工程地质环境与可持续发展 Ⅲ工程地质环境综合评价.pdf

北京大学学报 自然科学版, 第 34 卷, 第 1 期, 1998 年 1 月 Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 34, No. 1 Jan, 1998 1 地震科学联合基金资助项目 95239 收稿日期 1997-01-20; 修改稿收到日期 1997-04-04 工程地质环境与可持续发展 1 Ⅲ 工程地质环境综合评价 李 树 德 北京大学城市与环境学系, 北京, 100871 摘 要 工程地质环境是指人类从事工程活动的地质环境。 它包括地质环境对工程建设的适宜性 和适应性两方面, 二者共同表现为工程建设地质环境系统的协调稳定性。 是人类生存和持续发展 的基础。 关键词 工程地质环境; 稳定性; 可持续发展 中图分类号 P642 1 中国工程地质环境的地质构造背景 中国处于欧亚板块东南部, 为印度板块、 太平洋板块、 菲律宾海板块所夹持。 新生代以来, 我国西南和东部发生过对地球动力过程产生强烈影响的重大构造事件 [ 1] 。 西南侧由于始新世印度板块向北推挤碰撞欧亚板块, 形成大陆岩石圈的俯冲, 最近在西藏 进行地壳研究的中美研究人员已获得一些图像, 这些图像查明于5000万年 即第三纪的始新 世 E2 前一次大陆碰撞, 把印度大陆的边缘挤压到亚洲大陆边缘下的深处, 至今仍在继续。 不 仅导致了西藏地壳的褶皱和加厚, 而且还形成印度大陆地壳的大规模俯冲插入亚洲大陆地壳 之下, 高原不断隆升及受挤压的地壳物质 地幔 向东和东南方向运移 [ 2] 。 东部经历了中新世中期地壳运动, 上新世末至更新世 4～200万年前 的菲律宾板块与欧 亚板块在台湾东侧的碰撞影响更深远。 因板块构造运动, 洋壳俯冲于大陆边缘之下, 在上盘造 成岛弧地形, 形成孤立火山锥。 而台湾地槽沉积遭受强烈挤压, 形成高山, 现今上升速率是世界 上最快地区之一[ 3]。 我国西南和东部两侧重大构造事件深刻影响着我国新构造运动的面貌。 正是由于我国大 陆处在欧亚板块、 印度板块、 太平洋板块与菲律宾海板块不同性质的板块碰撞和俯冲机制作用 下, 北边受西伯利亚板块的阻抗, 以及大陆内部各块体之间的相互作用, 才塑造了我国独特的 相互联系和有规律的新构造特征。 1. 1 我国主要活动断裂 我国是一个多地震国家。 我国地震在本世纪经历了4个地震活跃期 1895～1906年, 新 疆天山地震带和西藏南缘的喜玛拉雅地震带为主要大震区; 1920～1934年, 甘肃、 宁夏和新 疆北部为主要大震区; 1946～1955年, 四川、 云南、 西藏和甘肃为主要大震区; 1966～1976 年, 全国共发生14次7级以上地震, 其中12次集中在华北地区和四川、 云南等省份。 90年代我国 将进入新的地震活跃期 即第5个活跃期。 近几年, 我国大地震爆发较为频繁 1994年9月16日, 在福建、 广东交界近海的台湾海峡中发生7. 3级地震; 1995年10月24日云南武定县发生6. 5级地 震; 1996年2月3日在云南丽江发生7级地震; 1996年3月19日, 在新疆阿图什发生6. 9级地震; 1997年1月21日新疆伽师发生6. 4级地震。 预计这一活跃期将持续到本世纪末或下个世纪初。 地震活动受活动断裂和活动构造盆地控制 [ 4]。 我国主要活动断裂有 在我国中部贺兰山、 六盘山和青藏高原东缘这一重要地形分界线存在一条近南北向的构 造带。 沿带发育一系列近南北、 北北西和北北东向的断裂及一些规模不等的新生代盆地, 这是 一条著名地震带。 此南北构造带从新生代构造特征、 地球物理场、 地壳结构、 地震活动、 构造演 变及动力学特征等方面将我国大陆分成迥然不同的东西两大区。 西部地区主要受印度板块向北推挤和欧亚板块阻抗的夹击作用以及内部断块相对侧向滑 动, 形成一条近东西、 北西西至北西和北东东至北东向逆冲、 逆掩或逆平移性质规模巨大断 裂带。 东部地区新生代时期处于太平洋西侧弧后扩张影响和深部地幔物质上隆导致地壳拉张裂 陷的构造环境, 因此, 正断层、 平移正断层及拉张断陷盆地发育[ 2]。 1. 2 我国主要活动构造盆地 我国独特的构造环境, 从岩石圈动力学角度考虑, 把板块及内部块体作为动力学作用边界 条件系统有 分开的边界系统, 为伸展裂陷环境, 形成裂陷伸展型盆地; 汇聚边界系统, 挤压造山环境, 形成压陷盆地; 走滑转换边界系统, 形成拉分盆地。 我国西部主要发育压陷盆地, 盆地一侧或两侧被断层所控制 [ 5, 6]。 同时也发育拉分盆地[ 7]。 