張家口及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定性研究

戚幫申 , 豐成君 , 譚成軒 , 張 鵬 , 孟 靜 ,王苗苗 , 張春山 , 楊為民 , 楊肖肖, 雷曉東

（1. 北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京100120；2. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081；3. 國土資源部新構(gòu)造與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；4. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029）

0 前言

張家口是京津冀協(xié)同發(fā)展城市群節(jié)點(diǎn)之一，伴隨著京津冀一體化的推進(jìn)，以及2022年冬奧會承辦的促進(jìn)作用，張家口及鄰區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速。然而，該地區(qū)發(fā)育有延礬、懷涿、張宣、懷安、陽原等一系列晚新生代斷陷盆地，盆地內(nèi)活動斷裂發(fā)育，中強(qiáng)地震較為集中（徐錫偉等，1988；Xu et al，1992；Pavlides et al，1999；方仲景等，1993），地質(zhì)條件區(qū)域上差異明顯。因此，為了保障京張高鐵、冬奧會場區(qū)的規(guī)劃、建設(shè)，及時針對不穩(wěn)定地段進(jìn)行規(guī)避或重點(diǎn)設(shè)防，張家口及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定性評價工作是當(dāng)務(wù)之急。

區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究，是在中國幾十年的工程地質(zhì)實(shí)踐中發(fā)展起來的一項(xiàng)特有的區(qū)域工程地質(zhì)理論方法體系，在重大工程場地選址、國土資源規(guī)劃、減災(zāi)防災(zāi)等工作中發(fā)揮了積極的作用。區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價理論經(jīng)歷了20世紀(jì)50—60年代的孕育和初步發(fā)展（劉國昌，1965），于70—80年代基本形成（谷德振，1979；胡海濤等，1988），并在20世紀(jì)90年代—21世紀(jì)初得到快速發(fā)展（王瑞江，1990；劉國昌，1993；胡海濤等，1993；孫葉等，1998；杜東菊，1994；吳樹仁，1995；王思敬，2002；Chen et al，1995；Tan et al，1997）。伴隨著新世紀(jì)各種新的科學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的發(fā)展，地殼穩(wěn)定性評價工作開始由定性評價向定量—半定量發(fā)展（彭建兵，2001a；彭建兵，2001b；柴峻峰等，2004；吳樹仁等，2004；譚成軒等，2009；姚鑫等，2014；姚鑫等，2015）。但是，由于地殼穩(wěn)定性評價工作和國家建設(shè)論證、規(guī)劃、設(shè)計、施工結(jié)合不夠緊密，其實(shí)用性一直是其理論應(yīng)用的短板（譚成軒等，2009），因此，結(jié)合具體工程的地殼穩(wěn)定性研究具有重要的實(shí)際意義。

本文針對地質(zhì)條件復(fù)雜的北京西北部“盆嶺”地貌區(qū)（圖1），依據(jù)地殼穩(wěn)定性評價理論和研究思路，基于已有成果資料，結(jié)合張家口及鄰區(qū)活動斷裂地表調(diào)查、綜合地球物理探測、鉆探等新資料，以構(gòu)造穩(wěn)定性為主，突出地球物理場、活動斷裂、地震危險性、現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場在地殼穩(wěn)定性評價過程中的作用，配合巖土體穩(wěn)定性、地面穩(wěn)定性（外動力地質(zhì)災(zāi)害）研究，對張家口地區(qū)進(jìn)行綜合地殼穩(wěn)定性評價和分區(qū)，為該地區(qū)重大工程（如京張高鐵、冬奧會場區(qū)）提供地質(zhì)科技保障。

圖1 京張地區(qū)主要活動斷裂及地貌特征Fig.1 Generalized map of active structure of Beijing and Zhangjiakou Area

