钻孔及探槽探测鉴定横岗-罗湖断裂活动性

2013-03-03徐俊余成华张桂香肖兵蒋鹏陈庞龙

城市勘测 2013年2期

徐俊，余成华，张桂香，肖兵，蒋鹏，陈庞龙

钻孔及探槽探测鉴定横岗-罗湖断裂活动性

徐俊1∗，余成华2，张桂香2，肖兵2，蒋鹏2，陈庞龙3

(1.深圳市龙华新区建设管理服务中心，广东深圳 518110；2.深圳市勘察研究院有限公司，广东深圳 510086；3.广东省地震局，广东广州 510070)

在收集前人有关深圳市横岗-罗湖断裂研究成果的基础上，对该断裂地表出露段开展野外地震地质调查，在断裂沿线隐伏地段布置横跨断层的钻孔探测剖面、探槽，通过对断层几何结构特征分析及碳-14(14C)、光释光(OSL)、电子自旋共振(ESR)样品年代测试、岩石薄片鉴定等手段，确定了断裂对上覆第四纪地层的影响，并鉴定出断裂最新的活动年代。

活断层；钻孔探测；探槽；测年

1 前言

深圳活断层项目主要探测市内几条大断裂的活动性[1]，横岗-罗湖断裂是五华-深圳断裂带的主干断裂，该断裂自深圳东北向西南经过坪山、炳坑水库、铜锣径水库、横岗、新田仔、深圳水库，穿过罗湖区海关总部后与香港屯门断裂相接[2～4]，如图1所示。

图1 深圳市主要断裂带分布图

钻孔探测作为断层活动性鉴定的主要技术手段之一，同时作为古地震研究的辅助措施，适用于探测被松散沉积物覆盖的、上断点埋深较深断层的位置，及其活动性鉴定等工作[5]。通过收集深圳市断层前期资料所确定的断裂隐伏位置，横跨断层布置钻孔探测剖面、探槽，结合样品测年综合鉴定断层活动性。

本项目针对横岗-罗湖断裂共完成3个钻孔探测剖面及1个探槽，完成的工作量如表1所示。

2 钻孔探测技术参数

断代以及确定活动断层最新一次错动的年代。

2.3 岩芯编录

进行地层单元划分和岩芯编录，编录不遗漏厚度大于或等于20 cm的地层单元。根据钻孔岩芯反映的岩性、颜色、物质组成、沉积结构和接触界面形态等确定基本编录单元，进行图文描述，内容包括:分层层序、厚度、深度，颜色，粒度及不同粒度成分的百分比含量，碎屑成分、形态与磨圆度，地层胶结程度，层理结构特征，矿物结核和动植物化石，分层接触关系，如松散团块结构层、物质组成与上下不协调突变层等，年龄样品采集的位置、类型及其编号。

2.1 钻孔技术参数

钻孔直径91 cm，深度钻至基岩，对特殊地段如断裂破碎带适当加大终孔深度。采用套管和泥浆护壁，钻孔倾斜度≤1.5°，回次进尺为1 m～2 m，孔深误差≤0.2%。粘土及粉土采取率达90%，中细砂达80%，松散粗砂小于40%，厚层砾石采取定深取样法、取样间隔1 m～2 m。钻进时钻具压力保持稳定，避免泥浆等物渗入造成岩芯污染，岩芯全部装箱保存。

2.2 样品采集及测年

样品类型包括碳-14(14C)、光释光(OSL)、电子自旋共振(ESR)等样品，以地层单元为单位系统采集，每层至少有1个样品，采样间隔为0.1 m～2 m，以采集含碳样品为主。样品采集基本满足地层划分、对比和

3 钻孔剖面岩土分层及其特征

图2 横岗-罗湖断裂深圳海关停车场钻孔探测剖面图

3.1 深圳海关停车场钻孔探测剖面

(1)剖面地质地貌概况

该剖面位于深圳河与布吉河下游所夹第四纪冲海积层堆积的平原内[6]，附近地势平坦开阔，南侧距深圳河约300 m并隔河与香港新界相望，东侧为深圳火车站，西侧距约布吉河400 m，距渔民村约200 m，平均海拔为3 m～5 m。附近未见基岩出露地表，据附近工程勘查钻孔资料揭露，下伏基岩为石炭系下统测水组变质石英砂岩、石英粉砂岩、片状绿帘石英岩、千枚岩、石英岩和糜棱岩组成，与侏罗系中上统热水洞组流纹质火山碎屑岩呈断层接触，该断裂属于横岗-罗湖断裂组进入深圳市区内的F9断层[2](深圳编号)。

