1∶5万综合工程地质图编制方法

刘长礼， 张 云， 张建羽， 李宏钊， 刘 朝

(中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄 050061)

0 引言

从20世纪50年代开始，世界各国对工程地质图的编制方法进行了长期探索，但对1∶5万综合工程地质图编制的理论和方法研究较少[1-10]。1956—1976年，我国学者开展了区域性小比例尺(<1∶50万)工程地质图编制工作[11-13]。1984年，学者们编制了大城市工程地质图[14-16]，但比例尺均<1∶5万。1990年，我国颁布了《GB 12328—90综合工程地质图图例及色标》[17]，其附录A对1∶5万～1∶20万综合工程地质图编制原则与方法做了规定，但作为附录的“参考件”未对1∶5万工程地质图编图方法或技术要求专门论述。1999年，方鸿琪等[18]对国内外工程地质图的编图方法进行了总结，从编图任务、编图原理和编图方法等方面对工程地质图的编制做了全面阐述，但对1∶5万工程地质图的编制论述不多。近期，中国地质调查局组织实施了“全国主要城市环境地质调查评价”和“大城市、海岸带、经济区或城市群环境地质调查”等项目，出版了《中国典型城市环境地质图集》[19]和《中国海岸带环境地质图》[20]，对1∶5万工程地质图编制进行了有益探索，但仍未形成统一的图件编制技术标准。综上，1∶5万综合工程地质图的编制，还存在编图理念与技术落后、图面内容或主题表达不清、工程地质层与分区划分方法不统一等问题，不能满足新型城镇化建设需求。为推动城市地质工作，2017年国土资源部发布的《关于加强城市地质工作的指导意见》[21]明确要求： 全面加强城市地质基础工作，创新城市地质工作理念技术方法。目前，中国地质调查局正在开展重要经济区、城市群或大中型城市1∶5万水工环地质调查，1∶5万综合工程地质图是支撑新型城镇化建设并服务“统筹城市地上地下建设”必须提交的重要成果之一，这对编图理念与技术方法提出了新要求，探索1∶5万综合工程地质图编图方法意义重大。

本文在综合国内外大量工程地质编图文献资料的基础上，结合目前开展的“中原城市群北部城镇规划区1∶5万工程地质调查与编图”工作，针对我国幅员辽阔、地质条件复杂与地质环境多样等特点，提出适合我国实际的1∶5万综合工程地质图编制的技术方法，并以焦作市幅为例，阐述了1∶5万综合工程地质图的编制方法。

1 编制方法

1.1 工程地质图主题

1∶5万综合工程地质图主要服务于城市建设规划或重大工程选线选址，集中反映工程地质特征，包括地形地貌、地层岩性(工程地质层)、岩土体结构或变形强度、地壳稳定性或活动断裂(地震)、不良地质现象或地质灾害等。

1.2 工程地质分区

工程地质分区即工程地质特征差异性或相似性在图区或地质图上的表现。根据工程地质特征差异性，可将图区划分为工程地质区、工程地质亚区和工程地质地段，也可根据工程地质特征具体情况进行更多或更少级别的分区。在“地形地貌、地层岩性(工程地质层)、岩土体结构或变形强度、不良地质现象或地质灾害以及地壳稳定性或活动断裂(地震)”等工程地质特征要素中，当其中几个(或某个)特征要素差异不大而某个(或某几个)特征要素差异显著时，用差异显著的某个(或某几个)特征要素的差异性进行分区； 当所有特征要素差异性均不显著时，可进行综合适宜性分区，采用《CJJ 57—2012城乡规划工程地质勘察规范》[22]推荐的工程建设适宜性分区。基于此，总结出适合我国工程地质分区的方法，如表1所示。

表1 工程地质分区方法Tab.1 Method of engineering geological zoning

1.2.1 工程地质层与分区

在勘探深度内，具有相同或相近工程地质性质的地层(具有相同或相近变形或强度、承载力)可划分为同一工程地质层； 同一工程地质层可以是相同成因时代或相同沉积环境形成的岩土层，也可以是不同成因时代或不同沉积环境但连续形成的岩土层。同为寒武纪、奥陶纪石灰岩，如果工程地质变形或强度接近，即可划分为同一工程地质层； 同为粉质黏土、黄土类粉质黏土与非黄土类粉质黏土，只要工程地质性质接近，则可划分为同一工程地质层。在垂向剖面上不连续、中间间隔其他岩性地层的2个相同岩性(甚至工程地质性质相同)的地层不能划分为同一工程地质层。同一工程地质层分布的区域，可划分为同一工程地质区(亚区、地段)； 不同工程地质层分布的区域，可划分为不同工程地质区(亚区、地段)(表2)。

