e s u l t s t h ee x p e r i m e n t a la n da n a l y t i c a lr e s u l t ss h o wt h a tr o c k sd on o tl o s et h e l o a d - c a r r y i n gc a p a b i l i t yc o m p l e t e l ya f t e rr e a c h i n gt h ep e a ko fs t r e n g t hu n d e r u n i a x i a lc o m p r e s s i o n a n dc a us t i l lw o r k u n d e rt r i a x i a lc o m p r e s s i o n t h ep e a k a n dr e m a i n e ds t r e n g t ho fr o c k sb o t hi n c r e a s ew i t ht h ec o n f i n i n gp r e s s u r e a f t e r t h es t r e s sp e a kt h eb r i t t l ed e f o r m a t i o nd i s a p p e a r sa n dt h ep l a s t i cd e f o r m a t i o n o c c u r s ，i nt h em e a n t i m ew a t e rc a nw e a k e nt h es t r e n g t ho fr o c k s ；t h e t i m e d e p e n d e n tb e h a v i o r ( c r e e p ) o fr o c k si sd i s t i n c ti nt h er e g i o no fh i g hs t r e s s a n dw h e nt h er o c km a t e r i a li ss o f t 。t h em e a s u r eo ff r a c t u r ed i s p l a c e m e n t sa n d t h en u m e r i c a ls i m u l a t i o no ft h ef e mi n d i c a t et h ep o s s i b i l i t yo fm o v e m e n to f l u o h uf r a c t u r ez o n e s h o w e v e r , t h el e v e ro ft h em o v e m e n ti ut h er e g i o ni s r e l a t i v e l yl o w , a n dw i l ln o tc a u s eg r e a tg e o l o g i c a ld i s a s t e r l u o h ud i s t r i c tc a nb e d i v i d e di n t os t a b l e ，r e l a t i v e l ys t a b l ea n db a s i c a l l ys t a b l er e g i o nw h i c hi n e l u d e f o u rp r i m a r ya n dt h r e es e c o n d a r yo n e s t h es t a b i l i t yl e v e ro fd i f f e r e n tr e g i o n s canb ed i s t i n g u i s h e de a s i l yf r o mt h eg e o l o g i c a ld i v i s i o nm a p ，w h i c hi so fg r e a t s i g n i f i c a n c et ot h ef u t u r ec o n s t r u c t i o nd e s i g na n dc i t yp l a n n i n gi nl u o h ud i s t r i c t k e y w o r d ：l u o h uj i a n c h e n gd i s t r i c t f a u l tz o n e c r e e pm o d e l f e m 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题依据和研究意义 城市环境岩土工程问题是城市化的必然结果。