影响天津滨海新区建设的地质环境.pdf

I S S N1 0 0 9 2 7 2 2 C N 3 7 111 8 ／P 海洋地质动态 M a r i n eG e 0 1 0 9 yL e t t e r s 第蹩卷第6 期 V o l2 4N o6 文章编号1 0 0 9 2 7 2 2 2 0 0 8 0 6 一o 0 0 9 一0 6 影响天津滨海新区建设的地质环境 王 福1 ’2 ，宋美钰3 “，田立柱1 ’4 9 艳东1 ， 范昌福h 5 ，商志文1 ，耿岩3 ～，王宏1 1 中国地质调查局天津地质调查中心，天津3 0 0 1 7 0 ；2 中国地质科学院研究生院，北京1 0 0 0 3 7 f 3 吉林大学地球科学学院，长春1 3 0 0 6 1 ；4 中国地质大学海洋学院，北京1 0 0 0 8 3 ； 5 南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，南京2 1 0 0 9 3 摘要根据地城分带性，讨论了天津滨海新区沿海低地、潮间带及浅海区存在的地质环 境问题。目前沿海低地地区主要的地质环境问题是地面保有高程过低、地面沉降、海面上 升和极端增水等。潮间带地区基本稳定，但是局部地区人为活动参与下的地质环境变化 剧烈。浅海区的浅表地层中存在的主要地质环境问题包括埋藏的古河道、古潮道、浅层 气、活动断裂等。所有的这些不利因素，必将影响到滨海新区的可持续发展；因此，更加深 入地认识这些问题，必将对提出相对合理的开发利用建议产生极为积极的影响。 关键词地质环境；海岸带；潮间带；浅海区；滨海新区 中图分类号X 1 4 1文献标识码A 位于环渤海地区中心位置的天津滨海新区 交通发达，资源丰富，工业基础雄厚，区位优势 明显，科技和体制创新能力强。2 0 0 6 年，天津 滨海新区纳入国家总体发展战略，随着开发开 放力度的不断加大，已初步显现作为拉动中国 经济发展“第三极”的强劲发展势头，在不远的 未来天津滨海新区将有望成为“中国北方的经 济中心”。 然而，天津滨海新区的发展却面临着许多 不利的地质环境问题，这些问题包括地面沉 降、地震、软土地基沉降、风暴潮、海面上升、海 水入侵、土壤盐渍化、沥涝等；因此，如何科学的 认识存在的问题，关系到该区又好、有快的发 展。本文根据滨海新区的地域分带性沿海 收稿日期2 0 0 8 一0 4 2 0 作者简介王福 1 9 7 9 一 ，男，博士，主要从事海岸带现 代地质环境变化研究工作．E - m a i l t j w “ c g s ．g o V ．c n 低地、潮间带及浅海区，对地质环境问题作一简 要论述。 沿海低地地质环境现状 1 ．1 浅表地层与软土地基分布 天津沿海低地的约10 0 0 个用E i j k e l k a m p 槽型取样器取样的浅表地层钻孔 3 ～6m 揭 示了天津及其沿海地区的浅表地层的“二元结 构”特点，即以陆相的盐沼沉积层为主的“黄色 单元”6 和以海相沉积层为主的“灰色单元”9 。 根据沉积物的不同成分，海相沉积层可以被分 为两种主要的沉积类型，现代“马棚口湾式”淤 泥沉积和现代“驴驹河式”砂质沉积 图1 [ 1 ] 。 1 “马棚口湾式”淤泥沉积层 在现代潮间带地区“马棚口湾式”淤泥通常 也被称为“浮泥带”，该层的主要物质为淤泥，E i 万方数据 j DM a r i n eG e o l o g yL e t t e r s海洋地质动态 2 0 0 8 年6 月 j k e l k a m p 槽型取样钻岩心证实该层富含水量，高 流塑性，极易钻进，属于工程软土地基中的一类。 2 “驴驹河式”砂质沉积层 “驴驹河式”砂质沉积层，即与驴驹河现代 潮间带相同的砂质沉积，主要为中细砂，无层 理。E i j k e l k a m p 槽型取样钻钻进困难，沉积物 含水量低。 1 ．2 地表保有高程、地面沉降与现代沉积速率 1 地面保有高程与地面沉降 通过对2 0 世纪9 0 年代测绘的1 8 幅最新 1 5 万地形图中高程数据的数字化处理，并结 合2 0 世纪末地表形态图u _ 3 ] 、遥感影像综合研 究，获得了包括滨海新区在内的天津及其沿海 地区2 0 世纪末的地表高程图 图2 。 2 0 世纪9 0 年代，渤海湾中西部多处在 1 ～ 2m 之间，天津市区及以西稍高，但是，渤 海湾沿海地带的滨海新区沉降明显，出现了负 1 。