锦州市规划区地质环境安全评价研究

代雅建，崔 健，郭常来

（中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳 110034）

0 引言

随着科学技术的进步和人类需求的不断增长，开发建设活动规模不断加大，环境地质问题也愈加突出。大规模的工程建设活动破坏了表层地壳的力学平衡，破坏了浅表层地层和上覆工程设施的稳定，产生了地面沉降、滑坡、崩塌、泥石流、海水入侵等地质灾害（张宗祜，2005；林良俊等，2017）。而地质环境对工程建设活动的承受力是有限的，为保障社会经济可持续发展，突破地质环境问题的限制，保障工程建设安全，需从安全的角度评价地质环境，分析地质环境安全程度与国土空间开发建设的匹配关系，优化国土空间开发格局，以保障国土空间安全开发利用①（曹二涛等，2020；葛伟亚等，2021）。

国内早期的地质环境安全综合评价工作，从汶川、玉树等地震灾后开始，为灾后重建规划提拱了科学的依据和必要的技术支撑。评价内容由单一的地质灾害评价发展成为地质环境安全综合评价（李文鹏等，2018）。根据国际经验，通过土地利用规划来限制土地开发是控制灾害风险的最有效手段，基于这种规划减灾的理念，全国以及福州、曹妃甸等地区相继开展了不同尺度的地质环境安全评价，对城市规划建设提供了有力支撑（童军等，2013；孟晖等，2021）。

锦州市规划区当前处于规划开发阶段，尚未开展地质环境安全综合评价工作。如果开发前期充分考虑地质环境安全的影响，把地质灾害预防工作提前到灾害发生前，就可有效提高防灾减灾的能力。锦州市规划区不同区域存在不同类型不同程度的地质灾害，包括崩塌、滑坡、海水入侵等，需要统筹评价考虑。本次以锦州市规划区为研究区，构建适宜当地地质条件和开发需求的地质环境安全评价指标和评价方法体系，探索不同地质条件下的地质环境安全评价方法，为研究区开发建设规避地质安全风险提供参考。

1 地质背景

1.1 地质条件

锦州市规划区地势总体由西北向东南倾斜，西北部地貌为低山丘陵，女儿河、小凌河由西向东穿过丘陵区，形成锦州盆地，东南部为大凌河、小凌河冲洪积扇地，地势平坦开阔，南侧为辽东湾。

研究区属华北地层区，前第四纪地层分布较为齐全，其中以中生界侏罗系、白垩系和新生界第三系最为发育（李伍平和路凤香，2001；梁俊红等，2007；张允平和李景春，2010），主要地层岩性是砂砾岩、安山岩、白云岩。第四纪堆积物主要分布于研究区的东南部及大小凌河的两岸。区内侵入岩和变质岩分布最为广泛，花岗岩分布于凌海市南区南侧和天桥镇地区，太古代片麻杂岩广泛分布在锦州市区、凌海等地（图1）。

图1 锦州市规划区地质图Fig.1 Geological map of the planning area in Jinzhou City

研究区大地构造单元属中朝准地台燕山台褶带辽西台陷，基底由太古界变质杂岩构成。中元古代起，全区强烈沉降，地壳活动进入较频繁时期。燕山期地壳运动继续加强，在盆地内堆积了侏罗纪和白垩纪的火山岩和沉积岩，北东向断裂发育，沿隆起带及辽西台陷边缘有燕山期以花岗岩为主的岩株和岩基侵入，进而形成隆坳相间的构造格局（范景远，2018）。区域断裂比较发育，分布有1条早更新世以来活动的断裂，即锦州断裂，长度约90 km，走向NE，倾向NW，倾角50°～65°，错切晚元古界以前的地层，形成于早元古代，以后多次活动，具正断层性质，最新活动时代为中更新世。

1.2 地震

锦州市位于东北地震区南缘，毗邻华北地震区的郯庐地震带，潜在震源区主要分布在华北平原地震带和郯庐地震带北段（田德培等，2005；耿树方等，2012）。研究区东南部建业-闫家-西八千一带位于大洼6.5级潜在震源区和辽东湾6.0级潜在震源区。大洼6.5级潜在震源区历史上曾发生过2次5级以上地震。辽东湾6.0级潜在震源区位于辽东湾西侧，郯庐断裂辽东湾段主干断裂在其东侧通过，近期有小震活动（杨成元，2008；程奇等，2019）。研究区北部大业镇以北区域属阜新6.0级潜在震源区，中更新世时期，医巫闾山西侧断裂继续活动，控制着多个小型的第四纪盆地的形成与分布，1966年4月曾连续发生4.5级、4.6级地震各1次，1977年发生4.7级地震，近期小震活动频繁。

