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        區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價研究進展與問題,兼談規(guī)范編制

        2014-09-09 11:18:44姚鑫
        地質論評 2014年1期
        關鍵詞:工程地質穩(wěn)定性規(guī)范

        姚鑫

        國土資源部新構造運動與地質災害重點實驗室,中國地質科學院地質力學研究所,北京,100086

        內容提要:區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價是工程地質重要的分支學科,是在我國幾十年的工程地質實踐中發(fā)展起來的一項特有的區(qū)域工程地質理論方法體系,在重大工程場地選址、國土資源規(guī)劃、減災防災等地質工作中發(fā)揮了積極的作用,已經形成了一套較完善的理論方法,被廣大工程地質工作者所廣泛接受使用。本文通過對區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究的回顧和總結,劃分了理論發(fā)展的四個階段:上世紀50~70年代的孕育期、60~80年代的形成期、80年代~21世紀初的發(fā)展期、21世紀以來的徘徊期,并分析了目前區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究存在的主要問題。在此基礎上,結合中國地質調查局第一部區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價規(guī)范的制定,對規(guī)范的社會需求、編制理念、主要內容結構等進行了說明,對存在較大爭議的問題進行了探討并給出解決意見,目的為這項我國特有的區(qū)域工程地質理論的發(fā)展和規(guī)范的貫徹實施助一臂之力。

        區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價,又稱區(qū)域穩(wěn)定性評價,指在內外動力、人類工程活動的綜合作用下,一定區(qū)域范圍內現今地殼及其表層的穩(wěn)定程度,以及這種穩(wěn)定程度與工程建設之間的相互作用(胡海濤等,1993)。是工程地質重要的分支學科,是在我國幾十年的工程地質實踐中發(fā)展起來的一項特有的區(qū)域工程地質理論方法體系,在重大工程場地選址、國土資源規(guī)劃、減災防災等地質工作中發(fā)揮了積極的作用,已經形成了一套較完善的理論方法,被廣大工程地質工作者所廣泛接受使用。區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價工作已經成為一項基礎性、綜合性、區(qū)域性的地質工作。但是到目前為止,我國還沒有一部獨立的區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價規(guī)范。本文結合中國地質調查局第一部區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價規(guī)范的制定,簡要回顧了近60年來區(qū)域地殼穩(wěn)定性理論與實踐的發(fā)展歷程,在此基礎上提出了我國區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價存在的問題及其發(fā)展趨勢,最后對規(guī)范的社會需求、編制理念、主要內容結構等問題進行說明,對存在較大爭議的部分進行了探討并給出解決意見。希望為這項我國特有的區(qū)域工程地質理論的發(fā)展和規(guī)范的貫徹實施助一臂之力。

        1 發(fā)展歷程

        胡海濤等(1993,1996)、杜東菊(1994)、吳樹仁等(1995,2004)、柴峻峰等(2004)、譚成軒等(2009)對區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷程進行過系統(tǒng)的回顧和總結,其對上世紀90年代前的發(fā)展有普遍的共性認識。本文結合前人綜述及總結近20年發(fā)展歷程,將區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價理論的發(fā)展歷程劃分孕育、形成、發(fā)展、徘徊四個階段,系統(tǒng)梳理了其研究進展及各階段的主要成就。

        1.1 孕育期

        20世紀50~70年代為區(qū)域地殼穩(wěn)定性理論的孕育時期,這一時期內中國大規(guī)模工程建設相繼興起,劉國昌于1964年首次提出了“區(qū)域穩(wěn)定性”這一學術概念;20世紀60年代,谷德振指出構造活動性與工程穩(wěn)定性之間有密切的聯(lián)系,強調從新構造活動、地震活動及地質構造入手來進行區(qū)域穩(wěn)定性分析;同一時期李四光提出工程建設應選擇“相對穩(wěn)定地塊”或“安全島”的學術思想(胡海濤等,1993),這是區(qū)域地殼穩(wěn)定性后續(xù)三個主要發(fā)展方向的萌芽。此階段研究是以工程地質條件和現象的觀察描述為基礎,通過地質分析和對比得出定性的概略性結論,為工程建設的規(guī)劃提供參考,屬于單層次現象描述——定性評價階段(杜東菊,1994)。

