天津市濱海新區(qū)地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)與分區(qū)研究＊

劉 芳,楊緒連,陳宇坤,王志勝

(天津市地震局,天津 300201)

天津市濱海新區(qū)地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)與分區(qū)研究＊

劉 芳,楊緒連,陳宇坤,王志勝

(天津市地震局,天津 300201)

收集了天津市濱海新區(qū)大量的工程地質(zhì)勘察資料,針對(duì)濱海新區(qū)場地工程地質(zhì)條件,從地震地質(zhì)背景、歷史震害的影響出發(fā),依照相應(yīng)規(guī)范和地質(zhì)類比等方法,通過濱海新區(qū)活動(dòng)斷層影響、砂土液化、軟土震陷的評(píng)判,探討了濱海新區(qū)在未來強(qiáng)震作用下可能出現(xiàn)的地震地質(zhì)災(zāi)害類型及空間分布特征。

地震災(zāi)害;砂土液化;軟土震陷;震害分區(qū);天津市濱海新區(qū)

0 引言

天津市濱海新區(qū)地處華北平原東北部,海河流域下游,東臨渤海,北接河北省豐南縣,南接河北省黃驊縣,規(guī)劃面積為2 270 km2,海岸線153 km,包括天津新港、天津技術(shù)開發(fā)區(qū)、天津保稅區(qū)、塘沽區(qū)、漢沽區(qū)、大港區(qū)和東麗區(qū)、津南區(qū)的部分區(qū)域。

天津是我國沿海地區(qū)地震與地震災(zāi)害較頻發(fā)的地區(qū)。歷史上天津曾多次遭受6級(jí)以上地震波及,Ⅵ度以上地震破壞就達(dá)11次之多。特別是1976年唐山地震給天津市濱海新區(qū)造成重大震害損失。濱海新區(qū)目前經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展,一旦遭受破壞性地震的襲擊,嚴(yán)重的地震地質(zhì)災(zāi)害將造成巨大的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失,因此做好該區(qū)的地震災(zāi)害評(píng)價(jià)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來在研究區(qū)及鄰區(qū)發(fā)生的破壞性地震,地震工作者積累了豐富的震害資料,特別是1976年的唐山7.8級(jí)地震[1-2]。但迄今為止尚未有人將歷史震害與實(shí)際工程實(shí)踐相結(jié)合,對(duì)研究區(qū)開展系統(tǒng)的災(zāi)害評(píng)價(jià)與分區(qū)研究。本文將依據(jù)上百個(gè)工程場地的鉆孔資料和震害資料,參照相應(yīng)技術(shù)規(guī)范,從地震地質(zhì)背景、歷史地震烈度分布與震害影響出發(fā),結(jié)合地形地貌條件,參照相應(yīng)技術(shù)規(guī)范,對(duì)其地震地質(zhì)災(zāi)害類型、破壞程度及空間分布特征進(jìn)行評(píng)價(jià)和分區(qū)。

1 地震地質(zhì)背景

濱海新區(qū)位于華北地臺(tái)東北部的冀渤斷塊坳陷內(nèi),其內(nèi)部由NNE-NE向、NWW-NW向和NW向斷裂帶構(gòu)成了基本斷裂網(wǎng)絡(luò),并將其分割成次一級(jí)的隆起和坳陷,其構(gòu)造單元邊界主要是5、6級(jí)以上強(qiáng)震發(fā)生的區(qū)域。區(qū)域內(nèi)劃分出3條主要活動(dòng)斷裂帶,即NE向的河北平原斷裂帶和郯廬斷裂帶,與其二者呈交匯的NW向張家口—渤海斷裂帶。這3條斷裂帶構(gòu)成了區(qū)域內(nèi)第四紀(jì)活動(dòng)斷裂分布的總體格局。濱海新區(qū)及鄰近范圍內(nèi)分布的斷裂全部為隱伏斷裂,規(guī)模較大的NW向斷裂有海河斷裂和漢沽斷裂,NE向斷裂有薊運(yùn)河斷裂和滄東斷裂,NE向斷裂與NW向斷裂相互切割交錯(cuò)(圖1)。這些斷裂均是控制二、三、四級(jí)構(gòu)造單元的邊界斷裂。如滄東斷裂為黃驊坳陷的西界斷裂,漢沽斷裂是北塘凹陷和寧河—漢沽凸起兩個(gè)四級(jí)構(gòu)造單元的邊界斷裂,二者在交匯部位曾發(fā)生過1977年6.2級(jí)地震。薊運(yùn)河斷裂則是燕山斷塊隆起和冀渤斷塊坳陷的邊界斷裂,該斷裂與滄東斷裂的交匯部位也曾發(fā)生過1976年寧河6.9級(jí)地震[3]。

