核电工程初设阶段勘察小规模断层的判别及工程评价

摘 要：作者根据其工作经历，系统总结出了多种分析和判定断层特性及性质的方法，并对多种方法进行一一列举，比较其优缺点，结合某核电初设阶段对小规模断层勘察的情况，对各种判别方法进行了实际分析应用，最终总结出了相关核电初设阶段小规模断层的调查思路，判断其能动性，分析其对工程的影响，满足了规范要求，在相关类似工作中具有较好的实践意义。

关键词：核电；初设；断层；能动性；调查思路

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

1 前言

对于核电工程或其他大型重点工程，在前期厂址地震安全性评价针对区域及近区域地震地质已经做了充分调查，判定了区域和近区域的发震构造，评价了厂址发生地震的可能性和提供了厂址附近范围能动断层的检定结果。在设计方案及总平面布置基本确定后，初步设计阶段勘测工作展开，在该阶段对各种软弱结构面的详细查明仍然是一个工作重点。本文将结合具体工程来论述对小规模断层进行发现和识别，以及判定对工程的影响。

2 断层的发现和识别方法

2.1 断层泥的年龄测定

Ikeya于1982年提出利用电子自旋共振（ESR）来测定断层最后一次活动时代，其后广受地质界的关注，其基本原理为利用自然界的绝缘物质，在受到放射性元素的辐射影响后，从而电子跃迁，被能级不同的晶体晶格捕获并形成顺磁中心，这些中心产生的具有特征ESR信号谱线，ESR年龄最终根据ESR信号强度与晶体吸收的电离辐射剂量的函数关系求出。

2.2 线型追索法

一般而言，断层基本都是沿线型走向，故考虑首先画一条其推测走向线，沿该线在其可能的倾向一侧布置钻孔，同时可在其延伸方向上布置探槽，在查明该点具体位置后，对推测走向线进行修正，直到完全查明勘察区域内断层的分布情况。若该断层在地表有较好的出露，同时可结合工程地质测绘。

2.3 小间距钻探

在查明其走向后，沿其倾向一侧垂直其走向小间距布置几组标准钻孔，其目的如下：

（1）能够直观的反应该断层的空间展布情况，对后期地基基础评价或边坡稳定性分析有比较充分的依据。

（2）对钻孔岩芯进行精细系统的地质分层，研究其地质演化，判断其与区域地质的从属关系，更好的分析断层的地质情况。

（3）获得各种物性参数，如利用该组钻孔可进行相關物探测试，如跨空波速测试测得其剪切波速、压缩波速等，选取有代表性的岩芯进行室内试验，测得其所含角砾岩的物理力学性质等。

2.4 高密度电法

高密度电阻率法，是基于垂向直流测深与电测剖面法的基本原理，自动生成各测深点及各剖面层的曲线或整体剖面的图像。通过观察和研究剖面图像从而得出差异电场在空间上的分布特点和分布规律，查明地下电性不均匀体比如断层、风化带、岩溶、捕虏体等。

3 各种断层识别方法的优缺点

（1）电子自旋共振测年（ESR）法在目前的研究中，可以测定几百年到几百万年，几乎涵盖了整个第四纪。就测年时间段来说，ESR具有极大的发展空间。ESR是从通过测定断层泥中石英颗粒的ESR信号强度来确定断层的活动年龄，故石英颗粒需要具有一个“复零”作用，但是自然界中断层活动是复杂的，实验室简单的压力与热试验与实际情况有较大差距，断层活动时不可能是单一的热作用或压力作用。故ESR测年尽管在实际测试中存在一些问题，但其在理论上完全成立，仍不失为判定断层年龄的一个重要数据。

（2）线型追索法在基岩裸露区能够较好的进行地表断层追索，对于在有大量第四纪沉积物覆盖的区域，则要求在了解区域地质构造情况的基础下，结合钻探、槽探、物探等手段，并随时修正断层走向推测线以查明断层在勘察区域的走向分布情况。

（3）通过一组或几组小间距钻探，结果能够直观的反应断层两盘的的岩性差异以及断层充填情况，探明其在地下的空间发育情况，对其进行更精确的定位。判断断层的活动性及其位错情况，包括其位错量、位错序列、年龄等。同时可利用这些钻孔布置跨空波速测试等物探工作，利用钻孔岩芯调查其工程物理力学性质。