东部地区发育大量的裂陷伸展性质的断陷盆地, 它们成带分布组成断陷带 地堑系 [ 2, 8] 。 上述我国独特的新构造环境直接影响区域性工程地质环境的分类、 划分及评估。 2 工程地质环境综合评价 工程地质环境评价, 和工程地质条件一样, 通常首先按单项因素进行评价、 分析, 评定各项因素 的相互联系, 相互制约关系在决定环境质量中的相互地位或重要程度, 最后进行综合评价。 近年来, 在城市建设规划和各类大型工程项目等进行区域工程地质环境调查研究、 分类评 价工作中, 特别注意对活动断层和活动构造盆地的研究。 因为它们和地震的发生有着紧密联 系, 影响城市和工程建设的安全稳定性。 同时也注意外动力地质作用下的各种物理地质现象。 在实际工作中, 具体按区域地壳稳定性、 工程建设地区地表稳定性和工程岩土体稳定性3个层 次分析、 评价各有关环境工程地质问题, 在此基础上再进行综合评价建设地区工程地质环境稳 115 第 1 期 李树德 工程地质环境与可持续发展 定性, 最后进行总的评价和区划 [ 9] 。 工程地质环境稳定性 Stability of Engineering Geological Environment 简称 SEGE 作为 工程地质环境质量的综合评价指标, 其表达式为 SEGE f Sc, Ss, Sm 。 式中 Sc区域地壳稳定性; Ss建设地区地表稳定性; Sm工程场址岩土体稳定性。 地壳稳定性主要指由地球内外动力引起的现代地壳运动、 岩浆活动火山活动、 地震活动等 的研究和预测。 例如新丰江水库自1969年以来共发生地震25万余次。 1970年4月19日, 大坝附近 4km 深处发生4. 1级地震, 震前北北东向 F1 , F 2压性断裂均有不同程度的活动[ 9]。 又如1996年 12月16日凌晨位于高丽营断裂上的高丽营村发生4级地震, 直接与高丽营正断层活动有关, 北 东向山前大断裂对其也有一定影响。 地表稳定性指地壳表层在地球内、 外动力地质作用和人类工程经济活动影响下的相 对稳定程度, 如各种原因产生的地面沉降, 塌陷及地裂缝, 各种斜坡、 边坡变形破坏现象, 滑坡 及泥石流等, 还有湿陷性黄土、 胀缩土、 红土、 淤泥软土、 受震动易液化砂土及盐凌土、 冻土等特 殊土性状变化引起的地表变形与破坏现象等。 例如在黄淮海平原有6个地下水位下降地区, 分 别以北京、 石家庄、 天津、 沧州、 德州和衡水为中心。 其中天津、 沧洲、 德州和衡水的地下水漏斗 相衔接, 整个下降区域面积达万余平方公里。 北京、 天津、 安阳、 沧州和保定均发生了不同规模 的地面沉降, 其最大累计沉降量分别为 590, 2460, 337, 1000. 6和650. 9mm。 天津沉降量居全 国之首, 并为世界第7位[ 10]。 在长江中下游的常州、 无锡、 苏州、 上海和嘉兴等地因地下水位下 降, 这些城市都发生了地面沉降, 最大累计沉降量分别为820, 1050, 2630, 561. 5 mm。 工程岩 土体稳定性是指工程建筑物影响范围内岩土体的稳定性。 如地基、 边坡及硐室围岩的稳定性 等。 工程地质环境评价包括环境因素和环境问题的评价。 不仅分析现状、 评定其对工程建设适 宜性和规划布署的合理性、 论证其资源开发的可能性和合理性等, 而且必须预测、 判断地质环 境在工程建设、 资源开发影响下可能发生的变化, 成灾的可能性和灾害控制、 治理的可能性等。 从而保证达到保护和合理利用地质环境的目的。 根据上述 3 个层次评价方法, 工程地质环境稳定性按图1进行评判、 调查、 研究、 分析 承 截 力 地 下 水 条 件 反 应 谱 类 型 场 地 卓 越 周 期 场 地 岩 土 平 均 剪 切 波 速 场 地 岩 土 类 型 断 裂 活 动 地 震 活 动 地 壳 结 构 类 型 地 壳 升 降 速 率 基 本 裂 度 地 面 峰 值 加 速 度 地 形 地 貌 条 件 不 良 物 理 地 质 作 用 人 类 工 程 活 动 影 响 地壳稳定性地表稳定性地基稳定性 工程地质环境稳定性 图1 工程地质环境稳定性 Fig. 1 Stability of engineering geological environment 116 北 京 大 学 学 报 自 然 科 学 版 第 34 卷 计算各单元工程地质环境稳定性综合指标进行分级分区。 表1～3, 分别为地壳、 地表、 地基稳定性和工程地质环境稳定性分级有关因素、 指标分级标 准。 根据工程地质环境稳定性综合性指标划分为4个级别。 