牡丹江市工程地質(zhì)層組劃分與分區(qū)研究

王建偉 佟智強(qiáng) 宋林旭 楊洪祥 劉浩

摘 要：為實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工作有效服務(wù)城市建設(shè)與規(guī)劃，通過(guò)調(diào)查和研究對(duì)牡丹江市市區(qū)地貌類(lèi)型重新進(jìn)行了劃分和厘定;綜合對(duì)比分析鉆孔和測(cè)試數(shù)據(jù)，按“時(shí)代-成因-巖性”對(duì)市區(qū)50 m深度范圍巖土體進(jìn)行了工程地質(zhì)層組劃分，為牡丹江市工程地質(zhì)勘察工作提供了統(tǒng)一的分層參照準(zhǔn)則;最后，依據(jù)地貌成因、形態(tài)及巖土工程地質(zhì)特征，對(duì)市區(qū)范圍進(jìn)行了工程地質(zhì)分區(qū)。研究結(jié)果表明：1）牡丹江市地貌按成因類(lèi)型可劃分為5類(lèi)，按形態(tài)類(lèi)型可劃分為7類(lèi);2）市區(qū)50 m深度范圍內(nèi)巖土體可劃分為11個(gè)主層，30個(gè)亞層;3）市區(qū)范圍內(nèi)可劃分出4個(gè)工程地質(zhì)區(qū)和5個(gè)松散土體工程地質(zhì)亞區(qū)。

關(guān)鍵詞：牡丹江市;巖土體;工程地質(zhì)數(shù)據(jù);工程地質(zhì)層組;工程地質(zhì)分區(qū)

Abstract： In order to effectively serve urban construction and planning with geological work， this paper redefines the division of the geomorphic types of Mudanjiang city through investigation and research. Comprehensive comparative analysis of the drilling and test data， the engineering geological strata groups of rock and soil within 50 m depth in the urban area are divided according to "age-origin-feature"， which provides a unified layered reference criterion for engineering geological investigation in the city. At last， the engineering geological division is carried out according to the geomorphic origin， morphology and geotechnical engineering geological characteristics. The results show that： 1） The landform of Mudanjiang city can be divided into 5 types according to the genetic type and 7 types according to the morphological type; 2） the rock and soil can be divided into 12 main layers and 31 sub layers within the depth of 50 m in the urban area; 3） the urban area can be divided into 4 engineering geological areas and 5 loose soil engineering geological sub areas.

Keywords： Mudanjiang City; rock and soil mass; engineering geological data; engineering geological strata groups; engineering geological zoning

城市建設(shè)、發(fā)展的好壞與城市規(guī)劃的優(yōu)劣密切相關(guān)（閻浩等，2020）。城市地質(zhì)調(diào)查工作是以基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查評(píng)價(jià)為核心的綜合性地質(zhì)工作，用于指導(dǎo)城市規(guī)劃和建設(shè)，為城市科學(xué)合理規(guī)劃布局決策提供基礎(chǔ)資料，是城市規(guī)劃建設(shè)管理的重要基礎(chǔ)，貫穿于城市發(fā)展的全過(guò)程（郭萌等，2018;鄭桂森等，2016;洪增林，2019;鄭桂森等，2018;張茂省等，2018;程光華等，2018）。工程地質(zhì)層組劃分是城市地質(zhì)的重要研究?jī)?nèi)容，是地質(zhì)模型概化和工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和首要環(huán)節(jié)，工程地質(zhì)層組研究對(duì)象包括巖體和土體（李長(zhǎng)安等，2020;李曉昭等，2004;張淼，2018）。

