天津市早全新世侵蝕性古河及沉積特征分析

徐源 劉建章 王東

(1.天津市勘察院，天津 300191;2.天津海濱工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，天津 300384)

天津市平原地區(qū)淺層地基土主要為海陸交互沉積的第四紀(jì)沉積土［1，2］，一般各成因年代地層間有較明顯的區(qū)別，日常工程勘察中一般以顏色區(qū)分。但在極個(gè)別的地方分布著寬度不大(一般小于2.5 km)的條狀地帶，其地層表層為正常的全新統(tǒng)陸相沖積層，其下灰色或灰棕色的地層一直延伸至30 多米，最深達(dá)50 多米，造成了早全新統(tǒng)多個(gè)中上部成因?qū)拥娜笔?，缺失層厚度最大達(dá)50 m 以上，該條帶與相應(yīng)的地層呈不整合接觸關(guān)系。在日常工程勘察及地質(zhì)調(diào)查活動(dòng)中，大多將該地層人為的與相對(duì)應(yīng)劃分為以上三個(gè)海侵層，而其他地層缺失。本文通過對(duì)所收集的10 萬余鉆孔數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合光釋光測年結(jié)果，初步判定該地層異常區(qū)域?yàn)榇嬖谟谠缛率罆r(shí)期的侵蝕性古河，對(duì)其沉積特性進(jìn)行了描述，根據(jù)10 余萬鉆孔資料，初步推測并勾畫出了其分布區(qū)域，繪制了部分?jǐn)嗝鎴D，提出了其對(duì)工程建設(shè)可能造成的影響。

1 地層異?，F(xiàn)象

在天津市平原地區(qū)的日常工程勘察活動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)了這樣的地質(zhì)現(xiàn)象，在極個(gè)別的地方分布著寬度不大(一般小于2.5 km)的條狀地帶。其地層表層為正常的全新統(tǒng)陸相沖積層，其下灰色或灰棕色的地層一直延伸至30 多米，最深達(dá)50 多米，造成了早全新統(tǒng)地層，晚更新統(tǒng)甚至等中上部地層的缺失，缺失層厚度最大達(dá)50 m 以上，該條帶與相應(yīng)的地層呈不整合接觸關(guān)系。在巖土工程界，該條帶的存在帶來了許多的猜測及工程地質(zhì)問題，比如在武清區(qū)該條帶正好從武清開發(fā)的中部穿過，其沉積的厚層灰色粉土成為本區(qū)砂土液化的主要區(qū)域。位于寶坻區(qū)京津新城場地內(nèi)，條帶狀灰色厚層粉土的存在造成了條帶位置與其周邊地層的巨大差異，為查清條帶的分布補(bǔ)充了大量的工程勘察鉆孔，在施工期間還進(jìn)行了施工勘察，但結(jié)果還是給設(shè)計(jì)與施工帶來了很大的麻煩，相鄰數(shù)米，地層差異巨大，預(yù)制樁的施工成了屹立的樁林。保稅區(qū)、于家堡、小站及靜?；疖囌靖浇膸r土工程勘察結(jié)果也讓人大為奇怪，數(shù)十米的范圍內(nèi)，有的鉆孔從揭示全新統(tǒng)海相沉積層后，其灰色、灰棕色地層一直鉆至30 多米，有的50 多米才發(fā)現(xiàn)與周邊同層位相同的地層，且低于正常全新統(tǒng)海相沉積層以下部分大多以灰色、灰棕色粉土、粉砂為主，局部為粉質(zhì)粘土、軟土。

