威海市城鎮化擴展區地殼穩定性評價

袁星芳 宋明忠 韓忠

摘? 要：以地殼穩定性為研究對象，在分析研究威海市城鎮化擴展區以往相關資料的基礎上，確定地震、活動斷裂、工程地質條件、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、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、二級評價因子的權重;其次，采用綜合指數法對二級評價因子進行評價;最后，在二級評價因子評價的基礎上進行綜合評價。評價結果顯示，威海市城鎮化擴展區整體處于次穩定區（占總面積的70.05%），局部第四系地帶處于次不穩定區（占總面積的28.79%），雙島灣地區為不穩定區（占總面積的1.16%）。

關鍵詞：城鎮化擴展區;蓬萊-威海斷裂帶;地殼穩定性

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

威海市以創建“國家新型城鎮化綜合試點城市”為契機，注重發揮科學規劃的引領作用，在各區域資源優勢的基礎上，以重點區域和重點中心鎮為基礎，向南經臨港區，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化建設注入新的活力。隨著威海市城鎮化進程不斷加快，城市規劃的作用日漸凸顯（候金武，2011）。從20世紀50年代后，李四光等老一輩地質學家提出了“安全島”的概念，即在活動構造內選擇相對穩定的安全島作為工程建設基地和場址（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定性評價的一種重要指導思想（楊湘奎等，2012）。因此，進行地殼穩定性評價，其研究成果對城市規劃與建設具有重要意義（張樹軒等，2018;杜建軍等，2008;張麗等，2017;張二勇等，2009）。

1 研究區概況

研究區為威海市中心城區外圍的城鎮化擴展區，是威海市的政治、經濟、文化中心和今后重點發展的區域，包括臨港經濟技術開發區、高技術產業開發區和經濟技術開發區的部分鄉鎮，面積639.9km2。

研究區地處濱海丘陵區，總體地勢為中部、東南部高，西部、西北部低，正棋山為區內市最高點（海拔483.7m）。區內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榮成序列花崗質片麻巖為主，其次為中生代白堊紀偉德山序列和侏羅紀文登序列的二長花崗巖、花崗閃長巖。

在大地構造單元上，研究區位于華北板塊膠東-威海隆起區，屬中央造山區的蘇魯碰撞造山帶。受威海-秦皇島斷裂帶、蓬萊-威海斷裂帶、郯廬斷裂帶和嘉山-響水斷裂帶等影響，近年來，沿著蓬萊-威海斷裂帶發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）。區內的斷裂活動、巖漿活動、地殼差異性的升降運動以及地熱異常等諸方面構成了區內地震的發震背景。研究區西部和東部脆性斷裂發育，均有不同程度的活動（圖1），對區內地殼穩定性影響較大。

2 評價因子

2.1 評價因子的確定

控制和影響區域地殼穩定性的因素較多，如內動力因素、外動力因素和介質條件。內動力因素主要是通過活動斷裂、區域構造應力場、地震活動性等參數綜合反映。外動力因素主要通過河流侵蝕、人類活動等綜合反映。無論是內動力還是外動力，對地殼穩定性造成影響必須通過一定的介質條件，地層和侵入巖巖性無疑是最主要的介質因素。因此，上述影響因素中，活動斷裂和地震的關系尤為密切，對區內地殼穩定性的影響也更為顯著和直接。參照《活動斷層與區域地殼穩定性調查評價規范》，結合研究區實際地質背景條件，確定地震、活動斷裂、工程地質條件、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、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

地殼穩定性評價指標中除巖土體分區為定性指標外，地震烈度、斷裂活動影響范圍、軟土厚度等均為定量指標。定量指標可根據以往成果資料、基礎統計數據中得出（中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，2016），定性指標則根據巖土體分區給予不同的評分值。各項評價指標和分級標準見表1。

3 評價方法

本文在地面調查、物探、鉆探的基礎上，采用層次分析法進行單因子權重的確定（蔡鶴生等，1998），運用綜合指數法確定穩定性等級，進行地殼穩定性分區與評價（田德培等，2005）。

3.1 層次分析法

（1）建立評價體系的層次結構模型，構建判斷矩陣。根據評價體系，由專家組對各評價因子進行兩兩比較，一般采用1-9標度方法（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，需對判斷矩陣進行一致性檢驗。檢驗公式為：

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

如果CR<0.10，則認為判斷矩陣具有滿意的一致性。經計算各級評價因子權重見表3、表4。

3.2 綜合指數法

（1）網格剖分

將研究區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個單元網格。

（2）量化分級

根據1：5萬地質圖，確定巖土體分布;根據2016年中國地震局地震動峰值加速度標準圖（1：400萬）獲取地震動峰值加速度;根據1：5萬工程地質圖，確定特殊類土分布體以及軟土厚度;依據2011年中國地質調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參數。

按照表1對每個評價單元中影響地殼穩定性的評價因子進行量化分級，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，權重Wi的引入可以反映出不同評價因子地殼穩定性的不同作用。

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

（4）評價等級閾值的確定

各評價單元的最終得分經過統計分析，得出地殼穩定性評價等級閾值（表5）。

（5）評價結果的修正

運用Surfer生成等值線圖，根據實際調查結果進行必要的修正。

4 評價結果

依據地殼穩定性分級標準，將研究區劃分為次穩定區、次不穩定區和不穩定區（圖3）。

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

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

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

5 結論

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

（2）臨港區、東部濱海新城大部分處于地殼的次穩定區，建議根據工程場地的地震烈度進行抗震結構設計。

（3）雙島灣科技新城不建議進行大型或特大型重點工程建設，若進行高層建設時應進行抗震結構設計，并注意可能產生的地面不均勻沉降問題，必要時進行地基夯實或樁基礎等工藝。

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