高层建筑、地f 工程、高速路 桥的兴建等人类工程活动，以及其与区域地质构造相互作用所引起的环境岩土工 程问题类型很多，其中很重要的就是大型人口密集型城市可能存在的不稳定性， 包括区域稳定性和地面变形问题。 深圳市正是这样一个处于高速发展中的特区城市，自1 9 8 0 年创办经济特区 以来，城市建设发展迅速，高层建筑林立，已经具备了开放的国际性城市的规模。 由于五华一深圳断裂带自东北往西南斜穿深圳市，经过坪山、横岗、深圳水库和 罗湖区高层建筑群，其可能带来的一系列区域地壳稳定性问题将关系到经济特区 建设规划及其发展前景，是不容忽视的。其中深圳罗湖建成区断裂构造发育，建 筑物密集、水库库容增大，大大增加了罗湖区地面的荷载。加之十多年来大规模 建设的深基坑施工降水等人类工程活动，必然改变原有地壳结构的边界平衡条 件、载荷平衡条件及其平衡状态，使原本具有活动性的罗湖断裂带的弱平衡状态 地质环境受到破坏。为了科学的规划城市建设、保证城市安全、抗御地质灾害， 首先就要加强城市地下活断层的分布及其灾害评估。 由于深圳市交通、水利工程以及高层建筑的建设都可能受到地基岩土不良 特性的制约，特别是罗湖建成区断裂带风化岩体、破碎岩土体在地壳运动和复杂 干扰力作用下显现的变形破坏规律对于地区稳定性显得尤为重要。地下岩土体一 般处于三向受压状态，若受到深基坑开挖卸荷，岩土体将表现出不同的力学变形 特征。断裂带风化岩体、破碎岩体时时处于饱和，非饱和渗流状态( 深圳市是亚 热带地区，一年四季雨水不断，暴雨入渗与细雨绵绵对岩体强度与变形特性的影 响是不同的) ，长期处于这种状态下，岩土体的强度与变形特性是会发生劣变的。 因此，应在查明罗湖建成区高层建筑区段内岩土体分布的基础上，深入探讨岩土 体在复杂应力状态下变形破坏特征与断裂带活动性的规律。可见进行深圳市罗湖 建成区断裂带岩土体变形破坏特征研究及断裂带活动性对建成区建筑物安全性 影响研究具有重大的现实意义。为此不仅应进行传统的地质调查( 地质构造调查、 水文、工程调查) 、应力以及建筑物位移监测等工作，同时应注重研究断裂带在 复杂应力状态下风化岩体所表现出的变形力学性质，丰富研究内容，但更主要的 是为了提高项目工作的研究水平，更全面、更准确地了解、掌握断裂活动变化以 及地层未来数年内发生流变变形引发地表沉降的情况、规模及变化趋势，为舫治 河海大学硕士学位硷义 危害性较大的地质灾害进行准确的预警和预报，对深圳罗湖断裂带以及整个罗湖 地区的稳定性作出准确的评价。 1 2 研究现状 1 2 1 岩石力学的发展现状 岩石作为自然界的一种天然材料，对其变形特性的研究，虽初也是沿着一般 材料力学、弹性力学、塑性力学的过程而逐步展丌的。随着水库大坝、铁路隧道、 跨江桥梁等重大工程项目的不断兴建，以及地下采矿业的巨大发展，大大刺激了 对岩石力学性质的研究，岩石材料的天然复杂性也越来越为人们所认识。1 9 5 6 年4 月，在美国c o r o l a d o 矿业学院举办的岩石力学讨论会上，提出了“岩石力 学( r o c km e c h a n i c s ) ”这个名称，从而成为一个独立于一般固体力学的新学科。 公认的岩石力学定义是美国岩石力学学会( t h eu sn a t i o n a lc o m m i t t e eo nr o c k m e c h a n i c s ) 在1 9 6 4 年首先提出的，随后于1 9 7 4 年修改为口 ：岩石力学是研究岩 石和岩体力学性能的理论和应用的学科，是探讨岩石和岩体对其周围物理环境力 场的反应的力学分支。 近4 0 年来，由于科学技术的迅猛发展，人类活动领域的不断扩大，实验手 段的日益提高，数学方法也有了长足的发展，这使得岩石力学自身又迅速分化为 许多学科，如岩土塑性力学、岩石断裂力学、岩石损伤力学、分形岩石力学、节 理岩石力学、岩石流体力学、岩石流变学、岩石破碎学、矿山岩石力学、软岩力 学等等【 ”】。如果从研究的手段和目标来看，则可以将岩石力学研究的内容分成 如下两类： 一类是利用实验室的岩样参数，结合原位试验和工程实际，给出各种经验公 式，以便利用有限元等数值计算方法；数值分析结果通常还要经过适当的模型或 现场试验来证实。这一方法具有很高的实用价值，但其结果具有局限性，只是在 一定的范围内是准确的。 另一类是从细观上研究岩石材料内部的破坏过程，以期确切地理解岩石变形 破坏的物理特征，并寻求实验室岩样结果的验证。