1.3 岩土体特征

区内工程地质岩土体组合复杂多样，依据其岩石的成因类型、结构构造、岩石组合、成分及坚硬程度等因素，可划分为岩浆岩、变质岩、沉积岩三大岩类和8个分布面积较大的岩组，包括陆源碎屑岩、火山碎屑岩、碳酸盐岩、碎屑岩碳酸盐岩、安山玢岩、侵入岩、片麻岩浅粒岩大理岩和混合花岗岩岩组。松散土体按其地质成因及颗粒级配分3种类型，包括：粘性土、砂多层结构体，于南部海岸带分布；粘性土、砂、圆砾多层结构体，于大小凌河扇地等平原区分布；粘性土、圆砾、碎石双层单层结构体，分布于丘陵山区及坡洪积扇裙区。

1.4 主要地质环境问题

区内地质灾害较发育，灾种有滑坡、崩塌、泥石流、岩溶塌陷等。目前地质灾害点有10余处，灾害规模均为中小型。如：区内低丘陵区人类工程活动频繁，开矿采石形成许多人工采石面，易发生崩塌滑坡灾害；基岩海岸沿线由于受海水冲刷侵蚀，顺层岩层或者与边坡小角度斜交的岩层易发生溃屈破坏，造成岩层崩塌。

2 评价方法

2.1 评价内容

在人类开发建设活动中，地质环境中潜在或显现的地质作用，可能会对人类生命财产及居住环境产生危害，将这种危害控制到人类能接受的水平以下，即处于可接受的广义的地质环境风险的状态，这样的状态即地质环境安全状态。基于此认识，将地质环境安全评价内容分解为两个专题评价，即区域构造稳定性评价和地质灾害易发程度评价，在此基础上进行综合评价。

2.2 区域构造稳定性评价方法

2.2.1 评价指标选择

区域构造稳定性是区域地壳的稳定程度，反应了地壳活动程度，包括有无断层和地震活动。活动强度如何，对工程可能有何影响等，受多种地质因素控制。评价指标的选择原则是：能反应区域构造稳定性的各种影响因素，同时可定量化、避免指标或影响因素重叠。

本次结合前文所述研究区的地质条件，选择相应的评价指标。影响我国城市的地壳安全因素主要为活动断裂和地震，研究区同样如此；岩性特征是影响坡体的稳定性和地表侵蚀的重要因素，构造活动通过不同地层发挥不同程度的破坏作用，因此选择地层岩性作为稳定性评价指标之一。结合指标数据的可获取性，以断裂切割深度和活动年代指标反应地质构造因素，以潜在震源区的地震震级反应地震活动强度，以岩性类型和坚硬程度划分的工程地质岩组标示岩性特征因素。根据各类指标的特点，经过量化形成研究区的地壳稳定性综合评价的指标体系（表1）。

表1 地壳稳定性评价指标分级表Table 1 Classification of crustal stability evaluation indexes

2.2.2 评价指标量化

评价指标的量化和评价分析在ArcGIS软件平台上完成。在量化过程中，对于能够直接量化的指标先绘出等值线，然后进行不同级别的划分。对于不能直接量化的指标，采用评分比较的方法，根据平面分布特点，进行分区划分等级。

断裂：受断裂影响的安全程度，以断裂规模和断裂活动强度综合量化，结合数据可获取性，断裂规模以断裂切割深度度量，断裂活动强度以断裂活动时代度量。根据断裂切割深度可以将断裂划分为盖层断裂、基底断裂、地壳断裂和岩石圈断裂4个级别。在量化过程中，断裂按切割深度划分5个等级（见表1），分别给予评分赋值。受断裂影响的程度，随距断裂线的距离增加而减小；岩石圈和地壳断裂影响程度相对较大，按距断裂线5 km、10 km、15 km，分为高、中、低3个等级区域；而活动的基底断层与盖层断层，影响程度相对小，相应的距离分别取2.5 km、5 km、7.5 km。对不同断裂影响区相交区域的赋分，采取就高不就低的原则，并适当调高叠加区分值。

断裂活动时代越新说明其活动性越强，按断裂活动时代划分为5个等级（见表1），分别赋值，取极不稳定和不稳定断裂两侧各15 km作为活动断裂的影响区，影响区相交区域的分值取高不取低。将断裂规模和活动强度两个指标根据空间位置按权重进行叠加，其中断裂规模权重取0.4，活动强度权重取0.6，加权叠加后以自然断点法，将活动断裂对区域构造稳定性的影响程度划分为5级（殷坤龙和朱良峰，2001；付小林等，2004；丛威青和潘懋，2006；高克昌等，2006；郭芳芳等，2008）。

地震：震级是指地震的大小，表征地震强弱，潜在震源区内最大震级，反应了可能发生的最大地震的震级极限值。根据潜在震源区划分图，结合研究区以往地震的发生频率和破坏程度，将研究区潜在震源区划分为5个等级（见表1）。

