（地质工程专业论文）广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析.pdf

中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 专 业：地质工程 硕士生：周孝宇 指导老师：邹和平研究员林济南高工 摘要 摘要：粤西地区在地质历史中经历了强烈的构造一岩浆一变质作用，地质构造 特征复杂，是地质构造分析研究的热点，2 0 世纪8 0 年代以来，在粤西地区相 继发现了一系列逆冲推覆构造。 在上述背景下，本论文选择国家重点公路网建设工程广州至梧州高速 公路中的石牙山和大哗山深埋隧道的地质勘察为例，通过地质调绘、物探结 合钻探的综合勘察方法论证了工点构造物的地质特征，同时以此为基础，展 开对区域地质构造的分析研究。 本文在前人研究基础上，进一步印证粤西地区逆冲推覆构造、伸展构造 的存在。区域构造分析包括：以大哗山隧道区域地质特征及构造形迹，分 析粤西云浮区域自印支运动以来的逆冲推覆构造；以石牙山隧道区域地质 特征及构造形迹，分析该区域后印支运动在广泛的逆冲推覆构造区域地质背 景下，局部发生的伸展构造，补充了该类构造的事实依据；通过对逆冲推 覆构造和伸展构造的结合分析，反映了较为完整的区域地质构造活动，完善 了区域构造信息，具有一定的理论意义。 通过综合分析，隧道区域逆冲推覆构造及伸展构造较均表现为倾角低 缓、运移距离长及构造作用强烈等特点，根据勘察资料及理论分析，在地质 勘察阶段初步确定了隧道基岩的构造破碎带分布里程、范围及其发育情况， 提供了较准确、详实的地质资料，在合理设计及安全施工中发挥了积极作 用。 关键词：粤西，逆冲推覆构造，伸展构造，构造形迹特点 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 a n a l y s i so nt h eg e o l o g i c a ls t r u c t u r e si nd a h u a s h a n a n ds h i y a s h a nt u n n e l si nt h eh i g h w a yf r o m g u a n g z h o ut ow u z h o u m a jo r ：g e o l o g ye n g i n e e r i n g n a m e ：z h o ux i a o y u s u p e r v i s o r ：z o uh e - p i n ga n d l i nj i - - n a n a b s t r a c t w e s t g u a n g d o n g a r e ao c c u r r e dc o n s u m i n gs t r u c t u r e - m a g m a - m e t a m o r p h i s mm o v e m e n ti ng e o l o g yh i s t o r y g e o l o g i c a ls t r u c t u r e si n t h ea r e aa r eh o t s p o ti ng e o l o g i c a ls t r u c t u r e sr e s e a r c h as e r i e so ft h r u s t n a p p es t r u c t u r e sa r ed i s c o v e r e di nt h a ta r e as i n c e19 8 0 u n d e ra b o v e - m e n t i o n e db a c k g r o u n d ，t h i st h e s i st a k eg e o l o g i c a l i n v e s t i g a t e o n so ft h ed e e p b u r i e dt u n n e l so fs h i y a s h a na n dd a h u a s h a n i nt h ee x p r e s s w a yf r o mg u a n g z h o ut o w u z h o u ( ap a r t o fn a t i o n a l i m p o r t a n te x p r e s s w a yn e t w o r k ) f o re x a m p l e ，t h i s t h e s i si n t r o d u c e d u s i n gg e o l o g yi n v e s t i g a t i o n ，p h y s i c a lm e t h o d sc o m b i n ew i t hd r i l l i n gt o i n v e s t i g a t et h ec h a r a c t e r i s t i co fg e o l o g i c a ls t r u c t u r e s b a s e do nt h e s e g e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o nr e s u