圖1 天津市濱海新區(qū)及鄰區(qū)斷裂分布圖

2 濱海新區(qū)工程地質(zhì)條件

濱海新區(qū)屬?zèng)_積—海積平原,位于渤海灣西側(cè),地勢(shì)低平,起伏不大,標(biāo)高在2～4 m之間,呈西高東低的趨勢(shì),因受海洋、河流及人工改造等因素控制,微地貌變化較大,坑塘洼地分布廣泛。

本次研究工作收集到研究區(qū)范圍內(nèi)的工程鉆孔資料近200個(gè),及98個(gè)工程項(xiàng)目的地質(zhì)勘察資料。通過對(duì)以上資料分析,詳細(xì)了解本區(qū)的地形地貌特征及場地土層的分布情況。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育地層有太古界、元古界、古生界及新生界地層,上部第四系地層主要為海相、漫灘相、湖相、河流相沉積的粉質(zhì)粘土、粘土、粉土、粉砂,一般為互層狀分布。

由于淺部的土層是產(chǎn)生地震地質(zhì)災(zāi)害的主要因素,對(duì)40 m以上土層的工程地質(zhì)特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果列于表1中[6]。濱海新區(qū)土層沉積時(shí)間短,固結(jié)程度低,地下水位高屬軟土地基,埋深20 m以上淺部土層為高壓縮性低承載力的軟粘性土,在靜壓力下會(huì)有不均勻沉降和變形發(fā)生,在強(qiáng)震作用下,將會(huì)發(fā)生不均勻沉降,并使淺部地層中的飽和粉土、砂土產(chǎn)生液化,對(duì)建筑物會(huì)產(chǎn)生很大破壞。

表1 天津市濱海新區(qū)地層工程地質(zhì)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征

續(xù)表1

3 濱海新區(qū)歷史震害特征

本區(qū)曾受到過多次地震影響,影響最大的是1976年唐山7.8級(jí)大地震,本區(qū)影響烈度為Ⅶ度,另外有3個(gè)Ⅷ度及Ⅸ度的烈度異常區(qū)。唐山地震造成天津23 938人死亡(濱海新區(qū)4 827人),21 879人重傷(濱海新區(qū)3 039人),直接經(jīng)濟(jì)損失39.2億元(濱海新區(qū)4億元以上)[7]。

本文對(duì)區(qū)內(nèi)唐山地震震害資料做了大量的收集和整理,通過統(tǒng)計(jì)分析,編制了《濱海新區(qū)唐山地震震害分布圖》(圖2)。唐山地震使該區(qū)地面產(chǎn)生嚴(yán)重破壞,平原型地震地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)得十分顯著,以噴砂冒水普遍、地面裂縫發(fā)育和地面沉降顯著為主要特征。由于震害形式和破壞程度有所不同,本區(qū)劃分為3個(gè)區(qū):嚴(yán)重破壞區(qū)、較重破壞區(qū)和一般破壞區(qū)。

圖2 濱海新區(qū)唐山地震震害分區(qū)圖

(1)嚴(yán)重破壞區(qū) 分布在漢沽區(qū)的薊運(yùn)河沿岸和海岸帶。劇烈的地面運(yùn)動(dòng)和地震地質(zhì)環(huán)境造成了該區(qū)嚴(yán)重的地震災(zāi)害。該區(qū)噴砂冒水近百平方公里,咸水、砂漿覆蓋了大量農(nóng)田、鹽田,造成建筑物的地基失穩(wěn)。

(2)較重破壞區(qū) 包括塘沽區(qū)大部分地區(qū)、大港區(qū)城區(qū)及沿海一帶。震害類型以地面不均勻沉陷、地裂縫、噴砂冒水和河岸坡向河心大量滑移等為主要特征。

(3)一般破壞區(qū) 大港區(qū)大部分地區(qū)及東麗區(qū)。該區(qū)震害較輕,沒有大面積的噴砂冒水和地面沉陷發(fā)生。

本區(qū)地震地質(zhì)災(zāi)害在災(zāi)害類型、嚴(yán)重程度和空間分布上有所不同,分析其中主要原因有以下3個(gè)方面:

(1)地質(zhì)構(gòu)造影響 活動(dòng)斷裂是形成地震的直接原因,也是加重震害的重要因素。本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜,且為多條活動(dòng)斷裂帶交匯處,我國東部規(guī)模最大的郯廬斷裂帶與河北平原斷裂帶在天津地區(qū)交匯,本區(qū)正處在交匯帶中間。E W向的海河斷裂、漢沽斷裂與薊運(yùn)河斷裂和NE向的滄東斷裂分割了本區(qū)。在斷裂帶通過和相互交匯的區(qū)域,震害明顯加重。

