珠江口西岸地區軟土分布規律與沉降災害現狀分析

胡飛躍，鄧成堅

(廣東省地質調查院，廣東 廣州 510080)

珠江口西岸地區自晚更新世以來經歷了多次海進海退沉積旋回，形成了多層軟土，由于獨特的地質、地理成因而形成明顯的區域性，使得區內的軟土成為全國所報道過的工程中遇見的“最軟”的軟土[1]，具有承載力低、受荷后變形大、時間效應明顯、與建筑物共同作用能力強等特性。

區內地貌單元以沖積平原及海積平原為主，軟土廣泛分布，加之區內城鎮化程度高，人類工程活動強度大，因此區內軟土地面沉降問題突出，查明軟土的分布規律、工程地質特性，研究地面沉降災害分布特征對各類工程建設和防災減災具有重要的現實意義。

1 研究區概況

研究區位于珠江口西岸，南臨南海，行政區劃主體為中山市、珠海市及江門市部分地區，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，地貌類型以濱海平原及沖積平原為主，其次為丘陵臺地、低山，最高峰為江門市新會區與臺山市交界處的獅子頭山，海拔標高982 m。

2 古地理演化及軟土沉積環境

2.1 古地理演化過程

軟土的沉積與古地理環境密切相關，軟土的分布規律與古地理環境的演化過程由直接的關系，區域上，本區第四紀古地理演化過程主要可以分為7個階段[2]，主要包括：

2.1.1 晚更新世海侵前期

燕山期花崗巖入侵和后來地殼上升運動使本區成為隆起的山地，由于長期風化剝蝕作用形成花崗巖風化殼，在距今32 000 a以前，地殼相對下沉，區域大部分地區接受沉積，形成一套雜色亞粘土、亞砂土夾砂礫層的陸相沉積。

2.1.2 晚更新世初期

中更新世末至晚更新世初，燕山期花崗巖入侵和后來地殼上升運動使本區成為隆起的山地，由于長期風化剝蝕作用形成花崗巖風化殼，隨后，進入地殼相對穩定時期。

2.1.3 晚更新世中期前段

晚更新中期前段，地殼相對下沉，區域大部分地區接受沉積，形成一套雜色亞粘土、亞砂土夾砂礫層的陸相沉積。形成了風化剝蝕區和洪積坡積區。

2.1.4 晚更新世中期后段

進入晚更新世中期后段，全球氣溫的回升和海平面上漲，地貌發育從原來以沖洪積和洪積坡積作用為主轉為海積沖積和沖積。海進是這一階段地理環境演變的主導因素。近河口段受潮流影響成為三角洲環境。

2.1.5 晚更新世晚期

晚更新世晚期為全球性低海面時期。隨著海水的退出和侵蝕基準面的下降，河流作用加強。氣候轉冷，機械作用風化作用加劇，大量碎屑物質沿谷地和坡麓堆積，由于徑流減少，河谷上游由晚更新世中期后段的沖積變為沖洪積。

2.1.6 早、中全新世

隨著冰后期的全球性氣溫回升，全新世初期已開始一個新的海進過程，沉積環境主要受地形地貌的影響。中全新世氣溫比早全新世高，海平面繼續上升，海水進一步深入。

2.1.7 晚全新世

晚全新世初期(距今2 500～2 000 a)海進仍未完全停息。晚全新世中期海平面已基本穩定，海進完全停止。地理環境已與現今無大差異，珠江河口開始向海發展，港灣淤積速度加快。氣候與中全新世無大差異，但人口大增。動植物種類因人類活動發生很大改變，地理環境演變進入一個人為作用日益重要的嶄新時期。

2.2 沉積環境

古氣候變化常常引起沉積環境的變化。沉降環境的變化使得形成的沉積物的粒度、巖土性、結構、構造、密實程度等性質各異，因此可以通過研究沉積物的物理性質如粒度等信息探索軟土的沉積環境。本文選取了三灶圩幅鉆孔SZGCZK02、SZGCZK04、SZGCZK06、SZGCZK08、SZGCZK12等5個鉆孔100個粒度分析樣對沉積環境進行分析。

