下遼河平原地區(qū)歷史地面沉降情況研究

孫岐發(fā)，田輝，張擴(kuò)

（1.沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽(yáng) 110034；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

下遼河平原地區(qū)歷史地面沉降情況研究

孫岐發(fā)1，田輝1，張擴(kuò)2

（1.沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽(yáng) 110034；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

地面沉降不但影響到下遼河平原地區(qū)的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，而且導(dǎo)致濕地逐年退化，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響.該區(qū)域沒(méi)有監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法知道具體的沉降范圍和大小.為了查清下遼河平原歷史地面沉降狀況，有效地服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境改善，首次在下遼河平原區(qū)域提出了地形圖比對(duì)方法.通過(guò)搜集不同時(shí)期地形圖，對(duì)同一高程點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果表明下遼河平原地區(qū)圍繞著油田集中采油區(qū)和地下水集中開(kāi)采區(qū)，存在地面沉降現(xiàn)象，最大沉降量達(dá)到3 m.地形圖比對(duì)有效地解決了下遼河平原無(wú)法確定沉降范圍和量級(jí)的困難，是一種在沒(méi)有監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的情況下，掌握工作區(qū)地面沉降情況的良好方法.

下遼河平原；地面沉降；生態(tài)環(huán)境；地下水開(kāi)采

1 問(wèn)題的提出

下遼河平原地域遼闊，土地肥沃，人口密集，城市群聚，是國(guó)家重點(diǎn)的能源基地、礦產(chǎn)基地和糧食基地，是東北老工業(yè)基地核心部分，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。下遼河平原各主要城市及油田區(qū)域及其周圍地下水供水形勢(shì)極為嚴(yán)竣，是超采及不合理開(kāi)采引起地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題集中的部位.地下水降落漏斗主要分布在沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山等城市.隨著未來(lái)地下水開(kāi)發(fā)利用程度的不斷提高，引發(fā)的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題將更加突出.目前，在遼河西岸的盤(pán)山縣東郭葦場(chǎng)，沉降造成葦場(chǎng)泵站報(bào)廢、灌區(qū)不能正常運(yùn)行，給蘆葦種植、河蟹養(yǎng)殖造成了嚴(yán)重的影響.特別是由于地面沉降給濕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)造成很大影響，近幾年更加嚴(yán)重.紅旗灌區(qū)蘆葦濕地已在多年前被列入國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū).由于地面沉降，濕地逐年退化，照此發(fā)展下去，將對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響［1-3］.綜上所述，沉降問(wèn)題現(xiàn)已非常嚴(yán)重，如何確定沉降的影響范圍和量級(jí)尤其重要，是科學(xué)指導(dǎo)地面沉降防治的依據(jù).

2 自然地理概況

下遼河平原位于遼寧省中部，地處遼東及遼西山地之間，遼北丘陵的西南部，傾向遼東灣，由遼河等水系沖積而成，地勢(shì)低平，總體由北向南緩傾，地面總體標(biāo)高在50 m以下，向兩側(cè)遼東、遼西丘陵山地過(guò)渡地區(qū)地形增高.遼河、渾河、太子河、大凌河、小凌河、繞陽(yáng)河匯集本區(qū)注入渤海.平原內(nèi)，地面坡降較小，分布有大面積沼澤洼地、河灘、牛軛湖等.下遼河平原行政區(qū)劃涉及沈陽(yáng)、鐵嶺、撫順、遼陽(yáng)、鞍山、阜新、營(yíng)口、盤(pán)錦和錦州9個(gè)地級(jí)市，總面積約23 470 km2.

下遼河平原地處中緯度地帶，屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)、半干旱季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量為623.2 mm，多年平均蒸發(fā)量為1669.6 mm.

下遼河平原區(qū)河流發(fā)育，有遼河水系、繞陽(yáng)河水系、大凌河水系及小凌河水系.在下遼河平原最南端，遼河入?？谔?，有著名的盤(pán)錦濕地自然保護(hù)區(qū)，占地1000 hm2，需要得到很好的保護(hù)??孫岐發(fā)，等.東北平原地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目總體設(shè)計(jì).沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，2013..

