威海市城镇化扩展区地壳稳定性评价

袁星芳 宋明忠 韩忠

摘  要：以地殼稳定性为研究对象，在分析研究威海市城镇化扩展区以往相关资料的基础上，确定地震、活动断裂、工程地质条件、地面沉降4个一级评价因子，地震震级、地震烈度、地震动峰值加速度、地震频率、断裂活动速率、断裂活动影响范围、岩土体分区、软土厚度、地面沉降速率、地面沉降影响范围10个二级评价因子。首先，采用层次分析法分别确定一级评价因子、二级评价因子的权重;其次，采用综合指数法对二级评价因子进行评价;最后，在二级评价因子评价的基础上进行综合评价。评价结果显示，威海市城镇化扩展区整体处于次稳定区（占总面积的70.05%），局部第四系地带处于次不稳定区（占总面积的28.79%），双岛湾地区为不稳定区（占总面积的1.16%）。

关键词：城镇化扩展区;蓬莱-威海断裂带;地壳稳定性

中图分类号：P553     文献标识码：A     文章编号：1007-1903（2018）04-0050-05

威海市以创建“国家新型城镇化综合试点城市”为契机，注重发挥科学规划的引领作用，在各区域资源优势的基础上，以重点区域和重点中心镇为基础，向南经临港区，向东到东部滨海新城，向西至双岛湾科技新城，不断为国家新型城镇化建设注入新的活力。随着威海市城镇化进程不断加快，城市规划的作用日渐凸显（候金武，2011）。从20世纪50年代后，李四光等老一辈地质学家提出了“安全岛”的概念，即在活动构造内选择相对稳定的安全岛作为工程建设基地和场址（殷跃平等，2010;李四光，1977;胡海涛，2001）。目前，这一论点已成为我国重大工程选址和地壳稳定性评价的一种重要指导思想（杨湘奎等，2012）。因此，进行地壳稳定性评价，其研究成果对城市规划与建设具有重要意义（张树轩等，2018;杜建军等，2008;张丽等，2017;张二勇等，2009）。

1 研究区概况

研究区为威海市中心城区外围的城镇化扩展区，是威海市的政治、经济、文化中心和今后重点发展的区域，包括临港经济技术开发区、高技术产业开发区和经济技术开发区的部分乡镇，面积639.9km2。

研究区地处滨海丘陵区，总体地势为中部、东南部高，西部、西北部低，正棋山为区内市最高点（海拔483.7m）。区内古元古界和中生界地层分布较为零散，多以包体形式呈零星孤岛状分布于片麻岩体之中，新生界第四系主要沿沟谷、现代河床及滨海地势低洼处呈条带状或带状展布，形成了一套松散的砂砾石、砂土层。侵入岩广泛分布，出露岩性以新元古代南华纪荣成序列花岗质片麻岩为主，其次为中生代白垩纪伟德山序列和侏罗纪文登序列的二长花岗岩、花岗闪长岩。

在大地构造单元上，研究区位于华北板块胶东-威海隆起区，属中央造山区的苏鲁碰撞造山带。受威海-秦皇岛断裂带、蓬莱-威海断裂带、郯庐断裂带和嘉山-响水断裂带等影响，近年来，沿着蓬莱-威海断裂带发生过不同等级的地震（杜国云，1995;杜桂林等，2013;王志才等，2006;王庆等，1998）。区内的断裂活动、岩浆活动、地壳差异性的升降运动以及地热异常等诸方面构成了区内地震的发震背景。研究区西部和东部脆性断裂发育，均有不同程度的活动（图1），对区内地壳稳定性影响较大。

2 评价因子

2.1 评价因子的确定

控制和影响区域地壳稳定性的因素较多，如内动力因素、外动力因素和介质条件。内动力因素主要是通过活动断裂、区域构造应力场、地震活动性等参数综合反映。外动力因素主要通过河流侵蚀、人类活动等综合反映。无论是内动力还是外动力，对地壳稳定性造成影响必须通过一定的介质条件，地层和侵入岩岩性无疑是最主要的介质因素。因此，上述影响因素中，活动断裂和地震的关系尤为密切，对区内地壳稳定性的影响也更为显著和直接。参照《活动断层与区域地壳稳定性调查评价规范》，结合研究区实际地质背景条件，确定地震、活动断裂、工程地质条件、地面沉降4个一级评价因子，地震震级、地震烈度、地震动峰值加速度、地震频率、断裂活动速率、断裂活动影响范围、岩土体分区、软土厚度、地面沉降速率、地面沉降影响范围10个二级评价因子（图2）。

