威海市城鎮(zhèn)化擴展區(qū)地殼穩(wěn)定性評價

袁星芳 宋明忠 韓忠

摘? 要：以地殼穩(wěn)定性為研究對象，在分析研究威海市城鎮(zhèn)化擴展區(qū)以往相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，確定地震、活動斷裂、工程地質(zhì)條件、地面沉降4個一級評價因子，地震震級、地震烈度、地震動峰值加速度、地震頻率、斷裂活動速率、斷裂活動影響范圍、巖土體分區(qū)、軟土厚度、地面沉降速率、地面沉降影響范圍10個二級評價因子。首先，采用層次分析法分別確定一級評價因子、二級評價因子的權(quán)重;其次，采用綜合指數(shù)法對二級評價因子進(jìn)行評價;最后，在二級評價因子評價的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評價。評價結(jié)果顯示，威海市城鎮(zhèn)化擴展區(qū)整體處于次穩(wěn)定區(qū)（占總面積的70.05%），局部第四系地帶處于次不穩(wěn)定區(qū)（占總面積的28.79%），雙島灣地區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)（占總面積的1.16%）。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)化擴展區(qū);蓬萊-威海斷裂帶;地殼穩(wěn)定性

中圖分類號：P553? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1007-1903（2018）04-0050-05

威海市以創(chuàng)建“國家新型城鎮(zhèn)化綜合試點城市”為契機，注重發(fā)揮科學(xué)規(guī)劃的引領(lǐng)作用，在各區(qū)域資源優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，以重點區(qū)域和重點中心鎮(zhèn)為基礎(chǔ)，向南經(jīng)臨港區(qū)，向東到東部濱海新城，向西至雙島灣科技新城，不斷為國家新型城鎮(zhèn)化建設(shè)注入新的活力。隨著威海市城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快，城市規(guī)劃的作用日漸凸顯（候金武，2011）。從20世紀(jì)50年代后，李四光等老一輩地質(zhì)學(xué)家提出了“安全島”的概念，即在活動構(gòu)造內(nèi)選擇相對穩(wěn)定的安全島作為工程建設(shè)基地和場址（殷躍平等，2010;李四光，1977;胡海濤，2001）。目前，這一論點已成為我國重大工程選址和地殼穩(wěn)定性評價的一種重要指導(dǎo)思想（楊湘奎等，2012）。因此，進(jìn)行地殼穩(wěn)定性評價，其研究成果對城市規(guī)劃與建設(shè)具有重要意義（張樹軒等，2018;杜建軍等，2008;張麗等，2017;張二勇等，2009）。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)為威海市中心城區(qū)外圍的城鎮(zhèn)化擴展區(qū)，是威海市的政治、經(jīng)濟、文化中心和今后重點發(fā)展的區(qū)域，包括臨港經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)和經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，面積639.9km2。

研究區(qū)地處濱海丘陵區(qū)，總體地勢為中部、東南部高，西部、西北部低，正棋山為區(qū)內(nèi)市最高點（海拔483.7m）。區(qū)內(nèi)古元古界和中生界地層分布較為零散，多以包體形式呈零星孤島狀分布于片麻巖體之中，新生界第四系主要沿溝谷、現(xiàn)代河床及濱海地勢低洼處呈條帶狀或帶狀展布，形成了一套松散的砂礫石、砂土層。侵入巖廣泛分布，出露巖性以新元古代南華紀(jì)榮成序列花崗質(zhì)片麻巖為主，其次為中生代白堊紀(jì)偉德山序列和侏羅紀(jì)文登序列的二長花崗巖、花崗閃長巖。

在大地構(gòu)造單元上，研究區(qū)位于華北板塊膠東-威海隆起區(qū)，屬中央造山區(qū)的蘇魯碰撞造山帶。受威海-秦皇島斷裂帶、蓬萊-威海斷裂帶、郯廬斷裂帶和嘉山-響水?dāng)嗔褞У扔绊?，近年來，沿著蓬萊-威海斷裂帶發(fā)生過不同等級的地震（杜國云，1995;杜桂林等，2013;王志才等，2006;王慶等，1998）。區(qū)內(nèi)的斷裂活動、巖漿活動、地殼差異性的升降運動以及地?zé)岙惓５戎T方面構(gòu)成了區(qū)內(nèi)地震的發(fā)震背景。研究區(qū)西部和東部脆性斷裂發(fā)育，均有不同程度的活動（圖1），對區(qū)內(nèi)地殼穩(wěn)定性影響較大。

2 評價因子

2.1 評價因子的確定

控制和影響區(qū)域地殼穩(wěn)定性的因素較多，如內(nèi)動力因素、外動力因素和介質(zhì)條件。內(nèi)動力因素主要是通過活動斷裂、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場、地震活動性等參數(shù)綜合反映。外動力因素主要通過河流侵蝕、人類活動等綜合反映。無論是內(nèi)動力還是外動力，對地殼穩(wěn)定性造成影響必須通過一定的介質(zhì)條件，地層和侵入巖巖性無疑是最主要的介質(zhì)因素。因此，上述影響因素中，活動斷裂和地震的關(guān)系尤為密切，對區(qū)內(nèi)地殼穩(wěn)定性的影響也更為顯著和直接。參照《活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查評價規(guī)范》，結(jié)合研究區(qū)實際地質(zhì)背景條件，確定地震、活動斷裂、工程地質(zhì)條件、地面沉降4個一級評價因子，地震震級、地震烈度、地震動峰值加速度、地震頻率、斷裂活動速率、斷裂活動影響范圍、巖土體分區(qū)、軟土厚度、地面沉降速率、地面沉降影響范圍10個二級評價因子（圖2）。