但这些理论工作赖以建立的基 础与岩石材料的真实情况并不完全相符。最为重要的是，岩石从细观上或者说在 微观角度上看是不均匀的。其真实的性状千变万化，十分复杂，想从有限的试验 中总结出具有实用价值的理论是比较困难的。 上述两个方面都牵涉到一个基本问题，即实验室有关试验结果只是具体岩样 的宏观力学性质，它随岩样而变化，并不完全等同于岩石材料的力学性质。岩石 的变形性质不具备尺度的相似性。这固然是众所周知的事实，但在讨论强度准则、 2 第一章绪论 失稳破坏等问题时，经常不能予以明确区分。下面仅举一例予以说明： 基于单个裂纹的扩展或多个裂纹的贯通得到的各种g n f l i t h 强度准则，可以 用来讨论岩石的抗拉强度和抗压强度的比值，进而利用实际岩样的试验数据来评 价、判断这些强度准则的合理性1 5 ”。这就隐含了一个假设：岩样受拉和受压达 到极限应力时，标志着裂纹的扩展。然而，这样的假设无论如何是难以成立的。 因此，不可能用岩样的试验结果来证实基于分析局部材料变形特性得到的理论强 度准则。就此而论，关于强度准则形式的若干讨论【5 ”8 1 ，如果不能明确其建立的 基础和应用的范围或方式，是很难得到统一意见的。 1 。2 。2 岩石流变力学研究现状 当材料受力时，一般会引起变形或流动。一切变形均可分为弹性变形和流动 变形。所谓弹性变形就是由外力产生的变形只要撤去外力就再次恢复到原来形状 的变形。弹性变形中把瞬间恢复的变形作为理想弹性变形，而把不是瞬间恢复的 变形作为非理想弹性变形。在理想弹性变形的条件下，把剪切应力和剪切应变完 全构成比例关系的变形称为虎克型变形，而把未构成比例关系的变形称为非虎克 型变形。在非理想弹性变形的条件下，在撤去应力后，可分为没有残余应变的完 全恢复型和有残余应变的不完全恢复型。不完全恢复型变形介于弹性变形与流动 变形之间，属于这种类型的塑弹性和粘弹性也属于流动变形范畴。岩石受力作用 后，也会表现出流动性。岩石流变性同样是岩石的重要力学特性之一，很多的岩 石工程问题都与岩石流变性有密切关系。陈宗基教授曾指出，一个工程的破坏往 往是有时间过程的。换句话说，是由岩石的流变性控制的，因为岩石的流变就是 指岩石的变形与时间之间有着相应的特殊关系，即时间效应，其对于研究开挖后 的工程岩土体的动态特征以及岩土体工程的设计，均具有十分重要的意义。于是 在弹塑性研究成果的基础上，人们开始注重岩石和岩土体流变的研究。甚至有的 研究者指出，如果不考虑岩石的流变性，某些岩石力学的基本课题就不可能解决。 对岩石流变性的研究可追溯到本世纪三十年代，1 9 3 9 年g r i g g s 发表了他的研究 成果，提出砂岩、泥板岩和粉砂岩等类岩石中，当荷载达破坏荷载的1 2 5 8 0 时，就发生蠕变的观点。在此以后的几十年里，很多研究者相继从各个不同方面 进行了岩石流变研究。随着岩石力学理论与实践的不断发展，岩石流变研究越来 越引起广泛重视。现在关于岩石流变的研究工作从现象到机制，从理论到应用都 有了全面进展。 要研究岩石流变，与其它学科一样必须从理论与实践两方面出发。即理论模 型的研究与试验研究，两方面紧密相连。理论为试验提供了方法与可行性，而试 验又反过来验证了理论的正确性与适用性。 岩石的流变模型分为两类，一类为利用几种元件组成的物理模型，另一类为 村吐t 学! ! b 学咎讫文 描述岩石流变性的数学模型。关于岩石流变模型，目前已有很大发展，有许多可 供选择的模型被建立起来，对于不同类型的岩石，可选用相应的流变模型来描述 其特性c 5 9 _ 6 2 1 。 实际上岩石蠕变研究，常通过蠕变试验来获取岩石的蠕变资料，据此选用相 应模型及确定相应蠕变方程( 包括其蠕变参数) 。岩石蠕变性研究，首先是建立 ( 或选择) 模型，接下来则是确定岩体蠕变参数。岩石的蠕变参数与所选定的模型 有关，更与岩石的基本组构和物质有关。因此，选定适宜的蠕变模型及确定相应 参数是蠕变性研究的重要内容和基本出发点。例如，h a n p i n gc h i n 和h j d a v i d r o g e r s 在分析现场蠕变试验时，对页岩、凝灰岩和风化石灰岩蠕变分别用四单 元和三单元模型及指数蠕变核积分型模型来模拟。刘泉声f 6 3 提出了拟合三峡花岗 岩单轴应力一应变关系和变形特性的力学模型及其粘聚力随温度和时间变化的经 验公式。同济大学近期畔】研究了岩体膨胀应变一应力与时间之间的关系。李建林 6 5 1 对岩石进行拉剪蠕变断裂试验研究，研究了花岗岩在拉剪应力作用下蠕变变形 规律等。 