孫岐發(fā)，田輝，張擴

（1.沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034；2.中國地質大學工程技術學院，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2

（1.沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034；2.中國地質大學工程技術學院，北京 100083）

地面沉降不但影響到下遼河平原地區(qū)的經(jīng)濟生產，而且導致濕地逐年退化，對生態(tài)環(huán)境產生非常嚴重的影響.該區(qū)域沒有監(jiān)測網(wǎng)絡，無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，有效地服務于地方經(jīng)濟發(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方法.通過搜集不同時期地形圖，對同一高程點進行比對，結果表明下遼河平原地區(qū)圍繞著油田集中采油區(qū)和地下水集中開采區(qū)，存在地面沉降現(xiàn)象，最大沉降量達到3 m.地形圖比對有效地解決了下遼河平原無法確定沉降范圍和量級的困難，是一種在沒有監(jiān)測網(wǎng)絡的情況下，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；地下水開采

1 問題的提出

下遼河平原地域遼闊，土地肥沃，人口密集，城市群聚，是國家重點的能源基地、礦產基地和糧食基地，是東北老工業(yè)基地核心部分，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。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極為嚴竣，是超采及不合理開采引起地質環(huán)境問題集中的部位.地下水降落漏斗主要分布在沈陽、遼陽、鞍山等城市.隨著未來地下水開發(fā)利用程度的不斷提高，引發(fā)的地質環(huán)境問題將更加突出.目前，在遼河西岸的盤山縣東郭葦場，沉降造成葦場泵站報廢、灌區(qū)不能正常運行，給蘆葦種植、河蟹養(yǎng)殖造成了嚴重的影響.特別是由于地面沉降給濕地生態(tài)環(huán)境保護造成很大影響，近幾年更加嚴重.紅旗灌區(qū)蘆葦濕地已在多年前被列入國家級自然保護區(qū).由于地面沉降，濕地逐年退化，照此發(fā)展下去，將對生態(tài)環(huán)境產生非常嚴重的影響［1-3］.綜上所述，沉降問題現(xiàn)已非常嚴重，如何確定沉降的影響范圍和量級尤其重要，是科學指導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，地勢低平，總體由北向南緩傾，地面總體標高在50 m以下，向兩側遼東、遼西丘陵山地過渡地區(qū)地形增高.遼河、渾河、太子河、大凌河、小凌河、繞陽河匯集本區(qū)注入渤海.平原內，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、鐵嶺、撫順、遼陽、鞍山、阜新、營口、盤錦和錦州9個地級市，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、半干旱季風氣候區(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?？谔帲兄谋P錦濕地自然保護區(qū)，占地1000 hm2，需要得到很好的保護??孫岐發(fā)，等.東北平原地面沉降調查與監(jiān)測項目總體設計.沈陽地質礦產研究所，2013..

3 區(qū)域地質概況

下遼河平原是河系運動過程的遺跡，接受地表水流由外圍剝蝕區(qū)攜帶的大量碎屑物質堆積于盆地中，形成三面環(huán)山、一面開口的半封閉式?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)第四系地質結構按本項目劃分方案可分為4層結構.上部結構層為全新統(tǒng)黏土質沉積、粉砂質沉積，局部為砂礫石；中部結構層為晚更新統(tǒng)沉積，以砂質粉砂質沉積為主，中下部夾黏土質沉積；下部結構層為中更新統(tǒng)黏土質、粉砂質及砂礫石質沉積，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，主要為砂質及礫石沉積物，靠海岸線一側夾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，組成一個補給、徑流、排泄過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)測工程設計.沈陽地質礦產研究所，2013..

4 下遼河平原地區(qū)油田及地下水開采情況

遼河油田成立于1973年，主要分布在遼河中上游平原以及內蒙古東部和遼東灣灘海地區(qū).已開發(fā)建設26個油田，其中的興隆臺、曙光、歡喜嶺、錦州、高升、沈陽、茨榆坨、冷家等8個主要生產基地分布在下遼河平原.截至2001年底，遼河油田累計探明石油地質儲量21．38×108t，生產原油2．65×108t，生產天然氣412× 108m3.

