昌邑—大店一带活动断裂对地质灾害影响研究

杨 帆，臧 浩

(山东省煤田地质局第一勘探队，山东 滕州 277599)

活动断裂对地质灾害的影响一直是近年来专家学者讨论的对象，也是现代构造地质学研究的一个新的发趋势，基于工程建设需要，作为华北板块鲁西地块与苏鲁造山带东界主要边界断裂，昌邑—大店断裂近年来一直受到政府和学者的关注，特别是其新生代以来的活动断裂引发的地质灾害，不但是近年来工程地质学研究的课题，也是建筑学不得不研究的前置课题。前人针对沂沭断裂开展了大量的调查研究工作，研究内容主要包括活断层的成因、活动方式与强度、时间与成因、新构造应力场等方面，但多数为针对区域地质背景分析，研究区域主要集中在安丘—莒县断裂带附近，而对于同样活动性较强的昌邑—大店断裂研究较少，第四纪以来的活动性分析工作开展较少。本文选取日照段作为研究区，在了解其自然地理概况、地质背景的基础上，通过野外面积调查、构造剖面测量、工程地质样品分析测试、综合研究等手段，详细调查了研究区内活动构造的特征和活动方式以及区内的主要地质灾害(地裂缝)的发育特征，在此基础上讨论了活动断裂对地质灾害影响机制，对活动构造区地质灾害的识别具有一定的参考。

1 自然地理概况

研究区的地貌形态主要受地质构造控制，各种地貌类型及其特征表现与地质构造相一致[1]。各山地呈断块凸起，形成侵蚀构造地形，各谷底为断块凹陷地带，一般为剥蚀堆积地形，昌邑—大店断裂为鲁中南构造侵蚀为主中低山丘陵区与鲁东剥蚀构造为主中低山丘陵区的分界线，研究区属于温带潮湿季风气候区，气候特征是冬季寒冷，夏季炎热，四季分明，具明显的大陆性气候特征，平均降水量为762.6 mm，降水多集中在7月和8月，降水量一般占全年的50%～70%，研究区内分布着大小不等的水库、塘坝，主要分布在河流中上游地区，具备防洪、灌溉、发电、水产养殖、供水等综合功能[2]。

2 地质概况

研究区及周围出露地层主要有中生代莱阳群林寺山组、马连坡组，青山群八亩地组、方戈庄组，大盛群小店组、大土岭组、马朗沟组、田家楼组，王氏红群土崖组，新生代第四系小埠岭组、黑土湖组、山前组、临沂组、沂河组。研究区构造活动强烈，自古生代以来，由于燕山期活动的影响区内地台复活，岩浆活动强烈，断裂构造发育[3]。昌邑—大店断裂为沂沭断裂带东界断裂，属于华北板块鲁西地块与苏鲁造山带之间的主边界断裂(图1)。

图1 区域地质构造纲要Fig.1 Outline map of regional geological structure

断裂带中揉皱、扁豆体、片理发育，宽达数百米以上，由于昌邑—大店断裂从研究区内部穿过，因此，构造断裂在该区十分发育，主干断裂走向为北东、北北东，性质以压扭为主，通过野外调查，区内主要发育有NE、NW以及近SN三组断裂构造，昌邑—大店断裂由数条断裂组成，主干断裂为景芝—大店断裂，走向北东10°～20°，以压性、压扭性为主，构造带内断层泥发育，宽0.5～10.0 m。北西向断裂为昌邑—大店断裂的次级构造，由数条断裂组成，走向北西320°～350°，构造性质以张性、张扭性为主，近SN向断裂在本区发育较少，主要集中在于里—管帅一带，走向近SN向，断层泥带发育，宽约5 m，以上3组构造相互切割并发生错位，说明研究区内地质构造活动的强烈性和复杂性，NE向断裂：由数条平行于景芝—大店断裂的断裂组成，走向NE20°～30°，性质为压扭性断层，断层带宽2～50 m[4]。