l t s ，t h i s t h e s i sd i ds o m er e s e a r c ha b o u t g e o l o g i c a ls t r u c t u r e si nt h ea r e a s b a s e do ne x i s t i n gr e s e a r c h ，t h i st h e s i sf u r t h e rp r o v e dt h ee x i s t e n c e o ft h r u s t n a p p es t r u c t u r ea n de x t e n s i o n a ls t r u c t u r ei nw e s tg u a n g d o n g a n a l y s i so ng e o l o g i c a ls t r u c t u r e si n c l u d e s ： u s i n gc h a r a c t e r i s t i c o f g e o l o g i c a ls t r u c t u r e si nd a h u a s h a nt u n n e lt oa n a l y z et h et h r u s t n a p p e s t r u c t u r ei nt h ei n d o s i n i a ni nw e s tg u a n g d o n g u s i n gc h a r a c t e ro f g e o l o g i c a ls t r u c t u r e si ns h i y a s h a nt u n n e lt oa n a l y z et h ee x t e n s i o n a l s t r u c t u r ei nt h el a t ei n d o s i n i a ni nw e s tg u a n g d o n g c o n n e c t i o no f t i 肌s t n a p p e s t r u c t u r e a n de x t e n s i o n a ls t r u c t u r e ，t h i s t h e s i s g a y e u n a b r i d g e d s t r u c t u r em o v e m e n t t h e r e i st h e o r ym e a n i n go ft h i s r e s e a r c hi nr e g i o n a lg e o l o g ys t r u c t u r ea n a l y s i s a n a l y z e db ys y n t h e s i s ，t h i s t h e s i sg a v et h ec o n c l u s i o nt h a tt h e t u n n e l sa r e ae x i s tt h r u s t - n a p p es t r u c t u r e s a n de x t e n s i o n a ls t r u c t u r e s t h e s es t m c t u r e sa l ld i s p l a y e dl o wo b l i q u i t y , l o n gm o v ed i s t a n c ea n d s t r o n g s t r u c t u r ee f f e c t s g e o l o g i c a l s t r u c t u r es m a s h e da r e a s a r e d e l i n e a t e db a s e do ng e o l o g ys u r v e ya n dt h e o r ya n a l y s i s t h e r ei sa c t i v e e f f e c t i v e n e s si nr e a s o n a b l ed e s i g n a n ds a f e t yc o n s t r u c t i o n o ft h i s r e s e a r c h k e yw o r d s ：w e s tg u a n g d o n g a r e a ，t h r u s t n a p p e s t m c t u r e ， e x t e n s i o n a ls t r u c t u r e ，g e o l o g i c a ls t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c m 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位敝作者肄稳膨彳 日期：g 年，。月户日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版，有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查阅，有权将学位论文 的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其他方法 保存学位论文。 