驴驹河式”砂质潮坪；2 “马棚口湾式”泥质潮坪； 3 围海造陆工程；4 平均大潮高潮线；5 平均大潮低潮 线；6 黄色单元；7 河流；8 剖面线；9 灰色单元潮坪纹 层沉积；l O 可能的黄河泛滥沉积；1 1 省界；1 2 贝壳堤／ 牡蛎礁 图1 天津及其沿海地区第1 海相层 顶板示意图 据文献[ 1 ] F i g ．1 T h ef i r s tm a r i n ef a c e si nT i a n j i na n d i t sc o a s t a la r e a 图29 0 年代地表高程图 据文献[ 1 ，3 ] F i g ．2 E 1 e v a t i o nm a po f1 9 9 0 s 地形，高程多在一1 ～Om 之间，汉沽区及海河 下游地区甚至出现 一1m 的“漏斗式”洼地。 经过近2 0 年来的控制地面沉降的努力，天 津市区已由控沉前的8 6m m ／a 降至2 0 0 6 年末 的1 5 ～2 0m m ／a ；塘沽区则由 1 0 0m m ／a 降至 2 5m m ／a 左右，其他地区沉降速率也明显减 缓H ] ，然而，地面沉降依然是制约该区可持续发 展的重要的地质环境问题之一。 2 现代沉积速率 现代沉积物的加积，可以增高地表保有高 程。天津地区近2 0 个现代沉积物测年样柱的 测试结果表明，滨海新区在内的沿海低地地区 的现代沉积速率对地表高程的贡献极低，几乎 可以忽略不计L 5 。] ①。 所以控制地面沉降仍然是必须的。 1 ．3 2 0 世纪以来的全球平均海平面变化及预 测 I P C C 第1 工作组第4 份报告公布的海平 ①王宏，李建芬，等．泥质海岸带现代地质作用 沉 积、剥蚀及岸线变迁 与精细测年研究报告．2 0 0 2 ． 万方数据 第2 4 卷第6 期 王福，等影响天津滨海新区建设的地质环境 面上升的最新预测数据显示，2 0 5 0 年海平面高 度的最佳估计值，将比现在的海平面高2 0c m 左右‘8 | 。预计至2 0 3 0 年时，海面将上升6 ～1 2 c m 图3 。 图3 海平面变化曲线及预测‘8 3 F i g ．3 C u r v eo fs e al e v e lc h a n g ea n di t sf o r e c a s t 另据中国国家海洋局公布的2 0 0 6 年中国 海平面公报[ 9 ] ，天津海平面平均上升速率为 2 ．2m m ／a 。2 0 0 4 2 0 0 6 年的3 年间，天津海 平面均高于常年，其中，2 0 0 6 年比常年高 4 8m m 。近3 年来，天津海平面比2 0 0 3 年分别 高2 0 、3 3 和4 4m m ，呈持续上升趋势。预计至 2 0 3 0 年海平面将上升约5 ．3c m 与2 0 0 7 年相 比 。2 0 0 7 年国家海平面公报仅对今后1 0 年 的变化趋势做了预测，预计未来1 0 年，中国沿 海海平面将继续保持上升趋势，将比2 0 0 7 年上 升3 ．2c m ，沿海地区海平面上升幅度介于1 ．8 ～3 ．9c m 之间L 10 。。 继续上升的海平面，将加重沿海风暴潮等 海岸带灾害的致灾程度[ 1 ，对滨海新区势将造 成极为不利的影响。 1 ．4 海岸线现状及存在的问题 天津市的海岸线目前均为人工岸线，主要 岸线类型包括海防大堤岸线 图4 A 、海防公路 岸线 图4 B 和围海造陆岸线 图4 C ，岸线基 本稳定，但是，部分海防大堤岸线遭到不同程度 的侵蚀；海防公路岸线的保有高程过低，抵御风 暴潮的能力较弱；围海造陆岸线受波浪的淘蚀 作用较强，造成人工岸线存在一定的安全隐患。 荷兰重点岸段的海挡可以抵御万年一遇的 风暴潮增水[ 1 2 1 ，而天津沿海地区海挡顶面高程 为 4 ．3 3 2m ①，仅能抵挡百年一遇的风暴潮增 水[ 1 引，但还有一部分岸段尚未达到该标准[ 1 4 。。 1 ．5 河口地区现状及存在的地质环境问题 目前天津市的主要河口在过去的3 0 多年 里均被淤塞，泄洪能力大为降低。以蓟运河河 口为例，蓟运河口每年都要进行清淤，以确保泄 洪的顺畅，因此，在未来的土地开发利用中，必 须保留河道通畅。 1 ．6 极端高水位预测[ 1 刀 据统计天津沿海地区5 0 年一遇的风暴潮 极端增水水位为 4 ．0 9 2m ，开展控沉工作后 的地面下沉速率约为1 5m m ／a ，目前沿岸海挡 顶面高程一般为 4 ．