3 新构造运动

3.1 区域新构造运动特征

昌邑—大店断裂是晚中生代时期沂沭断裂带东地堑的东边界，其活动性地质特征明显，是一条活动性强的断裂，主要在第四纪时期早、中期活动，仅局部地段(如五莲县汪湖莫家崖头村和郯城县桃林村)可见白垩系王氏组紫红色砂页岩逆冲到上更新统紫红色粉土夹砂层之上，为晚更新世活动断裂，其余段落为早中更新世段[5]。

第四纪以来压扭性构造活动仍是沂沭断裂带的基本特征，区域断裂的活动对研究区内潍河、沭河流域的第四纪沉积有着明显的控制作用，区内新构造演化可以划分为3个阶段：①第1阶段以差异性升降为主，控制着研究区内早中更新世的沉积；②第2阶段以水平挤压为主，沂沭断裂带表现明显，强烈的构造活动使基岩与第四纪之间呈断裂接触，并可见王氏群地层逆掩于第四系之上；③第3阶段以差异升降为主，控制着研究区内河流流向及晚更新世以来的沉积作用。

3.2 区内主要活动构造的特征

研究区主要活动断裂为景芝—大店断裂，为复活断裂，自北汪湖镇至南小店镇均发育活动构造，共发育主要的活动构造7条(图2)，其他为伴生断裂，活动构造点12处，主要分布在汪湖、于里、峤山以及长岭附近，根据本次实地调查，可以看出活动构造最新切割第四系，由此判断本区域新生代活动构造主要集中在晚更新世至全新世[6]。

图2 活动构造点分布Fig.2 Distribution of active structural points

此次在景芝—大店断裂自北向南发育活动13处构造点布置了观测剖面，断层性质以逆右行平移断层为主，走向5°～65°，倾角35°～65°，白垩系地层逆冲到第四系地层之上。现选取比较典型的D151(北部)、D100(中部)、D136三处构造观测点的剖面进行介绍。

(1)D151号剖面(图3)。黑涧岭逆断层，位于于里镇黑涧岭村西200 m，小店组紫红色砂砾岩逆冲到第四系黑土湖组之上，中间夹50 cm破碎带，断层带内可见断层泥，为紫红色、黄绿色断层泥，混杂岩石碎块，断面接触面产状为305°∠55°。

(2)D136号剖面(图4)。西北岭逆断层，莒县长岭镇西北岭村西300 m，位于断裂破碎带内，附近地层岩性为小店组紫灰色厚层状砾岩，见断层泥出露，左侧地层产状270°∠35°，岩性为灰紫色厚层状砾岩夹薄层细砂岩，破碎带宽约3 m，灰紫色、灰白色断层泥发育，断层面产状280°∠60°，沿断层面见上升泉一个，断层带导水，取水样点，东侧为断层面切割第四系山前组，第四系为黄褐色含砾砂质黏土，无明显层理，为坡积相，断层面明显，产状270°∠50°，断层泥为紫灰色夹黄褐色[7]。

图4 D136号点活动层剖面Fig.4 Section D136 active layer

(3)D100号剖面(图5)。莒县峤山镇田家峪西500 m，点北为黄褐色粉砂岩，点南为破碎带，破碎带内岩性为灰紫色泥页岩，含砾泥岩，岩性混杂，极破碎，上部覆盖第四系山前组砾石砂土层，破碎带宽10 m，第四系现错断，断层面产状200°∠80°，南部断层面产状0°∠75°。