(2)地形地貌影響 本區(qū)地處渤海的濱海平原,地勢(shì)平坦,長期以來海河的擺動(dòng)和原低洼的地勢(shì)造成該區(qū)凹坑、水池、沼澤地很多,這些古坑洼地貌是造成嚴(yán)重破壞的直接原因之一。震害帶方向和規(guī)模,受現(xiàn)代河流流向和古河道所控制,噴砂冒水和地裂縫與河流、古河道和古大洼伴生。海岸帶噴砂冒水也較嚴(yán)重,并伴有地裂縫發(fā)生。

(3)工程地質(zhì)條件影響 本區(qū)有數(shù)千米的新生代地層覆蓋,基巖埋藏很深。較厚的淤泥質(zhì)軟土地基對(duì)長周期地震波有放大效應(yīng),更易造成較大的破壞。土層成因及分布也是影響震害的因素,第一海相層多為淤泥及淤泥質(zhì)粘土,塘沽地區(qū)碼頭的破壞,沿海的液化及軟化現(xiàn)象與此層關(guān)系密切。潛水埋深較淺,多在0.5～1.5 m之間,地表土層飽水是造成砂土液化,淤泥軟化的原因之一。

4 地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)

本文從地震地質(zhì)背景、歷史地震烈度分布特點(diǎn)及歷史震害的影響出發(fā),以各工程鉆孔為控制點(diǎn),根據(jù)收集到的工程地質(zhì)勘察資料,按照相應(yīng)規(guī)范[8-10],采用計(jì)算和地質(zhì)類比等方法,對(duì)各控制點(diǎn)在其基本烈度下的活動(dòng)斷層影響、砂土液化、軟土震陷等地震地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了評(píng)價(jià)。依據(jù)各控制點(diǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果及震害調(diào)查結(jié)果,利用ARCMAP軟件的空間分析和插值方法,對(duì)整個(gè)濱海新區(qū)的地震地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了分區(qū)。

4.1 砂土液化影響

由地質(zhì)勘察資料可知,區(qū)內(nèi)埋藏有飽和的砂質(zhì)粉土或粉(細(xì))砂層,在全新統(tǒng)中組海相層(Q24m)內(nèi)有揭示,第一層粉土底板埋深在-0.4～-13.0 m之間,厚度介于1.7～10.6 m;第二層粉土底板埋深-14.6～-21.5 m,厚度介于1.4～5.8 m。粉土層在本區(qū)呈不均勻分布,主要分布在河岸和海灘、砂質(zhì)舊河道等處。粉土層沉積年代新,結(jié)構(gòu)松散,在烈度≥Ⅶ度地震作用下易造成砂土液化,其破壞效應(yīng)是引起建筑物(或構(gòu)筑物)地基失效、建筑物倒塌的重要因素之一。

《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2001),漢沽區(qū)和塘沽區(qū)北部的地震動(dòng)峰值加速度為0.2 g (基本烈度為Ⅷ度),其余地區(qū)基本烈度為0.1 g和0.15 g(基本烈度為Ⅶ度)。依照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2001)第4.3.4條規(guī)定,對(duì)每個(gè)工程鉆孔進(jìn)行了場地相應(yīng)基本烈度影響下的液化趨勢(shì)判別。判別結(jié)果表明,本區(qū)砂土液化主要分布在漢沽區(qū),塘沽區(qū)和大港區(qū)只在河流附近有零星的液化場地。依據(jù)判別結(jié)果,綜合唐山地震噴砂冒水分布情況,繪制了濱海新區(qū)砂土液化分布預(yù)測(cè)圖(圖3)。該圖顯示砂土液化主要集中在海河和薊運(yùn)河沿岸地區(qū)、漢沽區(qū)和塘沽區(qū)的海岸帶、塘沽區(qū)的北塘鎮(zhèn)以及大港區(qū)獨(dú)流減河以南的區(qū)域內(nèi)。

