核電工程初設階段勘察小規模斷層的判別及工程評價

張昊

摘 要：作者根據其工作經歷，系統總結出了多種分析和判定斷層特性及性質的方法，并對多種方法進行一一列舉，比較其優缺點，結合某核電初設階段對小規模斷層勘察的情況，對各種判別方法進行了實際分析應用，最終總結出了相關核電初設階段小規模斷層的調查思路，判斷其能動性，分析其對工程的影響，滿足了規范要求，在相關類似工作中具有較好的實踐意義。

關鍵詞：核電；初設；斷層；能動性；調查思路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.065

1 前言

對于核電工程或其他大型重點工程，在前期廠址地震安全性評價針對區域及近區域地震地質已經做了充分調查，判定了區域和近區域的發震構造，評價了廠址發生地震的可能性和提供了廠址附近范圍能動斷層的檢定結果。在設計方案及總平面布置基本確定后，初步設計階段勘測工作展開，在該階段對各種軟弱結構面的詳細查明仍然是一個工作重點。本文將結合具體工程來論述對小規模斷層進行發現和識別，以及判定對工程的影響。

2 斷層的發現和識別方法

2.1 斷層泥的年齡測定

Ikeya于1982年提出利用電子自旋共振（ESR）來測定斷層最后一次活動時代，其后廣受地質界的關注，其基本原理為利用自然界的絕緣物質，在受到放射性元素的輻射影響后，從而電子躍遷，被能級不同的晶體晶格捕獲并形成順磁中心，這些中心產生的具有特征ESR信號譜線，ESR年齡最終根據ESR信號強度與晶體吸收的電離輻射劑量的函數關系求出。

2.2 線型追索法

一般而言，斷層基本都是沿線型走向，故考慮首先畫一條其推測走向線，沿該線在其可能的傾向一側布置鉆孔，同時可在其延伸方向上布置探槽，在查明該點具體位置后，對推測走向線進行修正，直到完全查明勘察區域內斷層的分布情況。若該斷層在地表有較好的出露，同時可結合工程地質測繪。

2.3 小間距鉆探

在查明其走向后，沿其傾向一側垂直其走向小間距布置幾組標準鉆孔，其目的如下：

（1）能夠直觀的反應該斷層的空間展布情況，對后期地基基礎評價或邊坡穩定性分析有比較充分的依據。

（2）對鉆孔巖芯進行精細系統的地質分層，研究其地質演化，判斷其與區域地質的從屬關系，更好的分析斷層的地質情況。

（3）獲得各種物性參數，如利用該組鉆孔可進行相關物探測試，如跨空波速測試測得其剪切波速、壓縮波速等，選取有代表性的巖芯進行室內試驗，測得其所含角礫巖的物理力學性質等。

2.4 高密度電法

高密度電阻率法，是基于垂向直流測深與電測剖面法的基本原理，自動生成各測深點及各剖面層的曲線或整體剖面的圖像。通過觀察和研究剖面圖像從而得出差異電場在空間上的分布特點和分布規律，查明地下電性不均勻體比如斷層、風化帶、巖溶、捕虜體等。

3 各種斷層識別方法的優缺點

（1）電子自旋共振測年（ESR）法在目前的研究中，可以測定幾百年到幾百萬年，幾乎涵蓋了整個第四紀。就測年時間段來說，ESR具有極大的發展空間。ESR是從通過測定斷層泥中石英顆粒的ESR信號強度來確定斷層的活動年齡，故石英顆粒需要具有一個“復零”作用，但是自然界中斷層活動是復雜的，實驗室簡單的壓力與熱試驗與實際情況有較大差距，斷層活動時不可能是單一的熱作用或壓力作用。故ESR測年盡管在實際測試中存在一些問題，但其在理論上完全成立，仍不失為判定斷層年齡的一個重要數據。

（2）線型追索法在基巖裸露區能夠較好的進行地表斷層追索，對于在有大量第四紀沉積物覆蓋的區域，則要求在了解區域地質構造情況的基礎下，結合鉆探、槽探、物探等手段，并隨時修正斷層走向推測線以查明斷層在勘察區域的走向分布情況。

（3）通過一組或幾組小間距鉆探，結果能夠直觀的反應斷層兩盤的的巖性差異以及斷層充填情況，探明其在地下的空間發育情況，對其進行更精確的定位。判斷斷層的活動性及其位錯情況，包括其位錯量、位錯序列、年齡等。同時可利用這些鉆孔布置跨空波速測試等物探工作，利用鉆孔巖芯調查其工程物理力學性質。

（4）高密度電法通過觀察電性異常體的分布情況，從而準確的推測出異常體的形態、規模、產狀等情況。但是由于地球物理探測具有多解性，有些斷層其充填物與兩盤巖基成分差異不大，故電法剖面情況不明顯；或者盡管電法剖面發現異常，但未必是斷層，故其需要鉆探結果加以佐證。