經(jīng)過研究人員多年的努力，以天津市勘察院多年來的勘察數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了天津市巖土工程勘察鉆孔數(shù)據(jù)管理庫?；诒緮?shù)據(jù)庫收錄的近12 萬個(gè)鉆孔數(shù)據(jù)，通過細(xì)致分析發(fā)現(xiàn)深于正常全新海相沉積層的鉆孔呈條帶狀分布，其分布區(qū)域如圖1 所示。根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局天津市地質(zhì)調(diào)查中心位于臨港工業(yè)區(qū)附近的908-3 hz02 號(hào)鉆孔地層測年結(jié)果(＜9 千年)，以及晚更新世末次冰期時(shí)期海平面位于現(xiàn)代海平面以下約130 m 的研究結(jié)果［3-5］，如圖1 所示的條帶應(yīng)當(dāng)為早全新世及更早位于天津市的兩條以侵蝕為主的河流，且南側(cè)河流的流量、河床寬度及深度均遠(yuǎn)大于北側(cè)，并且于今塘沽海河入?？诟浇粎R向東入渤海。而在全新世海侵時(shí)期，隨著海平面的上升，河流逐漸失去其侵蝕的動(dòng)力條件，河流搬運(yùn)的沉積物逐漸在低于海平面的河床中發(fā)生溯源沉積作用而造就了與其兩側(cè)完全不同的脈狀沉積特征。

2 河流年代

表1 地層光釋光測年成果表

如表1 所示，低于正常全新世海相沉積層的部分沉積物年代應(yīng)當(dāng)是8 千年～9 千年，處于全新世海侵早期，由于海平面的不斷上升，在原有侵蝕性河道內(nèi)形成了不斷溯源堆積的河口砂壩，其沉積物以陸源物質(zhì)為主，沉積環(huán)境卻處于海平面以下的還原環(huán)境中。沉積物的性質(zhì)較為復(fù)雜，但主要以粉土、粉砂為主，局部為粉質(zhì)粘土或淤泥質(zhì)土。因此，在日常的鉆探工作，發(fā)現(xiàn)該段沉積物以灰色等淺色調(diào)粉土、粉砂為主，但有的在28 m 以下還有軟土分布。

3 河流在平面上的分布

根據(jù)全市近12 萬個(gè)鉆孔，通過對(duì)不同標(biāo)高的灰色、灰棕沉積物鉆孔分布范圍的分析，繪制了全新世早期古河道平面圖(如圖1所示)。總體上看，分為南北兩條，北側(cè)河流未發(fā)現(xiàn)分支，而南側(cè)河道在西青開發(fā)區(qū)附近分為南北兩支，但由于天津邊界附近及寶坻區(qū)以北的區(qū)域?yàn)閺V大農(nóng)村地區(qū)，基本上沒有鉆孔分布，區(qū)域調(diào)查鉆孔由于其密度較小而沒有發(fā)現(xiàn)該古河的存在，所以難以繪制出其在天津的全貌。同時(shí)由于工程建設(shè)主要集中于目前經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，開發(fā)較早的區(qū)域，因此為使圖形為一個(gè)整體，從而反映出古流的大致形態(tài)，部分資料較少的區(qū)域?yàn)橥茰y(有分布段之間的簡單連接)。由圖1 可以看出，北側(cè)河流應(yīng)當(dāng)始于天津北部的薊縣及寶坻西側(cè)、西北側(cè)(如北京山區(qū))相當(dāng)于現(xiàn)薊運(yùn)河及潮白河。經(jīng)薊縣的青淀洼、寶坻縣城、京津新城、武清崔黃口、南蔡村、譚莊、武清開發(fā)區(qū)、孫官屯、大辛莊、南王平、寧河縣潘莊、北辰區(qū)西堤頭、塘沽創(chuàng)業(yè)村后沿京津塘與津?yàn)I快速路之間延伸，并于天津港保稅區(qū)入海。南側(cè)河流其源頭可能是如永定河、大清河、子牙河等西部、南部河流。這些河流源頭較遠(yuǎn)且水量較大，且由于河流入天津后河流以下蝕作用為主，河道較深，河床較寬，河水被河床束縛加劇了河流對(duì)河底的侵蝕，總體上形成了比北側(cè)河流較深、較寬的格局。南側(cè)河流的北支從西青區(qū)辛口鎮(zhèn)、周李莊、張家窩鎮(zhèn)、姚莊、梨園頭至西青開發(fā)區(qū)附近與南支匯合，經(jīng)津南區(qū)南八里臺(tái)鎮(zhèn)、炮臺(tái)莊、大港中塘鎮(zhèn)、津南區(qū)小站鎮(zhèn)、辛莊子、九道溝、塘沽道溝子至臨港工業(yè)區(qū)入渤海。南支經(jīng)靜海火車站、徐莊子、前雙樹村、雙窯村、團(tuán)泊鎮(zhèn)、鴨淀水庫向北至西青開發(fā)區(qū)與北支匯合。

