南京仙林大学城三维地质结构调查胡存礼杨祝良衰平魏乃颐杨献忠(南京地质矿产研究所,南京2 100 16 )摘要:城市三维地质调查离不开基础地质工作,基础地质工作研究的程度直接影响到三维地质结构与建模的合理性和精确度在三维地质结构调查中采用适.恰当的物探方法和少t钻探工程加以验证可以达到事半功倍的效果在南京仙林大学城的三维地质结构调查中采用这种方法,获取了该区松散扭盖层的结构构造、沉积厚度、基岩面起伏态势、基岩岩性和断裂分布状况等大, 基础数据,为三维建模奠定了基础同时对仙林大学城的环境地质、工程地质进行了初步评佑,对南京地区是否存在活动断裂进行了探讨关链词:三维地质结构调查,方法与路径,江苏南京1南京仙林大学城概况南京仙林大学城位于风景秀丽的东郊风景区,北以31 2国道与新港高新开发区比邻,南以沪宁高速公路为界,西依紫金山山麓,东达句容东阳一线,面积约为4 0多k mZ图1南京仙林大学城远景规划Fig.1Per sPe etivePr og ral r 川r Un gf o rX ia n linUniv er sit yCit y ,Na n jing仙林大学城是一个三面环山,向南西开口的第四系沉积洼地,其西侧是紫金山,北部为山体东西向绵延近20km的西杨坊一阳山低山丘陵,南部为已风化剥蚀成低岗的麒麟门花岗闪长岩体和灵山、桂山等北东东向山体,最高峰为南部的灵山,高15 5.lm。
南京仙鹤门一带地下文物极为丰富,尤以东普王导、谢安等豪门贵族陵墓文物为最大学城从水系上可以分为两个部分,麒麟门一仙鹤门岗地以东,大学城东部九乡河自南向北经栖霞镇、石埠桥北入长江;仙鹤门岗地以西,水系基本由北向南,经湖底村、大小杨庄过白水桥汇入阴阳河再入秦淮河南京地区年降雨量在12 00~左右,仙林地区降雨量大而排水能力不足,大部分依靠入渗地下水进行循环一部分降水滞积地表与山洪、溪流共同参与了沉积作用,形成了一个比较封 闭的山间沉积洼地2三维地质结构调查与建模2.1地质特征根据南京地区地质特征,在前人工作的基础上,对大学城及其周边基岩出露区进行了区域构造、地层单元、岩石类型、地层分布范围等内容的地质调查,对仙林大学城所处的构造部位进行了重新认识大学城位处宁镇山脉西端,是宁镇地区“三背两斜”的核心部位,属板仓一东阳向斜的中段,地貌上呈一个狭长的第四系浅覆盖沉积洼陷,洼地南部界线是宝华山一凤巢山复背斜的西延部分;北部界线以西杨坊一长林村逆掩断层为界区内断裂比较发育,其中西杨坊一长林村逆掩 断层北东东向,略呈反“s ’’形,倾向南东,倾角30 0一50 0,地表局部较陡,上盘为中三叠统周冲村组(TZz),下盘以象山(J l一Zx n)砂岩为主,局部地段为中三叠统黄马青组(TZh)紫红色砂页岩。
断层带一般宽仅数米,局部达十余米,带内岩石因受挤压而破碎、硅化强烈,可见清晰的擦面经钻孔勘察验证,逆掩断层在本区普遍存在另外,区内发育大量规模较小的北东向、北西向正断层和平移走滑断层图2仙林大学城及周边地质图Fig.2Ge ologicalmaPa rou ndXia n linUniv er sit yCit y2.2三维地质结构调查新一轮的城市规划离不开地质工作在空间资源和空间安全方面的技术支撑以往的地质调查手段、方法和成果已经远远不能满足现阶段、尤其是中长期城市规划和发展的需要南图5仙林大学城墓岩地质图Fig.5G eologie almaPoft h eba sem en ir oeki nX ia nl inU niver sit yC it y京市地质单元多样、结构复杂,导致城市规划建设和发展在各个地质单元内的适宜性大不相同,因此,结合城市总体规划和建设的需要,有选择地开展适当的物探和钻探工作,建立三维地质结构及掌握相关要素的空间分布和变化规律,是十分必要的2.2.1物探根据仙林大学城地区地质特征,我们布置 了3条浅层地震剖面、1条高密度电法剖面和2 5个加密极距电测深点,目的是为类似的浅覆盖区最佳物探方法选择和松散覆盖层三维结构调查提供依据。