图5 D100号活动构造点剖面Fig.5 Section D100 active structural point

3.3 活动断层活动方式讨论

(1)断裂的围岩与活动年代。研究区内断裂构造为较典型的逆断层，断层上盘为遭受强烈风化的白垩系青山群火成岩，下盘为晚更新统—全新统黄土状堆积物，表明自晚更新世以来断层有过大规模的活动；沿断裂带形成多处断层陡坎，控制着第四系的沉积，地貌上显示的快速运动标志明显[8]。峤山西坡存在宏观的东高西低的地形，东侧出露白垩系砂砾岩和安山岩，西侧为第四系覆盖区，此次调查工作在此布设并施工了探槽，发现此处断裂为通天断层，剖面中第四系共有4层，沿断层面发育灰—浅灰绿色断层泥，厚0.5～1.0 cm。断层面为近代的含砾砂土所覆盖，断层错断了所有地层，说明该断层为现今仍活动的断层。

(2)断层泥厚度。沿断裂带附近共发育3条断层泥带，断层泥厚度大，一般为几米到近20 m，这是断层长期活动的结果，由于断裂带内存在着较大厚度的黏土层，容易发生韧性变形，尤其在高温下更有利于蠕滑运动。

(3)断面结构。断裂带内不仅断层泥厚度大，而且断层破碎带很宽，如于里李家坡附近破碎带宽近200 m，店子集镇东沟头村断层泥带宽约50 m，石井附近破碎带宽度可达到90 m左右，断层泥及断层破碎带内夹有许多老岩层的碎块及透镜体，揉皱变形明显；另外，断层泥黏土质地疏松，水分大，这可能是由于断层长期蠕滑造成地下水流渗入的缘故。

(4)地壳结构特征。深地震测深资料图表明(图6)，研究区内地壳破碎程度较高，显而易见，破碎的地壳不易积累大的应力，为断层的蠕动提供了条件。

图6 沂沭断裂带非纵反射剖面Fig.6 Non-longitudinal reflection section of Yishu fault zone

(5)地震活动性。断层的蠕滑在地震上的反应是微震活动密集，而大地震发生较少。公元1668年郯城发生8.5级地震，无中强地震发生，地震活动具有强度大、频度低的特点，因此研究区内断层的滑动方式以蠕滑为主，所以微震较多。通过分析，研究区断层滑动方式可能以蠕滑为主，并一直长期活动。断层泥SEM的判别结果表明，晚更新世以前，活断层以强烈的黏滑错动为主，而宏观调查及断层泥黏土矿物的分析显示出断层自晚更新世中晚期以来，其滑动方式可能由黏滑向蠕滑转变。

4 地质灾害发育特征

根据野外实地调查，研究区内发育的地质灾害类型上主要为地裂缝，本文着重对研究区的地裂缝进行讨论。

4.1 地裂缝发育特征

研究区内已查明地裂缝28处(图7)，主要体现在建筑物墙壁、水泥地或室内夯实地面上，呈锯齿状、树枝状、不规则弧线、直线状等，长3～700 m，横断面上宽下窄多为“V”字形，缝宽1～2 cm，最宽5 cm，小者见裂痕。地面开裂常产生错动现象，最大错距1～4 cm，严重者可将墙体砖块或石条错断。根据地裂缝地质灾害野外调查结果，可知研究区内28处地裂缝均为小型地裂缝。地裂缝在本区的分布主要受昌邑—大店断裂带的控制，空间展布主要与昌邑—大店断裂走向一致，主要分布于汪湖—于里、峤山—店子集—陵阳一带[9]。

图7 研究区内各乡(镇)地质灾害(已发)分布Fig.7 Geological disasters (distributed) distribution map of each township (town) in the study area

在地裂缝较发育区域店子集、李家窑、黑涧岭3个村房屋裂缝宽度采用游标卡尺进行定期测量(图8)，变化规律显著，地裂缝主要在降水量较大的7—8月份较大，表现出明显的周期性特点，其活动高潮期与该区昌邑—大店断裂及地震活动的活跃期呈正相关，即当地震和构造活动频次增多或强度增大时，地裂缝的发育程度随之增强。