3 區(qū)域地質(zhì)概況

下遼河平原是河系運(yùn)動(dòng)過(guò)程的遺跡，接受地表水流由外圍剝蝕區(qū)攜帶的大量碎屑物質(zhì)堆積于盆地中，形成三面環(huán)山、一面開(kāi)口的半封閉式?jīng)_積平原.按其形態(tài)與分布位置分為東、西部山前傾斜平原、中部沖積平原及濱海三角洲平原.

該地區(qū)第四系地質(zhì)結(jié)構(gòu)按本項(xiàng)目劃分方案可分為4層結(jié)構(gòu).上部結(jié)構(gòu)層為全新統(tǒng)黏土質(zhì)沉積、粉砂質(zhì)沉積，局部為砂礫石；中部結(jié)構(gòu)層為晚更新統(tǒng)沉積，以砂質(zhì)粉砂質(zhì)沉積為主，中下部夾黏土質(zhì)沉積；下部結(jié)構(gòu)層為中更新統(tǒng)黏土質(zhì)、粉砂質(zhì)及砂礫石質(zhì)沉積，黏土在上，粉砂及砂在下，兩者各占一半；底部為早更新統(tǒng)沉積，主要為砂質(zhì)及礫石沉積物，靠海岸線一側(cè)夾2層黏土.

下遼河平原屬巨型的山間斷陷盆地，以巨厚的第四系和新近系為主體，組成一個(gè)補(bǔ)給、徑流、排泄過(guò)程完整的地下含水系統(tǒng).含水系統(tǒng)的北、東、西部以裸露的基巖為界，南部則以渤海為界.垂向上厚度巨大，可分為兩個(gè)亞系統(tǒng)：第四系松散巖類孔隙水亞系統(tǒng)和新近系孔隙裂隙水亞系統(tǒng)??孫岐發(fā)，等.下遼河平原地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)工程設(shè)計(jì).沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，2013..

4 下遼河平原地區(qū)油田及地下水開(kāi)采情況

遼河油田成立于1973年，主要分布在遼河中上游平原以及內(nèi)蒙古東部和遼東灣灘海地區(qū).已開(kāi)發(fā)建設(shè)26個(gè)油田，其中的興隆臺(tái)、曙光、歡喜嶺、錦州、高升、沈陽(yáng)、茨榆坨、冷家等8個(gè)主要生產(chǎn)基地分布在下遼河平原.截至2001年底，遼河油田累計(jì)探明石油地質(zhì)儲(chǔ)量21．38×108t，生產(chǎn)原油2．65×108t，生產(chǎn)天然氣412× 108m3.

下遼河平原各主要城市周圍地下水供水形勢(shì)極為嚴(yán)竣，是超采及不合理開(kāi)采引起的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題集中部位.地下水降落漏斗主要分布在沈陽(yáng)、遼陽(yáng)等城市.沈陽(yáng)地區(qū)大規(guī)模開(kāi)采地下水資源始于上世紀(jì)80年代，主要集中在遼河、渾河扇區(qū).隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人口增長(zhǎng)，需水量成倍增加，供需矛盾日益增長(zhǎng).首山漏斗隨著上世紀(jì)70年代地下水開(kāi)采量快速增長(zhǎng)而形成，位于遼陽(yáng)市區(qū)的西南部，總面積309.4 km2，是遼寧省大型地下水降落漏斗之一.漏斗區(qū)所處的水文地質(zhì)單元屬太子河沖洪積扇.首山漏斗區(qū)地下水的補(bǔ)給以垂向?yàn)橹?，邊界?cè)向徑流補(bǔ)給為輔，多年平均地下水綜合補(bǔ)給量為2.87×108m3，漏斗區(qū)地下水的年可開(kāi)采量2.75×108m3，年實(shí)際開(kāi)采量為3.12×108m3，屬較重超采型.