学位晗文作者签名：氯谬午 e t 期：渺踔仁月尸日 p 寸 、t o d 岫以，寻，舭明 ，n柑r， 幻刎叫 轹咿 雠 细 j ， 圭， 导 日 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 第一章绪论 1 1 选题目的及研究意义 粤西云浮地区位于云开大山以北，该区域地层岩性及构造特征复杂，在地 质历史中经历了强烈的构造岩浆一变质作用，是地质构造分析研究的热点。 2 0 世纪8 0 年代以来，在粤西地区相继发现了一系列逆冲推覆构造。袁正 新等( 1 9 8 8 ) 在其发表的云浮罗定推覆带的确定及其意义一文中提出该 区存在大面积的被盖式推覆构造，形成时代为海西印支期【l 】；丘元禧等人 ( 1 9 9 3 ) 在其发表的云开大山及其邻区构造演化一文中提出该区在海西 印支期处于板内造山带环境，沿云开变质地块的北缘发生自南向北的逆冲推 覆，形成了云浮大绀山飞来峰和茶洞、马岗、加益等构造窗【2 1 。1 9 9 6 年，丘元 禧等人进一步论述了上述观点，指出在海西印支期自南向北之逆冲推覆构造 除了主要发育于罗定贵子弧形构造带南缘以外，还发育于罗定弧形构造带之东 翼冲花、金鸡以及茶洞一带，并指出沿罗定广宁断裂带发育的另一自北西向 南东逆冲的推覆构造，一般形成于自南向北之逆冲推覆构造之后【1 2 】。这一自北 西向南东的逆冲推覆构造可分为先后两期：前一期表现为深层次推覆，形成断 裂混合岩、混合花岗岩及深熔花岗岩；后一期表现为自n n w 向s s e 将花岗岩 逆冲推覆于泥盆系砂岩及灰岩之上，泥盆系挤压成倒转平卧褶皱和逆冲叠瓦构 赳3 1 。 上述研究工作为本区的推覆构造的研究奠定了基础，但大部分研究成果缺 乏隐伏证据，在已有的研究成果中对该地区的n e s w 向的构造耦合运动中的 拉伸断裂部分较少涉及，而且前期研究多为区域性的地貌地层岩性研究，而本 文结合广州梧州高速公路工程地质勘察和施工建设项目，对云浮石牙山和大哗 山两处隧道剖面揭示具有代表性的逆冲推覆和伸展构造，综合分析区域地质特 征，以点到面地对云浮地区中生代以来的构造变形和构造演化进行研究。这对 于深入认识区域地质构造历史具有理论意义。 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 1 2 有关逆冲推覆构造与伸展构造研究的进展 逆冲推覆与伸展构造是地壳运动过程中形成的两种断裂构造类型，它们形 成了一系列的具有各自特点和不同形式的构造体。 1 2 1 逆冲推覆构造 逆冲推覆构造是地壳中广泛发育的重要构造。自1 9 世纪中期发现第一条 逆冲断层以来逆冲推覆构造一直是构造地质学家的重要研究对象，并于1 9 世纪 末期形成了第一次研究高潮。随着研究的进展，人们对这类构造的几何特征、 形成机制、发展演化以及产出背景等方面有了较深入全面的认识。上世纪7 0 年 代以来，随着人工可控震源地震勘探技术的发展和能源工业的需求，c o c o r p 计划的执行，南阿巴拉契亚变质岩层之下油气田的发现，逆冲推覆构造的研究 有了新的重大突破，掀起了第二次研究高潮【4 】。 逆冲推覆构造或推覆构造的表现形式为逆冲断层与推覆体。 逆冲断层主要涉及两个基本参数，即断层面的倾角和位移距离。我国地质 界过去一直把逆断层分为高角度冲断层( t h r u s t ) 、低角度逆掩断层( o v e r - - t h r u s t ) 以及倾角近水平、推移距离数公里以上的推覆构造( n a p p e ) 或辗掩构造。这样的 分类与国际构造学界的认识不尽一致，国内地质学家的认识也存在分歧。目前 一般把角度低缓( 断层倾角小于3 0 0 ) 的逆断层称为逆冲断层。 推覆体( n a p p e ) 是指在角度十分低缓的逆冲断层上推移距离在数公里以上 ( 5 k m 以上) 的平板状外来岩体( 系) 。 逆冲断层可以单条产出，更常见的是若干条逆冲断层呈组、呈束产出。根 据一个构造单元中逆冲断层的排列组合及其逆冲方位，可以分为单冲型、背冲 型、对冲型和楔冲型4 种型式。 逆冲推覆沟造的几何结构是逆冲推覆作用的结果和各种活动因素的综合体 现，也是逆冲推覆构造研究的基本方面。近年来，对逆冲推覆构造的单体形式 和组合排列，从内部变形和各种构造之间的内在关系，提出了各种模式。主要 有台阶式、双重逆冲、冲断褶皱、反冲断层及顶板反冲双冲构造等等【4 】。 2 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 1 2 2 伸展构造 伸展构造是指岩石圈在拉伸减薄作用下形成的特殊构造组合系统。主要表 现为在引张作用下形成的以正断层为主体组合成的构造系，既富含“作用”，又 包括各种具体构造。其中拆离断层是区域性伸展构造的重要型式之一( 图1 1 ) 。 上世纪七十八十年代在美国盆岭构造研究中发现了大量低角度正断层， 这类断层将下盘深层次的岩石组合( 典型情况下为糜棱状或非糜棱状片麻岩) 与 上盘浅变质的岩石组合或未变质的岩层分割开来，人们将这类断层统称为拆离 断层。拆离断层一般已褶皱，下盘深变质岩以褶隆状或背斜状出露于核部。