牡丹江市位于全國(guó)主體功能區(qū)劃“兩橫三縱”城市化戰(zhàn)略格局中京哈-京廣通道縱軸的北端，自然資源和旅游資源十分豐富。為深入貫徹實(shí)施新一輪?wèn)|北振興戰(zhàn)略，2019年牡丹江市作為旅游資源試點(diǎn)城市，啟動(dòng)了“牡丹江市多要素城市地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目。項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)，為了構(gòu)建牡丹江市市區(qū)工程地質(zhì)三維模型，項(xiàng)目組在牡丹江市城市建設(shè)檔案館和黑龍江省牡丹江地質(zhì)工程勘察院等單位收集到市區(qū)各類(lèi)建筑巖土工程勘察報(bào)告331份，共包含工程地質(zhì)勘察鉆孔6133個(gè)，由于巖土體及其組合類(lèi)型的復(fù)雜多變性，牡丹江地區(qū)第四紀(jì)地質(zhì)、區(qū)域地質(zhì)等地質(zhì)工作程度不高，以及勘察設(shè)計(jì)單位技術(shù)水平與內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)的差異性等原因，導(dǎo)致收集到的大量鉆孔數(shù)據(jù)不能或難以直接共享利用（李清明等，2019;林曉春，2019），為了使牡丹江市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化、規(guī)范化管理使用，以便更好地研究各巖土體的空間分布及工程地質(zhì)特征（仝霄金等，2016;張玉敏，2012），本文以牡丹江市城市地質(zhì)調(diào)查中地貌與第四系研究為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)內(nèi)地層特點(diǎn)，通過(guò)大量鉆孔數(shù)據(jù)對(duì)比分析，對(duì)牡丹江市市區(qū)工程地質(zhì)層組進(jìn)行了統(tǒng)一劃分和編碼，而后根據(jù)區(qū)內(nèi)巖土工程地質(zhì)特征，進(jìn)行了工程地質(zhì)分區(qū)。

1 地貌分區(qū)

牡丹江市市區(qū)下設(shè)西安區(qū)、東安區(qū)（含江南新區(qū)）、愛(ài)民區(qū)和陽(yáng)明區(qū)4個(gè)城區(qū)，區(qū)內(nèi)地勢(shì)四周高，中部低，按形態(tài)類(lèi)型市區(qū)地貌可分為褶斷剝蝕丘陵、火山剝蝕丘陵、剝蝕堆積冰水臺(tái)地、剝蝕堆積沖湖積高平原、沖積Ⅰ級(jí)階地、沖積漫灘（高漫灘和低漫灘）及丘間溝谷（圖1，表1）。

2 工程地質(zhì)層組劃分

2.1 工程地質(zhì)層組劃分原則

依據(jù)GB 50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》（2009版），結(jié)合牡丹江地區(qū)具體情況，按“主層和亞層兩級(jí)單元”對(duì)牡丹江市區(qū)50 m深度范圍內(nèi)巖土體進(jìn)行工程地質(zhì)層組劃分。

主層是指在牡丹江市市區(qū)范圍內(nèi)具有代表性及典型性的工程地質(zhì)層單元或組合;亞層是指主層內(nèi)根據(jù)巖性、物理力學(xué)特征等進(jìn)一步劃分的巖土體單元。

（1）主層的劃分

依據(jù)巖土體沉積時(shí)代的不同，進(jìn)行主層劃分，不同沉積時(shí)代的巖土體不能劃分為同一主層（張龍起，2009;茍富剛等，2018）。主層的劃分自上而下，層位基本反映沉積時(shí)代和覆蓋關(guān)系，層位代號(hào)越大，對(duì)應(yīng)的地層沉積時(shí)代越古老。時(shí)代相同、成因不同的巖土體需劃分為不同的主層，原則上不宜將沉積環(huán)境差異較大的巖土體劃分在同一主層內(nèi)。

（2）亞層的劃分

亞層的劃分主要考慮主要層位的巖性、結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)，編號(hào)順序上考慮空間分布和覆蓋關(guān)系，由上至下依次編號(hào)，亞層的代號(hào)順序代表沉積順序。