圖3 濱海新區(qū)砂土液化分布預(yù)測(cè)圖

4.2 軟土震陷影響

依據(jù)《軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范》(JGJ 83-91)第8.0.6條規(guī)定,對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行了場地相應(yīng)基本烈度影響下的軟土震陷判別,依據(jù)判別結(jié)果,并參考了唐山地震震陷的分布情況,對(duì)本區(qū)軟土震陷影響進(jìn)行了分區(qū)(圖4)。分區(qū)結(jié)果顯示漢沽區(qū)及塘沽區(qū)北部一帶會(huì)發(fā)生震陷值150 mm的中等震陷,大港區(qū)東部地區(qū)軟土較薄,覆蓋層較厚可不考慮震陷影響,其余地區(qū)會(huì)發(fā)生≤30 mm的輕微震陷。該區(qū)地震基本烈度和軟土分布的差異是造成震陷影響差別較大的主要因素。

圖4 濱海新區(qū)軟土震陷趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖

4.3 活動(dòng)斷層影響

本區(qū)存在若干條第四紀(jì)活動(dòng)斷裂,除薊運(yùn)河斷裂和海河斷裂東段在全新世有活動(dòng)外,其余斷裂在中更新世有活動(dòng)或第四紀(jì)以來活動(dòng)跡象不明顯。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001) 4.1.7規(guī)定,本區(qū)設(shè)防烈度為Ⅶ度的區(qū)域可忽略斷裂錯(cuò)動(dòng)影響,Ⅷ度區(qū)內(nèi)隱伏斷裂的覆蓋層厚度大于60 m,故可忽略斷裂直接錯(cuò)動(dòng)對(duì)地面的影響,以往的震害調(diào)查也未發(fā)現(xiàn)斷裂錯(cuò)動(dòng)引起的破壞。

5 結(jié)論

依唐山地震宏觀調(diào)查資料,編制了《濱海新區(qū)唐山地震震害分區(qū)圖》,全區(qū)劃分出嚴(yán)重破壞、較重破壞和輕微破壞3個(gè)區(qū)。本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征、地形地貌特征和工程地質(zhì)條件的差異是造成地震災(zāi)害嚴(yán)重程度不同的主要原因。依據(jù)相應(yīng)技術(shù)規(guī)范,對(duì)研究區(qū)的砂土液化、軟土震陷和活動(dòng)斷層的影響做出了評(píng)價(jià),并結(jié)合實(shí)際震害繪制了濱海新區(qū)砂土液化和軟土震陷趨勢(shì)預(yù)測(cè)圖。這些基礎(chǔ)資料、數(shù)據(jù)、圖件和研究成果可為天津市濱海新區(qū)建筑物和生命線工程的震害預(yù)測(cè)及綜合防震減災(zāi)對(duì)策提供可靠依據(jù)。

[1] 劉恢先.唐山大地震震害(一)[M].北京:地震出版社, 1985:158-167.

[2] 佟恩寵,施耀新,曾圣福.唐山大地震天津市工程震害[M].天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社,1982:5-34.

[3] 陳宇坤.天津市漢沽區(qū)城區(qū)地震小區(qū)劃[R].天津市地震工程研究中心,2008.

[4] 國家地震局震害防御司.中國歷史強(qiáng)震目錄1995(公元前23世紀(jì)—公元1911年)[M].北京:地震出版社,1995.

[5] 中國地震局震害防御司.中國近代地震目錄(公元1912年—1990年)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[6] 邢恩橋,許國輝,胡光海,等.天津沿海地層工程地質(zhì)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征[J].海岸工程,2005,24(1):48-52.

[7] 天津市濱海新區(qū)管理委員會(huì),天津市災(zāi)害防御協(xié)會(huì).天津市濱海新區(qū)綜合防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策研究[R].2001.

[8] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖(GB18306. 2001)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.

[9] 中華人民共和國建設(shè)部,國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫局.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[10]中國建筑科學(xué)研究院.軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范(JGJ83-91)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

Evaluation and Zonation of Seis mogeological Hazard in B inhai New Area of Tianj in

Liu Fang,Yang Xulian,Chen Yukun andWang Zhisheng
(Earthquake Adm inistration of Tianjin M unicipality,Tianjin300201,China)

A great of data of engineering geological reconnaissance are collected in the Binhai new area.In view of practical engineering geological conditionsofBinhaiNew Area,the effectsof active fault,sand liquefaction and soft soil seis mic subsidence in this area are evaluated from the perspective of seismogeological background and effect of historical earthquake disasters by use of the related criterion and geological analogy.Then,the types and spatial distribution patterns of possible geological hazards in BinhaiNew Area in the future are discussed.

seis mic disaster;sand liquefaction;soft soil seis mic subsidence;seis mic disaster zonation;Binhai New Area of Tianjin

P315.9

A

1000-811X(2010)01-0054-05

2009-08-11

天津市科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目(07FDZDSF02102)資助

劉芳(1974-),女,天津人,工程師,主要從事工程地震研究工作.E-mail:jiliufang@sohu.com