        1.2 形成期

        第二階段為理論形成期(20世紀60~80年代),這期間中國相繼發(fā)生了邢臺(1966)、通海(1970)、爐霍(1973)、海城(1975)、唐山(1976)、松潘(1976)等多次災害性大地震,客觀上促進了區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究的發(fā)展及研究領域的擴大;進入20世紀80年代,經濟建設規(guī)模越來越大,特別是核電站和海上石油平臺的建設對區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究提出了更高要求;在這一期間逐步形成了比較完善的區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的基本理論、方法和步驟,此時期區(qū)域穩(wěn)定工程地質研究已成為一門具有獨立系統(tǒng)的新興學科而從工程地質學中發(fā)展出來(胡海濤等,1993;柴峻峰等,2004)。出現了以劉國昌為代表的區(qū)域穩(wěn)定工程地質學理論(劉國昌,1964;譚周地,1986),以谷德振為代表的構造控制論的區(qū)域地殼穩(wěn)定性理論(谷德振,1979;唐興民等,1987),胡海濤堅持和發(fā)展了李四光的“安全島”理論(胡海濤,1987)。該時期由現象觀察描述而進入到影響新構造運動的內在因素的分析上,并進一步對現代地殼運動與地質構造的關系進行了研究。研究思維已由單層次發(fā)展成為雙層次,將地質宏觀現象與影響因素,構造應力場與地震孕育發(fā)生結合起來(杜東菊,1994)。

        1.3 發(fā)展期

        第三階段是20世紀80年代~21世紀初是區(qū)域地殼穩(wěn)定性理論的高速發(fā)展期,其特點為,一是區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價理論觀點的系統(tǒng)化和完善化(王思敬,2002);二是呈現多學科發(fā)展的趨勢,結合了其他理論和觀點,如地震工程等;三是評價的方法從定性評價和影響因素分級指標評價逐步向數值化、半定量化和人工智能化方向發(fā)展(胡海濤,1993;柴峻峰,2004)。其主要表現在六個方面。

        (1)出現了一系列專著和創(chuàng)造性理論。如《區(qū)域穩(wěn)定工程地質》(劉國昌,1993)、《廣東核電站規(guī)劃選址區(qū)域穩(wěn)定性分析與評價》(胡海濤等,1987)、《區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究理論與方法》(李興唐等,1987)、《活動斷裂研究與工程研究》(李興唐等,1991)、《區(qū)域地殼穩(wěn)定性定量化評價》(孫葉,譚成軒,1998)等。杜東菊(1986,1993)結合具體工程提出多級模糊評判的方法和定量化研究思路;孫廣忠(1993)提出了“巖體構造控制論”;劉傳正和胡海濤(1993)基于巖石圈動力學理論,建立了重大工程選址的“安全島”多級逼進與優(yōu)選理論;這一階段陳慶宣(1989,1992)、孫葉和譚成軒(1998)運用地質力學場的原理來進行區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價;羅國煜(1992)建立了基于優(yōu)勢面理論觀點的穩(wěn)定性評價;彭建兵(1997,2001a,2001b)等提出了“區(qū)域穩(wěn)定動力學”;中國地震局地質所則從地震地質、地震工程和場地反應的角度進行場地評價。

        (2)與重大工程的結合。胡海濤等(1988)、李同錄(1991)、袁凳維(1996)等就長江三峽壩區(qū)及外圍地殼穩(wěn)定性及水庫誘發(fā)地震問題進行了深入研究;王士天、張倬元(1994)等一批學者結合黃河上游及西南一些大型水利水電工程選址及水庫誘發(fā)地震開展了系統(tǒng)的區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究,提出了工程場地構造穩(wěn)定性研究的理論、技術路線和方法體系,并率先開展了區(qū)域地殼穩(wěn)定性的各類數值模擬;王思敬等(1998)在秦嶺造山帶的區(qū)域地殼穩(wěn)定性及構造應力場的物理數學模擬等方面作出了重大貢獻;地質礦產部(1991)對深圳經濟特區(qū)的規(guī)劃進行了區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價。這些成果標志著理論與重大工程的緊密結合。

        (3)國際化進程的推動。通過陳慶宣(Chen Qingxuan et al.,1989,1991)主持的國際對比計劃“地殼穩(wěn)定性與地質災害”項目的實施和第30屆國際地質大會上關于地質力學與地殼穩(wěn)定性研究專題介紹,使很多國際上相關領域的學者對區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究逐漸感興趣,他們也開始從單因素評價地震穩(wěn)定性轉變?yōu)榭紤]多因素的綜合評價。該時期譚成軒等學者(Tan Chenxuan et al.,1997)發(fā)表了有關三峽選址的區(qū)域地殼穩(wěn)定性應用的英文文章,在國際上推廣該理論在重大工程建設中的應用。