通过本次物探工作不仅成功地确定了基岩埋深和基岩类型,还利用高密度电法资料,进一步确定了岩体强风化带深度,明确了基岩构造位置和性质我们认为高分辨率浅层地震和高密度 电法在确定基岩埋深、寻找断裂、圈定岩体和第四系分层等方面有着独到之处,两者结合相互补充,使解释推断更加真实可靠,理 由更加充分另外适量布置一些直流电阻率测深点,可以弥补高密度电法和浅层地震资料的不足,在钻孔资料的约束下进行解释,提供三维地质资料,更加客观、有效、具体、完整,达到事半功倍的效果,为南京城市地质调查中物探勘查方法选取奠定了基础2.2.2钻探据以往地质、工程勘察资料及本项目所获物探成果,本区第四系浅覆盖层厚度在 4 0一60米之间根据设计,我们在大学城平均每平方公里布置了一个钻孔,同时为了验证物探(浅层地震、高密度电法、电测深等)所提取的地质异常,个别钻孔适当加密(如L TD Z一0 1、LTD Z一0 2孔),同时为了扩大控制范围,个别钻孔布置在工作区之外(L TD Z一0 9孔)钻探工作获取了大量的第一手信息,其 中最主要的有:(1 )完整的揭示了仙林地区松散沉积层地层层序、岩土结构、总厚度、分层厚度、工程不 良土体分布范围、潜水层埋深等等;(2 )在仙林大学城中心部位发现巨厚的新近系含膏粘土层(总厚>150m);(3)发现一条长度在25 00 t n以上、断距在lo om以上的隐伏断层;(4)在仙林西部发现第四系中更新统网纹红土地层;(5)验证了物探(浅层地震)所提出的一条第四系活动断层的观点;(6)初步查明了仙林地区不良土体的分布范围以及基岩岩溶裂隙的发育状况。
图6浅层地展形像图一局部Fig.6Pa r toft hesha llowseis而eil r 曰geinXia nlin图7不良土体与溶洞发育区分布图Fig.7 Distributio noft hebad5011andthekar st通过物探工作和钻探验证,证明仙林洼地新近系松散覆盖层的厚度、结构、沉积物类型、沉积环境及层序均较为复杂长期以来,地质工作者和工程建设者都认为,南京地区是一个被第四系浅覆盖的丘陵山区,即使在长江河谷地段,厚度也一般不超过100 m,二级阶地以上第四系地层主要由上更新统下蜀黄土构成,厚度在几米一4 0米之间由于下蜀土的土力学性质和分布特征,下蜀黄土成了南京地区工程建设的重要工程地质持力层全新统地层主要分布在长江两岸一、二级阶地和秦淮河古河道两侧,长江两岸由现代冲积或河漫滩堆积而成;主城区大部分地区由秦淮河古河道及其支流淤积而成,全新统这两种类型的地层,由于它们结构松散及饱水性的特征,极易引发一系列的工程地质和灾害地质问题,因此在建设施工时相应采取了防治措施对于 山间盆地 由冲洪积扇所形成的第四系地层,由于对盆地的性质(断堑盆地或山间洼地)、沉降速度、断裂构造 的影响缺乏了解,认识不足,误认为这类盆地沉积厚度不大,而忽视了隐伏存在的地质灾害。
在仙林地区不到4 0枷2这样一个小盆地里所发现的松散覆盖层厚达20 ( )m由于该区建设规模不断扩大,这种对重大工程有极大影响的不良地层必须引起我们的重视2.2.3三维地质结构建模在充分整合己有资料的基础上,以钻孔地层编录为依据,按仙林地区地层岩土特征将其细分到层;把每一个物探测点作为一个虚拟钻孔,按其电性特征、地震波速进行计算,并与钻孔地层进行精细对比,以满足三维建模的需求在大量数据的基础上,利用中地公司相关软件,以本次调查获得的钻孔为骨架,以物探测点和收集的工程勘察钻孔为补充,成功地完成了仙林地区新近系松散覆盖层三维建模,并可对模型进行相应处理模型中新近系松散覆盖层共分为8层,基岩1层圈8仙林大字掀新近系松散畏盖层三维模型Fig.8Three一d im en sion almod eloft heNe ogen eim Pa ctsu Per st r at U m,Xia nl in3讨论围绕城市建设和新区开发的城市规划往往比较注重表象 问题,如距离、交通、土地的供给水平和价格、水 电条件等等因素,而对于地质环境问题、尤其是隐蔽的地质环境问题考虑较少通过我们仙林地区的城市地质调查方法试验项目,我们至少可以发现下列问题:(l )地面沉 降问题自外国语学校至九乡河一带,地表以下1 0米为饱水的具流塑性质的淤泥层,厚度从数米到近4 0 米。