下遼河平原各主要城市周圍地下水供水形勢極為嚴竣，是超采及不合理開采引起的地質環(huán)境問題集中部位.地下水降落漏斗主要分布在沈陽、遼陽等城市.沈陽地區(qū)大規(guī)模開采地下水資源始于上世紀80年代，主要集中在遼河、渾河扇區(qū).隨著工農業(yè)生產的發(fā)展和人口增長，需水量成倍增加，供需矛盾日益增長.首山漏斗隨著上世紀70年代地下水開采量快速增長而形成，位于遼陽市區(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)所處的水文地質單元屬太子河沖洪積扇.首山漏斗區(qū)地下水的補給以垂向為主，邊界側向徑流補給為輔，多年平均地下水綜合補給量為2.87×108m3，漏斗區(qū)地下水的年可開采量2.75×108m3，年實際開采量為3.12×108m3，屬較重超采型.

5 地面沉降研究方法的確定

地球表面的海拔標高在一定時期內不斷降低的環(huán)境地質現(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，由松散到細密的成巖過程；另一種是由于地質構造運動、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，中國有50余個城市出現(xiàn)地面沉降，長三角地區(qū)、華北平原和汾渭盆地已成重災區(qū).在這種形勢下，國家已經(jīng)形成“空地一體化”的監(jiān)測體系，對掌握地面沉降量級，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，歷史上既沒有系統(tǒng)的監(jiān)測網(wǎng)絡，又沒有可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù).利用合成孔徑雷達干涉測量技術（InSAR），技術可行，但成本較高，歷時長，至今也沒有相關成果.建立新的監(jiān)測網(wǎng)絡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)測數(shù)據(jù)，覆蓋整個下遼河平原地形圖，利用地形圖比對的方法，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，覆蓋整個下遼河平原23 000 km2，比對不同時期的高程點268對.數(shù)據(jù)顯示，下遼河平原在盤錦、新城子地區(qū)均存在大于2.19 m的沉降區(qū)域，在遼陽、鞍山地區(qū)存在大于1.56 m的沉降區(qū)域，在沈陽、梁山、遼中地區(qū)存在大于0.63 m的沉降區(qū)域；在沈陽個別地區(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采區(qū).通過高程數(shù)據(jù)分析可以看出，在油田集中開采區(qū)延曙光采油廠、歡喜嶺采油廠、錦州采油廠出現(xiàn)嚴重沉降區(qū)域，在茨榆坨采油廠有局部沉降現(xiàn)象.除以上區(qū)域外，在首山地下水開采漏斗區(qū)域、沈陽沈北開發(fā)區(qū)也出現(xiàn)了明顯的沉降現(xiàn)象（圖1）.通過地形圖比對，查明了下遼河平原地面沉降分布狀況及沉降量級，為有針對性地開展地面沉降監(jiān)測并對其進行科學防治提供了依據(jù).

7 地形圖比對的可靠性分析

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

為確保地形圖比對的可靠性，圖上比對后，通過實地調查，將實際不存在的點剔除，只留下固定高程點的數(shù)據(jù)，作為有效數(shù)據(jù).

通過實地調查，出現(xiàn)地面沉降的區(qū)域全部在地下水開采形成的沉降漏斗區(qū)或油田集中采油區(qū).

8 結語

下遼河平原地面沉降由來已久，30年來累積沉降在2 m以上的區(qū)域2個，1.56 m以上的區(qū)域1個，最大值在0.63 m以上的區(qū)域3個，沉降區(qū)域主要集中在油田集中開采的區(qū)域和地下水主要開采區(qū)域.通過地形圖比對，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)測網(wǎng)絡和監(jiān)測數(shù)據(jù)的條件下，確定地面沉降狀況的好方法，值得應用和推廣.

［1］薛禹群，張云，葉淑君，等.中國地面沉降及其需要解決的幾個問題［J］.第四紀研究,2003,23（6）:585—593.

［2］段永侯.我國地面沉降研究現(xiàn)狀與21世紀可持續(xù)發(fā)展［J］.中國地質災害與防治學報,1998,9（2）:1—52.

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

［4］孫岐發(fā).斷層對廠區(qū)地表沉降作用分析［J］.煤礦開采,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．

中國地質調查局國土資源大調查項目“東北平原地面沉降調查與監(jiān)測”（編號12120113011500）資助.

孫岐發(fā)（1966—），男，博士，教授級高工，現(xiàn)從事水、工、環(huán)地質調查、監(jiān)測與防治工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail//152468435@qq.com