3 3 2m 。参考孟加拉湾、 伦敦和汉堡等沿海地区在2 0 5 0 年海平面上升 取较今高约0 ．2m 的推测值 背景下的极端 增水趋势预测 增加0 ．5m ，推测天津沿海地 区2 0 5 0 年的极端高水位将增加到 4 ．7 9 2m ， 现有海挡顶面高程将下沉至 3 ．6 8 7m 以 2 0 0 7 年为起算年份 。2 0 5 0 年极端高水位将比 届时的海挡顶面高1 ．1 0 5m ，由此将加重风暴 潮水漫溢致灾的危险。如果再考虑波浪叠加、 河口效应和极端海面上升等不确定因素的影 响，危险将更加严重[ 1 4 。。 目前，天津市提高了城市防护工程设计标 准，加固了1 3 9k m 的海挡，同时还在尚未封闭 的海岸线上建新海挡，以保障居民生命财产安 全。建议天津市建立海岸防护工程监测系统， 实时监测海岸防护设施状况，并对危险作出预 警。 ①天津地区习惯使用大沽高程。本文为方便与国内外 对比。凡所引参考文献中的大沽高程值，一律减去1 ．6 6 8m 据 天津市测绘部门1 9 9 8 年规定 ，折算为国家8 5 高程。 万方数据 M a r i n eG e 0 1 0 9 yL e t t e r s海洋地质动态2 0 0 8 年6 月 图4 天津市主要人工岸线类型图 F i g ．4 T h em a i nt y p e so fa r t i f i c i a ls h o r e l i n ei nT i a n j i n 由滨海新区气象预警中心、滨海新区管理 委员会、天津市气象科学研究所和天津海洋环 境预报中心共同完成的滨海新区风暴潮预报系 统与风暴潮灾害防御体系研究项目，日前已通 过专家验收，标志着滨海新区风暴潮预报系统 与风暴潮灾害防御体系已全面启动。该项目的 实施，提高了滨海新区风暴潮监测、预警能力， 同时为科学决策提供了依据。 2 潮间带现状及存在的地质环境 问题 天津市的潮间带可以分成两种主要类型 淤积型和稳定型。海河南侧马棚口湾潮间带为 淤积型潮间带，淤积速率较高。海河北侧蓟运 河口潮滩处沉积速率较高，潮间带较宽，驴驹河 与蛏头沽潮间带均为基本稳定的潮间带①。 1 9 8 0 年代以来，沿海地区大面积开辟虾 池，使一些岸段的海岸线 平均大潮高潮线 向 海推进了1 ～2k m ，甚至更多。这些松散泥沙 堆积的人工岸线，极易被风暴潮冲毁，致使大量 泥沙被沿岸流搬运。渤海湾西岸的马棚口湾开 放潮坪地区的多年监测证明，2 0 0 3 年1 0 月 1 1 1 2 日特大风暴潮使该潮坪被淤高达3 0 ～ 5 0c m 图5 。 3 浅海区浅表地层的地质环境 近年来，天津地质调查中心海岸带近现代 地质环境变化研究小组利用浅剖仪、测深仪调 查了天津海区的浅表地层 O ～3 0m 结构，基 本查明了天津海区的浅表地层结构 图6 。 天津海区存在着影响重大工程建设的地质 问题，如埋藏的古河道、古潮道、浅层气、活动断 裂等。目前，详细的调查还在进行中，相信必将 有新发现 图6 。 ① 裴艳东，王宏等．天津市9 0 8 专项海岸带调查报 告．2 0 0 8 ． 万方数据 第2 4 卷第6 期 王福，等影响天津滨海新区建设的地质环境 暑 鎏 健 嫩 椒 2 1 ．1 ．2 ．1 W l ／Q 2 8 39， _ | | 冀| | ，，Q ， ，，Q 。，，，Q ， E 8 E i j k i l l 【a m p 浅表钻孔剖面 图5 北大港溺湖一马棚口湾现代潮间带浅表地层监测剖面 据文献① F i g ．5 S h a l l o ws u r f a c em o n i t o r i n gp r o f i l eo fm o d e r ni n t e r t i d a lo fB e i d a g a n gL a g o o n M a p e n g k o uB a y 图6 浅表地层结构 据文献② F i g ．6 S t r u c t u r eo fs h a l l o ws u r f a c el a y e r ①王宏．李建芬等．泥质海岸带现代地质作用 沉积、剥蚀及岸线变迁 与精细测年研究报告 2 0 0 2 ，并据2 0 0 4 年9 月 1 3 日水准测量数据更新．王福，2 0 0 4 ． ② 田立柱，王宏等．天津市9 0 8 专项海域地质地貌调查报告．