(2)剖面钻孔布设

剖面布设在深圳海关总部停车场内，横跨横岗-罗湖断组的F9断裂。剖面走向为北北西，全长146 m，沿剖面线共布设钻孔12个，钻孔编号ZK2～ZK13，孔距1.2 m～21.8 m。

(3)岩土分层及其特征

根据钻孔揭露资料，该钻探剖面内覆盖土层按其地质时代、成因类型如表2所示。

深圳市海关停车场钻探剖面岩土分层及特征表表2

3.2 深圳水库钻孔探测剖面

(1)剖面地质地貌概况

该钻探剖面位于深圳水库大坝主坝南侧200m处，西侧为沙湾河，地貌上表现为冲积谷地。谷地西侧为谷对岭，海拔94.4m，为一风化残丘，谷地东侧是北东向延伸的丘陵山地，延绵长约3 km，峰顶高程100m～161m。谷对岭出露基岩为黑云母石英片岩、混合岩化黑云母片岩，时代归属震旦纪。谷地东侧丘陵由石炭系测水组下统上段石英绢云母片岩、石英粉砂岩、千枚岩及石英岩组成，与震旦系之间为断层接触。该断裂属于横岗-罗湖断裂组进入深圳市区内的F9号断层(深圳编号)，也是横岗-罗湖断裂带市区段的主干构造。

图3 横岗-罗湖断裂深圳水库钻孔探测剖面图

(2)剖面钻孔布设

布设剖面与断裂走向近于直交，剖面位置平坦，原为一水塘，在深圳水库建设期间被填埋，后开发为休闲草坪场地。剖面全长159.9 m，共设钻孔12个(编号ZK1～ZK12)，为了从空间上控制断层的形态，其中ZK11偏离总体剖面线与其他钻孔形成三角形，另纳入第四纪标准剖面钻孔DZ2作为本探测剖面的其中一个孔。剖面孔距为4.07 m～39.95 m。

(3)岩土分层及其特征

根据钻孔揭露资料，该钻探剖面内覆盖土层按其地质时代、成因类型如表3所示。

深圳市水库钻探剖面岩土分层及特征表表3

3.3 横岗安良村钻孔探测剖面

(1)剖面地质地貌概况

该剖面位于横岗安良村惠盐公路西侧、平盐铁路东侧的不规则冲积盆地内，附近地形相对平坦，海拔66 m～68 m。剖面北约500 m处为海拔高约141 m的丘陵；以西150 m以外为北东方向延伸的低丘陵，海拔80 m～250 m。附近丘陵地带出露的主要为下石炭统测水组下段的泥质粉砂岩以及上段的石英砂岩，受构造作用，这些岩石往往形成走向北东的糜棱岩化带或韧性剪切带。在剖面西侧50 m处为一条北西向宽约15 m的河涌，沿该河涌两侧为第四系松散层覆盖。

(2)剖面钻孔布设

该剖面布设在深圳横岗安良村西侧，横岗水产批发市场东侧经过人工平整的一块空地上，剖面大体呈北西330°～335°走向，与横岗-罗湖断裂的分支构造炮台山-横岗头断裂走向夹角为70°～80°。剖面线全长约131.2 m，共布设6个钻孔，钻孔编号ZK1～ZK6，另纳入第四纪标准剖面钻孔DZ4作为本探测剖面的其中一个孔，孔距2.20 m～30.10 m不等。