目前所发展的模型主要注重于蠕变的前两阶段。而第三蠕变段，则是岩石蠕 变更为重要的阶段，它不仅是岩体状态的突变，在实际工程中也是研究岩体失稳 性态的具有实际意义的内容。尽管耿得第三蠕变段或蠕变全过程的岩石蠕变试验 资料很困难，但对蠕变全过程特别是第三蠕变特征的研究工作仍有不少研究者作 出了努力 6 6 - 6 8 l 。s o k u b o 等( 1 9 9 1 年) 指出，大多数研究资料只局限于第一和第二 蠕变段，虽然第三蠕变段被认为与工程岩体稳定性密切相关，而这一阶段的特性 对于研究工程的长期稳定与使用寿命又特别重要。之所以出现这种情况，他们认 为，由于要取得蠕变全过程资料，对试验系统有着极为严格的要求。第三蠕变段蠕 变速度不断增加，为量测第三蠕变变形，要求试验机和测量系统有相当快的反应； 同时作为蠕变过程的第二蠕变段，蠕变速度非常慢，变形量的变化非常小，则要求 试验系统有长期稳定性的足够高精度的量测仪器。因此，要取得蠕变试验全过程 曲线，其试验系统必需满足十分严格的条件，这可能就是迄今全过程蠕变曲线很 少的主要原因。通过不懈的研究，s o k u b o 等利用自己研制的试验机和计算机辅 助测量系统，得到了三种岩石和砂浆材料蠕变全过程资料f 6 “”】。 由于岩体材料的非均质、非线性、不连续性以及各种工程条件与施工因素的 影响，由室内岩石试验或现场原位试验所获得的岩体力学参数往往还不能很好的 反映实际岩体的性质，这在很大程度上影响工程岩体的解析计算与数值分析结果 的正确性与可靠性。自从提出弹性岩体等效弹性模量和原岩地应力的有限元反分 析算法以来，利用工程现场量测得到的反映系统力学行为的某些物理量( 如应变、 位移、应力等) ，反演岩体流变参数取得，较多成果。最近，对岩体流变模型辩 4 第一章绪论 识的研究又取得了许多新进展。 近年来岩石流变性研究，无论是岩石流变试验，还是岩石流变模型的建立或 理论研究，都有很大的发展。岩石流变性在工程中的应用的探索也不乏其例，如 计算油井套管岩压外载时考虑其蠕变影响，通过第三蠕变预测边坡破坏时间，及 对地震机制的分析等方面。岩石流变研究作为岩石力学学科的重要分支，在理论 和实践上都有着重要意义。通过整理与归纳，我们可以得到下面几点认识： ( 1 ) 岩石流变试验，由于其对实验系统的条件要求严格，及其试验历时较长， 因而进行岩石流变试验相对说来有一定难度，特别是对岩石蠕变全过程的试验资 料较少，这给开展岩石流变研究带来一定的局限性。在流变试验方面，对岩石进 行单轴压缩蠕变的试验比较多，而对含有软弱结构面岩体进行压缩剪切蠕交的试 验比较少，资料比较缺乏 7 2 , 7 3 。在蠕变试验的基础上，通过对蠕变试验曲线进行 拟合，可以得到一定的蠕变函数关系，以研究岩土体的流变特征。目前多采用对 数函数、指数函数或者多项式函数形式来拟合蠕变变形一时问关系 7 4 - 7 6 j 。 ( 2 ) 关于岩石的流变模型，这是岩石流变性研究开展较活跃的一个方面。目 前建立了很多的岩石流变模型，早期常采用粘弹性模型，如m a x w e l l 模型、广义 k e l v i n 模型( k e l v i n b u r g e r s 模型) 等；为反映岩石( 体) 的更为复杂的时间效 应特征，采用了更为复杂的岩土体流变模型，包括b u r g e r s 模型、p o y n t i n g t h o m s o n 模型、西原模型、通用线性粘弹性模型以及粘( 弹) 塑性模型 7 7 - 8 5 。这些模型包 括由若干单元组成的物理模型及不同表达的数学模型，但大多模型对于模拟第一 和第二蠕变特性较适合，而对第三蠕变的模拟则不宣。对第三蠕变的研究，由于 试验的困难和目前试验资料的不多，仍有一定局限。 ( 3 ) 在复杂应力状态下，岩石和岩体亦会产生蠕变现象，其蠕变性态受各 个方向应力大小及其加荷路径的影响。在轴压和围压均恒定时，轴向蠕变应变显 著地随时间而增长；在围压恒定而轴压增加时，曲线特征与单轴压缩相似，在每 一段增量荷载下的轴向、侧向和体积变形均具有显著的时间效应；在轴压恒定、 围压增加时，体积变形的时间效应不甚明显且轴向和侧向蠕变值也不大；在高围 压条件下，岩石蠕变断裂比单轴压缩困难得多。 ( 4 ) 在工程应用方面，尽管目前有关边坡和洞室围岩稳定计算的文章很多， 但在描述和处理岩石材料的时间效应与其流变属性方面仍存在一些人为的因素， 通常选用的流变计算模型带有一定的主观性。在实际应用中，应该针对具体的工 程情况，结合现场和室内流变试验数据建立相应的岩体变形破坏模式，使其对岩 体变形问题的拟合、解释达到合理可信的程度。 