天津市濱海新區地震地質災害評價與分區研究＊

劉 芳,楊緒連,陳宇坤,王志勝

(天津市地震局,天津 300201)

天津市濱海新區地震地質災害評價與分區研究＊

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大量的工程地質勘察資料,針對濱海新區場地工程地質條件,從地震地質背景、歷史震害的影響出發,依照相應規范和地質類比等方法,通過濱海新區活動斷層影響、砂土液化、軟土震陷的評判,探討了濱海新區在未來強震作用下可能出現的地震地質災害類型及空間分布特征。

地震災害;砂土液化;軟土震陷;震害分區;天津市濱海新區

0 引言

天津市濱海新區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,規劃面積為2 270 km2,海岸線153 km,包括天津新港、天津技術開發區、天津保稅區、塘沽區、漢沽區、大港區和東麗區、津南區的部分區域。

天津是我國沿海地區地震與地震災害較頻發的地區。歷史上天津曾多次遭受6級以上地震波及,Ⅵ度以上地震破壞就達11次之多。特別是1976年唐山地震給天津市濱海新區造成重大震害損失。濱海新區目前經濟迅猛發展,一旦遭受破壞性地震的襲擊,嚴重的地震地質災害將造成巨大的人員傷亡及財產損失,因此做好該區的地震災害評價工作具有重要的現實意義。

近年來在研究區及鄰區發生的破壞性地震,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級地震[1-2]。但迄今為止尚未有人將歷史震害與實際工程實踐相結合,對研究區開展系統的災害評價與分區研究。本文將依據上百個工程場地的鉆孔資料和震害資料,參照相應技術規范,從地震地質背景、歷史地震烈度分布與震害影響出發,結合地形地貌條件,參照相應技術規范,對其地震地質災害類型、破壞程度及空間分布特征進行評價和分區。

1 地震地質背景

濱海新區位于華北地臺東北部的冀渤斷塊坳陷內,其內部由NNE-NE向、NWW-NW向和NW向斷裂帶構成了基本斷裂網絡,并將其分割成次一級的隆起和坳陷,其構造單元邊界主要是5、6級以上強震發生的區域。區域內劃分出3條主要活動斷裂帶,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條斷裂帶構成了區域內第四紀活動斷裂分布的總體格局。濱海新區及鄰近范圍內分布的斷裂全部為隱伏斷裂,規模較大的NW向斷裂有海河斷裂和漢沽斷裂,NE向斷裂有薊運河斷裂和滄東斷裂,NE向斷裂與NW向斷裂相互切割交錯(圖1)。這些斷裂均是控制二、三、四級構造單元的邊界斷裂。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—漢沽凸起兩個四級構造單元的邊界斷裂,二者在交匯部位曾發生過1977年6.2級地震。薊運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生過1976年寧河6.9級地震[3]。

圖1 天津市濱海新區及鄰區斷裂分布圖

2 濱海新區工程地質條件

濱海新區屬沖積—海積平原,位于渤海灣西側,地勢低平,起伏不大,標高在2～4 m之間,呈西高東低的趨勢,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范圍內的工程鉆孔資料近200個,及98個工程項目的地質勘察資料。通過對以上資料分析,詳細了解本區的地形地貌特征及場地土層的分布情況。區內主要發育地層有太古界、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生地震地質災害的主要因素,對40 m以上土層的工程地質特性進行統計,結果列于表1中[6]。濱海新區土層沉積時間短,固結程度低,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,在靜壓力下會有不均勻沉降和變形發生,在強震作用下,將會發生不均勻沉降,并使淺部地層中的飽和粉土、砂土產生液化,對建筑物會產生很大破壞。

表1 天津市濱海新區地層工程地質性質統計特征

續表1

3 濱海新區歷史震害特征

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

本文對區內唐山地震震害資料做了大量的收集和整理,通過統計分析,編制了《濱海新區唐山地震震害分布圖》(圖2)。唐山地震使該區地面產生嚴重破壞,平原型地震地質災害表現得十分顯著,以噴砂冒水普遍、地面裂縫發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,本區劃分為3個區:嚴重破壞區、較重破壞區和一般破壞區。

圖2 濱海新區唐山地震震害分區圖

(1)嚴重破壞區 分布在漢沽區的薊運河沿岸和海岸帶。劇烈的地面運動和地震地質環境造成了該區嚴重的地震災害。該區噴砂冒水近百平方公里,咸水、砂漿覆蓋了大量農田、鹽田,造成建筑物的地基失穩。

(2)較重破壞區 包括塘沽區大部分地區、大港區城區及沿海一帶。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 大港區大部分地區及東麗區。該區震害較輕,沒有大面積的噴砂冒水和地面沉陷發生。

本區地震地質災害在災害類型、嚴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個方面:

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

(2)地形地貌影響 本區地處渤海的濱海平原,地勢平坦,長期以來海河的擺動和原低洼的地勢造成該區凹坑、水池、沼澤地很多,這些古坑洼地貌是造成嚴重破壞的直接原因之一。震害帶方向和規模,受現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重,并伴有地裂縫發生。