岩性特征：岩石的类型和软硬程度以及层间结构，决定了岩土体的物理力学强度、抗风化能力、应力分布和变形破坏特征，根据工程地质岩组分布特征以及工程建设的适宜性，分为5个级别，并按照不同岩类给予赋值（见表1）。

2.2.3 分级评价

根据前人地壳稳定性定量化评价指标权重分配方案（孙叶等，1997），结合研究区的实际特点，对选定的3项评价指标分配权重：其中，断裂规模及活动强度的权重为0.35；地震活动性的权重为0.45；岩性特征的权重为0.20。将计算结果进行归一化处理后按照5级划分原则，采用自然断点发划分为5个等级的区域构造稳定性分区，分别对应稳定、次稳定、次不稳定、不稳定和极不稳定区。

2.3 地质灾害易发性评价方法

2.3.1 评价指标和分区原则

地质灾害易发区是指容易产生地质灾害的区域，地质灾害易发区划分是对地质灾害潜在发育程度进行分区。根据研究区发生的地质灾害类型、分布特征及危害程度，本次易发区的划分针对崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等几种突发性地质灾害（向喜琼和黄润秋，2000；殷坤龙和张桂荣，2003；张春山和张业成，2004；刘传正等，2004）。此外海水入侵地质灾害按照严重程度进行分区。

对于突发性地质灾害，根据研究区地质灾害发生的地质环境状况，即地层岩性、地形地貌、地质构造、气候植被和地质灾害的发育状况，采用定性评估与条件图叠加相结合的方式，对易发程度其进行分级。绘制崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等地质灾害单要素易发分区图（田延山等，2008；吴树仁和石菊松，2009；刘海林和杜铁秋，2010；高治群，2010）。参照《县（市）地质灾害调查与区划规范（试行）》（T/CAGHP017-2018），将研究区地质灾害易发区划分为高易发区、中易发区、低易发区和不发育区四级，分别赋值为4、3、2、1分。

2.3.2 评价指标量化

将单要素易发性评估结果图栅格化，并赋值（见表2），然后叠加分析，取易发程度高者分值赋分，当有两种以上地质灾害高易发区重叠时，则取分值为5。

表2 地质环境安全程度分级评价表Table 2 Classification and evaluation of geological safety degree

2.3.3 分级评价

将上述综合信息叠加后各单元分值为1～5，其中，以3.5、2.5、1.5分为界限值，分别划分为高易发、中易发、低易发、不易发区。最后，根据致灾地质环境条件，对同等地质灾害级别的界线进行修正，即得到研究区的地质灾害易发程度分区。

2.4 地质环境安全综合评价方法

为了清楚地表现安全程度分级中各主导因素的情况，本次地质环境安全评价采用定性评价方法（主导因素综合法）。按照表2方法将单要素评价结果，包括区域构造稳定性分区结果与地质灾害易发程度分区结果，按类型进行叠加，获得地质环境安全综合评价结果。地质环境安全程度分级Ⅰ级～Ⅴ级，分别对应安全区、相对安全区、次不安全区、不安全区和极不安全区。

3 评价结果

3.1 区域构造稳定性评价结果

研究区各单元稳定性指数实际计算结果位于［0.20，3.25］之间，相对较低，地质构造稳定性较好，因此，按照3级划分原则，采用自然断点法划分区域构造稳定性分区，分别对应稳定、次稳定、次不稳定区。根据研究区主要活动块体及块体边界分布特征，结合潜在震源区划分结果，采用栅格重分类和人工修正相结合，对栅格计算结果进行矢量化，获得区域构造稳定性分区结果（图2、图3、图4、图5）。

图2 锦州市规划区断裂稳定性影响评价Fig.2 Evaluation of fracture stability influence in the planning area of Jinzhou City

图3 锦州市规划区地震稳定性影响评价图Fig.3 Evaluation of seismic stability impact in the planning area of Jinzhou City

图4 锦州市规划区岩性稳定性影响评价Fig.4 Evaluation of lithology stability in the planning area of Jinzhou City

图5 锦州市规划区区域构造稳定性评价Fig.5 Stability evaluation of regional structures in the planning area of Jinzhou City

区域构造次不稳定区分为三个区域，其中，北部余积镇、东南部西八千乡区域构造次不稳定区，主要影响因素为地震，分别为6、6.5级潜在震源区，且小震较频繁；中部双羊-松山镇一线东南侧区域构造次不稳定区，主要影响因素为活动断裂和地层岩性，北东向基底断裂锦州断裂穿过该区，且区内分布软弱中厚层状砂砾岩夹泥岩或者坡度陡峭的第四系，为较软岩和易侵蚀地层，工程建设适宜性较差。