1 區(qū)域地殼穩(wěn)定性的影響因素分析

區(qū)域地殼穩(wěn)定性是指在內(nèi)、外動力（以內(nèi)動力為主）作用下現(xiàn)今地殼及其表層的相對穩(wěn)定程度，以及與工程建筑之間的相互作用和影響，研究內(nèi)容包括構(gòu)造穩(wěn)定性研究、巖（土）體穩(wěn)定性研究、地面穩(wěn)定性研究，其中，構(gòu)造穩(wěn)定性為重點(diǎn)，巖（土）體穩(wěn)定性為介質(zhì)條件，地面穩(wěn)定性即外動力地質(zhì)災(zāi)害（孫葉等，1998）。

1.1 構(gòu)造穩(wěn)定性分析

（1）深部地球物理特征

深部構(gòu)造是控制地殼穩(wěn)定性的重要因素（袁登維等，1996；孫葉等，1998；吳樹仁，1995；姚鑫等，2015）。主要的內(nèi)容包括深斷裂、重力異常、地殼結(jié)構(gòu)等。其中，重力異常求導(dǎo)獲得的重力異常梯度，可以反映地球內(nèi)部物質(zhì)成分及量的差異，其控制構(gòu)造地貌演化與災(zāi)害過程（姚鑫等，2015）；深斷裂的活動特性決定著構(gòu)造的穩(wěn)定程度，是評價構(gòu)造穩(wěn)定性的重要指標(biāo)（吳樹仁，1995）。

張家口地區(qū)布格重力異常值在-165×10-5m/s2～-44×10-5m/s2范圍內(nèi)（孫文珂等，1999），由北西至南東異常值逐步變大（圖2a），與航磁異常的變化趨勢相一致（圖2b）。以2km2為單元，計算各單元內(nèi)的重力異常梯度，結(jié)果顯示在赤城—龍關(guān)—張家口一帶存在NE向與NW向呈共軛分布的重力異常陡梯度帶，張北壩緣存在近E-W向重力異常陡梯度帶，延慶、懷來南東存在走向NEE的明顯的重力異常陡梯度帶（圖3a），其走向和尚義-隆化大斷裂、桑干-平泉構(gòu)造帶北界深大斷裂以及上黃旗-烏龍溝大斷裂基本一致（圖2）。

圖2 張家口及鄰區(qū)深部結(jié)構(gòu)特征Fig.2 Features of deep structure in Zhangjiakou and its adjacent region

（2）活動斷裂特征

活動斷層為晚第四紀(jì)或距今12萬年以來有過活動，未來仍可能活動的斷層（鄧起東，1991；徐錫偉等，2002）。大量的震例表明，活動斷裂是地震的根源和元兇（徐錫偉等，1996），地震災(zāi)害具有沿發(fā)震斷層呈狹窄的帶狀分布特征（徐錫偉等，2006），對于區(qū)域地殼穩(wěn)定性影響頗為重要。張家口及鄰區(qū)主要活動斷裂NW-NWW向斷裂5條，NE-NEE向斷裂8條，近E-W向斷裂3條（圖4）。NE-NEE向斷裂規(guī)模較大，延伸長度長，NW-NWW向斷裂分布不連續(xù)，空間上多呈雁行排列，該地區(qū)受山西地塹活動構(gòu)造帶和張家口-渤?；顒訕?gòu)造帶的復(fù)合作用明顯。地貌上，NW-NWW向活動斷裂與NENNE向活動斷裂共同構(gòu)成分割該區(qū)山脈、盆地的地貌邊界。

依據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DD2015-02《活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查評價規(guī)范（1:50000、1:250000）》中斷層活動強(qiáng)度的分級標(biāo)準(zhǔn)（表1），結(jié)合前人的研究成果和本研究獲得的認(rèn)識，對張家口及鄰區(qū)主要斷裂進(jìn)行活動性分析（圖4，表2），最終獲得斷裂穩(wěn)定性圖（圖3f）。

（3）地震危險性特征

圖3 張家口及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定性評價要素Fig. 3 Influencing factor of crustal stability assessment in Zhangjiakou and its adjacent region

圖4 張家口及鄰區(qū)斷裂活動性分析Fig. 4 Activity of faults in Zhangjiakou and its adjacent region

