中国沿海平原地质环境和地质灾害，本文主要内容关键词为：中国论文,平原论文,沿海论文,地质论文,地质灾害论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘要
本文简述了中国沿海平原五个地质环境特点，以天津海河平原为例，典型剖析在地质环境的不良因素及人类经济活动改变和恶化所导致的主要地质灾害类型、危害、规律和对策。关键词：沿海平原，地质环境、地质灾害
前言
中国东部分布有下辽河、海河和黄准大平原，还有长江、珠江、闽江等大河口三角洲平原。这里人口集中、经济发达，形成了诸如天津、上海、广州等大城市、港口和工业交通体系。中国沿海平原有着地理位置、文教、科技、资源、交通和工业基础等有利因素，不久将形成新的建筑群和城市。但另一方面又存在一些不良地质因素，对区内经济建筑将有明显制约作用。
中国沿海平原滨海区处海、陆交互作用带，又处中国东部内、外地质营力强烈作用的不稳定地质环境中，经常发生影响经济效益，甚至危及生命财产的重大地质灾害；并随“中国沿海经济带”的建设，经济的高速发展形成的高集中荷载、高用水量和高排污，正在改变和恶化环境，将导致地质灾害的诱发和扩大。
本文在概述中国沿海平原地质环境（背景）的基础上，以海河平原（天津）为例，剖析地质环境中不良因素和人类经济活动相迭加导致的改变和恶化环境所产生的地质灾害类型、危害、规律和对策研究，以促进环境保护、综合治理和提高投资效益。
一、中国沿海平原区地质环境
1.新构造运动明显、活动断裂发育、区域地壳稳定性较差
中国北方几个大平原和南方河口三角洲平原均属新生代构造断陷沉降堆积平原。新生代以来（河口三角洲平原第四纪以来），直至现在仍处持续缓沉状态，构造沉降速率年达1～毫米，总沉降幅度大。
平原松散层下基岩起伏大，断裂发育，主要受NNE和NWW两组活动断裂系控制。由其围限的块体差异升降形成次级隆（凸）起和拗（凹）陷构造。NNE断裂构造系规模大、活动性大，在中国东部沿海平原区往往形成区域性活动构造带和地震活动带。著名的NNE向郯庐构造活动带和地震活动带影响着下辽河和华北平原沿海地带；NE向河北平原地震带和NWW渤中——北京现代构造沉降活动和地震带与郯庐地震带相交使华北沿海平原成为中国东部地震活动影响最显著地区；NE向东南沿海地震带对中国南方河口平原和丘陵区滨海窄平原区也形成较高的地震裂度。上述地震受中国东部近代活动性较大的NWW构造的影响，在其交汇区形成了中国东部沿海平原若干历史和现代强震频发区，如海城—沈阳、渤中、唐（山）—滦（县）—宁（河），（见图1）和长江下游（频度低）、台湾、南澳—汕头等。
滨海平原为厚层软土区、古河道发育、地下水位高、滨海区成陆晚、土层固结差，地震效应显著，常形成高裂度异常带（区），历史重复率高。
图1 海河平原工程地质分区略图
2.典型滨海软土区、松散层厚，地基稳定性差，建筑物持力层埋深大
中国沿海平原区第四系松散层厚达300米（南方）至500米（北方）。60米内由海陆交互地层组成，晚更新世和全新世海侵形成了较厚的淤泥质海相层。尤其是全新统海相层厚达8～15米、埋深仅0～5米、层位稳定，且均在工程建筑地基影响范围内；岩性饱水、松软、承载力低，平面和剖面常由性质差异大的粘性土（湖、海相）和砂性土（河流和河口三角洲相）交互成层或互为透镜，而产生不均沉陷。平原河流纵横，嵌入其内的饱水砂土层（带状）深达5～8米，且易液化，故一般不宜作天然地基；桩基持力层埋深15～18米，甚至达40米。
3.中国沿海平原滨海区成陆晚、属沉降淤进型海退平原
成陆一般在4000～5000年内，海岩带为300～1000年。地势平坦、向海缓降、河道交错、坑塘星罗、且多埋藏型古河道、古洼淀；标高低（仅当地水准0～3米），地下水位埋深浅，土壤盐渍重。中国东部沿海风暴潮频繁，潮位最高达6米多，渤海湾西岩高潮位历史上入侵陆域达30多公里。低标高的沿海平原高程仍在多种因素联合作用下不断损失中，加上受工业发展等因素而引起的全球海平面上升趋势的影响，使平原滨海带的抗洪沥涝和抗强高潮位能力更为下降。
4.淡水资源不足，强采地下水，普遍发生地面沉降
沿海平原虽是中国大多数河流汇集东流入海区；地下虽有3—5层含水层（北方平原）可供采用，但随着沿海经济高速发展，淡水资源日趋紧张。地下水早已成为重要淡水资源，中国北方平原更为突出。但没沿海平原地下含不层颗粒细、地下径流差、开采量远大于供给量（实际开采均属古埋藏型水），致使水位降日臻严重，降落漏斗相连成片，并引起严重地面沉降。尤以华北黄淮海平原滨海区更甚。