图8 黑涧岭地裂缝监测变化情况Fig.8 Monitoring changes of ground fissures in Heijianling

4.2 断层泥及胀缩土分布特征

1976年7月28日唐山大地震后，昌邑—大店裂带附近地裂缝有较为集中的出现，可以作为地裂缝的首现时间，此后地裂缝主要表现在房屋墙体裂缝上，在断裂带附近胀缩土分布区，每年雨季、旱季的交替，使得胀缩土形成吸水膨胀、失水收缩交替，从而形成胀缩裂缝。研究区内断层泥带宽几米至几十米，断层泥的胀缩性很大程度上影响着区域地壳的稳定性。此次工作对断层泥以及地裂缝分布区岩土体进行了取样试验，所有试样的自由膨胀率都大于40%，结合野外取样时的岩土性状，可初步判定为膨胀性土。该区胀缩土自由膨胀率主要为弱—中胀缩土，胀缩土主要分布在断裂带内及其附近山间平原，分布范围与昌邑—大店断裂带走向基本一致。

5 地质灾害与活动构造

区域内主要活动断裂为昌邑—大店断裂及次级断裂，地裂缝的区域分布特征主要呈条带状沿NE30°方向延伸，与昌邑—大店构造展布方向一致。

以研究区内的重要工程峤山水库东侧的D114构造观测剖面为例来阐述昌邑—大店断裂及次级断裂对地裂缝的控制，该活断层处于青山群小店组地层逆推到第四系山前组之上，活动构造特征明显，西侧地层产状为350°∠50°，断层倾向320°、倾角55°，为昌邑—大店断裂伴生断层。断层面发育0.50 m的灰紫色断层泥带，断层泥可见镜面构造，未见角砾带和碎裂带。在距离D114号点150 m处的峤山水库大坝处，发现坝体出现多处裂缝，延伸方向与活动断层一致，推测此处受活动断层影响，坝体出现明显裂缝。根据历史地震资料，距离活动构造西南500 m处于1975年发生M2.0级地震。从历史地震以及活动构造的分布位置可以看出，峤山水库附近峤山断裂构造活动特征明显。水库建成蓄水后，由于静水压力以及库水沿断裂面下渗，降低了断裂面的摩擦阻力，增大了断裂的蠕滑速度，导致大坝地裂缝。

6 地质灾害成因类型及发育机制分析

受昌邑—大店构造的影响，区域地裂缝分布主要沿构造带分布，结合区域胀缩土分布范围，将区域地裂缝分为构造地裂缝和非构造地裂缝两大类。

受昌邑—大店断裂的控制，研究区内地裂缝主要沿断裂带呈条带状分布，分布于昌邑—大店断裂之上及两侧，另外昌邑—大店断裂(日照段)由数条NE向断裂构造组成，断层泥带、破碎带等宽度达数米到数十米，沿断裂带零星分布着断层泥带或胀缩土带[10]。由于活动构造的长期蠕动，使岩体或土层逐渐开裂，并显露于地表而成；再者该区域气候的干、湿变化，尤其是区域性浅层地下水水位下降时，使胀缩土或淤泥质软土产生胀缩，从而形成胀缩裂缝。虽然地裂缝在地表不易观察，但可从该区域房屋开裂、变形情况反映。因此，研究区内地裂缝成因可以归结为活动构造与胀缩土共同作用下形成的。

7 结语

活动断裂引发的地灾灾害是近年来地质灾害学科研究的重要方向，本文以新构造运动强烈的昌邑—大店一带活动断裂带为例，形成了以下认识。

(1)受昌邑—大店构造的影响，区域地裂缝分布主要沿构造带分布，可分为构造地裂缝和非构造地裂缝两大类。

(2)受昌邑—大店断裂的控制，地裂缝主要沿断裂带呈条带状分布，分布于昌邑—大店断裂之上及两侧。

(3)研究区内地裂缝成因可以归结为活动构造与胀缩土共同作用下形成的。