表1 斷層活動性分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 The standards of fault activity

表2 張家口及鄰區(qū)主要活動斷裂基本特征及活動性簡表Tab.2 Feature of the important active faults in Zhangjiakou and its adjacent region

破壞性地震是威脅工程設(shè)施最大因素之一，亦是影響區(qū)域地殼穩(wěn)定性的重要因子之一。潛在震源區(qū)劃分主要遵循“歷史地震重演”和“構(gòu)造外推”兩條原則，其主要內(nèi)容包括確定潛在震源區(qū)范圍大小、展布方向和震級上限，不僅能夠代表歷史地震情況，還能反映未來地震的趨勢，因此，對分析區(qū)域地殼穩(wěn)定性具有重要的作用。參考最新全國地震區(qū)劃圖成果（周本剛等，2013；潘華等，2013），結(jié)合張家口地區(qū)具體的地震發(fā)育情況，將張家口地區(qū)劃分為9個潛在震源區(qū)（圖3b）。其中，震級上限Ms7.5級的潛在震源區(qū)2個，為高危區(qū)；震級上限Ms7.0級的潛在震源區(qū)3個，為中危區(qū)；震級上限Ms6.5級的潛在震源區(qū)4個，為低危險區(qū)，其他區(qū)域地震發(fā)生概率低（圖3b）。

地震動峰值速度主要影響未來地震基本烈度，同樣也是構(gòu)造穩(wěn)定性評價系統(tǒng)里重要的因素之一，依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18306-2015）《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(1:400萬)，張家口地區(qū)50年超越概率10%地震動峰值加速度如圖3c。張家口地區(qū)地震動峰值加速度介于0.05g和0.2g之間，對應(yīng)的地殼穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)為：地震動峰值加速≤0.05g為穩(wěn)定、0.10g為次穩(wěn)定、0.15g為次不穩(wěn)定、0.20g為不穩(wěn)定。研究區(qū)內(nèi)最大地震動峰值加速度區(qū)主要位于延懷盆地（圖3c），是京張高鐵主要穿越段，處于不穩(wěn)定區(qū)，應(yīng)當(dāng)著重設(shè)防。

（4）區(qū)域地殼變形特征

首都圈地區(qū)精密水準(zhǔn)復(fù)測地殼垂直形的資料（1998—2001）（楊國華等，2002）表明研究區(qū)主要垂直隆升為主，隆升速率最大位于研究區(qū)北部，張家口—張北—崇禮—赤城一帶，速率最大可達(dá)8mm/a以上，南部隆升速率3～5mm/a，而東部和西部的地殼垂直速率較低，基本上不超過2mm/a，具有四象限分布的特征（圖5a），主要是受NW向和NE向斷裂活動的影響。垂直變形的梯度變化較大的地帶位于宣化—萬全縣呈NW向展布，垂直變形速率大（圖3d），受控于張家口-渤海活動斷裂帶，為本區(qū)地殼變形異常區(qū)域。

1999—2007地殼水平運(yùn)動速率（牛之俊等，2005）可見張家口的地區(qū)地殼水平變形差異明顯，東北部地殼水平變形較小，介于2mm/a和2.6mm/a之間，而西南地區(qū)的地殼水平變形明顯，地殼水平變形速率為2.6～4.2mm/a（圖3e，5b）。地殼水平運(yùn)動速率差異表明NW向張家口-渤?；顒訑嗔熏F(xiàn)今具有明顯的左旋走滑的特征。

（5）現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場特征

圖5 張家口及鄰區(qū)現(xiàn)今地殼變形特征Fig.5 Features of crustal deformation in Zhangjiakou and its adjacent region