        (4)區(qū)域穩(wěn)定專家評價系統(tǒng)的出現。殷躍平等(1992)研制的“重大工程選址區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價專家系統(tǒng)(CRUSTAB)”問世,1993年李同錄等研制的“區(qū)域穩(wěn)定工程地質評價專家系統(tǒng)”開始試運行(杜東菊,1994)。

        (5)全國區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價圖的編制。易明初(1997)主編的“中國區(qū)域地殼穩(wěn)定性圖(1∶500萬)”及說明書填補了我國地質圖系中的空白。該圖采用網格二級分割評價,應用地質力學的理論和方法,以活動構造體系為核心,“安全島”理論為指導思想,現代地殼形變?yōu)橹攸c,對中國區(qū)域地殼穩(wěn)定性進行了全面的評價和研究,是前期各省區(qū)地殼穩(wěn)定性及與之有關的資料的一個系統(tǒng)總結,使中國地殼穩(wěn)定性研究達到了一個新水平。

        (6)區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價層次體系的明確劃分。劉國昌提出“區(qū)域穩(wěn)定性研究應由區(qū)域直接搞到工程場地,并綜合考慮內、外因綜合作用影響”的指導思想,并在其《區(qū)域穩(wěn)定工程地質》專著中予以系統(tǒng)闡述,明確將區(qū)域穩(wěn)定性劃分為區(qū)域地殼穩(wěn)定性、建設地區(qū)地表穩(wěn)定性和工程場址巖土體穩(wěn)定性三個級別(劉國昌,1993),這對我國后續(xù)的區(qū)域穩(wěn)定工程地質研究起到了重要的指導作用。

        20世紀70年代末~90年代末是區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價研究和應用的最好時期!

        1.4 徘徊期

        進入新千年以來,區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究進入了一個徘徊期。學科理論基礎和技術主要是利用相關學科的理論、觀點和新技術加以修改、補充使之適應區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究的需要(吳樹仁等,2004)。該階段GIS和快速制圖技術在區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究中得到了充分的應用,而在區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價理論上缺乏創(chuàng)新性成果,公開發(fā)表的學術論文主要側重于對已有理論的總結與展望(吳樹仁等,2004;柴峻峰等,2004;譚成軒等,2008)。具有傳統(tǒng)意義的區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價行業(yè)參與廣泛度有所下降,部分區(qū)域工程地質評價轉為一些更為直接、具體的單因素評價,如地震危險性評價、地質災害危險性評價、巖土工程性質評價等。這期間的應用型成果主要集中在中國地質調查局的公益性地質調查項目上,中國地質科學院地質力學研究所在這方面做了大量工作,吳樹仁等(1995)對清江流域地殼穩(wěn)定性工程地質進行了研究;易明初等(1997)編制了中國區(qū)域地殼穩(wěn)定性分區(qū)圖并出版了《新構造活動與區(qū)域地殼穩(wěn)定性》專著(易明初,2003);馬寅生等(2003)開展了黃河上游新構造活動與地質災害風險評價;吳珍漢等(2009)進行了青藏鐵路沿線活動斷裂研究與應力應變綜合監(jiān)測,為后期的區(qū)域地殼穩(wěn)定性提供了重要的評價指標;韓金梁等(2009)針對三峽水庫引水工程的重點段——秦巴段,進行了區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價;張永雙等(2008)結合滇藏鐵路建設的前期論證,開展了滇藏鐵路沿線區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價。

        徘徊期的出現既與我國建設發(fā)展的階段有關,也與區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價理論自身存在的問題有關。

        2 存在的問題及發(fā)展方向

        區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究經過近半個世紀的發(fā)展,時間上縱向比較取得了不俗的成就,相應的理論體系日趨完善,技術方法快速發(fā)展,成為國家重大工程規(guī)劃選址和建設前期論證的重要調查研究內容之一,但橫向與其他學科比較,其發(fā)展也遇到了一些瓶頸,主要表現在以下幾個方面:

        (1)評價成果有效性不易驗證,無法被社會廣泛認同。地震危險性評價和地質災害危險性評價與其相比,二者的概念更明晰,結果都具有可檢驗性和較可信的數理基礎,容易被學術界和工程界采納。地震危險性評價從描述式的表達(即,我國十二級烈度的劃分)到今天的地面峰值加速度、地震動響應周期等定量化表達,具有明確的物理量,便于測量和檢驗;地質災害在一個地區(qū)的時空范圍內具有多個樣本,地質災害易發(fā)性評價依據統(tǒng)計特征和巖土力學性質等條件,評價結果可以通過部分樣本驗證。而區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價在這兩方面存在欠缺。

        (2)研究重點的轉變。隨著我國開發(fā)建設的深入進行,已經基本完成了對國土范圍內地質環(huán)境穩(wěn)定性分布規(guī)律和現象的總體認識,研究的重點轉向了更精細的具體工程問題研究和地質環(huán)境的改造,受已有理論體系的影響,區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價結果一般劃分為4~6級,缺乏區(qū)分度,工作成果無法滿足區(qū)域工程地質精細化研究的需要。

        (3)評價指標及評價方法尚需深入研究。區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價涉及的要素較多,如何有效地篩選指標,厘清各指標的相關關系,準確衡量指標對整體穩(wěn)定的貢獻度,及各指標的綜合分析手段一直是區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的難點,現今仍然是難點。在過多的強調某一指標作用時,易陷入其他研究領域的范疇,如過分強調內動力地質作用的結果是往往與地震危險性評價太過相似,但又缺乏地震危險性評價系統(tǒng)的數理支撐,使自身存在的價值大打折扣。

        (4)區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價尚需與工程實踐更進一步結合?,F今的地殼穩(wěn)定性評價不再是單純的選擇場地,而是搞清場地不穩(wěn)定的原因和性質,研究工程建設如何避免和減少因不穩(wěn)定因素產生的工程災害,合理地利用場地進行工程布局和建設,并提出工程建設的防災和減災對策,即逐步實現由區(qū)域評價→場地利用 →地質工程設計的轉變(彭建兵,2001a)。

        (5)區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價所依托的基礎地質理論體系亟待更新。上世紀90年代前區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價所依托的槽臺學說、地質力學理論正逐步被巖石圈結構、大陸動力學等理論所代替,不少學者(唐明輝等,2009;彭建兵,2001a,2001b)已經認識到區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究需基于新的基礎地質理論開展工作,但在如何運用新的理論進行研究方面還基本處于空白狀態(tài)。

        (6)區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價理論主要在中國產生、發(fā)展和應用,沒有在世界學術范圍內獲得廣泛認同,缺乏國際研究氛圍和有效接軌,沒能形成在該領域全世界共同研究推動其發(fā)展的良好局面。同時期,國際上類似的研究主要是單因素評價,以研究斷裂活動性預測地震為代表,工作手段側重于通過古地震調查、空間信息技術監(jiān)測(GPS、InSAR)、地球物理探測和科學鉆探等獲取實測科學數據進行分析。

        (7)基礎地質條件的研究有待加強??陀^地質條件是建立物理模型及數學力學模型的基礎,任何現代的計算方法也無法代替客觀的地質體,地質實踐仍是研究區(qū)域穩(wěn)定工程地質最基本的方法,要加強現場原位測試的手段和綜合研究方法。

        3 區(qū)域地殼穩(wěn)定性規(guī)范編制

        3.1 區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價規(guī)范編制的意義

        區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價是源于中國的理論,但截至目前尚未有該方面的規(guī)范或標準,相關規(guī)范中對此頗為約略(DZ/T0096-1994),沒有形成獨立完整的體系。2000年以來,中國地質調查局在全國有計劃地部署開展了多個重要經濟區(qū)帶和重大工程的區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價工作,為了規(guī)范和指導該類項目的工作布署、立項論證、設計編審、調查方法及工作流程、資料整理、數據管理、成果表達、報告編寫、檢查驗收等方面工作,根據區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的實踐及目前技術水平制定該規(guī)范?;顒訑鄬幼鳛閰^(qū)域地殼穩(wěn)定性評價中最主要的內動力因素,工作方法和流程也相對成熟完善,依據國內外活動斷層研究成果和調查技術應用發(fā)展現狀,該部分內容在規(guī)范中作了重點闡述,并在規(guī)范名稱中突出體現,規(guī)范最終定名為《活動斷裂與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價規(guī)范(1∶50 000~1∶250 000)》(以下簡稱《規(guī)范》)。《規(guī)范》的編制是我國現階段社會發(fā)展、地質調查工作實踐、工作成果規(guī)范化的現實需要。