周 围或一侧是一条向外倾斜的低角度正断层，上盘岩石的变质程度明显低于下 盘。下盘深层次岩石与上盘浅层岩石的并列要求拆离断层至少有十几公里以上 的断距，因而拆离断层在伸展过程中起主导作用。 在北美科迪勒拉区的现代研究中，w e r n i c k e ( 1 9 8 1 ) 在( ( n a t u r e ) ) 发表了 盆岭区中的低角度正断层：伸展造山带的拉伸构造，初步建立了拉伸剥离断 层的构造模式，提出这一类断层是低角度逆冲断层的对应的伸展构造。 变质核杂岩是由基底变质岩系组成的拆离断层的下盘岩层，其在平面上常 成圆形、长圆形或不规则的等轴状，四周或部分周缘绕以年轻盖层，形成以变 质岩为核的弯隆式或长垣式背斜构造。变质核杂岩的顶部，即紧挨拆离断层的 部分，是一条由基底变质岩经韧性剪切形成的糜棱岩带，但由于拆离构造的不 断发展，该层糜棱岩带被不断抬升，甚至出露地表，或者不排除其下部的变质 核杂岩层亦被揭露于地表的情况【4 1 。 图1 1 拆离断层示意图( 据l i s t e r 等，1 9 8 5 ) 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 1 3 本文所做的主要工作和创新 本人参与了广梧高速公路工程的初步及详细地质勘察阶段的部分外业及大 部分内业工作( 尤其是物探资料的后期整合、解译) ，还参加了该项目部分的施 工服务工作，该项目勘察工作前后历时共约2 5 年。研究所使用的地质基础性 资料以原始勘察整理为基础，均经过了整理、分析及重新解译绘制工作。 本次研究根据隧道地质构造特征，对云浮地区印支期逆冲推覆构造的分布 特征、运动特征进行了查证，并对该区域以往论及较少的伸展构造进行了探 讨，以实际地质资料为基础，提出在该区域存在后印支期的伸展构造，并对其 分布特征、构造运动性质予以分析。 l 、利用综合勘察手段，相互补充印证，揭示粤西推覆构造的隐伏构造形 迹，丰富了区域构造研究方面的基础资料； 2 、通过综合勘察，发现区内存在后印支运动在广泛的逆冲推覆构造区域 地质背景下发育的伸展构造，并且对其进行了初步的构造分析研究。 3 、揭示了大哗山逆冲推覆构造与石牙山伸展构造在区域构造活动中先推 后滑的组合类型，从区域地层应力及运动角度分析即为先挤压隆起，后滑覆摊 平的一个偶合性质的构造活动过程，完善了区域构造信息。 4 ! ! 些查兰! 望堡主望些垄墨 堡壹些竺些盔些些! 互兰堂堂望些堕塑堂坌塑 2 1 概述 第二章区域地质概况 本扶研究的两座隧道位于云浮市北东方向位十两广云开大山粤西地区的 n e 方向，区域上属于粤西断块区，区域构造及岩性相当复杂( 图2 - 】) 。 图2 一i 研究区区域地质图 s #ll*目i-i日i#4i|；i*一日i#ljl“；曰 lg=lt一nh #l；f l l l n h i llfin日lr日 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 2 2 区域地层简述 隧道所在区域地层自老而新依次有震旦系、奥陶系、志留系、泥盆系、石 炭系、三叠系、白垩系和第四系，地层层序和岩性简单描述如表2 1 。 表2 1云浮河口至郁南平台地段地层层序及岩性简述 群符厚度 系统岩性简述 ( 组)号( m ) 第 四 q 2 0 5 0 冲、洪积粉砂、粘土及砂、砾石，残坡积粉砂、粘 系 土，湖沼沉积淤泥、粘土等 白 上 紫红色砂页岩及砂砾岩、暗绿色火山角砾岩和集块 垩 统 闸江群 k 2 2 0 1 岩 下7 2 5 ，、一 紫红色及紫灰色砾岩、长石石英砂岩、粉砂岩和泥 系罗定群 k i 统2 9 0 0 质粉砂岩，夹钙质砂岩，局部见火山岩、流纹斑岩 叠 上 小云雾 2 6 0 ，一 统山组 t 3 9 6 0 砾岩、砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩夹炭质页岩 系 梓门桥 组 c l z 8 4 下部为黑色含炭质灰岩，向上变为灰白色白云岩 石 下 石英砂岩夹页岩，镟质页岩及煤层，中部常夹砾 炭 统 测水组 c l c 3 1 5 系 岩、砂砾岩 石凳子灰色厚层状石灰岩夹深灰色厚层含结核或条带状燧 组 c l s 6 8 4 石灰岩 上 4 2 1 下部为灰岩、泥质灰岩，上部为页岩、粉砂岩夹硅 泥 统 榴江组 d 3 1 6 6 3 质岩、砂岩 盆 东岗岭 系 中组 d 2 d 4 9 2 块状白云岩、白云质灰岩夹细砂岩、薄层灰岩 统 灰绿、灰黑色致密厚层状粉砂岩及灰色致密块状石 信都组d 2 ) 【 2 6 9 英砂岩 士 j i 下灰黑色致密含炭质板状页岩、薄层黄灰色粉砂岩及 留连滩组 s 1 4 2 4 系 统灰白色细砂岩等 寒 武八村群e 1 4 4 5 炭质板岩、板岩、浅变质砂岩、粉砂岩、千枚岩、 系 云母片岩等 震 底部为变质含砾砂岩，向上主要为云母石英片岩和 旦z约2 0 0 0 石英岩，夹炭质千枚岩、硅质岩、凝灰质砂岩及黄 系铁矿层 ： 1 震旦系( z ) 主要分布于云浮大绀山及大哗山隧道及石牙山隧道一带，为一套变质岩 6 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 系。本路段所遇的主要为云母石英片岩。该套地层的产状变化较大，片理总体 走向北东，倾向北西或南东，倾角3 0 。