5.已暴露和日趋明显的地质灾害类型
内动力地质灾害——新构造运动使陆地大面积持续沉降、断裂构造继承性活动产生地震灾害（建筑物直接震害、地基震陷、岸滑、地裂、震动液化、喷砂冒水）；外动力地质灾害风暴潮、洪沥涝、河口及岸滩冲淤变化；人类经济活动破坏和恶化环境引起的灾害——垃圾污染、“三废”排放引起水、土体污染；过量开采地下水引起地面沉降、地面变形、标高局部快速损失、海水入侵；全球性海平面上升和平原多因素作用下降的联合作用，加剧了平原滨海区的灾害（以海河平原最突出）；软土体地质灾害——地基变形过大，不均沉陷、软土体地震效应显著（百公里外强震产生的低频长周波仍有较强破坏性）。古河道、古洼塘发育，常形成高地震裂度异常带（高出1～2度）。
二、中国沿海平原重要地质灾害和对策
海河平原位天津市东、黄淮海平原之东北，是建设中国“沿海经济区”重要区段。笔者参加了“中国海涂资源综合调查”，执笔“中国海岩带地质”工程地质篇，并配合天津经济向东移的战略完成了工程地质区划、环境质量和地质灾害对策研究。本文以天津海河平原为例，典型剖析沿海平原突出的地质灾害和对策。
1.软土地基地质灾害和对策
海河平原第四系松散层厚500余米，全新统欠固结软弱层厚25～30米。尤其是20米内由海相淤泥质软土层和嵌入其中的现代河流及故河道、古坑塘、上部新近沉积土构成的地基层，具有饱水、高孔隙率、土性不均的特征。易产生①承载力低、地基变形过大和不均沉陷而破坏上层建筑；②地震力作用下发生震陷、岸滑和砂土液化使地基失效。据地基沉降观测：新近沉积土上建筑物，平均最终沉降16～33厘米；浅部粘性土、素填土地基平均沉降9.5～15厘米；海相淤泥质土层上建筑物下沉30～50厘米。如海河口新港望海楼建筑群为滨海淤泥质软土地基，唐山地震前沉降47厘米，地震中又下沉38厘米。当前软土地基处理占总投资的20%～35%。经大量地质和勘测资料分析，沿海平原的土层形成于不同地史期，因古地理环境和物源差异，使地基层在不同区域、不同剖面层次形成工程地质性质差异明显的土层，即可划分出软弱层和持力层，砂土易液化层（区）。据此合理利用地基层，可减少地基处理投资。
为克服软土地质灾害，对海河平原深入研究了①砂土液化规律和液化土层分布特征。图1中，白塘口以东全新统海相层为主要液化层；以西液化层分布在故河道和新近沉积区；②综合分析大量勘察资料并结合古地理研究，编制了“海河平原浅土层土性类型和厚度图”；③研究了海河平原成陆过程、古地理环境变迁。地层结构和土层物性及“地基规范”。根据工程地质条件和问题的相似性，进行了工程地质区划和评价（图1和表1）。
表1 海河平原工程地质分区特征（天津沿海）
2.地震灾害和对策
中国沿海平原均属新生代断陷平原。平原周边及平原内基底隆（凸）起和拗（凹）陷次级构造分界断裂构造，在第四纪直至近代，大多数具不同程度继承性活动。在一些构造带或互相交汇区地震活动频发，震害突出。其中以华北平原震害大，东北下辽河平原次之，东南沿海小平原较弱。尤其是平原区普遍发育变形大、易液化厚层软土地基，地震地基效应显著，加剧震害。
海河平原区是华北平原地震灾害较重区。这里基底构造十分复杂、活动断裂发育。对经济建设构成危害的有三条地震带（NNE郯庐地震带、NE河北平原地震带和NWW渤中—通县地震带）。交汇于海河平原北部，并构成渤中、宁河和滦（县）—唐（山）强震多发中心，均在百公里内。近代常发生6级以上破坏性强震，如1969年7月渤海7.4级、1976年7月唐山7.8级和滦县7.1级、11月宁河6.9级。海河平原烈度7°～8°，局部9°（滨海区）。震害特点：①灾情重。海河平原的天津市，在唐山地震时，8°烈度区房屋倒塌和严重倒塌破坏达24%，损坏达41.6%，塘沽8°区民建倒塌和严重损坏54%、厂房及办公楼54.3%，②震害具明显方向性。主要沿活动断裂或基底构造交接带、现代河流、海岸带、故河道、古洼淀呈条带或斑状的高烈度异常带；③地基震害突出。在地震力作用下，软土区常产生地裂、地陷、地基液化和岸滑使地基失稳，促使和加剧建筑物破坏。
为抗御地震地质灾害，首先研究了区域地震地质背景，统计有记载的地震规律和深入研究沿海平原软土地基特征与地震效应，并对海河平原的天津滨海经济区（正在建设）进行了构造稳定性研究和分区（图1和表2）。统计了历史震中与活动断裂的关系，运用统计规律和构造应力与活动断裂的关系，运用统计规律和构造应力场分析原理，预测百年内构造应力集中区、发震构造、震级和烈度，经综合分析划分出两个区（图1）。还综合考虑地基条件和唐山震害调查资料，圈定了“高烈度异常带”和相对稳定区。该项研究成果可为经济规划时避开活动断裂、震中、高烈度带，为减少震害和降低抗震费用提供地震地质依据。