总之，对岩体变形机制和稳定性综合分析的研究工作正在逐步深入。然而由 于岩体本身及影晴岩体稳定因素的多样性和复杂性，试图用一种统一的理论来研 河海大学硕：l | 学位论文 究分析岩体的所有问题是不合理的。在已有的研究成果之上去分析实际岩体的稳 定性，并在实践中深化、发展这些理论，对研究者而言将是一件极为有意义的工 作。 1 3 本文主要内容 根据“深圳市罗湖建成区岩土体变形破坏特征与断裂构造活动性对建筑物安 全性影响研究”课题的要求，又结合前人对深圳市罗湖建成区岩土体变形破坏及 建筑物稳定性研究的成果，立足工程实际运用，本文研究的主要内容包括以下几 点： ( 1 ) 为能够准确的对罗湖地区的稳定性作出评价，收集前人大量研究工作， 并经过近一年的现场调研、测试测量、计算分析，熟悉了罗湖建成区的情况，基 本掌握了岩土体变形破坏的特征和规律，对其有了一定的认识。根据地质条件、 应力状态综合统筹考虑，为建筑物安全性及规划管理提供建设性意见，以确保国 土资源利用可持续发展。为此从现场工作成果与前人经验出发对罗湖地区的区域 地质环境进行研究与分析。将罗湖区放在整个深圳，甚至整个广东沿海地区这一 广阔的地质背景下进行研究，在针对罗湖区断裂带进行专项研究之前对其所处的 大地质背景有所认知。否则离开其依附的地质环境而割裂其与周围地质现象的联 系，而仅仅研究罗湖区断裂带的活动性，无异于管中窥豹，研究方向正确与否和 所得结论的可靠性都将大受影响。在上述基础之上本文全面介绍了罗湖区断裂带 的基本地质特征并初步分析评价了该地区断层的活动性。 ( 2 ) 针对罗湖区岩土变形特征及规律的研究，本文立足于室内试验，对罗 湖建成区三种种典型的岩石( 大理岩、砂岩、花岗岩) 进行系统的单轴与三轴压 缩试验研究，所作工作一方面为全面掌握罗湖区内岩体受力变形特性与规律，另 一方面也为后面所进行的流变试验提供了必要的力学参考数值。 ( 3 ) 对罗湖断裂带中两种典型的岩石( 砂岩和泥质砂岩) 进行了系统的单 轴流变试验研究：结合前人对岩石流变本构模型的研究成果，分析并确定适合深 圳罗湖建成区岩体流变力学特性和地层构造特征的流变计算本构模型，并对该模 型的计算参数进行了曲线拟合研究。 ( 4 ) 选取罗湖断裂带南北两个贯穿大多数区内主要断层的地质剖面作为地 质模型，利用有限元数值方法模拟断裂带在自重应力和建筑物荷载共同作用下的 变化趋势，预计断裂带的未来发展趋势和活动性，这对罗湖建成区的地质灾害防 止工作有重要的指导意义。 ( 5 ) 根据前几章节针对罗湖断裂带的试验与数值模拟研究的结果并结合前 第一章绪论 人的成果以及大量当地的实测地质资料，初步评价了罗湖区断裂带稳定性，同时 将罗湖全区划分为稳定、较稳定及基本稳定三级四个区域并针对断裂活动性较强 的第四区又细分y - - 个亚区，这样做可以更为清晰地对该区域内岩土体稳定性与 断裂带活动性的相关性有所认知。上述各项工作对罗湖地区今后的建筑设计和城 市规划具有重要的指导意义。 河海丈学预士学位论文 第二章罗湖断裂带区域地质背景及现今活动性分析 2 1 区域地质背景概况 2 1 1 地质构造背景 考察任何一个区域的地质地理特性及其工程地质性质都不能将其与周围更 广阔的地质环境割裂开。罗湖建成区断裂带的稳定性不仅取决于局部区域内断层 的活动性，而且要受到整个深圳市乃至广东省地质构造的影响。因此想要对罗湖 区断裂带的活动性作出准确的评价，首先必须对深圳市及周围地区的地质背景展 开研究与分析。 深圳市处在广东省主要构造，高要一惠来东话向断裂带南侧、北东向莲花山 断裂带的南西段，莲花山断裂带北西支五华一深圳断裂带斜贯市区，是区内的主 导构造。莲花山断裂带属中国东南沿海的政和一大埔断裂带的西南段，其北东端 从福建省进入广东省大埔、梅县，然后，沿着雄伟的莲花山脉向西南延至海丰、 惠东和深圳一带，并通过香港的元郎、屯门伸入南海。断裂带在陆地部分总长约 3 7 0 k i n ，宽约2 0 - - 4 0 k i n ，构成了广东省东南沿海的天然屏障l 蛐j 。 莲花山断裂带由强大的断裂束、断裂动热变质带及与之紧相伴随的复式褶皱 带组成，总体走向为北4 0 。4 5 。东展布：( 如图2 1 ) 图2 1 莲花山断裂构造带展布略图 第一章罗湖断裂带区域地质背景及现今活动。蚂分析 断裂带由百余条大小断裂组成，它们集中形成两个强大而密集的平行亚带， 位于北西一侧的称五华一深圳断裂亚带，带中单个断裂呈雁行排列，断面倾向北 西，倾角4 5 。一8 0 。