5 地面沉降研究方法的確定

地球表面的海拔標(biāo)高在一定時(shí)期內(nèi)不斷降低的環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)象叫地面沉降，是地層形變的一種形式.地面沉降有自然的地面沉降和人為的地面沉降.自然的地面沉降一種是在地表松散或半松散的沉積層在重力的作用下，由松散到細(xì)密的成巖過(guò)程；另一種是由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、地震等引起的地面沉降.人為的地表沉降主要是大量抽取地下液體所致［4］.

截至2011年12月，中國(guó)有50余個(gè)城市出現(xiàn)地面沉降，長(zhǎng)三角地區(qū)、華北平原和汾渭盆地已成重災(zāi)區(qū).在這種形勢(shì)下，國(guó)家已經(jīng)形成“空地一體化”的監(jiān)測(cè)體系，對(duì)掌握地面沉降量級(jí)，確定沉降范圍形成良好的支撐.下遼河平原地面沉降破壞已經(jīng)顯現(xiàn)，有不斷加重的趨勢(shì)，歷史上既沒(méi)有系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，又沒(méi)有可靠的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).利用合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量技術(shù)（InSAR），技術(shù)可行，但成本較高，歷時(shí)長(zhǎng)，至今也沒(méi)有相關(guān)成果.建立新的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)只能確定地面沉降的現(xiàn)狀，不能掌握下遼河平原地面沉降的累積數(shù)據(jù)和沉降范圍.在這種情況下，有一種能夠確定下遼河平原地面沉降量級(jí)和范圍的方法尤其重要.因此，我們搜集了1958、1977、1990和2007年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，覆蓋整個(gè)下遼河平原地形圖，利用地形圖比對(duì)的方法，很好地解決了確定下遼河平原地面沉降的范圍和量級(jí)的難題.

6 下遼河平原地面沉降特征

為查清地面沉降現(xiàn)狀，我們搜集了1977及2007年的地形圖共166張，覆蓋整個(gè)下遼河平原23 000 km2，比對(duì)不同時(shí)期的高程點(diǎn)268對(duì).數(shù)據(jù)顯示，下遼河平原在盤(pán)錦、新城子地區(qū)均存在大于2.19 m的沉降區(qū)域，在遼陽(yáng)、鞍山地區(qū)存在大于1.56 m的沉降區(qū)域，在沈陽(yáng)、梁山、遼中地區(qū)存在大于0.63 m的沉降區(qū)域；在沈陽(yáng)個(gè)別地區(qū)還存在少許升高現(xiàn)象，其他地區(qū)基本穩(wěn)定.沉降值大于2.19 m的面積有82 km2，沉降值大于1.56 m的面積有225 km2，大于0.56 m的沉降面積有4 203 km2，有540 km2面積存在少許抬升現(xiàn)象（詳見(jiàn)表1）.

表1 下遼河平原地面沉降數(shù)據(jù)表Table 1 Ground subsidence data of the lower Liaohe River plain

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，沉降區(qū)域主要分布在遼河油田采油廠和地下水集中開(kāi)采區(qū).通過(guò)高程數(shù)據(jù)分析可以看出，在油田集中開(kāi)采區(qū)延曙光采油廠、歡喜嶺采油廠、錦州采油廠出現(xiàn)嚴(yán)重沉降區(qū)域，在茨榆坨采油廠有局部沉降現(xiàn)象.除以上區(qū)域外，在首山地下水開(kāi)采漏斗區(qū)域、沈陽(yáng)沈北開(kāi)發(fā)區(qū)也出現(xiàn)了明顯的沉降現(xiàn)象（圖1）.通過(guò)地形圖比對(duì)，查明了下遼河平原地面沉降分布狀況及沉降量級(jí)，為有針對(duì)性地開(kāi)展地面沉降監(jiān)測(cè)并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)防治提供了依據(jù).

