青岛城市主要断裂构造特征以及对城市地质环境的影响.pdf

第三十一卷 第一期 地 球 学 报 Vol.31 No.1 二○一○年二月 102-108 Acta Geoscientica Sinica Feb. 2010 102-108 www.地球学报.com 本文由山东省自然科学基金编号 Y2005E03与中国海洋大学本科教育教学研究基金2009JY02资助。 收稿日期 2010-01-05; 改回日期 2010-02-22。 第一作者简介 栾光忠, 男, 1951 年 2 月出生。教授。主要从事构造地质学研究。通讯地址 266100, 青岛市松岭路 238 号。电话 0532-66782488。E-mail gzhluan。 青岛城市主要断裂构造特征以及 对城市地质环境的影响 栾光忠1, 王红霞2, 尹明泉3, 王 建1, 张华东4 1中国海洋大学, 山东青岛 266100; 2国土资源部海洋地质研究所, 山东青岛 266071; 3青岛地质工程勘察院, 山东青岛 266071; 4青岛市崂山区科技局, 山东青岛 266061 摘 要 本论文以青岛城市地质环境监测为目标, 通过野外地质观察和地质制图, 从城市整体范围概述青 岛城市主要断裂构造特征以及断裂构造对青岛城市地质环境的影响。上述研究对青岛城市地质环境监测和 城市规划具有重要意义。 关键词 青岛城市; 断裂构造; 构造特征; 环境地质 中图分类号 P542.3; P546; X141 文献标志码 A 文章编号 1006-3021201001-102-07 Characteristics of Main Faulted Structures in Qingdao City and Their Influence on Urban Geological Environment LUAN Guang-zhong1, WANG Hong-xia2, YIN Ming-quan3, WANG Jian1, ZHANG Hua-dong4 1 China University of Oceanology, Qingdao, Shandong 266100; 2 Institute of Marine Geology of Ministry of Land and Resources, Qingdao, Shandong 266071; 3 Qingdao Geo-Engineering Exploration Institute, Qingdao, Shandong 266071; 4）Science faulted structure; structural characteristics; environmental geology 城市化是人类社会经济发展的必然过程, 我国 已进入快速城市化阶段。城市地质环境和地质灾害 是制约城市可持续发展的重要自然因素韩文峰, 2001。随着青岛城市化的飞速发展和城市中心向胶 州湾的转移栾光忠, 2002, 城市化的可持续发展对 青岛城市地质环境提出更高要求。另一方面, 现代 城市的扩展将掩盖大量的地质信息, 导致城市地质 信息模糊和增加后期勘察的难度。本论文通过对断 裂野外观察和地质制图, 从城市整体范围概述断裂 构造特征以及对青岛城市地震地质环境、工程地质 环境的影响, 旨在为青岛城市规划和地质环境监测 提供地质信息。加强对城市断裂构造特征和地质环 境的影响研究, 对青岛城市地震监测、防震减灾和 推进青岛市政府提出的“环湾保护, 拥湾发展”的城 市发展战略具有重要意义。 