(3)岩土分层及其特征

根据钻孔的钻探结果，该钻探剖面内覆盖土层按其地质时代、成因类型如表4所示。

横岗安良村钻探剖面岩土分层及特征表表4

3.4 横岗塘坑水库探槽剖面

(1)剖面地质地貌概况

探槽位于横岗塘坑水库东南、牛始窝水库西南以及南风坳(峰顶海拔135.4 m)北坡的山前地带。南风坳西南500 m处为走向北东的低山丘陵(海拔高程200 m～250 m)。在塘坑水库与牛始窝水库包围之下在中间形成一个孤岛，面积约0.2 km2，岛内形成数个风化残丘(最高海拔高程90.6 m)，岛内地势总体平缓，种植有果树。据附近野外地质考查，探槽位置(22°33′15.2″，114°12′08.1″)附近没有全新世的堆积物，仅见中上更新统的残积或坡积土层，厚度多在2 m以内。

(2)探槽剖面布设

探槽布设在横岗塘坑水库西风坳北坡平盐铁路以北的坡地上，北西走向，横跨横岗-罗湖断裂。探槽开挖地场地杂草众生，地形起伏不大。由于附近有平盐铁路，北侧为水库，机械设备无法进入，只能采取人工开挖，探槽长5.40 m、宽1.20 m、深1.10 m，土方量7.13 m3，属于小型探槽(或探坑)。

(3)岩土分层及其特征

根据探槽揭露，探槽内覆盖土层按其地质时代、成因类型及土性的不同自上而下划分为:

①中更新统(Q2)

②基岩

b.糜棱岩:④强风化千枚糜棱岩。

4 横岗-罗湖断裂活动性鉴定

自北东而南西沿着横岗-罗湖断裂，通过上述在横岗了安良村、深圳水库及海关总部停车场布置的三条钻孔剖面，另在横岗塘坑水库布设一个探槽开挖剖面，断裂活动性鉴定如下:

4.1 深圳水库钻孔探测剖面

(1)几何结构特征

该钻探剖面东侧由水库大坝下游的冲积盆地中部开始，往北西向伸展至沙湾河边，钻探揭露破碎带宽度超过80 m，主要由压碎岩、绿泥石化压碎岩和构造角砾岩组成，原岩为石炭系测水组上段变质石英粉砂岩，破碎最为强烈的地段位于ZK6、ZK7、ZK8和ZK10孔一带，由绿泥石化压碎岩和构造角砾岩组成，在剖面上显示为上宽下窄，上部宽约40 m，下部约20 m，根据这四个钻孔揭露，断层倾向北西，在剖面图中量得总体视倾角为52°。上构造岩为压碎岩，下构造岩为绿泥石化压碎岩夹构造角砾岩透镜体，断层下盘为下石炭统变质石英粉砂岩夹千枚岩。ZK7和ZK10岩芯揭露，压碎岩中穿插的绿泥石化条带及挤压片理清晰，与水平夹角大致为55°，结合地下电磁波CT手段对ZK7、ZK8、ZK9和ZK11号孔的立体联合探测推断，钻探剖面方向与断层走向垂直，即断层走向在深圳水库大坝下游段为北东25°～30°，倾向北西，倾角52°，为逆断层。

(2)第四纪晚期活动性

在探测剖面中可以看出，F9断层在该地曾经历了由压碎-角砾岩化的变形过程。由南东往北西，在石炭系下统测水组变质石英砂岩、绿泥石化压碎岩、构造角砾岩和压碎岩的上部，平缓覆盖着第四系松散层，断裂上的主要标志层全新统(Q4)冲积淤泥或含砂含砾石淤泥质粉质粘土层②-2-1、冲积中粗砂层②-2-3、上更新统(Q3)冲积砾石层③-5连续分布，粉质粘土层的光释光年龄为2 600±200～4 200±100年。断裂盘面及附近的ZK5孔到ZK2孔约60余米宽的范围覆盖土层厚度6.30 m～9.10 m，覆盖土层底板起伏较小，在水平上无明显差异变化，反映断裂自上述第四系松散层沉积后无活动性。

在断层内部的绿泥石化压碎岩及构造角砾岩内采集的样品电子自旋共振(ESR)测年结果为:677±67千年和大于1 500千年。以上的测年结果反映断裂在中更新世中期以前活动。