2.2 評價因子的量化

地殼穩(wěn)定性評價指標(biāo)中除巖土體分區(qū)為定性指標(biāo)外，地震烈度、斷裂活動影響范圍、軟土厚度等均為定量指標(biāo)。定量指標(biāo)可根據(jù)以往成果資料、基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)中得出（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2016），定性指標(biāo)則根據(jù)巖土體分區(qū)給予不同的評分值。各項評價指標(biāo)和分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3 評價方法

本文在地面調(diào)查、物探、鉆探的基礎(chǔ)上，采用層次分析法進(jìn)行單因子權(quán)重的確定（蔡鶴生等，1998），運用綜合指數(shù)法確定穩(wěn)定性等級，進(jìn)行地殼穩(wěn)定性分區(qū)與評價（田德培等，2005）。

3.1 層次分析法

（1）建立評價體系的層次結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)評價體系，由專家組對各評價因子進(jìn)行兩兩比較，一般采用1-9標(biāo)度方法（表2），得到判斷矩陣C=（Cij）n×n。

（2）判斷矩陣的一致性檢驗

為檢驗所求的特征向量的合理性，需對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗。檢驗公式為：

式中：CR為一致性指標(biāo);λmax為最大特征根;n為矩陣階數(shù);RI為平均隨機一致性指標(biāo)。

如果CR<0.10，則認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性。經(jīng)計算各級評價因子權(quán)重見表3、表4。

3.2 綜合指數(shù)法

（1）網(wǎng)格剖分

將研究區(qū)剖分成若干個面積相等的單元，每個單元面積為2km×2km，共計223個單元網(wǎng)格。

（2）量化分級

根據(jù)1：5萬地質(zhì)圖，確定巖土體分布;根據(jù)2016年中國地震局地震動峰值加速度標(biāo)準(zhǔn)圖（1：400萬）獲取地震動峰值加速度;根據(jù)1：5萬工程地質(zhì)圖，確定特殊類土分布體以及軟土厚度;依據(jù)2011年中國地質(zhì)調(diào)查局編制的華北地面沉降速率圖（1：250萬）和中國地震局編制的全國地形變速率圖（1：400萬）綜合分析獲得地面沉降相關(guān)參數(shù)。

按照表1對每個評價單元中影響地殼穩(wěn)定性的評價因子進(jìn)行量化分級，賦值評分Pi，等級由高到低分別賦值為90、70、50、30。

（3）綜合評分

計算綜合評分I，權(quán)重Wi的引入可以反映出不同評價因子地殼穩(wěn)定性的不同作用。

式中：I為綜合評分值，Pi為i評價因子的評分值，W i為i評價因子的權(quán)重，m為評價因子總數(shù)。

（4）評價等級閾值的確定

各評價單元的最終得分經(jīng)過統(tǒng)計分析，得出地殼穩(wěn)定性評價等級閾值（表5）。

（5）評價結(jié)果的修正

運用Surfer生成等值線圖，根據(jù)實際調(diào)查結(jié)果進(jìn)行必要的修正。

4 評價結(jié)果

依據(jù)地殼穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)，將研究區(qū)劃分為次穩(wěn)定區(qū)、次不穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)（圖3）。

地殼次穩(wěn)定區(qū)：主要分布在侵入巖地區(qū)，面積448.24km2，占總面積的70.05%。區(qū)內(nèi)斷裂均為早、中更新世及前第四系活動斷裂，為地殼次穩(wěn)定區(qū)。

地殼次不穩(wěn)定區(qū)：主要分布在第四系地區(qū)，面積184.24km2，占總面積的28.79%。區(qū)內(nèi)第四系松散堆積物廣泛發(fā)育，地震波的水平加速度較基巖快，且易發(fā)生崩塌、泥石流、噴砂、噴水及地裂縫等使地震危害加重，為地殼次不穩(wěn)定區(qū)。

地殼不穩(wěn)定區(qū)：主要分布在雙島灣人工填土區(qū)域，面積為7.42km2，占總面積的1.16%。易出現(xiàn)地面不均勻沉降，為地殼不穩(wěn)定區(qū)。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)整體處于次穩(wěn)定區(qū)，局部第四系地帶處于次不穩(wěn)定區(qū)，雙島灣地區(qū)為不穩(wěn)定區(qū)。

（2）臨港區(qū)、東部濱海新城大部分處于地殼的次穩(wěn)定區(qū)，建議根據(jù)工程場地的地震烈度進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計。

（3）雙島灣科技新城不建議進(jìn)行大型或特大型重點工程建設(shè)，若進(jìn)行高層建設(shè)時應(yīng)進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，并注意可能產(chǎn)生的地面不均勻沉降問題，必要時進(jìn)行地基夯實或樁基礎(chǔ)等工藝。

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