1 青岛城市主要断裂构造的基本特征青岛城市主要断裂构造的基本特征 青岛城市断裂位置和空间展布如图 1 所示, NE 向断裂构成了主要的构造框架,以即墨断裂、沧口断 裂、劈石口断裂、王哥庄断裂为代表的 NE 向断裂, CAGS 第一期 栾光忠等 青岛城市主要断裂构造特征以及对城市地质环境的影响 103 图 1 青岛城市主要断裂分布图 Fig. 1 Distribution of main faults in Qingdao City 无论从规模上还是从在演化历史方面来看, 均为青 岛城市的主要断裂。其它方向的断裂使这框架复杂 化而已, 其基本特征见表 1。 2 青岛城市主要断裂的构造特征青岛城市主要断裂的构造特征 2.1 青岛城市 NE 向断裂的构造特征 青岛城市 NE 向断裂包括即墨断裂F1、沧口断 裂F2、劈石口断裂F3、北九水断裂F4、辛庄-灵 山卫断裂F11和黄山断裂 F12, 见图 1。NE 向断裂 在空间展布和发育规模占优势, 并成为青岛主 要 构造框架栾光忠, 1993。 沧口断裂F2长超过 90 km, 走向北东, 约在 40-55之间变化; 断裂北东起始于 即墨的七口, 向南西远洪沟村、经东埠头、温泉村、 大埠、窑上、拖车夼、窝洛子村东南、团彪水库、 高埠洼和西南泊之间通过, 向南西隐伏于第四系之 下。 在团彪水库松山村一带, 断裂形成阶区, 阶区 宽约 1500-1600 m。由松山村起, 断裂继续向南西延 伸, 经院后、前金沟、青峰村西北、崂山水库大坝 西北侧、太平庄、丹山、南岭, 然后隐伏于胶州湾 之下, 在黄岛再次出露地表。断裂倾向变化较大。 断裂倾角陡立, 一般在 70-88之间。沿断裂带内及 近侧有多期岩脉侵入; 断裂破碎带由节理密集带、 劈理带、构造岩和岩脉组成。断裂破裂带宽度一般 在 30-60 m 之间, 但最宽超过 400 米。 沧口断裂是 III 级大地构造单元胶南隆起与胶 莱盆地的分界, 是 SE 盘燕山期花岗岩与 NE 盘中生 界的分界, 是明显升降交替的构造部位。 因此, 沧口 断裂的城市地质环境意义引起相关单位的关注。另 外, 沧口断裂是控制青岛即墨温泉形成的主导性构 造, 其新构造活动成为产生温泉盆地第四纪以来活 断层的构造背景栾光忠, 2008。近期, 国家海洋局 一所在活断层勘察工作中, 对沧口断裂的空间展布 进行了勘察并对其现代活动性进行研究, 刘保华等 认为2005沧口断裂具有生长断层和多期活动的构 造特征。表现出 4 期明显的构造活动, 先后为张性 活动、左性压扭活动、张性活动和右性压扭活动。 郭玉贵2008根据沧口断裂的几何形态、 活动时 代、断裂带组合特点、活动习性及地形地貌, 将沧 口断裂划分为 4 段进行勘察与研究。窑上西南泊 段 向 SE 陡倾, 以右旋水平走滑为主, 兼小量逆冲, CAGS 104 地 球 学 报 第三十一卷 表 1 青岛城市主要断裂构造特征一览表 Table 1 Characteristics of main faulted structures in Qingdao City 代号 断裂名称 方向 空间展布 归属 构造年代与地质时代 F1 即墨断裂 NENNE 郭城即墨 胶东牟-即断裂带 19.70.4104 中更新世 F2 沧口断裂 NENNE 沧口即墨七口 胶东牟-即断裂带 3.10.27104 中、晚更新世 F3 青岛山断裂 NEE 鲁迅公园台东 不明 不明 F4 劈石口断裂 NE 太平角海域岙山卫 胶东牟-即断裂带 9.90.8104 晚更新世 F5 王哥庄断裂 NE 浮山湾海域王哥庄 不明 16.961.36104 中更新世 F6 胶南-日照断裂 NNE 山相家日照 新华夏系主压面 191.5104 中更新世 F7 郝官庄断裂 NEE 山相家郝官庄 新华夏系东扭面 未断错上全新统 F8 铺集断裂 NEE 诸城百尺河后海庄 同上 同上 F9 大沽河断裂 NNW 沿大沽河口分布 新华夏系西扭面 大于 150104 早更新世 F10 马山-七级断裂 NW 马山 SE东七级 与 NE 向配套断裂 39.54104 F11 辛庄-灵山卫断裂 