；位于南东一侧的称大埔一海丰断裂亚带，其中的断裂也 大致呈雁行排列，断面倾向南东，倾角4 0 。一7 0 。，该断裂延至惠东一带时， 由于与高要一惠东东西向构造带联合，走向向东偏转而呈北东，形成向南东突出 的弧形，随后其部分断裂向西延伸与五华一深圳断裂带合并丽进入深圳i “。 在深圳市，莲花山断裂带的分支断裂一深圳断裂带斜穿本市，控制着深圳市 的地质构造，使得深圳市以断裂构造为主。北东向断裂为主断裂，北西向和东西 向断裂为次断裂，南北向断裂也有零星出露。在断裂组间夹持有断裂动热变质带， 褶皱构造与断裂相伴而生。根据遥感图象，还见有多个主要与花岗岩侵入有关的 环形构造。以深圳断裂带为界，形成了构造、岩浆活动、沉积建造、矿物分布、 地貌标志等不同特征的东西两区。 2 1 2 地层与岩浆岩“ 深圳市区内发育有震旦系、上泥盆系、上三叠统、侏罗系、上白垩统及第四 系等。总厚度大于1 7 0 0 0 米，分布面积约1 1 1 5 平方公里。各时代地层特征见表 2 i 。 其中震旦系云开群( z y k ) 由于受区域变质及混合岩化作用的结果，已变为一 套由变质石英砂岩、石英岩、变粒岩、千枚岩、片岩及混合花岗岩组成的变质岩 混合岩系：第四系( 图2 2 ) 厚度较小，一般为5 1 0 米，最小1 1 米，最大2 0 ，7 米； 上更新统坪山组( q 3 2 3 ) 分布于山前地带及河流两侧的一、二级阶地中，根据横岗、 坪山、龙岗、福田和南头地区泥炭土层中6 个样品1 4 c 年龄测定结果，年龄值为 n8 7 5 0 5 5 0 ) - - ( 3 2 6 1 0 1 2 0 ) a ，该泥炭土层绝大多数直接覆盖于残积土之上；全 新统海相层分布于水下浅滩、冲积及海积平原、泻湖平原和河口三角洲等地，根 据其中淤泥、腐木和贝壳等2 5 个样品的”c 年龄测定资料，最老为( 7 0 8 0 1 6 0 ) a ， 最新为f 6 4 0 7 0 ) a ；在该海相层下部为松岗组( q 4 1 ) 河流相砂、砾石层，分布于山 间谷地、河岸平原及河漫濉等地，据其中所夹泥炭土层样品的“c 年龄测定结果 分别为( 4 9 3 0 1 2 0 ) a 及( 7 5 0 5 0 ) - - ( 1 2 0 0 - - 8 0 ) a ”。 区内中生代岩浆岩活动极为强烈，花岗岩类及酸性一中酸性火山岩广步全 区。分布面积7 4 0 k i n 2 。 1 火山岩 有中侏罗世和晚侏罗世两期火山岩，前者呈夹层状产于塘厦群碎屑岩中，分 为三层，层厚4 2 0 m ，主要为流纹质晶屑凝灰岩和流纹质含角砾撩灰岩；后者 河海大学硕j 。学位论文 表2 1 深圳市地层特征简表 地层系统 地层名称及厚度 沉积建造分布位置 界 系统代号 ( m ) 0 ； 沙井组 河流及滨海碎属沉积，海湾 水下浅滩、湖间带、三角洲前 拿 2 2 - 2 0 和泻湖砂泥质沉积 缘 瓶第 鹾 赤湾组 河谷平原、现代河床、河漫滩、 新 滨海平原、泻湖平鲧、三角洲、 0 5 一1 66 7 海岸砂堤、水下浅滩 生网 统松岗组 i , j 流碎屑及粘士沉积 海岸平原、河u 三角洲、海相 0 ； 1 6 5 6 3 0 层下部、河岸平原 界系 更 坪山组 河流碎厉及粘土沉积、湖糟 新m 泥嵌沉积 冲积、泱积阶地 统 3 3 8 一1 15 0 白 j j k 南雄群 红色复陆屑薅屑岩建造 北东部坪山、南部臼石洲附近垩 统 1 1 7 3 系 上高基坪群 陆相火山碎屑岩建造 东部：笔架山一沙湾， 由 统 j “i 1 4 2 5东南部：七娘山、梧桐山一带 侏 一 出 j h ， 塘厦群 内陆湖泊互相台炭质碎屑岩 统 2 0 9 6 夹火山碎屑岩建造 中部平湖、沙湾、布吉带 生罗 一 海陆交互相含炭质碎屑岩建造 西北部：畔湖、大水坑、黄阁 下 金鸡组 滨海一浅簿相砂泥质碎屑岩建坑一龙西 系 j l 】 上段1 3 5 1 0 1 8 界 造 东部：水头沙、金龟一新塘一 统下段1 5 3 2 1 1 带 = 艮口组 叠 上 t 3 海陆交互相碎屑岩建造 西北部下像罗统分布区 统 8 4 系 中 壶天群 卜 匕 c 2 3 l 。 