7 0 0 。 2 寒武系( ) 主要为八村群地层，在区内分布广泛，为浅变质砂岩、粉砂岩、千枚岩、 云母片岩等。其岩层产状变化较大，层理和片理总体上都以北东走向为主。倾 向北东或南东，倾角一般变化4 0 0 6 5 0 左右。 3 奥陶系( o ) 分布于郁南逍遥口以北至南江口一带，但在本路段中未遇。为浅变质石英 砂岩及透镜状灰岩，灰绿色致密块状砂页岩及灰白色厚层中细粒石英砂岩。岩 层产状总体为北东走向，倾向北西或南东，倾角一般为4 0 0 , - , 6 5 0 。 4 志留系( s ) 主要是下统连滩组。岩性主要为灰黑色条带状致密炭质板状页岩和黄灰色 薄层粉砂岩、细砂岩互层。产状总体走向北东，倾向北西或南东，倾角一般 4 5 0 - - 5 0 0 。 5 泥盆系( d ) 包括中统信都组和东岗岭组，上统榴江组，与下伏震旦系志留系呈角度 不整合接触。主要分布于五指山双凤茶林顶连滩一带。该套地层总体走 向北东，倾向北西或南东，倾角2 0 。 - - 5 0 0 。岩石较坚硬，常形成较高的山峰和 分水岭地形( 如五指山) ；东岗岭组岩性主要为块状白云岩、白云质灰岩夹细砂 岩及薄层灰岩，往往形成溶蚀盆地及丘陵地貌，地表风化强烈( 如双凤和连滩 盆地) ；榴江组下部为灰岩、泥质灰岩，上部为页岩、粉砂岩夹硅质岩和砂岩， 常发育为低山丘陵。 6 石炭系( c ) 主要分布于云浮一带。岩层产状总体走向近南北至北北东，主要倾向东， 部分倾向西，倾角一般3 0 0 - 5 0 0 。依本次实测所见，区内石炭系自下而上依次 为：石凳子组，灰色和深灰色厚层状石灰岩夹深灰色厚层含结核或条带状燧石 灰岩；测水组，石英砂岩夹页岩，炭质页岩及劣煤层，中部常夹砾岩和砂砾 岩；梓门桥组，下部为黑色含炭质页岩，向上变为中薄层灰岩和白云岩。石炭 系灰岩分布地区常形成溶蚀盆地和峰林地貌，而测水组砂页岩煤系地层往往构 7 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 成低矮丘陵。 7 三叠系( t ) 仅有上统发育，称为小云雾山组。其岩性为砂砾岩、砂岩、细砂岩、粉砂 岩、炭质页岩等，与下伏古生界及震旦系地层呈角度不整合接触。主要分布于 云安县大岗围挂榜山石牙山一带。该套地层产状变化较大，倾向北西、北 东或南东，倾角3 0 0 - - 4 0 0 。 8 白垩系( k ) 包括下统罗定群和上统闸江群，与下伏老地层呈角度不整合接触。广泛出 露于罗定高村田心盆地的罗定群为一套紫红色厚层砂砾岩、砂岩和泥质粉 砂岩。闸江群分布于罗定盆地和郁南建城盆地，岩性为紫红色砂岩、粉砂岩、 砂砾岩和泥岩，建城盆地还见火山角砾岩、集块岩和凝灰质砂岩。白垩系地层 产状总体较平缓，总体呈北东走向，倾向北西或南东，部分倾向北东或南东， 倾角2 0 0 左右，局部3 5 0 - 4 5 0 。 9 第四系( q ) 主要为沿现代河流谷地分布的冲洪积砾石、砂、粉砂、粘土以及沿坡地分 布的残坡积粉砂、粘土等，一般厚度数米十余米。部分地段大于3 0 m ( 如连 滩盆地) 。 1 0 、岩浆岩 除了局部的白垩系火山碎屑岩外，区内的岩浆岩主要为花岗岩类。按其形 成时代，可分为晚古生代早中生代海西印支期以及晚中生代燕山期。 ( 1 ) 海西印支期花岗岩类( y 4 ) 主要分布于罗定北部的新乐至连滩西部的内翰中里一带，是区域上的那 蓬花岗岩体的组成部分。岩体总体呈北东方向展布，侵位于古生代地层之中。 岩性为堇青石黑云母花岗岩，岩体边缘部分往往变为混合花岗岩。 ( 2 ) 燕山期花岗岩类( y 5 2 ) 主要出露于郁南都城以西，侵位于震旦系、古生界和上三叠统地层之中。 岩性以中粗粒黑云母花岗岩和中粒斑状黑云母花岗岩为主，少数为花岗闪长 岩。 8 ! ! 些盔芏兰墨堡登些堡塞! 竺塑些竺些查堂些i 至互些堕望丝星塑堕坌堑 2 3 区域地质构造 隧道区域及附近地质构造主要包括断裂构造和褶皱构造。 1 断裂构造 研究区内断裂构造发育，以北东走向的断裂构造规模较大，其次为北西走 向和近东西走向断裂。在北东走向断裂中，延伸较远、影响范围较宽的有罗 定广宁断裂带和罗镜云浮断裂带。 ( 1 ) 罗定广宁断裂带： 沿罗定盆地北部边缘向北东方向延伸，主要的支经宋桂、佛子坑、南 乡，北至西江北岸的悦城、广宁：另一支经连滩、南江口至西江北岸。该断裂 带在遥感图象上表现为明显的线性构造特征：直线型、宏观连续、延伸远，并 且控制着山体和赫地的边界，影响水系的流向，显示其在新生代具有一定的活 动性。沿该断裂带，古生界和海西印支期花岗岩中形成了很宽的韧性剪切糜 棱岩带；在云安田心西侧的五指山东坡，见中泥盆统信都组砂岩( 西盘) 沿断 层逆冲于白垩系红层( 东盘) 之上( 照片2 - 1 ) 。该断裂带对地貌的控制明显， 常成为赫地( 如罗定穑地、取风笳地、连滩盆地) 与周边山岭之间的界线。断 裂早期活动主要表现为逆断层和韧性剪切晚期主要表现为正断层和脆性变 形。断层面倾向南东或北西，倾角4 5 。8 0 。 一 照片2 11 ( 6 7 + 6 6 0 附近云安五指山东侧逆断层剖面( 镜头向南西) ( 2 ) 罗镜云浮断裂带：沿罗定盆地南部边缘罗定船步一线分布，向 北东方向经茶洞延伸至云浮一带。