2 0 0 8 ． 万方数据 M a r i n eG e o l o g yL e t t e r s海洋地质动态 2 0 0 8 年6 月 4 结语 目前，天津滨海新区经济建设飞速发展。 面对已经开始的经济项目，环境地质工作往往 滞后。当发现地质环境问题时，建设项目已成 既定事实；因此，很多时候，需要我们地质工作 者做的不单是去发现问题，而是如何在经济发 展与地质环境的压力下找到一个平衡点，既发 展经济，又能在地质环境达到极限的时候不至 于对经济造成致命影响。只有对滨海新区的地 质环境有足够的认识以后，才能够提出一套在 基础理论上可行的科学方法，但是，目前我们的 认识还很有限，因此，还需要做更多的地质调查 工作。目前即使我们不能提出好的解决方案， 但是，当我们的数据不断丰富之后，必将对提出 合理的解决方案产生积极影响，最终，能够达到 在经济发展与地质环境保障条件 环境容量 之 间找到一个合理的平衡点。 参考文献 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 王福．天津及其沿海地区现代沉积速率及现代地表环 境变化[ D ] ．长春吉林大学，2 0 0 6 ，1 6 0 ． 钟新宝，康慧．渤海湾海岸带近现代地质环境变化 [ J ] ．第四纪研究，2 0 0 2 ，2 2 2 l 一6 ． 王福，钟新宝，康慧，等．天津市及其沿海地区地 表高程变化现状及趋势[ J ] ．地质通报，2 0 0 5 ，2 4 1 ； 8 7 9 1 ． [ 4 ] 周 明．本市地面沉降速率减缓[ M ] ．城市快报，2 0 0 6 1 1 3 0 ． [ 5 ] 王宏，姜义，李建芬．等．渤海湾老狼坨子海岸带 “C 、1 ”c s 、2 ”P b 测年与现代沉积速率的加速趋势[ J ] ． 地质通报，2 0 0 3 ，2 2 9 6 5 8 6 6 4 ． [ 6 ] 李建芬，王 宏，夏威岚。等．渤海湾西岸2 J oP b 。，。和 ”7 c s 测年与现代沉积速率[ J ] ．地质调查与研究，2 0 0 3 ， 2 6 2 1 1 4 1 2 8 ． [ 7 ] 王福，王宏．等．环渤海海岸带及海区2 l o P b 、⋯C s 同位素测年的研究现状[ J ] ．地质论评，2 0 0 6 ，5 2 2 ； 2 4 4 2 5 0 ． [ 8 ] s o l o m o nS ，Q i nD 。M a n n i n gM ，e ta I ．c l i m a t eC h a n g e 2 0 0 7 S u m m a r yf o rP o l i c y m a k e r s ， I P C CW G lA R 4 [ M ] ．c a m b r i d g eu n i v e r s i t yP r e s s ，C a m b r i d g e ，U Ka n d N e wY o r k ，N Y ，U S A ，2 0 0 7 1 1 8 ． [ 9 ]国家海洋局．2 0 0 6 年中国海平面公报[ E B ／O L ] ．h t t p ／／ w w w ．s o a ．g o v ．c n ，2 0 0 7 ． [ 1 0 ]国家海洋局．2 0 0 7 年中国海平面公报[ E B ／0 L ] ．h t t p ；／／ Ⅵn j l r w ．g o v ．∞，2 0 0 8 ． [ 1 1 ] 王宏，商志文。裴艳东，等．飓风的启示渤海湾西岸 现状与趋势分析[ J ] - 地质论评，2 0 0 7 ，5 3 1 8 3 9 1 ． [ 1 2 ]J o n k m a nsN ，s t i v eMJF ，V r 幻l i n gJK ．N e wO r l e a n i sal e s s o nt ot h eD u t c h [ J ] ．J o u r n a lo fC o a s t a lR e s e a r c h ，2 0 0 5 ，2 1 6 1 0 一1 2 ． [ 1 3 ] 段志华．再析天津渤海沿岸风暴潮特性及防御减灾对 策[ J ] ．海洋预报，2 0 0 2 ，1 9 1 4 3 5 0 ． [ 1 4 ] 宋美钰，王福，王 宏．2 1 世纪中叶天津沿海地区 极端高水位趋势预测[ J ] ．地质通报，2 0 0 8 ，2 7 6 ． 万方数据