(3)工程地質條件影響 本區有數千米的新生代地層覆蓋,基巖埋藏很深。較厚的淤泥質軟土地基對長周期地震波有放大效應,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粘土,塘沽地區碼頭的破壞,沿海的液化及軟化現象與此層關系密切。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 地震地質災害評價

本文從地震地質背景、歷史地震烈度分布特點及歷史震害的影響出發,以各工程鉆孔為控制點,根據收集到的工程地質勘察資料,按照相應規范[8-10],采用計算和地質類比等方法,對各控制點在其基本烈度下的活動斷層影響、砂土液化、軟土震陷等地震地質災害進行了評價。依據各控制點評價結果及震害調查結果,利用ARCMAP軟件的空間分析和插值方法,對整個濱海新區的地震地質災害進行了分區。

4.1 砂土液化影響

由地質勘察資料可知,區內埋藏有飽和的砂質粉土或粉(細)砂層,在全新統中組海相層(Q24m)內有揭示,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。粉土層在本區呈不均勻分布,主要分布在河岸和海灘、砂質舊河道等處。粉土層沉積年代新,結構松散,在烈度≥Ⅶ度地震作用下易造成砂土液化,其破壞效應是引起建筑物(或構筑物)地基失效、建筑物倒塌的重要因素之一。

《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2001),漢沽區和塘沽區北部的地震動峰值加速度為0.2 g (基本烈度為Ⅷ度),其余地區基本烈度為0.1 g和0.15 g(基本烈度為Ⅶ度)。依照《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2001)第4.3.4條規定,對每個工程鉆孔進行了場地相應基本烈度影響下的液化趨勢判別。判別結果表明,本區砂土液化主要分布在漢沽區,塘沽區和大港區只在河流附近有零星的液化場地。依據判別結果,綜合唐山地震噴砂冒水分布情況,繪制了濱海新區砂土液化分布預測圖(圖3)。該圖顯示砂土液化主要集中在海河和薊運河沿岸地區、漢沽區和塘沽區的海岸帶、塘沽區的北塘鎮以及大港區獨流減河以南的區域內。

圖3 濱海新區砂土液化分布預測圖

4.2 軟土震陷影響

依據《軟土地區工程地質勘察規范》(JGJ 83-91)第8.0.6條規定,對每個鉆孔進行了場地相應基本烈度影響下的軟土震陷判別,依據判別結果,并參考了唐山地震震陷的分布情況,對本區軟土震陷影響進行了分區(圖4)。分區結果顯示漢沽區及塘沽區北部一帶會發生震陷值150 mm的中等震陷,大港區東部地區軟土較薄,覆蓋層較厚可不考慮震陷影響,其余地區會發生≤30 mm的輕微震陷。該區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 濱海新區軟土震陷趨勢預測圖

4.3 活動斷層影響

本區存在若干條第四紀活動斷裂,除薊運河斷裂和海河斷裂東段在全新世有活動外,其余斷裂在中更新世有活動或第四紀以來活動跡象不明顯。根據《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001) 4.1.7規定,本區設防烈度為Ⅶ度的區域可忽略斷裂錯動影響,Ⅷ度區內隱伏斷裂的覆蓋層厚度大于60 m,故可忽略斷裂直接錯動對地面的影響,以往的震害調查也未發現斷裂錯動引起的破壞。

5 結論

依唐山地震宏觀調查資料,編制了《濱海新區唐山地震震害分區圖》,全區劃分出嚴重破壞、較重破壞和輕微破壞3個區。本區地質構造特征、地形地貌特征和工程地質條件的差異是造成地震災害嚴重程度不同的主要原因。依據相應技術規范,對研究區的砂土液化、軟土震陷和活動斷層的影響做出了評價,并結合實際震害繪制了濱海新區砂土液化和軟土震陷趨勢預測圖。這些基礎資料、數據、圖件和研究成果可為天津市濱海新區建筑物和生命線工程的震害預測及綜合防震減災對策提供可靠依據。

[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:天津科學技術出版社,1982:5-34.

[3] 陳宇坤.天津市漢沽區城區地震小區劃[R].天津市地震工程研究中心,2008.

[4] 國家地震局震害防御司.中國歷史強震目錄1995(公元前23世紀—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:中國科學技術出版社,1999.

[6] 邢恩橋,許國輝,胡光海,等.天津沿海地層工程地質性質統計特征[J].海岸工程,2005,24(1):48-52.

[7] 天津市濱海新區管理委員會,天津市災害防御協會.天津市濱海新區綜合防災減災對策研究[R].2001.

[8] 國家質量技術監督局.中國地震動參數區劃圖(GB18306. 2001)[S].北京:中國標準出版社,2001.

[9] 中華人民共和國建設部,國家質量監督檢驗檢疫局.建筑抗震設計規范(GB50011-2001)[S].北京:中國建筑工業出版社,2001.

[10]中國建筑科學研究院.軟土地區工程地質勘察規范(JGJ83-91)[S].北京:中國建筑工業出版社,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

天津市科技創新專項資金項目(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