杜東，王國明

（1. 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津300170；2. 華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心，天津300170；3. 中國地質(zhì)調(diào)查局泥質(zhì)海岸帶地質(zhì)環(huán)境重點實驗室，天津300170）

區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價研究，是區(qū)域性地質(zhì)綜合評估和防治各種地質(zhì)災(zāi)害的工程地質(zhì)學(xué)分支學(xué)科[1]，區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價是考慮內(nèi)外動力地質(zhì)作用、巖土體介質(zhì)及人類活動誘發(fā)或疊加的地質(zhì)災(zāi)害等對工程建設(shè)的相互作用和影響下，現(xiàn)今地殼及表層的相對穩(wěn)定程度，以地球內(nèi)外動力地質(zhì)災(zāi)害為研究對象;其研究目標(biāo)是避開地震活動帶、斷層活動帶及地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)帶，減輕誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，尋找相對穩(wěn)定區(qū)作為工程建設(shè)場地[2-7]。京津冀結(jié)合部隨著非首都功能疏解戰(zhàn)略的提出，已成為北京非首都功能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移升級的重要承接區(qū)，同時這些地區(qū)面臨的地質(zhì)問題與地殼穩(wěn)定性制約了城市發(fā)展規(guī)模和重大工程建設(shè)，因此對上述地區(qū)進(jìn)行區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地處京津冀結(jié)合部，主要包括北京通州區(qū)、天津武清區(qū)、寶坻區(qū)、薊州區(qū)及河北廊坊地區(qū)，為北京非首都功能疏解產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移升級的重要承接區(qū)，總面積約9 817 km2（圖1）。

研究區(qū)北側(cè)、西北側(cè)被燕山、太行山環(huán)繞，東南部為平原，地勢最高的地方位于平谷縣山區(qū)，高程最高可達(dá)400 m。除平谷縣山區(qū)外，其余地區(qū)地表高程低于66 m。地勢平緩，僅在北側(cè)順義、平谷地區(qū)有明顯的河谷切割痕跡。絕大部分地區(qū)坡度小于6°，潮白河河谷是坡度相對高值區(qū)（圖2）。

2 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景

在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，研究區(qū)經(jīng)歷了多次構(gòu)造變動和多階段多旋回地質(zhì)構(gòu)造演化，形成了多期褶皺構(gòu)造、斷陷盆地和斷裂構(gòu)造[8]。從中元古代到晚古生代，經(jīng)歷了穩(wěn)定蓋層形成時期，也標(biāo)志了剛性古陸的最終形成時間為晚古生代，中、新生代的斷塊活動形成了工作區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造格架，其中在北京平原區(qū)形成京西隆起、大興隆起和北京斷陷的主體構(gòu)架[9-10]。在喜馬拉雅構(gòu)造期，北京平原區(qū)一系列北東向和北西向斷裂的持續(xù)活動，使得其兩隆一凹的構(gòu)造格架解體，形成了一系列新生代斷陷盆地，如平谷凹陷，南口-沙河凹陷，琉璃河斷陷盆地，豐臺斷陷盆地等[11]。在研究區(qū)東南部平原區(qū)以寶坻-薊運河斷裂為界，北跨燕山臺褶帶的南西邊緣，涉及馬蘭峪復(fù)背斜（Ⅲ級構(gòu)造單元），主構(gòu)造線大致呈EW向，其斷裂以EW向為主導(dǎo)；南屬華北斷坳的北部，涉及冀中坳陷（Ⅲ級構(gòu)造單元），主構(gòu)造線延伸方向呈NNE 向。在河北廊坊北三縣及固安一帶，增加了大廠斷陷和廊固斷陷[12]。

圖2 研究區(qū)高程地勢圖Fig.2 Elevation topographic map of the study area

圖3 研究區(qū)構(gòu)造單元分區(qū)圖Fig.3 Structural unit zoning map of the study area

3 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價

3.1 評價指標(biāo)體系的確定

評價指標(biāo)體系遵循“潛在風(fēng)險高、影響范圍大、資料可獲取”三項原則對指標(biāo)進(jìn)行篩選[13]。本次評價工作在反映本區(qū)特殊的地質(zhì)環(huán)境，成果資料的研究程度和全面、科學(xué)、合理實用的基礎(chǔ)上構(gòu)建了評價指標(biāo)體系。主要為地表穩(wěn)定性和構(gòu)造穩(wěn)定性兩大類指標(biāo)，其中地表穩(wěn)定性指標(biāo)包括地面沉降和工程地質(zhì)條件，構(gòu)造穩(wěn)定性指標(biāo)包括斷層活動性、地震活動以及重力布格異常梯度值。研究區(qū)地處沖洪積平原，屬第四系深覆蓋區(qū)，工程地質(zhì)條件是影響本區(qū)地基及地表穩(wěn)定性的重要指標(biāo)；地面沉降是由人類工程活動所引起的主要地質(zhì)災(zāi)害，也是影響本區(qū)地面穩(wěn)定性的主要指標(biāo)。構(gòu)造穩(wěn)定性指標(biāo)是本區(qū)主要的內(nèi)動力地質(zhì)作用，由其所反映的構(gòu)造活動性和構(gòu)造塊體穩(wěn)定狀態(tài)是本區(qū)地殼穩(wěn)定性評價的主體；因此對研究區(qū)地殼穩(wěn)定性影響因素的分析，結(jié)合研究區(qū)實際和資料收集情況，分別選取斷層活動性因子、歷史地震因子、重力布格異常梯度值、工程地質(zhì)條件因子、地面沉降因子來對本區(qū)的地殼穩(wěn)定性進(jìn)行評價。其中斷層活動性因子、地震因子又可分為多個評價要素或評價子要素（表1）。