7 地形圖比對(duì)的可靠性分析

老地形圖上的高程系統(tǒng)為1956年高程系統(tǒng)，新地形圖上的高程系統(tǒng)為1985年高程系統(tǒng)，新的比舊的低0.029 m.為了保證比對(duì)的精度，首先將地形圖的高程系統(tǒng)統(tǒng)一到1985年高程系統(tǒng).

圖1 下遼河平原沉降分區(qū)圖Fig.1 The subsidence zoning of Lower Liaohe River Plain

為確保地形圖比對(duì)的可靠性，圖上比對(duì)后，通過(guò)實(shí)地調(diào)查，將實(shí)際不存在的點(diǎn)剔除，只留下固定高程點(diǎn)的數(shù)據(jù)，作為有效數(shù)據(jù).

通過(guò)實(shí)地調(diào)查，出現(xiàn)地面沉降的區(qū)域全部在地下水開(kāi)采形成的沉降漏斗區(qū)或油田集中采油區(qū).

8 結(jié)語(yǔ)

下遼河平原地面沉降由來(lái)已久，30年來(lái)累積沉降在2 m以上的區(qū)域2個(gè)，1.56 m以上的區(qū)域1個(gè)，最大值在0.63 m以上的區(qū)域3個(gè)，沉降區(qū)域主要集中在油田集中開(kāi)采的區(qū)域和地下水主要開(kāi)采區(qū)域.通過(guò)地形圖比對(duì)，有效地掌握下遼河平原地區(qū)存在沉降現(xiàn)象區(qū)域的范圍和大小，為科學(xué)防治地面沉降提供了依據(jù)，是一種在缺少地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的條件下，確定地面沉降狀況的好方法，值得應(yīng)用和推廣.

［1］薛禹群，張?jiān)?，葉淑君，等.中國(guó)地面沉降及其需要解決的幾個(gè)問(wèn)題［J］.第四紀(jì)研究,2003,23（6）:585—593.

［2］段永侯.我國(guó)地面沉降研究現(xiàn)狀與21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展［J］.中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),1998,9（2）:1—52.

［3］劉毅.地面沉降研究的新進(jìn)展與面臨的新問(wèn)題［J］.地學(xué)前緣,2001, 8（2）:273—277.

［4］孫岐發(fā).斷層對(duì)廠區(qū)地表沉降作用分析［J］.煤礦開(kāi)采,2010,15（2）: 44—45.

STUDY ON THE HISTORY OF LAND SUBSIDENCE IN LOWER LIAOHE RIVER PLAIN

SUN Qi-fa1,TIAN Hui1,ZHANG Kuo2
（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.China University of Geosciences,Beijing 100083,China）

The ground subsidence in Lower Liaohe River Plain,which results in the degradation of wetlands,has seriously impacted on not only the local economy,but also the ecological environment.Without a monitoring network,the scopes and sizesofthesubsidenceinthisregionarenotclearlyknown.InordertofindoutthehistoricallandsubsidenceinLower Liaohe Plain so as to effectively improve the local economy and environment,the terrain map matching method is put forward.By collection of topographic maps of different periods,the elevations for the same spots are compared.The result shows that the land subsidence does exist in and around the concentrated areas of the oil fields and the groundwater exploitation,with maximum subduction up to 3 m.The topographic map matching effectively solves the problems of determination of scope and magnitude of subduction in the Lower Liaohe Plain.It is a practicable method to know the subsidence situation without the networkmonitoringdata.

Lower Liaohe River Plain;land subsidence;ecological environment;groundwater exploitation

1671-1947（2014）05-0450-03

P642.26

A

2013－11－19；

2014-03-14.編輯：張哲．

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局國(guó)土資源大調(diào)查項(xiàng)目“東北平原地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)”（編號(hào)12120113011500）資助.

孫岐發(fā)（1966—），男，博士，教授級(jí)高工，現(xiàn)從事水、工、環(huán)地質(zhì)調(diào)查、監(jiān)測(cè)與防治工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街280號(hào)，E-mail//152468435@qq.com