该断裂带主要表现为逆冲活动( 照片2 - 2 ) ， 中m 大学l 程十毕n 论文r 梧高速b 路大哗m 与石牙m 隧道地质构麓h 析 上盘老地层( 震旦系和下古生界) 推覆于由泥靛系石炭系组成的r 盘之上。 断层面平缓起伏倾向南东或北西，倾角一般小于3 0 。，局部4 0 。或更陡。断裂 带经风化剥蚀后往往形成“构造窗”盆地和“飞来峰”j 丘，在“构造窗”盆地中 ( 如在云浮一带) 出露断层下盘的地层，而在“飞来峰”山丘中出露断层上盘的 老地层。 照片2 - 2 逆冲断层剖面，镜头向s w 2 褶皱构造 研究区内褶皱构造十分发育，特别是在震旦系志留系变质岩地区褶皱 构造更为发育( 照片2 - 3 、2 - 4 ) 。并常见紧闭型和同斜倒转背、向斜构造，褶皱 轴向主要为北东向，两翼岩层倾向北西或南东，倾角5 0 0 7 5 0 ，较大规模的有 郁南中里下用口之间的以寒武系为核的胭脂岭背斜。泥盆系石炭系地层往 往形成开阔型褶皱，局部为紧闭型褶皱，较大的褶皱如郁南双风地区发育的以 中泥盆统东岗岭组白云质灰岩为核的向斜，向斜轴向北东北西翼岩层倾向南 东，南东翼岩层倾向北西，倾角4 0 。5 0 。上三叠统和白垩系地层往往构成开 阔型和平缓型摺皱。如云安金子窝一带由上三叠统小云雾山组煤系地层构成的 向斜，北西翼岩层倾向南东。南东翼岩层倾向北东，倾角般3 0 。4 5 。郁南 建城盐地的白垩系则形成一个平缓的向斜南东翼岩层倾向北东，北西翼岩层 倾向南东倾角2 0 。2 5 。 ! 生查兰! ：型堡主兰些堡三望壹鲨坌堕奎堡些! 互互些壁丝些堕塑堕坌盟 照片2 - 3 大哗山隧道附近下石炭统灰岩中发育的紧闭褶皱 照片2 4 下志留统粉砂岩中发育的紧闭裙皱 中山大学工程硕士毕业论文广格高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 第三章地质勘察方法及成果 广梧高速公路路线位于广东省疆部山地丘陵区，隧道工程为该线大型项目 中的重要工程，为了满足设计施工需要，要求对隧道所在区域尤其是隧道洞身 经过的深度范围的地质情况进行全面深入勘察工作。 3 1 勘察方法简介 该路线隧道工程所处地段地形复杂，地层岩性、地质构造、地质灾害及不 良地质问题较多。一般需要查明覆盖层厚度、基岩面埋藏、构造发育及分布、 不良地质等。 地质勘察采用了遥感、地质调绘、物探、钻探等综合勘察方法。遥感、地 震调绘、钻探等方法具有客观、直观等优点，勘察成果可靠；物探方法具有揭 示隐伏构造形迹、反映大型深部构造特征等优点。具体勘察步骤简述如下： 首先，对区内开展遥感地质解译，找出区内主要的构造带及不良地质； 第二，在遥感资料基础上，开展地质调绘工作，寻找地表出露的构造形 迹，对遥感揭示的构造情况进行现场确认及并补充完善； 第三，开展综合物探，应用浅层地震折射波法、可控源音频大地电磁测深 等方法找出主要隐伏的构造异常带； 最后，有针对性的安排钻探工作，验证及完善勘察资料。 地凄勘察方法主要有但也存在勘察范围小、勘察深度有限等不足。 物探勘察方面，可控源音频大地电磁法近年来得以完善及发展，该方法具 有勘察深度大、对大型深部构造反映明显等特点，在实际应用中优势明显。本 次隧道勘察中，主要采用了可控源音频大地电磁法结合钻探，局部辅以浅层地 震勘探，开展了隧道区域的全面勘察工作。 3 1 。1 可控源音频大地电磁法英文缩写c s a m t ) 简介 可控源音频大地电磁测深( 英文缩写c s a m t ) 是2 0 世i 缉8 0 年代后期兴起的 1 2 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 一种电磁法勘探新技术，该方法能够反映电性差异较大的构造或岩性变化，得 到断裂构造带的深部分布情况。 1 、csa mt 方法基本原理及应用条件 c s a m t 法使用可控制的人工场源，测量参数为电场与磁场之比而得出的 卡尼亚电阻率。同时，基于电磁波的趋肤深度原理，利用改变频率进行不同深 度的电测深。c s a m t 法基于电磁波传播理论和麦克斯韦方程组，导出了电场 ( e ) 、磁场( h ) 与电阻率( p s ) 的关系式： 旷器 1 3 为频率。 式( 3 1 ) 说明：在地面上测定的电场与磁场之比具有阻抗概念，可获得地电 阻率，称之为卡尼亚电阻率。又根据电磁波的趋肤效应理论，导出了趋肤深度 公式： h = 2 5 ( 3 2 ) h ：为探测深度、p 为电阻率。 从式( 3 2 ) 可见，当地表电阻率固定时，电磁波的传播深度( 或探测深度) 与 频率成反比。高频时，探测深度浅；低频时，探测深度深。人们可以通过改变 发射频率来改变探测深度，从而达到探测的目的c 7 1 。 2 、工程应用条件 该方法同一般电法勘探要求的前提条件相同，即：探测范围的地质体具有 较明显的电性差异，如：断裂破碎带由于含水率相对较高，在电场特性上与完 整或较完整基岩相比表现为低阻异常带。 3 1 2 高密度电阻率法 高密度电法是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电 场作用下地中传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存 情况。高密度电阻率法的物理前提是地下介质问的导电性差异。