2.2 工程地質(zhì)層組特征

根據(jù)以上劃分原則，對(duì)收集到市區(qū)范圍內(nèi)的6133個(gè)勘察鉆孔及相關(guān)原位測(cè)試、土工與巖石試驗(yàn)資料進(jìn)行綜合分析，將牡丹江市市區(qū)50 m深度范圍內(nèi)巖土體劃分為個(gè)11主層，30個(gè)亞層。各工程地質(zhì)層組特征詳見(jiàn)表2。

（1）第1工程地質(zhì)層組（填土層）

為人類(lèi)活動(dòng)期內(nèi)，由現(xiàn)代人工堆填而成，主要為雜填土。由于人工回填時(shí)，并未進(jìn)行有序地分層回填，故在區(qū)域上無(wú)固定層序，不再進(jìn)行亞層劃分。由于堆積時(shí)間晚，構(gòu)成成分雜，且大多數(shù)未經(jīng)壓密處理，所以雜填土壓縮性高，屬不良土體。

（2）第2工程地質(zhì)層組（漫灘Qhal）

該層組屬第四系全新統(tǒng)，為現(xiàn)代河流相沖積物，分為高漫灘和低漫灘。主要沿牡丹江兩岸及鐵嶺河兩岸分布。二元結(jié)構(gòu)特征明顯，上部為漫灘相粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、中粗砂，局部夾有牛軛湖沉積相的有機(jī)質(zhì)或淤泥質(zhì)土，下部為河床相圓礫為主的碎石土。該層組厚度一般6～10 m，其中，粉質(zhì)黏土層平均厚約3 m。在該層組所在地區(qū)，擬建2～3層樓房采用淺基礎(chǔ)較為經(jīng)濟(jì)合理，擬建4～7層住宅及綜合樓采用鋼筋混凝土預(yù)制樁基礎(chǔ)為宜。

（3）第3工程地質(zhì)層組（顧?quán)l(xiāng)屯組Qp3g）

該層組屬第四系上更新統(tǒng)，為河流相沖積物。主要分布于牡丹江北岸，構(gòu)成牡丹江的Ⅰ級(jí)階地。二元結(jié)構(gòu)特征較明顯，上部一般為漫灘相粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂及中粗砂層，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，下部主要為河床相的圓礫層，局部夾有砂礫石層、卵石層等，該層組厚度一般為8～15 m，其中，粉質(zhì)黏土層平均厚約為6 m。該層組可用于2～4層建筑物天然地基基礎(chǔ)持力層。

（4）第4工程地質(zhì)層組（哈爾濱組Qp3h）

該層組屬第四系上更新統(tǒng)，為河湖相沉積物，分布于牡丹江兩岸，牡丹江左岸呈北東向不規(guī)則狀，分布在市區(qū)的西部黃花站、軍馬場(chǎng)及林校一帶;牡丹江右岸分布在海浪機(jī)場(chǎng)及牡丹江江南村一帶，構(gòu)成牡丹江的沖湖積高平原。巖性為粉質(zhì)黏土或粉質(zhì)黏土、中粗砂，局部夾玄武巖，粉質(zhì)黏土層平均厚約10 m。該層組可用于一般建筑物天然地基基礎(chǔ)持力層。

（5）第5工程地質(zhì)層組（鏡泊湖中期玄武巖Qp3j）

該層組屬第四系上更新統(tǒng)，主要分布在牡丹江南岸海浪機(jī)場(chǎng)北西側(cè)沖湖積高平原區(qū)域，多在哈爾濱組（第4工程地質(zhì)層組）地層中以?shī)A層形式存在。頂板埋深7.70～15.00 m，厚度5.90～8.90 m，巖性為紫紅色含火山彈火山渣角礫集塊巖、角礫巖，弱熔結(jié)角礫集塊巖，灰黑色氣孔狀堿性橄欖玄武巖、凝灰質(zhì)砂巖。