        3.2 規(guī)范主要編制單位及編制理念

        本《規(guī)范》的主編單位為中國地質科學院地質力學研究所,負責規(guī)范的主要起草和總體編制,中國地質調查局水環(huán)部、中國地質環(huán)境監(jiān)測院等單位參與了部分技術條款的編制。在經過全國地質、地震、水利、煤炭、鐵路、教育、中國科學院等多個系統(tǒng)近20家單位相關領域專家研討及征求意見的基礎上,確定了規(guī)范編制的基本理念:在充分吸收地質力學、巖石圈結構和大陸動力學思想的基礎上,以區(qū)域穩(wěn)定工程地質學理論為指導,將內外動力因素結合,采用多場疊加進行總體評價,進而根據多級逼近與優(yōu)化理論進行分區(qū),并闡明場地不穩(wěn)定因素,結合具體工程提出改造措施(防治對策)。

        3.3 規(guī)范的主要結構安排

        《規(guī)范》規(guī)定了活動斷層和區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價的目的任務、工作內容、工作方法、工作流程、工作精度等技術要求。按標準化工作導則“標準的結構和編寫規(guī)定(GB/T1.1-2009)”的文本格式和要求,結合中國地質調查局項目執(zhí)行和管理規(guī)定的需要,確定了共15章的結構安排,包括:① 前言、②引言、③適用范圍、④規(guī)范性引用文件、⑤術語和定義、⑥ 總則、⑦ 基本要求與工作流程、⑧ 設計編審、⑨活動斷層調查評價、區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價調查評價數據管理、圖件編制與報告編寫質量檢查與成果驗收附錄、參考文獻。其中⑧、⑨三章是為項目管理而設定的?!盎疽笈c工作流程”一章起到提綱挈領的作用,覆蓋了活動斷裂調查和區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的主要內容,使讀者能在短時間了解整個規(guī)范的精髓。

        3.4 規(guī)范的適用范圍、目的、任務

        規(guī)范的適用范圍、目的和任務是《規(guī)范》的指導性原則部分,決定了規(guī)范的基本內容。

        3.4.1 適用范圍

        本規(guī)范規(guī)定了1∶50 000活動斷層與1∶250 000區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價的目的、任務、內容、調查與評價技術方法、設計審查、圖件編制與報告編寫、質量檢查與成果驗收等方面的基本要求;本規(guī)范適用于指導地質調查類項目的相關工作;該類其他中小比例尺的調查評價工作可參考使用;國土規(guī)劃、工程選址、地質減災防災、震害防御等方面的活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價工作可以參照執(zhí)行。

        3.4.2 目的

        活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價(1∶50 000~1∶250 000)是一項基礎性、公益性的區(qū)域工程地質工作。其主要目的是在系統(tǒng)搜集、整理、調查工作區(qū)及一定外延范圍內活動斷層和區(qū)域工程地質相關要素的基礎上,評價斷層活動性及災害效應,劃分出區(qū)域地殼的相對穩(wěn)定級別并進行闡述,為防治不良內外動力地質作用、工程選址和國土規(guī)劃利用等工作提供資料。

        3.4.3 任務

        (1)搜集查明活動斷層空間展布、幾何結構,搜集測定第四紀特別是晚更新世以來活動性質、幅度、時代、速率及地震復發(fā)間隔等參數,研究斷層規(guī)模、分段、活動性及地質災害效應。

        (2)搜集、查明和分析影響區(qū)域地殼穩(wěn)定性的地形地貌、地殼結構、深部構造、構造活動性、地震活動、巖土體性質、地質災害及人類工程活動等內外動力地質條件,編制主要控制因素專題圖,結合活動斷層調查評價成果,對區(qū)域地殼穩(wěn)定性做出系統(tǒng)評價。

        (3)建立活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性的信息系統(tǒng),編制區(qū)域地殼穩(wěn)定性圖件及說明。

        (4)根據區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價結果,提出區(qū)域地質災害防治、國土資源規(guī)劃利用和工程建設場地適宜性建議。