浅海相碳酸盐建造 中部龙岗一荷坳一带 统 1 5 3 石 上段为海陆交互相含煤碎屑岩 c l “ 测水鲥建造 中部龙岗、横岗、罗坊 古 5 7 4下段为滨海浅海相砂泥质碎 东部葵涌 炭 屑岩建造 下 石磴子段 横岗火康一安良，坪山一碧岭、 生 炭c l h 浅海相碳酸盐建造 统 3 8 7葵涌 系 c 太湖纽 滨河湖相碎屑岩建造 清水径水库、罗屋i 界 2 7 0 泥 上c 3 双头群 中东部龙村、太万树，黄竹 盆滨海一浅海相碎屑岩建造 系 统 2 6 7 3 坑删心山，钓神山、大鹏半岛 震 西开群海相类复理石陆源碎屑岩建造 中西部祸永、黄l h 、塘朗山、 臼z “ 系 1 3 9 4( 已变质和混台岩化) 银湖一笋岗 o 第二章罗湖断裂带区域地质背景及现今活动性分析 地层时代 d r 成因 代 柱状图 厚度 岩性描述年龄 统组 ( m ) ( a ) 类型 号 海相及海i ，混台相：灰一深灰也 沙 淤、扼质粘 ：，亚粘土夹粉细砂，淤 泥或粉砂质粘 ，局部为灰白色含 1 2 0 68 0 6 4 0 7 0 砾中料砂，含畦藻化石和海贝、蚝 海积、冲 全 壳、河蚬等碎片以及有壳变形虫、 积、海冲 井 q ； 0 5 5 0 刺盒虫 2 1 5 0 9 0 积、泻湖 0 - 2 7 0 河流相：下部为粗砂、砾石雨1 ( 泥炭、辨扼)堆积 吉砾粉砂、上部为砂质粘土夹粘土， 卜2 ，4 0 局部见炭质粘土夹团包状泥炭土。 纽 0 6 3 0 新 黄白色粗砂、粉砂、含蚝壳、贝 2 5 3 0 9 0 海秋、冲 赤0 壳碎片，上部有003 m 厚的蚝壳层。 3 8 6 1 3 1 1 0 积、海冲 37 5 67 3 ( 贝壳、蚝壳秘 湾 曲海相：上下部为深灰色含腐木及贝 _ 壳碎片的粉细砂( 顶部含砾石) ，中部 4 3 0 0 1 4 0 = - =0 5 1 0 5 7 组 q ：1 一。 淤泥质粉细砂及淤泥质轻砸粘十。 海积、冲 河流相：含砾轻l e 粘土，往1 二渐变 7 0 8 0 1 6 0 i 9 5 38 0 ( 泥炭、淤泥 积 为粘土，顶部夹薄层状，透镜状和团包 统 0 3 0 33 0状泥炭土。 贝壳) 下部为灰白色卵砾石，砾径 扮 3 c m ，往上渐变为砂、砾石；上部 岗 q ；为黄一黄白色，砾砂及吉粘土砾石层， 冲积 l _ 6 5 _ 6 7 0 砾径多为0 2 - 04 c m ，项部为粉砂质 组 ? o ：。：o ：。： 粘土。 o 一2 8 0 晚 叮皿 底部咀灰白一灰白局部为黄、黄 坪 白色的粗砂砾石层为主，部分含卵 1 8 7 5 g 5 5 03 0 5 7 0 更 砾，砾石以石英、硅质岩为主，砾 洪积、冲 积、湖沼 山0 径0 5 一l o c m ，泥质胶结较紧密：往3 2 6 1 0 1 2 0 相沉积 上渐变为亚粘土，部分地区为粘土， ( 泥炭土) 新 0 58 0 含炭质粘土夹泥炭士，泥炭土层 口 厚0 0 6 m 。 统组 4 。1 0 - 60 0 图2 2 深圳市第四系综合地层柱状剖面图 呈面型分布，层状产出，主要为流纹斑岩、流纹质凝灰熔岩和角砾凝灰岩、英安 一流纹质凝灰岩及次花岗斑岩和次流纹斑岩等。 2 侵入岩 本区共有燕山期花岗岩类侵入体4 0 余个，均属钙碱性系列岩石，多呈岩基 和岩株状产出，可划为燕山晚期与燕山早期两期及晚白垩世、早白垩世、晚侏罗 世、中侏罗世共四个阶段。此外，还常见有酸性、中性和基性岩脉。 女海九学顿十学位论文 2 1 3 深圳断裂带地质构造及活动性特征” 为了更好的阐明深圳市罗湖断裂带的稳定性及未来发展趋势，有必要对其所 处的深圳断裂带这一特殊地质环境的构造特征进行进一步的阐述。 深圳断裂构造主要分为北东向、东西向和北西向三组，北东向断裂带是区内 的主导构造；北西向断裂构造发育程度仪次于北东向断裂，由一系列断裂束平行 斜列式展布；东西向断裂带在测区不甚发育。 其中深圳断裂带为北东向断裂带，属于五华，深圳断裂带西南端的延伸部分， 走向北6 0 。东，是区内最宏大的主干构造，由深圳断裂束及其两侧的安托山一 赤湾断裂束和盐用坳断裂束组成。深圳断裂束是主干断裂，其后将单独阐述。 盐用坳断裂束位于深圳断裂束南东侧，包括盐i 酮坳、黄竹坑一豆腐头及葵涌三个 断裂组，总体走向北4 0 。5 0 。东，倾向南东，倾角4 5 。一7 0 。该断裂束自 沙头角经盐田至赤澳一带，断续延伸近2 0 k i n ，宽2 3 k m ，往西南与香港境内沙 头角一大屿山断裂相连，往东北至坪山刚近逐渐分散。安托山赤湾断裂束位于 深圳断裂束西北侧，包括安托山一赤湾及沙河站两个断裂组，分布于安托山、南 头和赤湾村一带花岗岩体内，由2 0 余条平行斜列的北东向断裂组成，延伸约 1 5 k m ，单条断裂宽3 一1 2 m 。 深圳断裂带的形成经历了漫长的活动历史，其力学性质以压扭性为主，并有 多期的活动特点。萌芽时期可追溯到燕山早期以前，主要形成活动时期为晚侏罗 世，晚侏罗世以后，出现了多次反复的活动，但强度有所减弱。