NE NE 辛安大珠山 资料认为与沧口断裂 相接 不明 F12 黄岛黄山断裂 NE 薛家岛海域唐岛湾海域 NE 向断裂 12.0941.05104 中更新世 F13 胶州断裂 NEE 李家营城阳 新华夏系东扭面 不明 F14 红石崖断裂 NWW 沿胶州湾 SW 岸分布 新华夏系主张面 不明 F15 山东头断裂 NW-NNW 山东头村小埠东村新华 夏系西扭面 不明 F16 潮连岛-大沽河断裂 NW 胶州湾口-大沽河 与 NE 向配套断裂 不明 注 构造年代引用于国家地震局分析预报中心、国家地震局地壳应力研究所、青岛地震局工程地震研究所等单位资料 为晚更新世早期弱活动断裂; 松山太平庄段 向 NW 陡倾, 活动性质为正断右旋走滑, 为晚更新世 早期弱活动断裂; 丹山-胶州湾段 向 NW 陡倾, 活 动性质为正断右旋走滑, 为晚更新世早期弱活动断 裂; 黄岛段 向 NW 陡倾, 以逆走滑为主, 晚更新世 以来不活动。在丹山 5 号楼地基坑东侧约 20 m, 混 凝土搅拌机西侧, 人工开挖地基中同样揭示出了良 好的断层剖面。断层断错的土红色含砾亚粘土层经 TL 测年CK-TL-14, 年龄值为 31.772.70 Ka。灰 绿色断层泥经 TL 测年CK-TL-15, 最新活动年龄 值为 33.302.83 Ka。根据剖面分析和测年结果, 断 裂在晚更新世早中期有过活动, 活动性质表现为 正断层。 NE 向劈石口断裂露头发育, 构造特征表现明 显, 且研究程度较高, 成为揭示区内其它 NE向断裂 的信息库。 经岩组学方法分析, 何永年1975认为断 裂具有压性特征。成国栋1979认为断裂是一条左 旋平推正断层。尹延鸿1987认为断裂明显的活动 有两次, 先是左旋平移, 后是右旋平移。栾光忠 1999仅定性劈石口断裂为右旋平移断 层, 断裂将 一岩墙右旋断错 69 m。通过对劈石口路堑断裂露头 三维空间的综合观察, 断裂的构造样式展示于图 2 中。从劈石口断裂的空间展布、产状, 结合青岛构 造应力场特征, 断裂带中一组产状 173∠74, 相当 于断层伴生的 S1压剪性节理, 其走向与断层面构成 锐夹角指示对盘运动方向见图 2, 反映断裂早期为 左旋平移性质。其次, 断裂的上盘逆冲的压性特征 表现明显, 其构造特征有 ①上陡下缓的断层席片 图 2 青岛劈石口断裂素描图 Fig. 2 Sketch of Pishikou fault in Qingdao CAGS 第一期 栾光忠等 青岛城市主要断裂构造特征以及对城市地质环境的影响 105 出现, 席片下伏有大量的碎粉岩, 表现出强烈挤压 特征。②逆冲席片形成片理和构造透镜体, 其长轴 平行断裂走向, 片理相当于应变椭球的AB面, 表现 出强烈的挤压特征见图 2。根据午山、大福岛和崂 山头中生界以高倾角呈 NESW 走向分布, 反映青 岛地区青山期后有 NWSE 向挤压构造应力的持续 作用。 劈石口断裂的张性活动主要表现有 ①断层面 上有反映上盘下降, 侧伏角近 90的擦痕见图 2。 ②对后期脉岩的控制。据野外观察, 断裂在北龙口 剖面, 断裂的主体空间被煌斑岩充填。在星华加油 站剖面, 断裂带内出现年代为“690.9 Ma”赵广涛, 2001新生代的玄武玢岩, 反映断裂的张性拉开对多 期岩浆活动起控制作用。根据处于同一构造应力场, 相同方向和活动时代的断裂具有相同构造特征, 与 劈石口断裂相平行的即墨、沧口、王哥庄等 NE 向 断裂应具有相同的构造特征, 即断裂不仅具有先左 后右的平移性质, 还具有挤压和张性构造特征, 断 裂具有多期活动的构造特征。 2.2 NW 向断裂的构造特征 青岛城市 NWW、 NW 和 NNW 向断裂通常以斜 接形式交织在一起, 形成广义的 NW 向断裂栾光忠, 1999。