表2 工程地质层划分方法Tab.2 Division of engineering geological layers

1.2.2 岩土体工程地质结构与分区

岩土体工程地质结构指在勘探深度内2个或2个以上工程地质层的组合特征，可以是相同成因、相同时代形成的地层组合，也可以是不同成因、不同时代形成的地层组合。如果岩土体结构差异导致工程地质特征差异较大，则2个结构特征差异较大的岩土体分布区域不能划分为同一工程地质区(亚区、地段)； 如果岩土体结构差异导致工程地质特征差异较小，则2个结构特征差异较小的岩土体分布区域可以划分为同一工程地质区(亚区、地段)。

2 表达方法

2.1 一般要求

(1)在收集已有资料的基础上，根据工程地质调查技术要求开展补充调查，取得相应的资料及数据并综合研究后再进行图件编制。

(2)按照1∶5万国际标准图幅编制图件，底图采用1∶5万最新版地形图。

(3)1∶5万综合工程地质图由工程地质平面图、剖面图、综合工程地质分类说明表(或综合工程地质柱状图)、图例和镶图组成。若空间允许，还可增加工程地质分区说明表。工程地质平面图是综合工程地质图的主体，反映绝大部分工程地质内容。

(4)综合工程地质图主要内容： ①地形地貌、地质构造与活动性断裂、火山活动与地震等； ②岩土体工程地质特征，包括工程地质特性指标、控制性勘探工程、工程地质观测信息及特征工程地质层等； ③内外动力地质现象、地质灾害或其他工程地质问题； ④水文地质要素，包括地下水水位埋深及变化幅度、地下水侵蚀性和地下水资源等； ⑤主要天然建筑材料、矿产资源和景观资源； ⑥工程地质分区及其评价结果。

(5)综合工程地质图的内容可参照相关图例、花纹、符号和颜色，也可根据实际需要自行设计。图面应层次清楚，重点突出，配置合理，美观易读。

2.2 工程地质图表达

(1)岩土体工程地质分类。1∶5万综合工程地质图应以工程地质层为基本制图单元，工作程度较低、资料不全时才可使用岩性组、岩性综合体为基本制图单元。

(2)岩土体结构可用综合工程地质柱状图和工程地质剖面图表示。岩土体工程地质层划分主要考虑岩土体类型、结构和工程地质强度等差异。工程地质剖面图上，岩土体工程地质结构可用颜色及岩性符号表示，可标示各工程地质层主要的工程地质性质特征值。

(3)工程地质分区表达。工程地质分区用面普染色表示，分别用不同基色标示“工程地质区”，同一“工程地质区”的二级“工程地质亚区”用同一基色的不同色阶标示。工程地质地段用界线和代号(也可用颜色)标示。

(4)其他地质要素表达。 包括地貌、内外动力地质现象、水文地质要素、地质构造与地震、工程地质问题及地质资源等，可参考《GB 12328—90综合工程地质图图例及色标》[17]的附录A-综合工程地质图编制原则与方法(1∶5万～1∶20万)相关原则及方法。

2.3 辅图与图面配置

2.3.1 辅图

除主图外，1∶5万综合工程地质图辅图包括综合工程地质柱状图、工程地质剖面图、镶图和图例。

(1)综合工程地质柱状图。包括编制岩土体综合工程地质柱状图及说明表，位于主图左侧。柱状图主要表示工程地质层，说明表扼要介绍各工程地质层特征，反映岩土体工程承载力与强度指标。

(2)工程地质剖面图。主要反映图区工程地质条件的总体规律。丘陵山区应编制反映基岩风化程度的工程地质剖面图，剖面图应反映岩土体的岩性和结构特征、构造、地貌单元及其他地表形态的相互关系，以及平面图无法反映的地质现象或问题。厚度较小的特殊意义的地质体，可用符号或夸大表示。剖面图数量一般2～3个为宜，以能与平面图配合反映工程地质特征为原则。

(3)镶图。主图无法清楚反映但又必须反映的工程地质条件或问题，用镶图加以补充。镶图数量、比例尺及在综合工程地质图中的位置，应根据测区实际及图廓允许而定，数量一般不宜超过2个。