（4）高密度电法通过观察电性异常体的分布情况，从而准确的推测出异常体的形态、规模、产状等情况。但是由于地球物理探测具有多解性，有些断层其充填物与两盘岩基成分差异不大，故电法剖面情况不明显；或者尽管电法剖面发现异常，但未必是断层，故其需要钻探结果加以佐证。

4 本工程小规模断层的调查和分析

本工程为初设阶段核电勘察项目，依据规范，勘探钻孔应布置在厂房周边和中部，勘探点间距宜为10—30米；勘探钻孔深度：一般性勘探钻孔宜进入基础底面以下10米，控制性勘探钻孔深度宜达到基础底面以下两倍厂房直径。

4.1 前期地震地质资料分析研究

由于受局部南北向挤压作用影响，莱阳群发生褶皱，形成了近EW向的大辛家背斜和垂直背斜轴的NNE、近SN向的张性裂隙构造，沿这些张裂隙侵入了一系列燕山晚期的脉岩。由此奠定了厂址所在区域的构造格架。

4.2 线型追索

在分析利用前期地震地质资料的基础上，根据由钻孔揭露的已知断层位置，调整增加了一些钻孔，使其能够查明断层在勘察区域的走向分布。同时在基础上逐步布设一些探槽，对探槽内断层情况进行工程地质编录。

沿小规模断层可能的走向方向布置探槽，根据探槽结果，综合钻孔中发现角砾岩的深度，在勘察区域内断层的地表位置，该断层南端走向近S-N向，北端NW350°，倾向W，倾角约65度，推测向南、向北断层变窄，并且断层的长度约为210m。小规模断层界面弯曲，并可见浅灰色粉末状黏土物质，断层内充填岩体破碎，钻孔内角砾岩大部分岩芯胶结良好，并可见贯穿角砾岩及胶结体的方解石细脉。

4.3 小间距钻探

该小规模断层的长度约为210m。根据断裂面理论，断裂面的延伸长度与深度的比值有一定的范围限制，所以推测其在倾向方向不会延伸很深。

为查明断层两盘的的岩性差异以及断层充填情况，探明其在地下的空间发育情况，对其进行更精确的定位。在小规模断层倾向上布置了3组钻孔，每组钻孔3个，根据厂址附近地质构造，多发育陡倾角，并结合探槽内断层出露情况，分析计算该小规模断层倾角，从而计算确定钻孔间距、钻探深度，钻孔连线基本垂直该小规模断层走向。根据钻孔岩芯精细划分地层剖面图。

4.4 高密度电法分析

沿该小规模断层自北向南布置三条高密度电法，大致呈现上低下高层状分布的特点，这是由于上部地层风化相对较严重、岩体较破碎、含水率较高，表现为电阻率值较低，而随着深度的增加岩体风化程度降低、含水率降低，电阻率逐渐增大。

4.5 断层能动性分析、判定

根据前期安评地震地质资料，厂址附近范围内断层最晚在中更新世活动过，没有晚更新世以来的活动断层。断层内有方解石细脉贯穿，说明断层形成于方解石脉之前，符合区域构造背景，故推断该小断层形成至少不晚于第四纪。根据断层泥ESR（电子自旋共振）测年结果，该小断层15万年来未发生活动。

综合判定该断层年代久远，为非能动断层。

4.6 小规模断层对拟建建筑的影响分析

该断层形成于第四纪之前，规模很小；断层内充填角砾岩胶结，根据室内岩块试验结果、波速测试结果，判定其承载能力足以满足上部荷载的要求；该断层倾角为65°左右，均为陡倾角的结构面，因此断层、节理以及它们的组合均不会形成连续的缓倾的软弱结构面，不会造成地基的倾覆与滑动，因此不会对地基的稳定性产生影响。

同时由于其规模不大，在整个地基中所占的比例很小，承载力满足上部荷載要求，波速测试结果大于1100m/s，所以从整体上不会影响厂房地基的均匀性。

5 结束语

断层的识别和判断是核电厂地震地质工作中的一个重要课题，本文分析了核电勘察初设阶段对新发现的小规模断层的识别、判定方法及其优缺点，并运用这些方法对某核电初设阶段下覆小断层性质和特征进行确定，并分析判定为非能动断层，最终成果满足规范要求，为总平面布置方案的最终确定提供了条件。

总的来说，对断层的采取多种方法进行综合分析研究，相互对比验证，系统地对断层的性质和特性进行评价，这对断层的研究工作具有重要的意义。

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