（6）第6工程地質(zhì)層組（荒山組Qp2hn）

該層組屬第四系中更新統(tǒng)，為河流相沉積物，主要分布于牡丹江北岸沖湖積高平原區(qū)域，一般位于哈爾濱組（第4工程地質(zhì)層組）下部，巖性以中粗砂、礫砂、圓礫為主。

（7）第7工程地質(zhì)層組（猞猁組Qp1s）

該層組屬第四系下更新統(tǒng)，為冰水相堆積物，主要分布于牡丹江北岸冰水臺(tái)地之上。頂板埋深0～11.3 m，層組厚度2.10～5.10 m，巖性由泥質(zhì)含量較高的砂礫石、卵礫石組成。礫石成分以流紋質(zhì)和花崗質(zhì)巖石為主，呈次圓狀—次棱角狀，分選磨圓差，卵石表面有明顯壓痕、壓裂和刨蝕面等冰積物特征。

（8）第8工程地質(zhì)層組（虎林組Eh）

該層組為一套陸相半膠結(jié)的河湖相沉積巖，形成時(shí)代為古近紀(jì)，巖性主要由淺色礫砂巖、砂巖、泥巖和黏土巖等組成，主要分布于牡丹江市區(qū)西部卡路村一帶，巖石膠結(jié)疏松，多呈散體狀。

（9）第9工程地質(zhì)層組（海浪組K2hl）

該層組為一套陸相河湖相沉積巖，形成時(shí)代為白堊紀(jì)晚白堊世，巖性主要由紫紅色砂質(zhì)泥巖、泥巖、含礫砂巖等組成，巖石多由砂泥質(zhì)膠結(jié)，結(jié)構(gòu)疏松，易風(fēng)化。巖層產(chǎn)狀近水平。主要分布于牡丹江市區(qū)西部放牛溝和南部小莫村一帶。

（10）第10工程地質(zhì)層組（猴石溝組K1h）

該層組是一套以陸相為主、海相為次的海陸相沉積，形成時(shí)代為白堊紀(jì)早白堊世，主要巖性為礫巖、砂礫巖、中粒長(zhǎng)石砂巖、含礫長(zhǎng)石砂巖、泥質(zhì)細(xì)砂巖、粉砂巖等，以簿層狀構(gòu)造為主，少數(shù)為中層狀，層理清楚。該層組主要分布于主城區(qū)第四系覆蓋層之下，東部丘陵一帶有出露。

（11）第11工程地質(zhì)層組（花崗巖類(lèi)）

該層組為侵入巖體，形成時(shí)代為中生代早侏羅—晚三疊世、古生代晚二疊世及古元古代，巖性包括正長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖和（片麻狀）花崗閃長(zhǎng)巖（黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，2007），主要分布牡丹江市區(qū)北部丘陵山區(qū)，并以正長(zhǎng)花崗巖分布面積最大。

3 工程地質(zhì)分區(qū)

不同地貌單元的巖土體類(lèi)型截然不同，丘陵以巖體為主，河谷平原以土體為主，對(duì)巖土體工程地質(zhì)特性影響最大的是巖土體工程地質(zhì)特征和地形地貌條件，工程地質(zhì)分區(qū)采用地形地貌分區(qū)與巖土工程地質(zhì)特征分區(qū)2條主線并行（劉長(zhǎng)禮等，2018;李長(zhǎng)安等，2019;李鋒等，2019），次一級(jí)分區(qū)可分別按此兩類(lèi)條件各自不同的特征及變化規(guī)律進(jìn)行。根據(jù)上述分區(qū)原則，牡丹江市工程地質(zhì)分區(qū)可劃分為以下2個(gè)等級(jí)：

（1）第一級(jí)（分區(qū)）

按巖土體工程地質(zhì)特征，劃分出堅(jiān)硬巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅰ）、較堅(jiān)硬巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅱ）、軟質(zhì)巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅲ）和松散土體工程地質(zhì)區(qū)（Ⅳ）4個(gè)工程地質(zhì)區(qū)。