2.2.1 SZGCZK02孔

SZGCZK02孔的沉積物(圖1)以粉砂為主，中值粒徑為細粉砂，整體變化不大，中值粒徑和砂含量總體較低，表明沉積環境總體較弱但是穩定。12 m以下處中值粒徑和砂含量呈逐漸升高趨勢，可能指示沉積動力變強，沉積環境由河口灣相變為三角洲相，12 m以上沉積動力又逐漸減弱，可能指示沉積環境由三角洲相逐漸變為泥炭相。

圖1 SZGCZK02孔的粒度參數

2.2.2 SZGCZK04孔

SZGCZK04孔的中值粒徑和砂含量在頂部迅速升高(圖2)，砂含量超過50%，中值粒徑達到70 μm，表明沉積動力很強，可能指示沉積環境由三角洲相變為三角洲相或河流相；其余層段中值粒徑均在10 μm以下，顯示沉積環境穩定，沉積動力較弱。

圖2 SZGCZK04孔的粒度參數

2.2.3 SZGCZK06孔

從下往上，SZGCZK06孔的中值粒徑和和砂含量總體呈增大趨勢(圖3)，表明沉積動力逐漸增強，可能由河口灣相逐漸轉為三角洲相或河流相。

圖3 SZGCZK06孔的粒度參數

2.2.4 SZGCZK08孔

SZGCZK08孔的中值粒徑和砂含量總體較低(圖4)，表明沉積動力較弱。從下往上，兩者均呈先減小后增大趨勢，表明中段沉積動力最弱，砂含量幾乎為零。可能指示該鉆孔下段為河流相沉積，逐漸轉為河口灣相沉積，頂部沉積動力又有所增大，為三角洲相沉積，指示沉積環境發生改變，水動力增強。

圖4 SZGCZK08孔的粒度參數

2.2.5 SZGCZK12孔

從下往上，SZGCZK12孔的中值粒徑和砂含量呈波動降低特征(圖5)，表明沉積動力逐漸減弱。中值粒徑總體較低，砂含量很低，指示沉積環境穩定且沉積動力微弱。可能表明該鉆孔點沉積環境由河流相逐漸轉為三角洲相，水動力減弱，砂含量逐漸減少。

圖5 SZGCZK12孔的粒度參數

根據粒度分析樣品的測試結果及綜合前人資料，本文對本區軟土的沉積環境取得以下認識：(1)中更新世海平面變化不能以現今的出露高度來反推當時的海平面高度。由現在年代測定和化石硅藻分析推知，56萬 a前海平面較低，33萬 a前達到最高高度，32萬 a前開始下降，31萬 a下降較為顯著，28.7萬 a前又有所回升，21.8萬 a前后則已明顯下降。(2)晚更新世海進主要發生在距今3.3萬～1.9萬 a的晚更新世中期后段，該時期海平面比現今低10～20 m，距今2.5萬 a前后是海進盛期，海平面也較高，距今1.9萬 a以后，海平面下降，海水逐漸地區退出，區內的第二層軟土多在這個時期沉積形成。(3)全新世海平面呈逐漸上升趨勢，早期(距今5 000 a以前)海平面上升較快，晚期(距今5 000～2 500 a)海平面上升速度較慢，晚全新世海平面已基本穩定，該時期也是區內軟土的主要沉積時期。

3 軟土分布特征

3.1 軟土平面分布特征

本區厚度超過40.0 m的軟土集中分布于中山市民眾鎮—廣州市南沙區新墾鎮南部、珠海市斗門區白蕉鎮、金灣區紅旗鎮一帶；厚度在30.0～40.0 m之間的軟土主要分布于中山市民眾鎮、南沙區新墾鎮、斗門區—金灣區—橫琴新區一線；厚度在20.0～30.0 m之間的軟土主要分布于廣州市南沙新區新墾鎮中部、中山市民眾鎮南部、珠海市金灣區中西部；厚度在10.0～20.0 m之間的軟土分布主要分布于廣州市南沙區新墾鎮、中山市橫門鎮、斗門區平沙鎮與六鄉鎮；厚度在5.0～10.0 m之間的軟土集中分布的地段主要有中山市的古鎮鎮、東升鎮、三鄉鎮；厚度小于5.0 m的軟土主要沿丘陵、臺地邊緣分布。從三角洲腹地到沿海、從丘陵、臺地到平原，軟土厚度總體呈增大趨勢(圖6)。