狭义的 NW 向断裂以七级-马山断裂F10为 代表, 其构造样式在即墨普东乡任家屯SE梁家荒采 石坑最为明显。断裂面上发育右旋平移的水平擦痕, 表现出右旋平移的构造样式, 反映 NW 向断裂是与 NE 向断裂相配套的构造。 青岛城市广义的 NW 向断 裂以山东头为代表, 见图 1、图 3。断裂产状由 45 ∠75 走向 NW向 SE 变为 55∠80 走向 NNW。 断裂面上有左旋平移水平擦痕, 反映早期与劈石口 断裂的右旋平移配套, 后期被 NNW 向断裂借用或 追踪。国家海洋局一所在胶州湾湾口海底隧道工程 地球物理勘 察中, 新发现的大沽河 -潮连岛南 NW-NNW 向断裂是胶州湾重要的控湾断裂F16, 见图 1。该断裂自胶州湾口延伸至大沽河口, 向 NW 图 3 青岛山东头村 NW-NNW 向断裂构造样式图 Fig. 3 NW-NNW trending faulted structure pattern of Shandong Tou Village, Qingdao 有变宽的趋势, 在大沽河口断裂呈一帚状撒开, 形 成一宽达近 4 km 的断层束, 见图 1。断裂具有右旋 张扭特征, 将 NEE 向的郝官庄断裂F7右旋断错; 根据磁异常初步计算的结果, 断裂带中的岩脉倾向 北东, 倾角约 75, 断裂带宽度约 90-100 m, 断裂 带内主要被后期具磁性的侵入岩脉所充填, 侵入岩 脉宽度约 80 m, 它也代表了该断裂带的产状特征, 岩脉顶部发育有约 10 m 厚的强风化带。 2.3 青岛城市 NNE、、NEE、、NNW 及 NWW 向断裂 的构造特征 青岛 NNE 向断裂归属新华夏系主压面, 早期具 有左旋压扭构造特征, 青岛区内 NNE 向断裂以胶南 -日照断裂F6为代表。区内小青岛断裂的构造样式 最为典型图 4A。小青岛断裂走向 2530, 将一条 NEE向花岗斑岩岩墙左旋错开 10 m左右, 旁侧岩墙 弯曲形成反映左旋平移的牵引构造。断裂带内充填 的碎裂岩具有压扭特征。 NEE 向断裂归属新华夏系东扭面, 具有右旋压 扭的构造特征, 断裂被称之为“暂为保留的泰山式” 构造李四光, 1979。区内 NEE 向断裂以山相家-郝 官庄断裂F7、铺集等断裂为代表F8。青岛八关山 NEE 向断裂的构造样式表现得最为明显。断裂面形 成于花岗斑岩岩墙与花岗岩侵入接触边缘。断裂面 上的丁头擦脊、擦痕a 线理和塑性阶步b 线理反 映断裂上盘右旋斜冲, 具有右旋压扭或平移逆断 层的构造特征, 见图 4B。在威海文登汤村温泉区、 青岛大珠山等地均发现NEE向断裂具有上述构造特 征。另外, 青岛 NEE 向断裂广泛被后期岩浆填充, 形成 NEE 向岩墙群, 反映断裂在地质历史中有“张 裂”的演化历史。 NNW 向断裂归属新华夏构造体系的西扭面, 具有左旋张扭或为正平移断层的构造样式。被称 之为“大义山”式断裂李四光, 1979。在青岛城市, NNW 向断裂主要有曹家下庄断裂、 大沽河口断裂 F9、山东头断裂F15。青岛太平角断裂的构造特 征表现明显, 见图 4C。 断裂将 NE 向岩墙左旋错开。 在青岛灵山岛、牛岛、水岛的层状岩石区, NNW 向 断裂的的构造样式以页岩弯曲形成左旋的牵引构造 表现出来。 青岛 NWW 向断裂归属新华夏构造体系的主张 面, 早期具有右旋张扭或平移正断层的构造特 征。代表性断裂除胶州湾红石崖断裂F14外, 区内 延安三路贝雕厂工地 NWW 向断裂的构造模式最为 典型。由断层伴生张节理与断层面构成的锐夹角指 示上盘下降兼稍右旋的构造特征, 见图 4D。 CAGS 106 地 球 学 报 第三十一卷 图 4 青岛城市 NNE、、NEE、、NNW 和 NWW 向断裂构造样式图 Fig. 4 NNE-, NEE-, NNW- and NWW-trending faulted structure patterns of Qingdao City A. 