堅(jiān)硬巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅰ），主要為前新生代巖體出露區(qū)，包括古元古代花崗閃長(zhǎng)巖、古生代晚二疊世花崗閃長(zhǎng)巖、中生代早侏羅—晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖和早白堊世正長(zhǎng)花崗巖，大面積分布在主城區(qū)北部、東部及西南部，巖石堅(jiān)硬，裂隙一般不發(fā)育，均勻性和穩(wěn)定性高，工程地質(zhì)條件良好。

較堅(jiān)硬巖體工程地質(zhì)區(qū)（Ⅱ），巖體包括中生界侏羅系上統(tǒng)帽兒山組流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r等火山碎屑巖和中元古界黑龍江巖群斜長(zhǎng)角閃片巖、大理巖等變質(zhì)巖，主要分布在大砬子村西北及馬架子溝屯以東區(qū)域，出露面積較小，巖石較堅(jiān)硬，裂隙較發(fā)育，工程地質(zhì)條件較好。

軟質(zhì)巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅲ），主要由中生界白堊系和新生界古近系砂巖、含礫砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖等沉積巖組成，巖石強(qiáng)度低，完整性和均勻性較差，工程地質(zhì)條件復(fù)雜。

松散土體工程地質(zhì)區(qū)（Ⅳ），主要指新生界第四系出露區(qū)，包含下更新統(tǒng)猞猁組（Qp1s）含泥質(zhì)砂礫石、卵礫石，上更新統(tǒng)哈爾濱組（Qp3h）粉質(zhì)黏土、砂土，顧?quán)l(xiāng)屯組（Qp3g）粉質(zhì)黏土、砂土、卵礫石，全新統(tǒng)沖積漫灘（Qhal）粉質(zhì)黏土、砂土、卵礫石和沖洪積（Qhal-pl）砂礫石夾黏性土或黏性土夾礫石。

（2）第二級(jí)（亞區(qū)）

對(duì)于堅(jiān)硬巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅰ）、較堅(jiān)硬巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅱ）和軟質(zhì)巖工程地質(zhì)區(qū)（Ⅲ），考慮到各區(qū)所包含的巖體組合及成因較為一致，分布范圍也較為集中，就不再劃分亞區(qū)。根據(jù)松散土體形成環(huán)境、分布范圍、土層結(jié)構(gòu)和土層厚度將松散土體工程地質(zhì)區(qū)（Ⅳ）進(jìn)一步劃分為冰水堆積亞區(qū)（Ⅳ1）、沖湖積高平原亞區(qū)（Ⅳ2）、沖積Ⅰ級(jí)階地亞區(qū)（Ⅳ3）、沖積漫灘亞區(qū)（Ⅳ4）和沖洪積溝谷亞區(qū)（Ⅳ5）5類(lèi)。

工程地質(zhì)分區(qū)和典型工程地質(zhì)剖面如圖2、圖3所示。

冰水堆積亞區(qū)（Ⅳ1）：地層結(jié)構(gòu)為“猞猁組（Qp1s）+基巖”，土體結(jié)構(gòu)為“碎石土單層結(jié)構(gòu)”，主要分布于牡丹江師范學(xué)院北西向丘陵前緣，成因類(lèi)型為冰水堆積，巖性為泥質(zhì)含量較高的砂礫石和卵礫石。

沖湖積高平原亞區(qū)（Ⅳ2）：地層結(jié)構(gòu)為“哈爾濱組（Qp3h）+基巖”或“哈爾濱組（Qp3h）+荒山組（Qp2hn）+基巖”，土體結(jié)構(gòu)為“黏性土單層結(jié)構(gòu)”（圖4 a）或“黏性土+砂土雙層結(jié)構(gòu)”（圖4 b），主要分布在牡丹江北岸平安村—黃花街道以北及牡丹江南岸江南新區(qū)。成因類(lèi)型為沖湖積，巖性為粉質(zhì)黏土或粉質(zhì)黏土、中粗砂，局部夾玄武巖。該區(qū)的工程地質(zhì)層組適用于一般建筑物的天然地基基礎(chǔ)持力層。