和常规电阻率 法一样它通过a 、b 电极向地下供电流i ，然后在m 、n 极间测量电位差a v ， 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 从而可求得该点( m 、n 之间) 的视电阻率值成= k a v i 。根据实测的视电阻率 剖面，进行计算、分析，便可获得地下地层中的电阻率分布情况，从而可以划 分地层，因定异常等。 高密度电阻率法同常规电阻率法、测深法相比，高密度电法既能提供探测 地质体在某一深度沿水平方向的电性的变化趋势，也能反映地质体在沿垂直方 向不同深度电性的变化情况，也就是说，该方法能从二维水平上反映出探测地 质体的电性畸变特征。该方法与其他的常规电法相比有测点密，工作效率高， 信息量大的特点。 在本次勘察中，该方法主要用来配合可控源音频大地电磁测深法使用，以 补充浅层地质体的电性变化情况。 3 1 3 地震勘探方法 该方法为传统物探方法，原理为利用地层弹性波波速差异，通过测得各地 层的视波速来推测地质情况。 测区内各岩土层的密度、弹性波速度均有一定的差异，一般情况下，第四 系残坡积层及全、强风化岩层地震纵波波速值在5 0 0 r n s - - 2 0 0 0 r n s 之间，弱、 微风化岩层纵波波速值在3 0 0 0 r n s - - 5 0 0 0 m s 之间。岩土层中明显的波阻抗差异 界面是弱风化岩层顶界面，该界面是极好的反射界面和折射界面。在基岩内部 存在断裂破碎带时，破碎带一般也表现为低速特征，与完整或较完整基岩有明 显速度差异，因此，本次研究中利用该方法主要勘察断裂破碎带在地表覆盖层 下的隐伏分布位置。 3 2 本次勘察方法总体评价 首先，地质调绘工作可以掌握区域地层及构造特点，可以获得区域地质情 况的第一手资料。 其次，对本次勘察中应用的物探方法效果评价： 1 、浅层地震折射波方法： 优点：该方法主要反映基岩的视波速差异界面，并且其要求上覆岩层视波 速要低于下卧岩层，否则下卧的低波速岩层会被屏蔽而无法探测到。由此可 1 4 中山大学工稷硕士毕业论文 广梧黼速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 觅，该方法可用于划分隧道蒸岩埋藏界面，同时，对隐伏于覆盏层之下的断裂 破碎带的平面位置亦会有一定的反映。 不足；其对分布于较完整基岩以下的断层破碎带则无法探测，对断裂破碎 带产状方面的信息亦反映不明显； 2 、可控源音频大地电磁测深法： 优点：该方法主要反映基岩的视电阻率的差异界蕊，通常通过探测基岩的 含水率变化来推测其地质特性，该方法探测深度较大( 可大手1 0 0 m ) 。因此， 该方法对规模较大的电性差异体( 如：含水的断层破碎带及溶洞等) 尤其对垂 向展布的含水破碎带反映较为明显。 不足：由于深埋水平向展布的断裂破碎带上覆高视电阻率层较厚，对其探 测效果欠佳。 地质调绘和物探资料均需一定的钻探工作为依据及补充，钻探资料揭示了 客观实际的地质情况，它是地质勘察的基础方法。 综上所述，以钻探为基础，配合地质调绘与多种物探的综合勘察方法，能 够将地质信息由点线面的逻辑顺序扩展，以直接的地质资料为验证，通过地 质体各物理力学性质差异掌握其分布特征及相互关系。该方法较全面揭示了隧 道范围的地质特制及构造特性，获得可靠且较全面的勘察成果，达到了预期的 目的。 3 3 大哗山隧道的地质勘察资料分析 大哗山隧道位于重丘山岭区，山体走向总体呈北东至南西向，地势总体呈 北高南低。 3 3 1 遮质钻撵成果资料 大哗山隧道隧址范围总共钻探1 8 个钻孔。 l 、地层岩性 隧道围岩较复杂，隧道进口端为震旦系片岩，出口端为石炭系灰岩。 2 、断层 f l 断层：断层面波状起伏，总体呈n e 走向，倾向以s e 为主( 局部倾向 中山大学工程硕士毕业论文广梧高速公路大哗山与石牙山隧道地质构造分析 n w ) ，倾角平缓( 根据钻孔资料推测其倾角约小于3 0 。) 。 3 、岩溶 路线经过段的下石炭统广泛分布可溶性灰岩，是产生岩溶不良地质问题主 要地层岩性。 3 3 2 地质物探成果资料 大哗山隧道进行了浅层地震折射波勘察，成果资料总结如下： 1 、岩土分层 本隧址物理分层可分为二层( 图3 1 、3 2 ) ，分层界面对应于弱、微风化 层顶面，上部由亚粘土、全风化、强风化层组成，下部为弱一微风化的砂岩、灰 岩和板岩、片岩，隧道两侧基岩存在水平向岩性变化分界。隧址区覆盖层层厚 约5 0 5 0 o m ，纵波速度在5 0 0 1 0 0 0 m s ：基岩顶面埋深5 0 5 0 o m ，纵波速 度2 5 0 0 5 0 0 0 r n s ，基岩中存在多条视波速低速异常带。 2 、不良地质 隧道进出口岩性复杂，特别在隧道出口右侧有断裂构造带通过，在工程施 工中应引起注意。 图3 1 大哗山隧道左线浅层地震折射波地质解译图 1 6 ：坐盔兰! ：型堡土! 些堕苎 量塑丝坌坠盔生些兰互至坐壁堡些耍塑垄坌煎 图3 2 大哗山隧道右线浅层地震折射波地质解译图 3 3 3 地质调绘成果资料 隧道范围大部分地表出露岩层为震旦系云母片岩和云母石英片岩r 照片3 - 1 1 ，但据钻孔揭示，震b 系之下为石炭系灰岩，二者为断层接触。所以该段位 于断层推覆构造带上( 照片3 3 、3 - 4 ) ，大哗山为一飞来峰”构造。