表2 海河平原构造稳定性分区特征
3.地面沉降与风暴潮灾害和对策
地面沉降是世界性沿海经济区突出的地质灾害。它是一个随时间的进程和经济发展逐渐恶化、不易逆转的地质灾害。位于海河平原的天津市地面沉降居中国之首，世界第七位。
地面沉降是沿海平原不良地质环境与人类经济活动改变和恶化环境相迭加的结果。研究天津市及海河平原滨海区表明产生地沉的因素有：①新构运动构造下沉。海河平原滨海区的黄骅拗陷是华北断陷平原构造下沉速率和总幅度最大区。沉降速率为年均1.5毫米，相对海面3～5毫米，相对北部山区10～20毫米。②软土固结变形。淤泥质海相软地层孔隙比为0.86～1.86，现代化建筑群在沿海软基区的变形不可忽视。如天津塘沽26幢宿舍楼1974～1976年三层楼下沉20～34厘米，四层楼达30～50厘米；③软土地基局部震陷量大。唐山地震时上述三层楼震陷量为15～18厘米，四层楼17～25厘米。④过量开采地下水是沿海平原区产生地沉的主要因素。天津市及其海河平原的“滨海经济区”淡水资源严重不足，1987年测算，至2000年天津市年耗水量26.4亿立方米，而近期年采1.1～1.2亿立方米。经长期三集中（层位、时间、地点）强化开采，形成联片水位降漏斗、漏斗区土层压密变形。沿海平原松散层厚，故总沉降量大，沉降速率大。近30年经济发展，至1983年在天津市区及滨海区已形成市区、军粮城、汉沽、塘沽较大的地沉中心区。汉沽1957～1983年，最大沉降中心累计值为2.137米、塘沽1959～1984年达2.298米，市区1958～1988年为2.628米。
地面沉降已引起：①地面变形产生裂缝，破坏工程设施；②形成蝶形洼地，发生塌陷，影响河道泄洪和土壤盐渍化；③更加突出的使低标高的沿海平高程呈区域性快速降低，使上述灾害更为突出，并降低了海岸带抗风暴潮的能力，使风暴潮灾情扩大。
中国沿海平原是成陆很晚的河流下游冲海积平原，标高低（为当地水准1～3米）、多洼塘、缓坡降（0.1/00～0.3/00）。因此，对高潮位十分敏感，易成灾，危及面广。如海河平原，据1450～1950年不完全统计，强风暴潮达67次，最大入侵陆地达30余公里。近百年较大强潮9次，平均5～15次，1950年以来7次。1985年8月2日和8月19日两次高潮均未超过新港码头设计高程，但因地沉使码头水淹0.20米、东大沽水淹1～2米，天津沿海直接经济损失达亿元。1992年16号热带风暴北上在9月1日使天津沿海形成6.4～6.14米强高潮，是1949年后最大强高潮。随着沿海平原有利的经济地理环境，势将不断形成较大的工业体系和城市化，使沿海平原区软土地基总荷载力与可供水资源失衡；近年来全球气候转暖，促使全球海平面上升的现象和危害已有共识，对陆域已产生严重地沉的沿海平原将会吞没沿海河口和大片低洼区。地沉和海面上升使岸滩冲淤发生变化和加剧风暴潮灾害在海河平原海岸带已较明显。
科学和限采地下水，是控制地面沉降最有力的措施。天津市在引滦河水的基础上于1986～1988年三年控采和回灌地下水收到良好效果。市区停井578眼，回灌237万立方米水，减采2500万立方米水，使年均下沉量由1985年86毫米减缓到1988年24毫米；塘沽工业区停井155眼，减采1000采1000万立方米水，由年均下沉100毫米减缓为29毫米。
研究地质地理环境特点，并采取以下有力工程措施，可减少地面沉降造成的风暴潮和其它灾害。①充分利用沿海较高部位。将工程选在历史最高潮入侵线以外和河流两岸、古海岸线上（天津以东有三条古海岸高岗地，标高达4米～5米）。②“标高”是沿海平原重要资源。要限采地下水和充分考虑软土地基总承载能力，重视软土地基处理，合理利用“持力层”来“保护标高”；③“抬高标高”是发展沿海经济的必要措施，投资十分可观。为此，尽早研究、逐步实现沿岸统一挡潮工程（可与滨海公路、国家沿海防护林带结合）。其顶面高程，考虑百年内全球海平面在各地的影响值、各种因素地沉累计值及历史最高风暴潮位。挡潮提内工程地面高程以最大天文潮，迭加工程有效期内标高总损失量。
因此，充分研究沿海平面地质环境特点，搞清可能引起地质灾害的各种人为和自然因素和规律，在规划阶段即应考虑保护环境的措施。