沖積Ⅰ級(jí)階地亞區(qū)（Ⅳ3）：地層結(jié)構(gòu)為“顧?quán)l(xiāng)屯組（Qp3g）+基巖”，土體結(jié)構(gòu)為“黏性土+砂土+碎石土多層結(jié)構(gòu)”（圖4 c），主要分布在牡丹江北岸西十二條路—東一條路及大慶路一帶。成因類(lèi)型為沖積，巖性為粉質(zhì)黏土、細(xì)—中—粗砂及圓礫，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。該區(qū)的工程地質(zhì)層組適用于2～4層建筑物的天然地基基礎(chǔ)持力層。

沖積漫灘亞區(qū)（Ⅳ4）：地層結(jié)構(gòu)為“漫灘（Qhal）+基巖”，土體結(jié)構(gòu)為“黏性土+砂土+碎石土多層結(jié)構(gòu)”（圖4 d），主要沿牡丹江兩岸及鐵嶺河兩岸分布。成因類(lèi)型為沖積，巖性為粉質(zhì)黏土、細(xì)—中—粗砂及圓礫，局部夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。在該區(qū)擬建的2～3層樓房采用淺基礎(chǔ)較為經(jīng)濟(jì)合理，擬建的4～7層住宅及綜合樓采用鋼筋混凝土預(yù)制樁基礎(chǔ)為宜。

沖洪積溝谷亞區(qū)（Ⅳ5）：地層結(jié)構(gòu)為“沖洪積（Qhal-pl）+基巖”，土體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，為“黏性土+砂土+混合土多層結(jié)構(gòu)”（圖4 e），主要分布在牡丹江市主城區(qū)北部和東部丘陵溝谷及丘陵與平原接壤地帶。成因類(lèi)型為沖洪積，巖性為粉質(zhì)黏土、中粗砂、含黏土圓礫組成，土體不均勻，第四系厚度變化較大。

4 結(jié)論

（1）牡丹江市市區(qū)地貌，按成因類(lèi)型可劃分為構(gòu)造剝蝕地貌、構(gòu)造火山剝蝕地貌、冰水地貌、湖成地貌及流水地貌5類(lèi);按形態(tài)類(lèi)型可進(jìn)一步分為褶斷剝蝕丘陵、火山剝蝕丘陵、剝蝕堆積冰水臺(tái)地、剝蝕堆積沖湖積高平原、沖積Ⅰ級(jí)階地、沖積漫灘（高漫灘和低漫灘）、丘間溝谷7類(lèi)。

（2）牡丹江市市區(qū)50 m深度范圍內(nèi)的巖土體，按“時(shí)代-成因-巖性”可劃分為11個(gè)主層，30個(gè)亞層，該套巖土體分層系統(tǒng)為牡丹江市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，為牡丹江市工程地質(zhì)勘察工作提供了統(tǒng)一的分層參照準(zhǔn)則。

（3）依據(jù)地形地貌及巖土工程地質(zhì)特征，牡丹江市市區(qū)范圍可劃分為堅(jiān)硬巖工程地質(zhì)區(qū)（I）、較堅(jiān)硬巖工程地質(zhì)區(qū)（II）、軟質(zhì)巖工程地質(zhì)區(qū)（III）和松散土體工程地質(zhì)區(qū)（IV）4個(gè)工程地質(zhì)區(qū)，其中最后一個(gè)分區(qū)（IV）又進(jìn)一步劃分出冰水堆積亞區(qū)（IV1）、沖湖積高平原亞區(qū)（IV2）、沖積Ⅰ級(jí)階地亞區(qū)（IV3）、沖積漫灘亞區(qū)（IV4）和沖洪積溝谷亞區(qū)（IV5）5個(gè)工程地質(zhì)亞區(qū)。

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