由于受断层 影响，岩石片理揉皱并较为破碎( 照片3 2 ) 该路段的岩体稳定性相对较差。 照片3 - 2 大哗山隧道南东1 l o m 地质观测点震旦系片岩中的片理揉皱 ! 坐丕兰o 里堡! 些堕兰 堡至些苎坚盔堂堂i 直堑坐壁堕丝堕塑生盐堑 照片3 - 4 钻孔岩心揭示震旦系变质岩逆冲于石炭系荻岩之上( 岩心上段为震旦 系片岩，下段为石炭系反岩) 3 3 4 小结 综合上述研究资料，地质调绘揭示地表出露有逆冲推覆构造形迹，表现为 震旦系片岩逆冲推覆与石炭系扶岩之上：物探成果中存在视波速低速异常带 ( 推测为断裂破碎带) 及水平向震旦系片岩与灰岩存在断层接触关系：钻探资 料显示隧道基岩主要为震旦系变质岩及片岩，下伏石炭系灰岩，二者呈缓倾角 的断层接触关系。i 种勘察方法资料相互印证，均反映该隧道范围存在逆冲推 覆构造。 3 4 石牙山隧道的地质勘察资料分析 石牙山隧道穿过石牙山低山丘陵。隧道地处石牙山低山丘陵区千米以上的 ：! 。些查芏占堡堡主望些丝苎 堕匦些叁堕查! 堂i 互至虫壁堂垫堕塑堂坌堑 岭有大绀山( 1 0 8 55 1 。由于受区域上断裂控制，脊线大部分为北东南西方 向，山体地形陡峻，山体植被茂密。 3 4 1 地质钻探成果资料 首先为石牙山隧道钻探资料，该隧址范围初勘布置1 5 个勘探钻孔，勘探 最深达2 7 64 3 m ，详勘钻探完成2 8 个钻 l 。钻探揭露地质瓷料如下： 1 、地层岩性 隧道围岩类型复杂，为震旦系石英岩、云母石英片岩、硅质岩、石英砂岩 和三叠系上统小云雾山组砂砾岩、砂岩，细砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩，两套 地层呈角度不整合接触或断层接触关系，之间夹杂构造角砾岩、角砾岩、构造 碎裂岩。 2 、地质构造 对本隧道影响程度较大的地质构造为f 4 断层，该断层地表有出露产状 变化较大断裂构造主结构面走向n e 倾角3 5 。6 0 。切割上三叠系和震旦 系。断层破碎带可见宽度大于8 m ，其中构造角砾岩，硅化、赤铁矿化、褐铁矿 化发育，断层性质为j f 断层。在断层分布范围内四个勘探孔揭露该断层带，硅 化碎裂岩、碎裂岩、硅化岩、黄铁矿脉均较发育。隧道洞身部位钻探显示岩 芯属于断层岩性，但一般已硅化，岩石坚硬、完整。 3 , 4 2 地质物探成果资料 包括可控源音频大地电磁法和浅层地震折射波法。 石牙山隧道可控源音频大地电磁法的地质勘察成果，总结如下 图3 - 3 石牙山隧道左线可控源音频大地电磁测深地电断面图 ! 些查芏! ：堡堕主兰些堕苎 堕旦堡垒堕盔堡些i 互茎些堕堕些堕塑堂坌盟 图3 - 4 石牙山隧道右线可控源音频大地电磁测深地电断面图 根据图3 - 3 、3 - 4 ，隧道匹基底电阻率值变化范围为几十1 0 0 0 0 n m ，参考 相关地质资料得到岩性及构造与电阻率值的关系为： 1 ) 浅表的第四系残坡积物及全、强风化砂岩、粉沙岩呈低阻显示，小于 1 0 0 0 n m ： 2 ) 较完整的的砂岩、粉沙岩呈高阻显不，电阻率 2 5 0 0 n m ： 3 ) 构造破碎带或裂隙发育地段由于岩石破碎及富水影响，呈相对低阻显 示，电阻率一般小于6 0 0 nm ，或明显低于围岩电阻率2 倍以上，并在相邻剖面 相近里程段有相删显示迹象。 根据上述岩性与电阻率的对应关系及异常的形态和分布特征，参考地质资 料，对成果图进行地质解释，在工区内共判释m4 处构造破碎带，5 处节理裂 隙发育地段。 总的来看，隧道通过地段受北东向断裂切割，总体构造较复杂通过本次 工作，认为有3 个地段构造复杂影响宽度较大，分别足： 1 、隧道进口端处于断裂交汇部位，岩石破碎，裂隙发育町能足富水地 段。 2 、在右线k 5 4 + 9 0 0 k 5 5 + 2 5 0 、左线k 5 4 + 9 6 0 k 5 5 + 2 0 0 段，低阻异常 带影响范围宽约3 5 0 m ，深部延伸大，表明岩石破碎、裂隙发育并可能富水。 3 、在右线k 5 5 + 5 5 0 k 5 6 + 3 0 0 、左线k 5 5 + 5 0 0 k 5 6 + 2 5 0 段处于地层 接触带部位，构造复杂，电性显示特征表明该位置可能是富水地段，隧道从下 部穿过，因此在隧道腌工巾可能发生坍塌或大量的涌水。 石牙山隧道的浅层地震折射波法勘察资料总结如下： e 世盔堂! 壁璺主兰些丝三量旦些竺塑查竺坐要互堑些堕堕丝厦塑堕坌堑 石牙山隧道布置了地震折射波法进行勘察，完成纵线3 条，横线4 条。隧 址区解释了1 0 处波速异常带( 图3 - 5 - - 3 9 ) 对隧道工程有不同程度的影响。 g i l ”w - _ 、 f 1 一厂 ! 曼 用_ f 同- _ i 2 h h 图3 - 5 石牙山隧道地麓勘探测线布置及综合解译平面图 图3 - 6 石牙山隧道地震勘探测线布置及综合解译平面国2 些圭堂! 型堡主兰些堡苎 堡壹堕坌些茎堂当主互星坐壁望些壁塑堕坌堑 图3 7z t 牙山隧道地震勘探测线布置及综合解译平面圈3 凹3 - 9 石牙山隧道右线折射波地质解释剖面图 通过对折射波法时距曲线和地震记录波形特征分析，并结台本隧址地质、 钻探资料解释，两条测线分别划分了5 处异常带，特征如下： 地表有一定的出露宽度，约8 4 0 m ，表现为岩体破碎或为沟谷、乱石 等； 地震折射波法均表现为视波速度低的异常带，推断