圖6 珠江口西岸地區軟土厚度分區圖

3.2 軟土縱向成層規律

根據古地理演化及沉積環境特征，本區軟土主要為更新世-全新世時期的多次海侵的沉積物，結合工程地質性質相近性特征，垂向上大體分為兩層軟土，全新世一層、更新世一層，而兩個大層中又根據巖性的不同(淤泥、淤泥質土)可分為多個亞層，各亞層分布連續、交互成層，透鏡體較多。兩層軟土的厚度差異較大，一般而言，全新世軟土厚度較大，而更新世軟土厚度較小，從空間分布上看，全新世軟土在濱海平原區廣泛分布，而更新世軟土分布僅在局部有分布。

本次調查揭露的江門市新會區崖門鎮—珠海市斗門區乾務鎮、珠海市斗門區乾務鎮—珠海市高欄港經濟區南水鎮鉆孔工程地質剖面(圖7和圖8)顯示，在黃茅海西岸的濱海平原區廣泛分布軟土層，但是垂向上分布不連續，黃茅海北部的沖積平原區僅分布一層軟土，而中南部沖積平原區分布兩層軟土，這與古地理環境、沉積環境等條件密切相關。

圖7 江門市新會區崖門鎮—珠海市斗門區乾務鎮工程地質剖面

圖8 珠海市斗門區乾務鎮—珠海市高欄港經濟區南水鎮剖面

3.3 軟土三維分布形態

受限于鉆孔資料及計算機性能，大范圍、大區域、大面積三維地質難以實現，本文以中山市板芙鎮河西片區為研究對象，對該區域的第四系地層進行三維可視化建模。以Arcgis和GMS軟件為平臺，利用已有的鉆孔資料，對中山市板芙鎮河西片區約137.7 km2建立第四系三維地質結構模型，重點揭露軟土層的分布特征，實現地層分布可視化 (圖9)。本區軟土在三維上的分布特征表現為：全新世軟土在空間上具有連續性，大部分地區兩層軟土在垂向上不具備連續性，一般由砂層或者粘土層隔開；更新世軟土與基巖面不直接接觸，但是在局部地區全新世軟土與基巖面直接接觸。

圖9 中山市板芙鎮河西片區三維地質結構模型

4 軟土地面沉降災害現狀

4.1 INSAR地面沉降速率反演

傳統的地面沉降監測調查方法費時費力，并且通常以“點”的形式對沉降進行描述，因此調查的結果不具備全面性。衛星雷達遙感技術具有獨特的“面”狀表述能力，并且具有快速、準確、準確、宏觀性強的特點，可以長期有效果的地面沉降進行檢測。本文利用2016.09～2017.03半年以來的14期歐空局的sentinel-1A雷達影像對本區進行周期性的地面沉降監測，獲取地面沉降的空間分布特征。

在反演方法選擇上，本文選擇短基線集法(SBAS)，SBAS方法的思想是通過采用短基線干涉圖組合，限制空間、時間基線去相干的影像，并基于形變速率的最小范數準則獲取高相干目標的形變信息。SBAS的優勢在于無需固定主影像，對影像數量要求較小，其次讓盡可能多的影像參與運算，通過奇異值分解，增加了影像對時間的采樣頻率，從而達到利用較少的影像得到更精確的結果，SBAS法技術流程如圖10。