運(yùn)用ANYSIS有限元數(shù)值模擬軟件，依據(jù)區(qū)域地質(zhì)、活動斷裂、巖土體工程地質(zhì)特性等資料，構(gòu)建二維簡化地質(zhì)模型，基于室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)和野外原位巖土力學(xué)參數(shù)測試結(jié)果，合理確定地質(zhì)模型中的介質(zhì)力學(xué)參數(shù)。計算巖體破裂危險度（R），反映巖體臨近破裂的程度。體破裂危險度是區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價中應(yīng)力評價指標(biāo)之一，從彈性力學(xué)角度，若R≥1.0.則相當(dāng)于莫爾-庫倫準(zhǔn)則得到滿足，巖體出現(xiàn)破裂，巖體不穩(wěn)定；若R＜1.0，則巖體未出現(xiàn)破裂，巖體穩(wěn)定。模擬結(jié)果顯示，張家口及鄰區(qū)巖體破裂危險度R值為0～1.0，其中最大值主要分布在赤城以北大馬群山地區(qū)、延慶以南延礬盆地及軍都山地區(qū)、張北縣西北壩上地區(qū)，以及化稍營鎮(zhèn)西南陽原盆地等區(qū)域。其中，巖石破裂危險度R＜0.5為穩(wěn)定，巖石破裂危險度0.5≤R＜0.7為次穩(wěn)定，巖石破裂危險度0.7≤R＜0.9為次不穩(wěn)定，巖石破裂危險度0.9≤R＜1.0為不穩(wěn)定（圖3g）。

1.2 巖土體穩(wěn)定性分析

巖土體是由一種或幾種巖石（土）組成，具有一定的地應(yīng)力狀態(tài)和處于一定的地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體，巖土體穩(wěn)定性評價分析就是對巖土體的巖性組合、結(jié)構(gòu)特征及巖土體特征劃分其類型，且分別對其穩(wěn)定性做出評價（孫葉等，1998）。一般巖土體經(jīng)過變形和遭受破壞往往被結(jié)構(gòu)面所分割，其形成和演化與區(qū)域地質(zhì)發(fā)展史有著密切聯(lián)系，巖性和巖體結(jié)構(gòu)是直接影響區(qū)域地殼穩(wěn)定性的表層物質(zhì)基礎(chǔ)（姚鑫等，2015）。巖土體穩(wěn)定性研究內(nèi)容，除了地質(zhì)條件經(jīng)行分析研究外，主要對巖石（土）的組合、結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)經(jīng)行分析研究，同時結(jié)合地質(zhì)條件、地應(yīng)力狀態(tài)、地下水作用等經(jīng)行綜合分析，最后對巖土體類型進(jìn)行劃分和對其穩(wěn)定性經(jīng)行綜合評價。按照巖土體巖相特征、風(fēng)化程度以及構(gòu)造破碎程度劃分為4個工程巖組，具體劃分結(jié)果見圖3h。

1.3 地面穩(wěn)定性分析

研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害以泥石流為主，主要分布在基巖山區(qū)及盆山交接部位，區(qū)內(nèi)共有188處泥石流災(zāi)害點(diǎn)，占災(zāi)害總數(shù)的62%。區(qū)內(nèi)滑坡災(zāi)害規(guī)模較小、數(shù)量少，主要以崩滑破壞為主。崩塌、滑坡主要分布在基巖山區(qū)、溝谷岸坡及人類工程切坡強(qiáng)烈的地區(qū)，區(qū)內(nèi)共有115處崩滑災(zāi)害點(diǎn)，占災(zāi)害總數(shù)的38%（圖6）。

圖6 張家口及鄰區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害分布圖Fig. 6 Geologic hazards distribution in Zhangjiakou and its adjacent region

張家口地區(qū)崩塌、滑坡、泥石流的形成，主要受地形地貌、巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及降雨影響，其中降雨是主要誘發(fā)因素。泥石流多為溝谷、暴雨型泥石流，屬于高頻泥石流，每年夏季均有發(fā)生，季節(jié)性明顯，多發(fā)生在雨季7—9月份暴雨或持續(xù)降雨期間。張家口地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害影響因素中，地貌上斜坡高差（圖7a）和斜坡坡度（圖7b）對地質(zhì)災(zāi)害影響程度高，降雨作為主要誘發(fā)因素（圖7c），影響程度較高，河流侵蝕作用（圖7d）影響程度次之（張向營等，2018）。據(jù)此，各個地質(zhì)災(zāi)害影響因素的權(quán)重分配分別為斜坡坡度0.35、斜坡高差0.35、年均降雨量0.20以及河流侵蝕0.10，與構(gòu)造穩(wěn)定性和巖土體穩(wěn)定性相關(guān)因素在地面穩(wěn)定性評價中不再重復(fù)累計。最后，得到張家口及鄰區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度圖（圖3i）。