淤泥、淤泥质粘土主要由古河道、古湖沼等沉积环境所形成,沉积物松散、饱水,孔隙度、压缩比大,其抗震能力、抗压强度低,极易引发地面沉降一般来说,浅覆盖地区的第四纪地面沉降由于覆盖层总厚度不大,其总的沉降通量相对较小,对地面沉降所产生的地质灾害影响有限,而仙林地区松散覆盖层厚达2 0 0余米,地面沉降的问题就必须引起高度注意 2) 地基的软硬差异问题仙林地区是一个第四系断陷性小盆地,盆地边缘基岩出露或埋深很浅,而断层面倾角较陡,这样,建筑物往往跨越在两种不同的地质单元上( 如南京中医药大学),在外力的作用下极易造成不均匀沉降,引发地裂缝、建筑物开裂等地质灾害 3) 深部含膏粘土软弱土问题由于它们结构松散及饱水性特征,极易引发一系列长期的、缓发性工程地质和灾害地质问题,这种含膏地层与断裂构造密切相关,这种对重大工程有极大影响的不良地层必须引起我们的重视 4) 隐伏断裂问题南京地区基岩结构复杂,由于处于宁镇山脉褶皱系和淮阳山字形构造叠合部位,地形起伏变化很大,岩石类型众多,隐伏的断裂数量较多,其规模、类型及形成的时代等问题不清,影响到对区域构造稳定性的评价,对城市规划、重大工程建设等必将产生一系列的影响。
5 )基岩溶洞垮塌问题通过物探和钻探工作,我们了解到仙林大学城大部分基岩是中三叠统周冲村组膏盐角砾岩地层,由于膏盐角砾岩极易溶于水,在漫长的地史时期形成了大量的裂隙溶洞,其中大部分为隐伏的溶洞,对高层建筑构成重大隐患 6 )新构造运动问题新构造运动是指新近系以来的地壳运动,如前所述仙林地区发现新构造运动的迹象,这提醒我们要加强对该区以及整个南京市区的抗震防灾工作和认识 7 )仙林水源地水质问题仙林地区一直以来作为南京市的应急水源地,已做了很多工作作为赋水层位的周冲村组膏盐角砾岩碳酸盐岩溶裂隙水本身矿化度就已经超标( 2 岁l ),更何况含膏砂泥层中的次生石膏极易溶于水,作为城市应急水源地的定位值得重新思考 8 )地下水再污染问题仙林大学城次生石膏的形成与地下水、地表水长期活动有关,可能与地下水的关系更为密切仙林大学城地形东高西低,三面环山,呈“凹”形地堑式山间汇水洼地:地下水的埋深与南北两侧山区岩溶裂隙水之间存在着水位“台阶”,并由两地之间的断裂构造进行水力连通,因此地下水的来源主要由东部岩溶裂隙水供给周边大面积的中三叠统海相碳酸岩和硬石膏地层,在印支运动和燕山运动的剧烈作用下,被挤压抬升并不断地遭受风化剥蚀,为周边中新生代含膏地层提供了丰富的物质基础; 仙林洼地南北两侧山区发育由中三叠统周冲村组灰质白云岩、白云质灰岩和角砾状灰岩,在大气降水的入渗及地表水的作用下,在仙林凹陷部位汇集。
中三叠统周冲村组或青龙群碳酸盐岩是一套良好的岩溶裂隙水储集层,地下水丰富,周边的岩溶地下水由断裂构造将大量的矿物质带入仙林凹陷中并不断富集,南北两侧新近系与碳酸盐岩直接接触,它们之间的地下水、地表水交换十分频繁,在这两种因素的共同作用下,从而形成了一套新近系含膏砂泥地层大学城的建成和人类活动强度增加,必然破坏原来的生态平衡,加速地下水环境的恶化,而且这是一种不可逆的变化 9) 山洪洪涝的排泄问题仙林地区原以农业为主,植被覆盖率高,土壤涵水性好大规模的城市建设造成房屋、道路等的大量覆盖,破坏了雨水的入渗通道,排水系统的建设可以解决洪涝问题,但破坏了1 7 7地下水的平衡10 )高切坡边坡稳定性问题为了工程需要,建筑场地往往会切坡取平,高切坡的稳定性值得关注,易于引发泥石流、坍塌等地质灾害。