4 地層特性

依據(jù)繪制的河道的部分?jǐn)嗝鎴D，總體規(guī)律上北側(cè)的河流相對(duì)較淺、較窄，而南側(cè)的古河較寬、較深。

圖1 晚更新世至早全新世古河道平面圖

圖2 早全新世古河道剖面布置圖

如圖2 所示，在濱海新區(qū)及附近繪制了7 條工程地質(zhì)剖面圖，其中剖面1，2，3 為北部河剖面，4，5，6，7 為南部河流剖面。本文中附北側(cè)河流第2 剖面(見圖3)，南側(cè)河流5 號(hào)剖面(見圖4)。

北部河流沉積物一般較薄，厚度一般小于11 m，南側(cè)河流沉積物較厚，厚度大多大于20 m。沉積物一般以粉土為主，局部為粉砂、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土等。其寬窄、深淺主要與當(dāng)時(shí)的河流流量有關(guān)。

由于本河道屬于早全新世形成的以下蝕作用為主的河流，多形成較為陡峭的河岸和寬廣的河床，由于早全新世的海侵作用使其溯源沉積，在河床內(nèi)沉積了厚層的粗顆粒河口沉積物。從而導(dǎo)致了河道內(nèi)的沉積物與其周邊相同標(biāo)高段的沉積物組成、時(shí)代迥然不同，其工程性質(zhì)也有很大的差異。在濱海新區(qū)范圍內(nèi)，該層土一般埋深較大，相對(duì)較為致密，粉土、粉砂一般為中密、密實(shí)狀態(tài)，但在本市西部、北部一般埋深較淺，形成時(shí)代也相對(duì)較晚，砂土液化區(qū)域大多與此相關(guān)。

圖3 北側(cè)第2 斷面河流地層剖面圖

圖4 南側(cè)第5 斷面河流地層剖面圖

5 結(jié)語

該古河道在天津市范圍內(nèi)有南北兩個(gè)分支，在武清、寶坻、靜海等地區(qū)由于以前工程建設(shè)少，鉆孔密度較低，對(duì)其分布區(qū)域的推測較為粗略，要進(jìn)一步摸清其分布范圍需加大鉆孔密度。該古河道內(nèi)分布的土質(zhì)巖性基本為粉土、粉砂等粗顆粒土，由于其與周圍土層巖性差異較大，當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目跨區(qū)時(shí)施工難度較大，同時(shí)對(duì)建筑物的穩(wěn)定性也有較大影響，可能存在以下問題:1)分布于該條帶內(nèi)的河道沉積物(粉土、粉砂)可能液化;2)由于沉積物主要以粉土、粉砂為主，在樁基施工過程中可能造成鉆孔灌注樁成孔困難和預(yù)制樁難以穿透;3)對(duì)于跨越該河道邊界的工程項(xiàng)目可能造成兩側(cè)承載力、沉降量差異而導(dǎo)致建筑開裂甚至釀成工程事故。

［1］DB 29—20—2000，巖土工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］DB/T 29—191—2009，天津市地基土層序劃分技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］王 福，宋美鈺，田立柱，等.影響天津?yàn)I海新區(qū)建設(shè)的地質(zhì)環(huán)境［J］.海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài)，2008，24(6):9-14.

［4］田立柱，王 東，裴艷東，等.天津?yàn)I海新區(qū)中全新世以來地形地貌演化［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究，2011，32(1):53-62.

［5］王 宏，李建芬，裴艷東，等.渤海灣西岸海岸帶第四紀(jì)地質(zhì)研究成果概述［J］.地質(zhì)調(diào)查與研究，2011，35(2):328-332.

［6］天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局.天津市區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京:地質(zhì)出版社，1992.