4 本工程小規模斷層的調查和分析

本工程為初設階段核電勘察項目，依據規范，勘探鉆孔應布置在廠房周邊和中部，勘探點間距宜為10—30米；勘探鉆孔深度：一般性勘探鉆孔宜進入基礎底面以下10米，控制性勘探鉆孔深度宜達到基礎底面以下兩倍廠房直徑。

4.1 前期地震地質資料分析研究

由于受局部南北向擠壓作用影響，萊陽群發生褶皺，形成了近EW向的大辛家背斜和垂直背斜軸的NNE、近SN向的張性裂隙構造，沿這些張裂隙侵入了一系列燕山晚期的脈巖。由此奠定了廠址所在區域的構造格架。

4.2 線型追索

在分析利用前期地震地質資料的基礎上，根據由鉆孔揭露的已知斷層位置，調整增加了一些鉆孔，使其能夠查明斷層在勘察區域的走向分布。同時在基礎上逐步布設一些探槽，對探槽內斷層情況進行工程地質編錄。

沿小規模斷層可能的走向方向布置探槽，根據探槽結果，綜合鉆孔中發現角礫巖的深度，在勘察區域內斷層的地表位置，該斷層南端走向近S-N向，北端NW350°，傾向W，傾角約65度，推測向南、向北斷層變窄，并且斷層的長度約為210m。小規模斷層界面彎曲，并可見淺灰色粉末狀黏土物質，斷層內充填巖體破碎，鉆孔內角礫巖大部分巖芯膠結良好，并可見貫穿角礫巖及膠結體的方解石細脈。

4.3 小間距鉆探

該小規模斷層的長度約為210m。根據斷裂面理論，斷裂面的延伸長度與深度的比值有一定的范圍限制，所以推測其在傾向方向不會延伸很深。

為查明斷層兩盤的的巖性差異以及斷層充填情況，探明其在地下的空間發育情況，對其進行更精確的定位。在小規模斷層傾向上布置了3組鉆孔，每組鉆孔3個，根據廠址附近地質構造，多發育陡傾角，并結合探槽內斷層出露情況，分析計算該小規模斷層傾角，從而計算確定鉆孔間距、鉆探深度，鉆孔連線基本垂直該小規模斷層走向。根據鉆孔巖芯精細劃分地層剖面圖。

4.4 高密度電法分析

沿該小規模斷層自北向南布置三條高密度電法，大致呈現上低下高層狀分布的特點，這是由于上部地層風化相對較嚴重、巖體較破碎、含水率較高，表現為電阻率值較低，而隨著深度的增加巖體風化程度降低、含水率降低，電阻率逐漸增大。

4.5 斷層能動性分析、判定

根據前期安評地震地質資料，廠址附近范圍內斷層最晚在中更新世活動過，沒有晚更新世以來的活動斷層。斷層內有方解石細脈貫穿，說明斷層形成于方解石脈之前，符合區域構造背景，故推斷該小斷層形成至少不晚于第四紀。根據斷層泥ESR（電子自旋共振）測年結果，該小斷層15萬年來未發生活動。

綜合判定該斷層年代久遠，為非能動斷層。

4.6 小規模斷層對擬建建筑的影響分析

該斷層形成于第四紀之前，規模很小；斷層內充填角礫巖膠結，根據室內巖塊試驗結果、波速測試結果，判定其承載能力足以滿足上部荷載的要求；該斷層傾角為65°左右，均為陡傾角的結構面，因此斷層、節理以及它們的組合均不會形成連續的緩傾的軟弱結構面，不會造成地基的傾覆與滑動，因此不會對地基的穩定性產生影響。

同時由于其規模不大，在整個地基中所占的比例很小，承載力滿足上部荷載要求，波速測試結果大于1100m/s，所以從整體上不會影響廠房地基的均勻性。

5 結束語

斷層的識別和判斷是核電廠地震地質工作中的一個重要課題，本文分析了核電勘察初設階段對新發現的小規模斷層的識別、判定方法及其優缺點，并運用這些方法對某核電初設階段下覆小斷層性質和特征進行確定，并分析判定為非能動斷層，最終成果滿足規范要求，為總平面布置方案的最終確定提供了條件。

總的來說，對斷層的采取多種方法進行綜合分析研究，相互對比驗證，系統地對斷層的性質和特性進行評價，這對斷層的研究工作具有重要的意義。

參考文獻：

[1]戴聯筠.核電廠工程地質勘測與評價[J].電力勘測設計，2000（01）：8-15.

[2]HAD 101/01.核電廠廠址選擇中的地震問題[S].

[3]HAD 101/12.核電廠的地基安全問題[S].

[4]張裕明，能動斷層調查及鑒定技術的應用[J].地震地質，1993，15（04）.

[5]墨宏山.斷層泥測年的年代意義及其在活動斷層研究中的應用[J].工程地質學報，2002（116）：108-112.

[6]GB50021-2001.巖土工程勘察規范[S].2009.