4.2 深圳海关停车场钻孔探测剖面

(1)几何结构特征

该钻探剖面显示，ZK2～ZK6孔揭露了原岩为下石炭统测水组变质石英砂岩的糜棱岩和片状绿帘石英岩。剖面中段的ZK7、ZK12孔深15.50 m～21.50 m、ZK13孔深17.00 m～22.00 m和ZK11孔深18.00 m～23.00 m，揭露了原岩为下石炭统测水组变质石英砂岩的碎斑石英岩。而在剖面北段的ZK8、ZK9和ZK10号孔、ZK11孔深14.80 m～16.50 m和ZK13孔深14.90 m～15.50 m则揭露了原岩为下石炭统测水组变质石英砂岩的糜棱岩化构造角砾岩。在糜棱岩化构造角砾岩与碎斑石英岩之间为厚1.0 m～1.2 m的千枚糜棱岩条带。

在糜棱岩化构造角砾岩和千枚糜棱岩中可见大量的挤压破裂面，尤其在ZK10、ZK11、ZK13孔的千枚糜棱岩与碎斑石英岩接触界面附近特别清晰，致使部分岩芯顺破裂面方向断开，其倾角为40°～45°。

排钻附近的糜棱岩带宽度较大，超过80 m，在剖面西南150 m处的第四纪标准孔中所揭露的仍为该套构造岩，另外，在剖面以东200 m的深圳火车站北部一带的工程地质钻探也揭露了该套构造岩，由此推断糜棱岩带走向为北东东。

ZK6与ZK7之间是糜棱岩与碎斑石英岩带的接触边界，往北至ZK12、ZK13和ZK11号孔，碎斑石英岩的水平宽度在20 m～35 m之间，推算厚度为14 m～24 m之间。

剖面北侧由于受到条件限制已不能再布设钻孔，已揭露的糜棱岩化构造角砾岩宽度为23 m，实际厚度大于此数值。

据上所述可将该剖面揭露的基岩分为3个构造岩带:

下构造岩带:由原岩为下石炭统测水组变质石英砂岩的糜棱岩和片状绿帘石英岩，宽度大于80 m。

中构造岩带:由碎斑石英岩组成，水平宽度在20 m～35 m之间，推算厚度为14 m～24 m之间。

上构造岩带:由原岩为下石炭统测水组变质石英砂岩的千枚糜棱岩及糜棱岩化构造角砾，厚度大于23 m，其中变形最为强烈的千枚糜棱岩带宽约1 m。

ZK12孔深15.00 m～15.50 m，ZK13孔深14.9 m～15.50 m，ZK11孔深14.80 m～16.50 m都揭露了糜棱岩化构造岩，上部被第四纪沉积物平缓覆盖，底界面倾向北西，视倾角为39°，结合渔民村、深圳地铁、深圳火车站以及海星大厦等地工程地质钻探所揭露的断层形态，推断断层走向为北东70°，倾向北西，倾角40°左右。钻探剖面与F9号断层近于垂直。

(2)第四纪晚期活动性

在探测剖面中可以看出，F9号断层在海关总部停车场一带经历了由糜棱岩化-压碎-角砾岩及绿泥石化的由韧性剪切到脆性破裂的变形过程。由南东往北西，在原岩为石炭系下统测水组变质石英砂岩的糜棱岩、碎斑石英岩、千枚糜棱眼和糜棱岩化构造角砾岩的上部，平缓覆盖着第四系松散层，断裂上的全新统(Q4)海陆交互相淤泥质土层②-1-1、海陆交互相中粗砂层②-1-3、冲积粉质粘土层③-1、上更新统(Q3)冲洪积砾石层③-3连续分布。淤泥质土层光释光样品测年为1 500±100年～2 800±100年，14C年龄为3 555±22年。冲积中粗砂层光释光样品测年为7 000±400～8 200±400年。冲积粉质粘土层③-1光释光年龄为7 500±700～10 600±600年。冲洪积砾石层光释光年龄为9 600±300年。在整条剖面146 m宽的范围覆盖土层厚度13.70 m～15.50 m，覆盖土层底板起伏较小，在水平上无明显差异变化，反映断裂自上述第四系松散层沉积后无活动性。