青岛小青岛 NNE 向断裂平面图; B. 青岛八关山 NEE 向断裂素描图 C. 青岛太平角 NNW 向断裂平面图; D. 青岛湛山 NWW 向断裂素描图 A. Xiaoqingdao NNE-trending fault of Qingdao; B. Baguanshan NEE-trending fault of Qingdao; C. Taipingjiao NNW-trending fault of Qingdao; D. Zhanshan NWW-trending fault of Qingdao 3 青岛断裂构造对青岛地质环境的影响青岛断裂构造对青岛地质环境的影响 由于断裂的构造特征不同, 具有不同的构造控 制作用, 如青岛城市 NE、NEE 和 NNE 向断裂对后 期岩浆活动的控制; NNW、NWW 向断裂对地下水 径流的控制。以下笔者仅就断裂构造对青岛工程地 质环境和地震地质环境影响进行阐述。 3.1 青岛断裂构造对城市工程地质环境的影响 随着青岛城市化的快速发展和城阳、黄岛两城 市行政区的建置, 事实上, 胶州湾已经成为现代青 岛城市中心栾光忠, 1998, 2002。2008 年青岛市政 府确立的“环湾保护, 拥湾发展”的城市发展战略 的推进以及海湾大桥、胶州湾隧道大型工程的实施, 胶州湾的地质环境更加引人注目。 胶州湾及其周边岩性复杂, 不同方向的断裂汇 聚、交切于湾内。多组断裂的空间排列和胶州湾特 殊的形貌特征, 导致胶州湾成因众说纷纭。成国栋 1979提出了旋扭构造成因说, 刘洪滨1986提出了 破火山口成因说, 赵奎寰1998认为胶州湾是由 NW 和 NE 向断裂形成的“棋盘格式“构造控制的断 陷盆地。 栾光忠1998认为胶州湾由 NE 向沧口断裂 F2以及 NEE 向郝官庄断裂F7、 NWW 向红石崖断 裂F14、NNW 向大沽河断裂F9控制的断陷盆地。 胶州湾多种成因之说说明了胶州湾断裂构造的发育 程度和复杂的空间排列, 也说明胶州湾有其复杂的 地质背景。 通过胶州湾湾口的大沽河潮连岛南 NW-NNW 向断裂是胶州湾重要的控湾断裂。从图 1 可以看出, 断裂通过胶州湾隧道路径, 上述断裂具张性、张扭 性构造特征, 具有很强的透水性, 因此, 在胶州湾 隧道等开挖工程中, 务必加强对隧道垮塌、涌水等 方面突发事故的防范。另外, 上述断裂在海湾大桥 的大沽河地段形成很宽的断层束, 由于断层的切 割、破碎, 降低桥址基岩的强度, 影响桥基的工程地 质条件。 因此, 在海湾大桥桥基的设计和工程施工中, 应加强上述断裂对桥址工程地质环境的影响关注。 胶州湾北部 NEE、 NNW 向断裂非常发育, 构成 “棋盘格式”构造。上述两组断裂控制着山体走向、 街道方向和青岛城市建筑群的展布方向, 如在市区 的八关山、浮山一带, 山体走向、道路方向、建筑群 的延伸方向多呈 NEE 方向, 反映上述两组断裂的控 制作用。 建议在胶州湾北部城区街道、 建筑群的规划、 CAGS 第一期 栾光忠等 青岛城市主要断裂构造特征以及对城市地质环境的影响 107 设计中, 特别在建筑物基坑开挖中, 顺上述断裂方向 开挖, 省时、省力, 且体现出人与自然的和谐统一。 3.2 青岛断裂构造对地震地质环境的影响 地震的发生主要是断裂新构造活动释放应变能 量的现象。地震和活动断裂有密切关系, 这已是公 认的事实。不但强震发生在活动断裂上, 而且微震 也常常沿断层做条带状分布, 构成所谓的“地震线”, 在华北区, 沿郯庐断裂形成醒目的 NNE 向微震带。 证明了“不但强震、中强地震与活动性断裂有关, 而 且微震震中也常常沿活动断裂呈线性排列。 这种微震 震中的定向展布地带, 往往是活断层位置所在李起 彤, 1991。 