鉆探在地災結構面產狀勘查中的應用

武 晗，張 波，賀詩選

（北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100144）

鉆探在地災結構面產狀勘查中的應用

武 晗，張 波，賀詩選

（北京愛地地質勘察基礎工程公司，北京 100144）

文中結合大安山寶地洼村的崩塌地質災害項目，介紹了地質災害勘查中，利用鉆探工程來獲取深部結構面產狀數據的方法——構造等高線法。采用鉆探工程數據的統計分析方法、結構面等高線的構造方式以及結構面產狀數據，獲取的計算過程，獲得了崩塌巖體深部結構面的產狀數據，進行了治理方案的設計。利用構造等高線的方法來獲取結構面產狀信息，不僅可以彌補野外地質羅盤單一測量的不準確性，而且還避免了因結構面出露條件較差或無出露而造成的產狀數據的缺失，從而提高了地質災害勘查的可靠程度及治理方案設計的合理性。

地質災害；鉆探；結構面；構造等高線；產狀

0 前言

根據北京市政府常務會議紀要（2014第52號）關于開展北京市地質災害隱患及避險場地工程治理的指示精神，以及《北京市國土資源局北京市財政局關于統籌規劃抓緊推進地質災害工程治理的意見》,北京市國土資源局負責全市地質災害隱患治理點的進一步調查、梳理和治理工作。為全面排查治理地質災害隱患，并提高地質災害防治工作的科技水平和實際成效（北京愛地地質勘察基礎工程公司，2016），采取科學有效的勘查技術手段顯得尤為重要。

1 地質災害與結構面

地質災害是指在地球演化過程中，由各種自然地質作用和人類活動所形成的災害性地質事件（陳冶東等，2012）。目前把由地質作用引起或地質條件惡化導致的自然災害都劃歸為地質災害，主要包括：崩塌、滑坡、泥石流、巖溶塌陷、地震、地裂縫和土壤荒漠化等，其中北京周邊低山丘陵區地質災害主要類型為崩塌、滑坡、泥石流，簡稱崩滑流。其中對致災結構面的研究在崩滑流地質災害的勘查中占據舉足輕重的地位，結構面研究中最重要的信息就是產狀數據的獲取。

結構面是指具有極低的或沒有抗拉強度的不連續面。包括一切地質分離面。不同的結構面，其力學性質不同、規模大小不一。結構面按存在形式可分為：①分劃性結構面，即巖層、巖體遭受破裂，或由于組分上不連續等所形成的不連續介面，如斷裂、劈理、不整合面等；②標志性結構面，即巖層、巖體連續性變形的定位面。這種面實際上并不存在，只具有幾何和定位意義，如褶皺軸面。本文中所述結構面為前面分劃性結構面，其按發生情況可分為：①原生結構面，即巖層、巖體在成生過程中所遺留下來的結合面，如層面、不整合面、侵入體的接觸面和流層等；②次生結構面，即巖層、巖體因機械運動產生的變形面，如斷層面和劈理面等；③構造結構面，即巖體形成后在構造力作用下形成的各種結構面，包括斷層、節理、劈理和層間錯動（gzgy澗谷幽蘭,2013）。

2 寶地洼崩塌地災

以房山區大安山鄉寶地洼村嵲頭崩塌地質災害項目為例。如圖1所示，勘查區巖性以巨厚層砂巖為主，砂巖內夾薄層的炭質泥巖層，強硬砂巖層間炭質泥巖層軟弱且抗風化能力弱，極易風化剝蝕形成層間不穩定結構面（圖1左TN-1/TN-2/TN-3），同時在一組垂向共軛節理裂隙的切割作用下，形成菱形巖塊，菱形巖塊在重力作用下引發卸荷裂隙（圖1右），并在長期的風化、冰劈、根劈及降水的靜水壓力等外力共同作用下使卸荷裂隙貫通。至此W1危巖體形成，并隨時有崩塌的危險（賀詩選等，2016）。

圖1 大安山鄉寶地洼村地質災害剖面及結構面示意圖Fig.1 The geological disaster’s prof le map and Structural p lane sketch in Da An Shan town Bao Di Wa vallage

通過擴大范圍的地質調查發現此共軛節理在區域上均有出露，且對巖石的切割作用明顯（圖2），所不同的是其它區域并未發現有類似危巖體W1背部卸荷裂隙的存在，而此卸荷裂隙是造成危巖體的關鍵因素。通過對比發現其它區域與本災害點地層建造上有所差異——地質災害點部位危巖體下部見一炭質泥巖層，炭質泥巖層風化剝蝕強烈，而區域上其它部位未見此炭質泥巖層出露。由此推斷此危巖體形成的控因素為其底部的炭質泥巖層，由于其極易風化剝蝕，巖塊底部被掏空，造成基礎失穩，并在共軛節理的疊加作用下，引發卸荷裂隙，最終形成危巖體（賀詩選等，2016）。危巖體底部的炭質泥巖層就成為了本次地質災害勘查工作的重點。

如圖1所示炭質泥巖層的產狀有3種可能性（TN-1、TAN-2、TN-3），其對危巖體的穩定性評價具有關鍵性作用，由于場地條件的限制，其產狀測量工作未能得到可靠的數據，加之區域上地面坡積物覆蓋較厚，且出露地區地層產狀變化較大。由此我項目組決定通過鉆探工程來進行炭質泥巖層產狀數據的勘查。

圖2 大安山鄉寶地洼村地質災害區巖層及結構面Fig.2 The photoes of the formation and structural plane in Da An Shan town Bao Di Wa vallage