在糜棱岩化构造角砾岩内采集的断层样品电子自旋共振(ESR)测年结果为:592±59 ka、732±73 ka，属于中更新世期。以上的测年结果同样反映断裂在中更新世早期活动。

4.3 横岗安良村钻孔探测剖面

(1)几何结构特征

在剖面全长132 m范围内揭露的都是下石炭统测水组下段的地层，岩性为绢云母片岩夹变质泥质粉砂岩，7个钻孔的深度均在30 m以上。

按以往地质资料，横岗-罗湖断裂的炮台山-横岗头断裂应穿过水产批发市场后潜伏于第四系之下继续往北东向延伸。对比各孔岩芯发现，岩芯结构为薄片状，在岩芯断面见非常明显的丝绢光泽，片理面十分平直，与水平面的夹角在20°～40°之间，局部形成小柔皱，但未发现断层存在的迹象。

在剖面西南200 m处的99.3高地坡脚处地表出露的岩性与钻孔所揭露的岩性一致，绢云母片岩与变质泥质粉砂岩相间出现，层面清晰，致密坚硬，其中片理面产状为35°/NW∠37°，粉砂岩层面产状为300°/ NE∠38°，与片理面大角度斜交，但局部又与片理面接近平行，这种复杂的地质现象在剖面西侧的平盐铁路沿线一带十分普遍，显示岩石曾受到明显的挤压。与钻孔所揭露一样，未见有地质体被明显错开的断层。

(2)第四纪晚期活动性

钻探剖面揭露该场地附近基岩面埋深比较稳定，最浅为ZK1孔的10.0 m，最深为ZK5孔的14.0 m，未出现陡变现象。

全新统(Q4)冲积卵石层②-2在该剖面中连续平缓分布，厚度2.70 m～5.10 m，而属于中-上更新统的残积土层在该剖面中也连续分布，厚度与埋深都比较稳定，其他层位如全新统和中更新统的砂层、粉质粘土层等基本整体缺失。由此推断，在中更新世以来，附近处于相对一致的间歇性缓慢沉降的地质变化过程，未发现因断裂差异运动造成剖面不同地段晚更新统和全新统厚度及埋深突变或错开的现象。

4.4 横岗塘坑水库探槽剖面

(1)几何结构特征

探槽揭露的千枚糜棱岩宽度3.9 m(实际宽度大于此值)，厚度0.7 cm～1.0 cm。产状为290°∠50°；糜棱岩带内叠加有6条后期的褐铁矿化不规则脉状体，铁质沿裂隙沉淀，外形呈肾状瘤状，表面光滑，其优势产状与糜棱岩产状一致，局部为波状，很不规则，宽一般为2 cm～4 cm。

在强变形的糜棱岩与弱变形的细粒花岗岩之间为一条非常平直的小断层，将两者隔开而非渐变过渡，小断层的产状为60°/NW∠46°，上盘为花岗岩，下盘为叠加有后期的褐铁矿化不规则状脉状体的千枚糜棱岩。糜棱岩以极细小的波状纹理显示出来，由于强风化而极易捏成粉末。沿糜棱面理出现若干同构造分布的石英细脉，细脉往往被韧性递进剪切面所拉断，常呈透镜状孤立碎斑。

(2)第四纪晚期活动性

由探槽剖面反映，断裂曾经历三次较明显的活动。早期以动热变质作用为主，形成以断裂为中心的北东向热变带，波及到下石炭统测水组；中期以塑性变形为主，形成了千枚糜棱岩以及叠加在糜棱岩带之上的褐铁矿化不规则脉状体，同时，糜棱面理出现石英细脉被韧性递进剪切面所拉断，形成透镜状孤立碎斑；晚期以脆性变形为主，形成叠加在动热变质带和韧性剪切带的断层面，早白垩世花岗岩被逆冲到糜棱岩带之上。

在千枚糜棱岩带之上覆盖有一层厚约30 cm的残积土层，在其底部采集的样品电子自旋共振(ESR)测年结果为:444±44千年，属于中更新世中期。而在剖面北西段的坡积土不仅覆盖与花岗岩之上，而且还覆盖于断层和强风化千枚糜棱岩之上，在其底部采集的样品电子自旋共振(ESR)测年结果为:400±40千年，同样是中更新世中期的产物。断层并未切割到该坡积土层，由此推断，在中更新世中期以来该断裂没有活动。