2.2 评价因子的量化

地壳稳定性评价指标中除岩土体分区为定性指标外，地震烈度、断裂活动影响范围、软土厚度等均为定量指标。定量指标可根据以往成果资料、基础统计数据中得出（中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2016），定性指标则根据岩土体分区给予不同的评分值。各项评价指标和分级标准见表1。

3 评价方法

本文在地面调查、物探、钻探的基础上，采用层次分析法进行单因子权重的确定（蔡鹤生等，1998），运用综合指数法确定稳定性等级，进行地壳稳定性分区与评价（田德培等，2005）。

3.1 层次分析法

（1）建立评价体系的层次结构模型，构建判断矩阵。根据评价体系，由专家组对各评价因子进行两两比较，一般采用1-9标度方法（表2），得到判断矩阵C=（Cij）n×n。

（2）判断矩阵的一致性检验

为检验所求的特征向量的合理性，需对判断矩阵进行一致性检验。检验公式为：

式中：CR为一致性指标;λmax为最大特征根;n为矩阵阶数;RI为平均随机一致性指标。

如果CR<0.10，则认为判断矩阵具有满意的一致性。经计算各级评价因子权重见表3、表4。

3.2 综合指数法

（1）网格剖分

将研究区剖分成若干个面积相等的单元，每个单元面积为2km×2km，共计223个单元网格。

（2）量化分级

根据1：5万地质图，确定岩土体分布;根据2016年中国地震局地震动峰值加速度标准图（1：400万）获取地震动峰值加速度;根据1：5万工程地质图，确定特殊类土分布体以及软土厚度;依据2011年中国地质调查局编制的华北地面沉降速率图（1：250万）和中国地震局编制的全国地形变速率图（1：400万）综合分析获得地面沉降相关参数。

按照表1对每个评价单元中影响地壳稳定性的评价因子进行量化分级，赋值评分Pi，等级由高到低分别赋值为90、70、50、30。

（3）综合评分

计算综合评分I，权重Wi的引入可以反映出不同评价因子地壳稳定性的不同作用。

式中：I为综合评分值，Pi为i评价因子的评分值，W i为i评价因子的权重，m为评价因子总数。

（4）评价等级阈值的确定

各评价单元的最终得分经过统计分析，得出地壳稳定性评价等级阈值（表5）。

（5）评价结果的修正

运用Surfer生成等值线图，根据实际调查结果进行必要的修正。

4 评价結果

依据地壳稳定性分级标准，将研究区划分为次稳定区、次不稳定区和不稳定区（图3）。

地壳次稳定区：主要分布在侵入岩地区，面积448.24km2，占总面积的70.05%。区内断裂均为早、中更新世及前第四系活动断裂，为地壳次稳定区。

地壳次不稳定区：主要分布在第四系地区，面积184.24km2，占总面积的28.79%。区内第四系松散堆积物广泛发育，地震波的水平加速度较基岩快，且易发生崩塌、泥石流、喷砂、喷水及地裂缝等使地震危害加重，为地壳次不稳定区。

地壳不稳定区：主要分布在双岛湾人工填土区域，面积为7.42km2，占总面积的1.16%。易出现地面不均匀沉降，为地壳不稳定区。

5 结论

（1）研究区整体处于次稳定区，局部第四系地带处于次不稳定区，双岛湾地区为不稳定区。

（2）临港区、东部滨海新城大部分处于地壳的次稳定区，建议根据工程场地的地震烈度进行抗震结构设计。

（3）双岛湾科技新城不建议进行大型或特大型重点工程建设，若进行高层建设时应进行抗震结构设计，并注意可能产生的地面不均匀沉降问题，必要时进行地基夯实或桩基础等工艺。

参考文献

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