(4)图例。图例排列要层次清晰，逻辑性强。一般按内容的重要性排列，表达工程地质主题的分区、工程地质层、重大工程地质问题等排在前，控制性孔点、各类界线、剖面等排在后。

2.3.2 图面配置

图面配置应根据图廓的形状和主图(平面图)空间展布而定，原则上可按下列要求配置: 图上方为图名、图幅名及编号，图中央部分为综合工程地质图的主图。主图左侧为岩土体综合工程地质柱状图(或岩土体综合工程地质分类说明表)； 主图右侧为图例，图例下方为工程地质分区说明表； 主图下方为工程地质剖面图。其他空间可根据需要放置镶图，但镶图一般放置在岩土体综合工程地质柱状图(或分类说明表)下方。图廓外正下方为比例尺，左下角为署名，右下角为资料索引，左上角为制图单位名称，右上角为图件密级和成图时间。

3 1∶5万焦作市幅综合工程地质图的编制

3.1 1∶5万焦作市幅地质背景

1∶5万焦作市幅的研究区位于河南省西北部太行山区与平原过渡带，地形起伏较大，地势北高南低，地质条件复杂。北部为太行山区，由构造侵蚀低山与构造剥蚀丘陵组成，地形陡峭，出露寒武系、奥陶系、石炭系和二叠系白云岩、灰岩、泥灰岩、砂岩、泥岩等； 南部为太行山山前侵蚀堆积倾斜平原，由坡洪积斜地、冲洪积扇形地和冲洪积扇间洼地组成，存在采空塌陷、地裂缝等地质问题，主要分布黄土状粉土、粉土、粉质黏土、粉细砂、卵砾石等第四系松散层。

3.2 工程地质分区与分层

根据工程地质特征差异性或相似性，对研究区岩土体工程地质特征进行工程地质分区(亚区、地段)(图1)。将图区分为“基岩山地丘陵工程地质区、第四系松散土层工程地质区”2个一级区。在一级区的基础上，根据岩土体工程地质特性差异进一步划分不同的“亚区”，再将亚区进一步细分为工程地质特征不同的“地段”。依据地层的工程地质性质进行工程地质标准层划分，再依据工程地质标准层及其组合特征进行不同级别的工程地质区(亚区、地段)划分，工程地质分区说明表如图1所示。

图1 1∶5万焦作市幅Fig.1 1∶50 000 comprehensive engineering

综合工程地质图geological map of Jiaozuo City

3.3 平面配置与表达

3.3.1 平面配置

1∶5万焦作市幅综合工程地质图由工程地质平面图、工程地质剖面图(图1主图下方的A—A′、B—B′)、综合工程地质柱状图(图1主图左侧，描述每个工程地质层的主要工程地质特征与特征参数)、工程地质分区说明表(图1主图右下方，描述不同区的工程地质特征)和镶图(图1主图右下方，焦作市幅地貌图)组成，尽可能多地表达工程地质信息，图面配置见图1。

3.3.2 综合工程地质图表达

(1)工程地质分区用面普染色表示，分别用不同基色标示“工程地质区”，同一“工程地质区”的 “亚区”或“地段”用同一基色的不同色阶标示，并标明界线与代号(图1)。

(2)尽可能多地表达工程地质关键信息。将施工或收集的工程钻探孔进行工程地质分层后绘制成柱状图标示在图上相应位置。剖面图上典型钻探孔标明了不同工程地质主要参数。将地貌分区、工程建设适宜性等信息用镶图表达(图1)。

4 结论

(1)1∶5万综合工程地质图表达的主题为工程地质综合特征，工程地质分区是该主题的具体反映。依据宏观工程地质条件，分别以地形地貌、地层岩性(工程地质层)、岩土体结构或变形强度、地壳稳定性或活动断裂(地震)、不良地质现象或地质灾害等特征差异性进行工程地质分区。

(2)以工程地质层为基本的制图单元，依据《GB/T 50218—2014工程岩体分级标准》进行工程地质层划分，除表达工程地质特征分区主题外，图面尽可能多地反映工程地质特征要素，包括(但不限于)每个工程地质钻孔柱状图、水文地质要素、内外动力地质现象及重大工程地质问题等。

(3)1∶5万综合工程地质图由主体平面图、镶图、剖面图、综合工程地质柱状图、工程地质特征说明表与图例组成，各图、表或图例要科学合理配置。