5 结论

通过对目标断层横岗-罗湖断裂钻孔及探槽探测，结合样品年代测试、岩石薄片鉴定等手段，断层的活动性鉴定结果如下:

(1)横岗-罗湖断裂北东段(横岗-坪山段)走向北东65°～70°，中段(横岗-深圳水库)走向北东35°～45°，西南段(深圳水库-海关总部)走向北东45°～55°，倾向北西，倾角变化较大，在35°～80°之间。

(2)该断裂主要形成于晚古生代后期，在动热变质作用下使石炭系以前的地层形成宽几十至上千米的动热变质带。中生代的塑性变形形成了叠加在动热变质带之上的数十米宽的糜棱岩化带。中生代后期断层以脆性变形为主，产生了新的破裂面，裂面两侧岩石在北西-南东向构造应力场的作用下挤压滑动，形成的构造透镜体、断层角砾岩、石英碎斑岩以及绿泥石化，宽度达数米至数十米，同时还控制了一些白垩世花岗岩的侵入，在深圳水库、海关水库以及横岗塘坑水库的钻探剖面、探槽都不同程度地反映了横岗-罗湖断裂的活动历程。当然，脆性破裂阶段并非在该断裂组上的每条断裂都出现，如炮台山-横岗头断裂就没有后期活动留下的痕迹。横岗-罗湖断裂的主要活动阶段应在中生代中后期，活动特征以逆冲为主，兼具反扭。

(3)古近纪以来，断层活动明显减弱，至中更新世前，在四个探测剖面及其周围地带以侵蚀剥蚀以及风化剥蚀为主，缺失相关沉积物，同时在中上更新世形成厚达数米至十几米的残积土层。

(4)晚更新世至全新世时期，断裂南段深圳水库以南至海关总部一带的断裂被晚更新世至全新世冲积或海相沉积层所覆盖，但没有被断裂错动过的迹象。而在断裂北东段横岗塘坑探槽所见，断层对上覆的中更新世残积土和坡积土层未产生扰动和切割。断层样品电子自旋共振(ESR)测年结果显示，断裂在中更新世早期活动。

6 致谢

论文在编写过程中，得到了广东省地震局郭钦华、潘建雄、马浩明等同志的全力支持，借鉴并援引了《深圳市活断层探测与地震危险性评价》项目相关专题资料，在此一并表示诚挚的谢意!

[1] 中国地震局震害防御司.城市活断层探测与地震危险性评价工作大纲(试行)[R].2004.

[2] 地质矿产部.深圳市区域稳定性评价[M].北京：地质出版社.2001.

[3] 马浩明，陈庞龙，李运贵.深圳市断裂新活动与地震研究进展[J].华南地震，2010(3)：1～10.

[4] 陈国能，张珂，陈华富等.珠江三角洲断裂构造最新活动性研究[J].华南地震，1995，15(3)：6～21.

[5] JSGC-04.中国地震活动断层探测技术系统技术规程[S].

[6] 黄镇国.深圳地貌[M].广州：广东科技出版社，1983.

Evaluation of the Henggang-Luohu Fault’s Activity by Drilling and Trenching Exploration

Xu Jun1，Yu Chenghua2，Zhang Guixiang2，Xiao Bing2，Jiang Peng2，Chen Panglong3
(1.Shenzhen City Longhua New District Construction Management Service Center，Shenzhen 518110，China；2.Shenzhen Investigation＆Research Institute Co.，Ltd.Shenzhen 510086，China；3.Seismological Bureau of Guangdong，Guangzhou 510070，China)

Based on the previous research achievements of Henggang-Luohu fault in the city of Shenzhen，through the field seismic geology survey on the surface outcrop section of the fault，drilling、trenching exploration crossing insidious section，analysis of the fault’s geometric structure，combined with the soil sample age test by C14、TL、OSL and rock slice identification，the fault's influence on quaternary strata is identified，and the latest activity time is appraised in the paper.

active fault；drilling exploration；trenching exploration；age test

1672-8262(2013)02-170-07

P642.27