圖10 SBAS技術流程圖

板芙鎮金鐘村工業大道北側毗鄰石岐河的工業園區為沉降嚴重發育的區域，沿石岐河呈環狀空間分布特征，約靠近石岐河，沉降速率越大(圖11)，可達40 mm/y，經野外驗證發現，工業園區內沉降特征明顯，主要表現為：房屋傾斜，中山市污水處理有限公司內門衛室房屋傾斜約8°，累計沉降量達到了30 cm；房屋裂縫，多數廠房有裂縫發育，寬0.5～1.5 cm不等；房屋與地面之間產生裂縫，尤其在錦繡路西側的居民自建樓，裂縫寬可達12 cm。該區沉降原因處軟土自重固結、荷載固結外，還可能與工程建設有關。

圖11 板芙工業大道北側工業園區地面沉

板芙鎮銀華花園小區內，沉降特征表現明顯，地面相對樓體建筑下層8～10 cm不等，樓體與地面間產生約2～4 cm左右的裂隙，小區內部路面地磚多見破碎等跡象，給業主的出行帶來一定的安全隱患。在反演上，該處地面沉降速率達到了20～30 mm/a(圖12)。

圖12 板芙鎮銀華花園小區地面沉降

此外大涌鎮中新路南側的工業園區也是地面沉降發育的地區(圖13)，沉降速率達到了30～40 mm/a，主要表現為地面下沉約10～15 cm，廠房圍墻開裂、房屋地臺破壞等，沉降原因與軟土荷載固結相關，此外工廠機械振動、工程建設致使土層物理性質變化也可能是導致沉降的原因之一。

圖13 大涌鎮中新路工業園區沉降PS點分布

4.2 地面沉降野外調查狀況

在全區范圍內共發現302個沉降點(地段)，收集地面沉降點(地段)148個，共計450個，具體包括商住樓、辦公、學校、醫院、酒店等用途的樓房，古碉樓，平房，圍墻，廣場，廠房，倉庫，橋梁，收費站，加油站，港口、碼頭、水閘及公路路面(圖14)。

圖14 珠江口西岸地區地面軟土沉降分布圖

地面沉降在全區范圍內廣泛存在，但是由于建筑物的基礎持力層不同，因此沉降的變現各異，其中淺基礎的居民樓、廠房、廣場等為地面沉降易發性區域，主要表現為樓房與地面同時下沉，總體上樓房的沉降量與沉降速率較大，導致樓房墻體開裂，甚至形成“握手樓”；深基礎的建筑物不受地面沉降的影響，而周邊的地面緩慢下沉，導致建筑物與地面之間產生較大的縫隙，破壞樓體地臺、臺階等附屬建筑(圖15)。

圖15 區內房屋建筑沉降典型現狀圖

圖16 區內一般性道路沉降典型現狀圖

本區內道路多處于沉降狀態，一般性道路由于基礎處理較差，基礎多因沉降不均而與水泥路面之間形成空洞，導致水泥水陸無法承受大量的荷載而容易發生破壞(圖16)。重要公路由于基礎處理較好，水泥路面隨地基均勻下沉，因而從表面上看沉降特征不明顯，但是通過水準測量等手段，仍可以發現道路處于沉降狀態(圖17)。

圖17 1994-2003年珠海大道(大浪灣—東七圍段)水準測量沉降曲線及工程地質剖面

5 結語

(1)從三角洲腹地到沿海、從丘陵、臺地到平原，軟土厚度總體呈增大趨勢。垂向上本區大體分為兩層軟土，全新世一層、更新世一層，而兩個大層中又根據巖性的不同可分為多個亞層，各亞層分布連續、交互成層，透鏡體較多。兩層軟土的厚度差異較大，全新世軟土厚度較大，而更新世軟土厚度較小，全新世軟土在空間上連續性要強于全新世軟土。通過INSAR反演，從宏觀上把握了本區軟土地面沉降災害特征，成果與野外調查結果基本一致，并在某些無法開展地面調查工作的區域發現了較為嚴重的沉降災害。

(2)軟土的結構與工程地質性質、軟土沉積時代、厚度與埋藏情況是地面沉降形成的內因，而這些特征都與區域古地理演化及沉積環境密切相關，本文以沉積環境及古地理的角度為起點，配合鉆探、InSAR、地面調查等手段揭露軟土的分布規律及災害現狀，為軟土地面沉降災害調查提供了一種新的技術方案。