2 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價方法

2.1 評價方法

地殼穩(wěn)定性是指地殼塊體現(xiàn)今的相對穩(wěn)定程度，穩(wěn)定性分級以及分區(qū)評價是一個由眾多因素（變量）綜合影響的模糊概念。因此，采用模糊數(shù)學(xué)方法進(jìn)行區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究是切實(shí)可行。

根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調(diào)查評價規(guī)范（1:50 000、1:250 000）》（DD2015-02）以及國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBD14002-89相關(guān)分級指標(biāo)的要求，綜合區(qū)域穩(wěn)定性級別評判集為：

V={不穩(wěn)定，次不穩(wěn)定，次穩(wěn)定，穩(wěn)定}

用各指標(biāo)進(jìn)行評判，分別得到各指標(biāo)Xi在V上的模糊評判子集，記為：

n個指標(biāo)構(gòu)成的模糊關(guān)系子集為：

在眾多評判指標(biāo)中，其重要程度各不相同，用指標(biāo)權(quán)重表示，則構(gòu)成指標(biāo)權(quán)重模糊子集為：

則綜合評判的結(jié)果為：

將其應(yīng)用到區(qū)域上每個單元，得到4個穩(wěn)定性級別的隸屬度，按最大隸屬度原則確定其分為不穩(wěn)定、次不穩(wěn)定、次穩(wěn)定和穩(wěn)定級別。

2.2 評價指標(biāo)

為了避免因選取評價指標(biāo)過多而帶來的人為數(shù)值化影響偏大的弊端，本文在定性解析的基礎(chǔ)上，選取8個評價指標(biāo)進(jìn)行定量分析計算，其中，構(gòu)造穩(wěn)定性評價指標(biāo)分別為深部地球物理、地震活動、地震動峰值加速度、現(xiàn)今地殼變形（垂直變形和水平變形）、斷裂帶穩(wěn)定性（活動時代、斷裂切割深度、活動速率等）以及現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場；巖土體評價指標(biāo)1個，為工程巖組特巖土體結(jié)構(gòu)及特征；地面穩(wěn)定性評價指標(biāo)1個，分析研究區(qū)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征，并確定斜坡坡度、斜坡高差、年均降水量、河流沖蝕4個二級指標(biāo)。

依據(jù)區(qū)域地殼穩(wěn)定性相關(guān)理論和規(guī)范，結(jié)合張家口地區(qū)的特點(diǎn)，確定要素重要性由大到小的順序宜為斷裂帶穩(wěn)定性、地震、外動力地災(zāi)條件、巖土體結(jié)構(gòu)及特征、構(gòu)造應(yīng)力場、深部地球物理場、地殼變形。個別指標(biāo)存在空間上的加強(qiáng)重疊作用，適當(dāng)降低其權(quán)重，如活動斷裂影響帶與潛在震源區(qū)劃分上部分區(qū)域往往重合，因此適當(dāng)降低二者的權(quán)重?？紤]評價指標(biāo)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可將具體資料分為實(shí)測數(shù)據(jù)（如現(xiàn)今地殼變形、地面高程梯度差、年均降雨量、河流沖蝕位置等）、調(diào)查數(shù)據(jù)（如巖土體、斷裂）、綜合編繪數(shù)據(jù)（如潛在震源區(qū)、地震動峰值加速度、地球物理場）和模擬分析數(shù)據(jù)（如構(gòu)造應(yīng)力場）4類，準(zhǔn)確性由好及差，準(zhǔn)確性低的數(shù)據(jù)適當(dāng)降低權(quán)重，避免資料的不準(zhǔn)確給地殼穩(wěn)定性評價分析結(jié)果產(chǎn)生的負(fù)面影響（姚鑫等，2015）。