沿着青岛城市 NE 向断裂, 还没有出现 NE 向地震震中的丛集和条带, 说明青岛城市 NE 向断裂 晚更新世以来的现代活动性趋向稳定栾光忠, 1999。 从青岛及其邻区微震震中分布图图 5可以看 出, 自黄海海域-鳌山卫-即墨-平度一系列微震震中 明显呈NW、 NNW向排列, 反映出NNW, NW、 NWW 向断裂的现代活动和控震作用栾光忠, 2002。根据 唐山、海城和邢台地震的控震断裂组合和震中所处 的位置, 有人认为 NEE 向郝官庄断裂和大沽河口 NNW 向断裂为胶州湾 3.2 级地震孕震断裂和发震断 裂栾光忠, 2002。由此可见, 胶州湾 3.2 级地震在 空间排列上是上述微震带的组成部分, 在时间上是 华北六、 七十年代地震高发期的产物。 是胶州湾 NEE 向郝官庄断裂和 NNW 向大沽河口断裂现代活动性 的表现。同时, 也有人推断 2003 年崂山 4.1 级震群 也与青岛 NNW 向雕龙咀-芝坊断裂有密切的关系 图 5 青岛及其邻区微震震中分布图1987-1994 Fig. 5 Distribution of epicenters of microearthquakes in Qingdao City and neighboring areas 1987-1994 潘元生, 2003, 表明华北 NNW 向断裂是具有现代 活动性特征的一组断裂王文正, 2001。因此, 有关 专家呼吁要根据 1975 海城地震和 1976 年唐山地震 的地震断层的调查, 重视我国东部地区 NW、NNW 向断裂的研究徐煜坚, 1982。 胶州湾是 NE、NNE、NNW 和 NEE 等方向断裂 交汇部位, 具有复杂的地质构造背景, 尤其是在 III 级大地构造单元划分上, 青岛胶州湾恰处于由沧口 断裂控制的上升的胶南隆起和下降的胶莱盆地的衔 接部位, 这种隆起和断陷之间的相对活动可能成为 诱发地震的因素之一李桂群, 1994, 无疑胶州湾应 成为青岛城市地震活动重点监测区域之一。 4 结论与建议结论与建议 4.1 青岛城市断裂构造主要有 NE、NW、NNE、 NWW、 NEE 和 NNW 向断裂, 在构造特征上, NE 向 断裂具有先左后右平移并具有挤压和拉张的构造特 征, 具有多期活动的构造特征。 NW 向断裂具右旋平 移和张扭的构造特征。NNE、NWW、NEE 和 NNW 向断裂分别具有左旋压扭、右旋张扭、右旋压扭和 左旋张扭的构造特征。 4.2 青岛城市 NE 向断裂具有发育规模大和活动历 史长的构造特征, 成为主要构造线方向。根据区内 地貌特征、年代学资料, 以及地震震中的空间排列, 认为 NE 向断裂在晚更新世晚期以来的活动性趋向 于稳定。青岛城市 NWW、NW 和 NNW 向断裂通常 交织在一起, 形成广义的 NW 向断裂。在地震地质 方面, 有关学者徐煜坚, 1982; 栾光忠, 2002; 潘元 生, 2003; 王红霞, 2005呼吁, 要加强上述断裂的年 代学测试和现代活动性的研究, 关注其在地震地质 方面的作用。另外, 上述断裂具有张性、张扭性构 造特征, 具有很强的透水性, 因此, 在胶州湾隧道 等开挖工程中, 务必加强对隧道垮塌、涌水等方面 突发事故的防范。 4.3 青岛胶州湾所处的大地构造位置、多种成因、 首发 3.2 级地震以及多组断裂在湾内交汇印证胶州 湾具有复杂的地质背景。今后, 应加强胶州湾及其 周边地质、地球物理勘察, 查明湾内 NW 向大沽河- 潮连岛断裂、NEE 向郝官庄断裂和 NNW 向大沽河 口的空间展布、交切关系、归属和加强上述断裂的 年代学资料测试, 防震减灾, 把青岛城市地质环境 研究引向深入。 参考文献参考文献 成国栋. 1979. 胶州湾地质构造及其成因[G]. 青岛市地质学会第 三届学术会议论文汇编, 23. 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