3.2 評價原則及方法

以斷裂活動性、地震活動和重力布格異常梯度為構(gòu)造穩(wěn)定性的因子重點評價本區(qū)地殼穩(wěn)定性分區(qū)特征，再結(jié)合工程地質(zhì)條件和地面沉降兩個地面穩(wěn)定性因子進(jìn)行區(qū)域地殼穩(wěn)定性綜合評價。地殼穩(wěn)定性劃分為：相對穩(wěn)定、相對較穩(wěn)定、相對較不穩(wěn)定和相對不穩(wěn)定4 個級別[14]。采用綜合評判法（也稱為綜合指數(shù)法）進(jìn)行評價，一般分為兩層，第一層為因子層，第二層為要素層[15]。有些要素比較復(fù)雜，可進(jìn)一步細(xì)分為子要素層。從子要素層開始，給出歸一化指標(biāo)，將各要素層指標(biāo)值按權(quán)重進(jìn)行疊加，得到要素層的總評價指標(biāo)；再將各要素層進(jìn)行歸一化處理，指標(biāo)值按權(quán)重進(jìn)行疊加，得到因子層的評價總指標(biāo)；最后將各因子層指標(biāo)值按權(quán)重進(jìn)行疊加，得出每個評價單元的綜合評價指數(shù)。

3.2.1 評價單元劃分

本次評價區(qū)主要為平原區(qū)，采用網(wǎng)格評價單元的劃分比較適宜，網(wǎng)格為正方形，網(wǎng)格間距為2 km[16]。首先建立研究區(qū)范圍左下角的正方形單元格大小為2 000×2 000 m，然后向上、向右陣列復(fù)制單元格，形成標(biāo)準(zhǔn)柵格。將標(biāo)準(zhǔn)柵格與工區(qū)范圍進(jìn)行判別分析，獲取評價區(qū)的基礎(chǔ)柵格，得到總數(shù)2 665個單元格。

表1 研究區(qū)區(qū)域穩(wěn)定性綜合評價指標(biāo)一覽表Tab.1 List of comprehensive evaluation indexes of regional stability in the study area

3.2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

評價因子的權(quán)重或分?jǐn)?shù)線的劃定主要根據(jù)對本區(qū)穩(wěn)定性實際影響大小和以往研究人員對研究區(qū)地殼穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行類比估計的，存在一定的不確定性，主要是參照地質(zhì)條件類似地區(qū)已有的統(tǒng)計資料和以往評價經(jīng)驗綜合確定[17-21]（表2）。

3.3 區(qū)域地殼穩(wěn)定性綜合評價

將各個因子評價圖層根據(jù)權(quán)系數(shù)加權(quán)疊加進(jìn)行綜合評分，分別計算每個單元的最終評分，并對所有單元的評分進(jìn)行歸一化處理，歸一化計算方法：歸一化后的數(shù)值=（單元值－最小值）/（最大值－最小值）。經(jīng)過分級形成綜合評價圖（圖4）。共分為四級，即相對穩(wěn)定區(qū)（綜合指數(shù)＜0.2、相對較穩(wěn)定區(qū)（綜合指數(shù)0.2～0.5）、相對較不穩(wěn)定區(qū)（綜合指數(shù)0.5～0.6）、相對不穩(wěn)定區(qū)（綜合指數(shù)＞0.6）。

表2 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價要素權(quán)重一覽表Tab.2 Weight list of regional crustal stability evaluation elements

4 評價結(jié)果

結(jié)果顯示，相對穩(wěn)定、相對較穩(wěn)定、相對較不穩(wěn)定和相對不穩(wěn)定區(qū)分別占研究區(qū)總面積的35.0%、49.6%、10.6%和4.8%。相對不穩(wěn)定區(qū)主要分布在順義縣南部通州區(qū)北部、三河馬坊一帶夏墊斷裂兩側(cè)、香河縣西南部寶坻斷裂與香河斷裂交匯部，該地區(qū)地處順義斷裂和南苑-通縣斷裂、南口-孫河斷裂的交匯地區(qū)，是地震活動較強烈，地面沉降相對較嚴(yán)重的地方，也是晚更新世及全新世活動斷裂較發(fā)育的地區(qū)。其中順義斷裂與南口-孫河斷裂交匯處還分布有較多構(gòu)造地裂縫及砂土液化，這說明內(nèi)動力地質(zhì)作用和人類工程活動疊加是造成本區(qū)地殼不穩(wěn)定的主要因素。

5 結(jié)論與建議

本次評價建立了一個層層分級，以地表穩(wěn)定性和構(gòu)造穩(wěn)定性為核心選取的評價指標(biāo)體系。其構(gòu)造穩(wěn)定性下所選取的新增1/5萬高精度重力布格異常梯度帶指標(biāo)，清晰的反映出研究區(qū)基底構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造背景，讓區(qū)域地殼穩(wěn)定性的評價結(jié)果更符合實際情況。評價結(jié)果能為城市總體規(guī)劃建設(shè)，保障城市安全和維護(hù)新時期重大工程建設(shè)成果提供參考依據(jù)。在相對不穩(wěn)定區(qū)順義縣南部通州區(qū)北部、三河馬坊一帶夏墊斷裂兩側(cè)和香河縣西南部寶坻斷裂與香河斷裂交匯部布局重大工程建設(shè)時建議采取避讓或工程處理措施。

圖4 研究區(qū)區(qū)域地殼穩(wěn)定性綜合評價圖Fig.4 Comprehensive evaluation of regional crustal stability in the study area