3.2 地质灾害易发性评价结果

根据上述分区原则，锦州市地质灾害易发程度划分为3个大区，7个亚区，即地质灾害中易发区（包含5个亚区）、地质灾害低易发区、地质灾害不易发区（图6）。海水入侵区按照严重程度划分为2个大区，4个亚区，即海水入侵区（包含3个亚区）、咸水入侵区（图7）。

图6 锦州市规划区地质灾害易发性评价Fig.6 Evaluation of geological hazard susceptibility in the planning area of Jinzhou City

图7 锦州市规划区海水入侵程度评价Fig.7 Evaluation of seawater intrusion degree in the planning area of Jinzhou City

地质灾害中易发区分布于双羊、松山镇及温滴楼丘陵区，地层岩性为石灰岩、砂岩，采石场密布且规模较大，易发崩塌、滑坡等灾害。海水入侵严重区分布于小凌河扇地扇缘区，世博园周边，海水通过沙质海滩及小凌河故道、潮沟渗入区内，同时由于过量开采地下淡水，加重海水入侵灾害，变成了全咸水区。

3.3 地质环境安全综合评价

锦州市规划区地质灾害易发程度总体较低，仅包含中易发、低易发和不易发区3级分区，而海水入侵严重区、轻度区、咸水入侵轻度区，分别给予地质灾害中易发、低易发和不易发区相同等级评分，与区域构造稳定性叠加分析后仍分为3级，按照表3叠加分析后，进行重分类形成地质环境安全综合评价结果（见图8、表3）。

表3 锦州市规划区地质环境安全综合评价分区特征表Table 3 Zoning characteristics of comprehensive geological safety evaluation in the planning area of Jinzhou City

图8 锦州市规划区地质环境安全程度评价图Fig.8 Evaluation of geological safety degree in the planning area of Jinzhou City

总体上锦州市规划区地质环境安全程度较高，以相对安全区和安全区为主，无不安全和极不安全区分布，有次不安全区分布。按照地质环境安全程度主控成因分为7类，按照位置和区域构造稳定性和地质灾害易发性不同成因类型，划分为23个分区，并分述不同分区的地质环境安全影响因素。评价结果既反映了地质环境安全程度，又说明了引起地质环境安全问题的关键因素。其中次不安全区主要受控于区域构造次不稳定、地质灾害中易发、海水入侵严重，北部余积镇、东南部西八千一带次不安全主因为潜在震源区，世博园一带次不安全主因为海水入侵严重且局部存在软土地层，双羊、松山镇次不安全区主因为处于基底断裂影响区，或者受地层岩性和人类采石活动影响易发崩塌、滑坡，此外，温滴楼次不安全区主因同样为崩塌、滑坡地质灾害中易发。

4 讨论

（1）研究区地质灾害类型包含瞬态危害（崩塌、滑坡、泥石流等）和缓变危害（海水入侵）。瞬态危害具有突发性质，这种突发的地质环境问题，一般所造成的灾害都会很巨大，缓变危害一般范围比较广，虽然影响相对缓慢，但造成的危害不容易治理。两者之间的危害程度较难一一对应，本次研究仅根据研究区实际影响程度开展了定性的评价，需要进一步开展瞬态和缓变危害影响程度的对比研究，探索适应性更广泛的评价方法。

（2）为确保国土开发区域所承受的潜在的由构造运动和动力地质作用引起的灾害风险处于可接受的状态，也即地质环境安全状态，本次从构造稳定性评价和地质灾害易发性的角度，构建评价指标体系和评价方法，获得地质环境安全程度等级和分区，并指出主要影响因素，便于在国土空间开发过程中根据评估结果选择适宜的避让、防治措施或选择详查的方向。

5 结论

（1）根据本次地质环境安全综合评价结果，在5个安全程度级别之中，研究区地质环境安全程度为Ⅰ～Ⅲ级。空间分布上以相对安全区为主，其次为次安全区和安全区，其中次安全区主要分布在沿海海水入侵严重区、潜在震源区和软土分布区，在中部丘陵区地质灾害中易发区也有分布，这些区域在国土空间开发中需要避让、预防地质环境安全问题，或开展进一步详查。

（2）本次针对研究区影响相对较大的地壳稳定性、突发地质灾害及海水入侵灾害问题，构建了适宜当地的地质环境安全评价指标体系和评价方法，基于主导因素综合法开展了地质环境安全综合评价。评价结果既反映了地质环境安全程度，又说明了引起地质环境安全问题的关键因素，有助于规避该区国土空间规划开发可能出现的地质环境安全问题。

［注 释］

① 石菊松.2012.活动构造与地质环境安全综合评价方法研究成果报告［R］.中国地质环境监测院.

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