3 崩塌結構面勘查

本次對炭質泥巖軟弱層結構面的勘查手段為鉆孔工程（鉆孔參數見表1），鉆孔工程數量為3例，布置原則為：鉆孔深度均需要對炭質泥巖層頂底面進行有效控制，且3例鉆孔避免分布在同一條直線上，鉆孔孔位的連線構成一銳角三角形為佳（朱志澄等，2008）（圖3）。

鉆孔數據統計結果見表1，通過AutoCAD軟件進行鉆孔坐標的投圖（鉆孔位置的投圖必須以地形圖為底圖，以便于確定正北方向）可將3例鉆孔空間件位置進行明確的表示。經過統計分析發現對大安山寶地洼村崩塌危巖體形成起控制作用的炭質泥巖夾層的分布標高分別為752.9m、752.5m、756.6m，且泥巖層厚度較穩定，約3m左右（表1），據此可進行構造等高線的繪制（圖3右虛直線），進而可根據構造等高線進行傾向及傾角的換算（朱志澄等，2008）。

圖3 鉆孔工程及結構面產狀示意圖Fig.3 The schematic diagram of the drilling and the structural p lane occurrence

表1 大安山鄉寶地洼村地災勘查鉆孔數據統計表Tab.1 The statistics of drilling data for geological disaster’s exp loration in Da An Shan town Bao Di Wa vallage

換算步驟如下：①鉆孔位置投圖，并確定正北方位；②鉆孔孔位連線，構筑三角形，標注炭質泥巖層的標高；③根據各鉆孔所標注的泥巖層標高對各個鉆孔間的連線進行等高距插值劃分（例如ZK01與ZK03之間高程相差約為4m，由此將ZK01與ZK03之間連線劃分為4等份），并標注每一段等距離劃分線兩端位置的標高數值；④連接等距離劃分線中標高一致的部分，并做適當延長，即可制作構造等高線（圖3右虛直線）。⑤結構面傾向及傾角計算。根據構造等高線及各個鉆孔炭質泥巖層的標高可得炭質泥巖層的傾向為AB方向，且AB距離為5.45m（在地形圖上實際量算）。通過圖3中A點繪制正SN方向的平行線L1，那么AB方位角為“180°+β”，通過量算得知β=46°，由此得炭質泥巖結構面傾向為226°。AB距離為5.45m，且A點及B點 所在等高線標高分別為755m及754m，二者相差1m，即BC距離為1m，那么α角(圖3右)即為傾角，根據正切計算得α角度約為11°。至此可得知炭質泥巖層結構面的產狀為226°∠11°。根據對比發現圖1中TN-1為大安山寶地洼村嵲頭崩塌災害點炭質泥巖層結構面真實產狀，并據此可分析此崩塌危巖體的底部軟弱層結構面外傾，其對危巖體穩定性極其不利。

4 結論

經過大安山寶地洼村崩塌地質災害的勘查工作驗證發現鉆探工程在地質災害深部結構面勘查中的應用效果較佳。此外地質雷達等物探技術手段亦可作為探測深部結構面產狀數據的有效方式，二者均要求施工場地較為平整，且與一般的地質調查工作相比二者的經濟性均較差。鉆探工程與其相比具有如下優勢：鉆探工程可提取深部地層巖芯，地質成果直觀可靠。應用此鉆探工程進行地質災害勘查的場地環境多為：①第四系覆蓋較厚；②結構面分布較高無條件進行羅盤測量；③結構面露頭為面狀二向延伸無三向面交匯部位，羅盤測量數據參考意義較小。前述勘查技術手段為成熟的地質勘查技術手段，本文僅將其進行了地災結構面產狀數據的獲取的應用探索，希望能夠對地災勘查界同仁的工作有所脾益。

北京愛地地質勘察基礎工程公司，2016．北京市房山區大安山鄉寶地洼村嵲頭崩塌地質災害項目勘查報告[R]．

陳冶東，李國東，何娟，等．2012．地質災害勘查與地質災害防治技術手冊[M]. 北京：地質出版社．

gzgy澗谷幽蘭．結構面[EB/OL]．百度百科（2013-6）．http://baike.so.com/doc/6032451-6245453.htm l．

朱志澄，韋必則，張旺生，等．2008．構造地質學[M]．武漢：中國地質大學出版社，231-237．

The App lication of Drilling in the Structural Plane’s Occurrence M easurement for Geological Disaster Exp loration

WU Han, ZHNAG Bo, HE Shixuan

(Beijing Ai Di Geological Exploration and Foundation Engineering Co., Beijing 100144)

In order to make the exploration of geological disaster more scientif cally and the geological disaster prevention work more scientif cally effectively, this paper takes the methods of drilling in the application of the structural plane’s occurrence measurement for geological disaster exploration as an example in Baodiwa village of Daanshan town. The analysis methods of drilling data, the way of structural plane’s contours draw ing and the way of structural plane’s occurrence data’s calculation were introduced in detail. The project obtained the structural plane’s occurrence data of the collapse rock mass and designed the management plan of this geological disaster by the way of the foregoing method. It can not only makes up for the uncertainty in using of geological compass measurement, but also avoid the lack of structural plane’s occurrence data for the reason of the structural plane’s exposed seldom. The geological disaster exploration and management plan’s designing are becoming more reliably and reasonably.

Geological disaster; Drilling; Structural plane; Draw ing contours; Occurrence

A

1007-1903（2017）02-0106-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.02.021

國土資地災勘資字第（2014201001）號

武晗（1987- ），男，碩士，工程師，主要從事區域、礦產及災害地質研究。E-mail：wutianjiangming @163.com