近期发生在该断 裂带附近的频繁的地震活动及分布在上步区的矿泉群显示，断裂带挽近时期仍在 活动。所有这些表明，深圳断裂带属大断裂性质的活动性断裂带。断裂带两侧地 貌反差较大，北西侧以低山丘陵为主，而南东侧为高耸深切割的陡峻中低山地形， 发育多级夷平面、阶梯状平台地形。 深圳断裂束是深圳断裂带的主体，由企岭吓一九尾岭断裂、横岗一罗湖断裂 和石井岭田螺坑断裂等三条大致平行的北东向断裂组以及其间所夹持的断裂 动热变质带组成。每个断裂组均由若干断裂组成，自深圳水库往西南方向延伸， 断裂数量有逐渐增多和分散撒开的趋势。 1 企岭吓一九尾岭断裂组 企岭吓一九尾岭断裂组属深圳断裂束的西北支，由企岭吓一九尾岭断裂( 简 称九尾岭断裂1 及其旁侧的次缎金线凹断裂和望天海断裂等组成。断裂从惠阳进 入本区后，沿淡水和潮青两红层盆地的东南边界，往西南延伸经嶂背、荷坳、沙 湾、九尾岭、独树村和笔架山南缘一带，至沙头后伸入深圳湾，全长约5 0 k i n 。 断裂在平面上呈反“s ”形舒缓波状展布，走向北东5 0 。7 0 。东北段及 中段倾向北西，自九尾岭往西南倾向南东，倾角6 5 。一8 5 。 第二章罗湖断裂带区域地质背景及现今活动性分析 断裂组具有明显的碎裂变形特征，沿断裂带在下石炭统测水组及中侏罗统塘 厦群砂页岩中发育了由厚大的破碎岩、构造角砾岩及硅化破碎岩带构成的垅岗状 山脊，断裂组内有多个波状延伸的断裂面。根据断裂破碎带的结构、断裂面上的 擦痕以及旁侧节理裂隙指向，表明断层以反扭为主，前期具压扭性，后期具张扭 性。 2 横岗一罗湖断裂组 横岗一罗湖断裂组为深圳断裂束的核心，由辇禾嶂一横岗一罗湖、清风岭一 烂寨顶和炮台山一横岗头等断裂以及与之平行的一系列次级断裂组成。断裂组自 樟树埔进入本区后，经坪山燕子顶和清风岭、横岗，沿沙湾河谷进入罗湖区，并 延伸进入香港与屯门断裂相连，区内长3 8 公里。断裂组沿走向具“s ”形展布特 征，东北段( 横岗至坪山一带) 为北东东6 5 7 0 。，中段( 深圳水库至横岗一带) 为北 东3 0 4 0 。，西南段( 罗湖区一带) 为北东5 0 一5 5 。断裂组控制了燕山晚期小花岗 岩体的侵入以及坪山、横岗、沙湾和香港境内阮朗及屯门等串珠状第四系断陷盆 地的沉积。断裂组中辇禾嶂一横岗，罗湖断裂( 简称横岗断裂) 是主干断裂，沿该断 裂在白垩纪以前的地层岩石中，发育了数公里宽的动热变质带、几十至上千米宽 的挤压破碎带和上千米宽的构造影响带。 根据该断裂组中构造岩的变形特征，可以划分出三次明显的活动期：早期为 动热变质作用期；中期为塑性变形作用期，形成了叠加在动热变质带之上的糜棱 岩带等组成的韧性剪切带，以及韧性一脆性变形过渡的滑劈理带，变形带宽十几 至几十米；晚期为脆性变形期，形成叠加在动热变质带及韧性剪切带之上的构造 破碎带和构造透镜体。 3 石井岭一田螺坑断裂组 石井岭一田螺坑断裂组属深圳断裂束的东南支，由呈左行斜列的田螺坑断裂 及石井岭一黄竹坑断裂组成。该断裂组的东北段自樟树埔南缘往西南经坪山石井 岭至三州田水库附近尖灭；西南段自屯洋和盐田坳岩体西缘，经梧桐山北坡的莲 塘，进入香港的老鼠岭、米埔及屯门谷地东缘。断裂在区内长约3 0 公里，东北 段走向为北东5 0 6 0 。，西南段具明显的舒缓波状特征。 组成深圳断裂束的这些断裂组具有相似的活动特征，在深圳市境内均达到康 拉德面，延深一般大于5 - 1 0 k r a ，局部大于1 5 k m 。上述地质构造特征的形成大致 可划分为三次构造过程：早期为晚海西运动期间的压性构造活动期，显示出和缓 的地台构造运动特色，构造型相为差异升降而伴有宽展形褶皱；中期为印支一中 燕山运动期间，由于太平洋板块对亚洲大陆的北西向俯冲挤压，导致陆缘北东向 断层作左行压剪滑动，从而产生大量糜棱岩、片理、动热变质岩带，滑动劈理、 微褶皱、折劈理带，韧性微断层等韧性剪切带，并伴有广泛的强热火山喷友岩； 河拇大学醐l 学位论文 晚期为燕山一喜马拉雅运动期问，由于太平洋板块俯冲方向由北西向转变为近东 西向，板块俯冲角变缓，使亚洲东缘陆壳向洋壳蠕散、减薄，地幔上涌，形成陆 缘扩张带，北东向陆缘断裂呈右行张剪运动。在本区深圳水库、企岭吓、龙岗、 黄贝岭等多处可见到这类活动的证据。黄贝岭动态形变观测站的探槽揭露更明显 清晰地反映了该断裂燕山期的压剪和喜山期以来的张剪等多期、多阶段的运动特 征，只是后期的张剪活动有逐渐减弱的趋势。 2 1 4 区域地震地质条件 深圳地区外围历史上有破坏性的中强地震记载。如：t 9 3 3 年香港( 震中距： 南约3 1 公里) 4 0 级；1 9 0 5 年澳门(