本文采用構(gòu)造穩(wěn)定性評價分析因素的比例尺小于1:500 000，巖土體穩(wěn)定性評價分析因素地比例尺為1:250 000，地面穩(wěn)定性評價分析因素的比例尺相對較高，可達(dá)1:200 000。因此，由于評價要素資料來源的比例尺精度不一，在各評價分析指標(biāo)的權(quán)重分配上比例尺小的要素適當(dāng)降低權(quán)重，比例尺大的要素適當(dāng)提高權(quán)重，以增加最終評價結(jié)果的合理性和區(qū)分度，評價指標(biāo)權(quán)重的確定性分析結(jié)果見表3。

表3 評價指標(biāo)權(quán)重Tab.3 Weight assignment of influencing factors

（1）構(gòu)造穩(wěn)定性評價分析具體包含內(nèi)容和權(quán)重分配如下：

①深部地球物理場（f1）：主要以布格重力異常反映研究區(qū)的深部構(gòu)造差異，權(quán)重分配0.10。

②地震活動（f2）：主要考慮地震活動情況，包括地震活動的強(qiáng)度和頻度，劃分潛在震源區(qū)及設(shè)置震級上限，權(quán)重分配0.15。

③地震動峰值加速度（f3）：主要考慮影響未來地震的基本烈度，權(quán)重分配0.10。

④現(xiàn)今地殼變形（f4）：包括研究區(qū)地殼垂直和水平變形速率，主要考慮沉降量、地殼變形異常區(qū)、梯度帶或拐點(diǎn)分布，由于該地區(qū)以垂直運(yùn)動顯著，并表現(xiàn)為隆升狀態(tài)，垂直變形速率差異明顯，現(xiàn)今地殼變形評價中，垂直變形速率分配內(nèi)部權(quán)重0.8，水平變形速率分配內(nèi)部權(quán)重0.2，綜合權(quán)重分配0.10。

⑤斷裂穩(wěn)定性（f5）：主要考慮斷裂的活動時代、斷裂切割深度、活動速率，三者內(nèi)部權(quán)重分配分別為0.4、0.3、0.3，綜合權(quán)重分配0.20。

⑥現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場（f6）：主要考慮現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力作用方向、大小、集中程度，用巖體破裂危險度表示其對地殼穩(wěn)定性的影響程度，權(quán)重分配0.15。

（2）巖土體穩(wěn)定性評價分析具體包含內(nèi)容和權(quán)重分配如下：

工程巖組特巖土體結(jié)構(gòu)及特征（f7）：主要根據(jù)巖土體工程地質(zhì)特性，巖土體的組合類型、巖體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等，權(quán)重分配0.10。

（3）地面穩(wěn)定性評價分析具體包含內(nèi)容和權(quán)重分配如下：

地質(zhì)災(zāi)害條件（f8）：主要考慮斜坡坡度、地形高差、年均降雨量、河流侵蝕特征等，內(nèi)部權(quán)重分配分別為0.35、0.35、0.20、0.10，綜合權(quán)重分配0.10。

表4 地殼穩(wěn)定性評價指標(biāo)分級Tab.4 Classification for influencing factors of crustal stability

3 結(jié)果

基于ArcGIS平臺的空間分析功能，取柵格大小為100m×100m進(jìn)行計算，共分為2614331個計算單元。根據(jù)各評價要素的分級標(biāo)準(zhǔn)（表4），將Ⅰ—Ⅳ級別分別賦值1～4（圖3）。再按表3中分配的權(quán)重值分別計算各單元的地殼穩(wěn)定性指數(shù)S，計算公式如下：