表1 地壳稳定性分级与评判指标1 Table1 Classification and assessment index of crustal stability 分 级 断裂活动速率 / mma- 1 地震活动 地壳 结构 地壳升降速度 / mma- 1 基本 裂度 地面最大水平 加速度/ g 稳 定无断裂活动Ms 0. 5 9 0. 59 表2 地表稳定性分级与评判指标1 Table 2 Classification and assessment index of the earth surface stability 分 级不良物理地质作用及人类工程活动影响场地地形地貌条件 优等 无 平坦、 坡度 500 7 m 0. 5 Ⅱ中硬500～2500. 25～0. 5Ⅰ～Ⅱ 埋深 5 m 微侵蚀 0. 5～0. 20 Ⅲ中软250～1500. 5～0. 7Ⅱ 埋深 2. 5 m 具侵蚀性 0. 20～0. 08 Ⅳ软弱 0. 7Ⅲ 埋深 2. 5 m 强烈侵蚀 0. 08 1 谭周地等. 城市工程地质环境质量评价与区化. 见 水纹地质工程地质论丛 4 . 北京 地质出版社, 1987 在实际工作中, 根据4个级别一般将Ⅲ、 Ⅳ合并。 对工程地质环境稳定性大致分为3类不同 117 第 1 期 李树德 工程地质环境与可持续发展 地区 工程地质环境稳定性高的开发建设适宜区; 环境稳定性属中等, 有条件限制的开 发建设适宜区; 环境稳定性低的开发建设不适宜区。 参考文献 1马宗晋. 活动构造基础与工程地震. 北京 地震出版社, 1992, 94～96 2李树德. 中国东部山西地堑系形成机制及其构造地貌、 地震探讨. 北京大学学报 自然科学版, 1997, 33 4 467～474 3黄汲清. 中国大陆构造及其演化. 北京 科学出版社, 1980 4李树德. 工程地质环境与可持续发展Ⅱ活动断裂与发震的关系. 北京大学学报 自然科学版 , 1996, 326 719～723 5国家地震局地质研究所, 国家地震局兰州地震研究所. 祁连山河西走廊活动断裂系. 北京 地震出版 社, 1993, 309～314 6国家地震局地质研究所. 西藏中部活动断层. 北京 地震出版社, 1992, 80～93 7国家地震局地质研究所, 宁夏回族自治区地震局. 海原活动断裂带. 北京 地震出版社, 1990, 81～95 8国家地震局 鄂尔多斯周缘活动断裂系 课题组. 鄂尔多斯周缘活动断裂系. 北京 地震出版社, 1988, 77 ～114 9李树德. 环境工程地质分区及工程地质环境综合评价. 见 地貌与第四纪环境研究文集. 北京 海洋出版 社, 1996, 74～76 10李树德. 水资源与可持续发展. 见 北京大学中国持续发展研究中心编. 可持续发展之路. 北京 北京大学 出版社, 1994, 95～99 Engineering Geological Environment and Sustainable Development Ⅲ Synthetic Assessment of Engineering Geological Environment LI Shude Department of Urban and Environment Sciences, Peking University, Beijing, 100871 Abstract T he engineering geological environment is related to the geological environment in which human engineering activity is conducted. It includes both the suitability and the adaptability of geological environment to engineering construction.Their characteristics appear to the Coordi- nate- Stability of geological environment system in engineering construction which is the foundation of the survival and of the sustainable development of mankind. Key words engineering geological environment;stability;sustainable development 118 北 京 大 学 学 报 自 然 科 学 版 第 34 卷