計算出的穩(wěn)定性指數(shù)值S位于1.1～4.0之間，歸一化處理后得到0～1之間的計算結(jié)果（圖3j）。采用自然聚類裂點(diǎn)法將區(qū)域地殼穩(wěn)定性分為穩(wěn)定、次穩(wěn)定、次不穩(wěn)定和不穩(wěn)定4個級別。穩(wěn)定區(qū)的指數(shù)范圍為0.0～0.15，面積5920.35km2，占總面積比例22.6%；次穩(wěn)定區(qū)指數(shù)范圍為0.15～0.30，面積14417.07km2，占總面積比例55.0%；次不穩(wěn)定區(qū)指數(shù)范圍為0.30～0.48，面積4994.10km2，占總面積比例19.1%；不穩(wěn)定區(qū)指數(shù)范圍為0.48～1.00，面積871.27km2，占總面積比例3.3%（圖3j）。

參考定量計算結(jié)果（圖3j），依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造與地貌特征，將全區(qū)劃分為8個一級穩(wěn)定性分區(qū)，分別為張北壩上分區(qū)、懷安盆地分區(qū)、張宣盆地分區(qū)、大馬群山分區(qū)、陽原盆地分區(qū)、懷涿盆地分區(qū)、延礬盆地分區(qū)、軍都山分區(qū)（圖8）。同時考慮地域特征、構(gòu)造線方向、地殼穩(wěn)定性定量計算結(jié)果等資料，以地名和構(gòu)造帶組合的命名不同地殼穩(wěn)定性地區(qū)，劃分為19二級分區(qū)，進(jìn)一步解析二級分區(qū)內(nèi)地殼穩(wěn)定程度，劃分為42個三級分區(qū)，最后根據(jù)各個三級分區(qū)的特征，進(jìn)行區(qū)域地殼穩(wěn)定性綜合分區(qū)（圖8），各分區(qū)特征見表5。

圖8 張家口及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定性綜合分區(qū)圖Fig. 8 Zonation of regional crustal stability assessment in Zhangjiakou and its adjacent region

4 討論與結(jié)論

（1）以構(gòu)造穩(wěn)定性為主，配合巖土體穩(wěn)定性和地面穩(wěn)定性分析，對張家口地區(qū)及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定性進(jìn)行綜合定量評價和分區(qū)，依據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、地貌特征，將全區(qū)劃分為8個一級穩(wěn)定性分區(qū)，以地名和構(gòu)造帶組合的命名不同地殼穩(wěn)定性地帶，劃分為19個二級分區(qū)，最后進(jìn)一步解析不同穩(wěn)定性的地段，劃分為42個三級分區(qū)。

（2）張家口及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定程度整體以穩(wěn)定和次穩(wěn)定區(qū)為主，少量次不穩(wěn)定或不穩(wěn)定區(qū)，不穩(wěn)定區(qū)主要分布于延礬盆地北緣和懷涿盆地北緣，應(yīng)為京張高鐵重點(diǎn)設(shè)防地段（圖5）；崇禮2022年冬奧會場區(qū)位于赤城—龍關(guān)變質(zhì)巖類相對較穩(wěn)定區(qū)（），延慶冬奧會場區(qū)位于涿鹿—懷來NEE向盆地相對較穩(wěn)定區(qū)（）（圖5），二者的地殼穩(wěn)定性為穩(wěn)定—次穩(wěn)定級，具有很好的安全保障，為2022年冬奧會規(guī)劃建設(shè)提供了地質(zhì)科技支撐。

致謝：中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所牛琳琳博士，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）任思起碩士、范玉璐碩士、王鵬碩士等參與活動斷裂野外調(diào)查工作，活動斷裂地球物理探測與解譯成果由北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院關(guān)偉高工、李晨高工、何祎工程師、韓宇達(dá)工程師、李巧靈博士、劉歡工程師、孫杰夫工程師、王建工程師、郗彩霞工程師、尤志鑫工程師、趙玉工程師協(xié)助完成，謹(jǐn)表感謝。

表5 張家口及鄰區(qū)地殼穩(wěn)定性分區(qū)表Tab.5 Features of zones of regional crustal stability in Zhangjiakou and its adjacent region