        3.5 標準的引用和對比情況

        目前,國內和國外尚無專門的活動斷層與區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價標準。本規(guī)范在編制過程中,吸收了活動斷層探測方法DB/T15-2009、工程地質調查規(guī)范(1∶100 000~1∶200 000)DZ/T0096-1994、水電水利工程區(qū)域構造穩(wěn)定性勘察技術規(guī)程DLT 5335-2006、滑坡崩塌泥石流災害調查規(guī)范(1∶50 000)DZ/T0XX-2011等規(guī)范中關于活動斷層和區(qū)域地殼穩(wěn)定性要素調查、評價的相關技術方法。其引用部分與差別對比如表1所示。

        4 重大分歧處理依據

        雖然區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價工作在我國開展了幾十年的研究和實踐工作,但規(guī)范的編制屬于第一次,國外也沒有相應理論和規(guī)范可以參考借鑒。而且本規(guī)范突出了活動斷裂調查評價內容,區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價工作精度比例尺明確定位在1∶250 000,這在以前的實例工作中是沒有涉及的。因此在規(guī)范編制過程中,多位專家對活動斷裂與區(qū)域地殼穩(wěn)定性的關系、規(guī)范名稱比例尺、繁簡程度、評價的層次劃分、評價方法、成果圖件與表達等方面存在一定的分歧。經過咨詢、征求意見和項目組的匯總梳理,對這些重大分歧提出了可行的條文及處理依據。

        4.1 兩個主體內容的結構關系

        本規(guī)范包括既有區(qū)別又有緊密聯(lián)系的兩部分內容,分別是活動斷裂調查與區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價兩部分內容。區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價出發(fā)點是盡可能的避開活動地震構造帶,尋找相對穩(wěn)定地區(qū)作為工程建設的基地和場址?;顒訑嗔蜒芯渴菑牧硪粋€角度看問題,即從尋找、評價與預測危險的地區(qū)入手,為工程避開危險區(qū)或工程設防服務。地殼穩(wěn)定性和活動斷裂研究是一個問題的兩個方面,從環(huán)境工程地質出發(fā),兩方面的問題都需要研究。尋找地震危險區(qū)的方法雖然抓住了問題的關鍵,但卻缺乏對場區(qū)穩(wěn)定性的整體認識,研究地殼活動性是一種手段,尋找相對穩(wěn)定的地區(qū)作為工程建設的安全場址和地基,才是我們的主要目的,二者殊途同歸,放在一個規(guī)范中是有機融合。

        4.2 定名與比例尺

        根據目前技術水平和我國基礎資料的積累情況,規(guī)范涉及的活動斷裂與區(qū)域地殼穩(wěn)定性兩部分工作的比例尺宜分別確定。中國地震局目前正在全國開展多個活動構造帶1∶50 000比例尺的活動斷裂填圖工作,地質調查已經有了很好可借鑒的資料,而且活動斷裂作為區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的最主要內容,精度上應適當高于評價圖,因此活動斷裂調查評價按1∶50 000比例尺開展工作。區(qū)域地殼穩(wěn)定性涉及要素較多,有些難以獲取中大比例尺的數據,如地球物理,地震峰值加速度等,根據“木桶效應”原理,比例尺精度宜按木桶最低一塊板確定,結合國際標準圖系比例尺劃分,最終確定將區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價的比例尺按目的任務中的最小比例尺1∶250 000規(guī)定。

        表1規(guī)范的引用和對比情況Table 1 Citing and comparing of other specifications

        4.3 規(guī)范的繁簡程度

        規(guī)范的質量主要是由研究程度與實踐工作水平決定的。區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價工作目前的理論體系還不夠完善、完整,處于半定性—半定量化的評價階段,數理基礎的運用還不夠充分,國內的不少單位還沒有開展該方面工作的經驗,本規(guī)范在一定程度上起到工作指南的作用,對一些模糊的方法理論要介紹和比選,因此本規(guī)范“宜繁不宜簡、宜多不宜少”,盡可能的將主要概念、內容、方法、工作布置寫的細致,以起到即規(guī)范又指導的作用。

        4.4 評價的層次劃分

        一個地區(qū)的穩(wěn)定性不僅與所在位置有關,而且與遠程和近程的地質體活動有關聯(lián),最簡單的如地震,幾十甚至上百千米外的地震對當地的穩(wěn)定性都可能有影響。因此,區(qū)域地殼穩(wěn)定性不能僅僅著眼于本地,應放眼于更廣闊的地質構造背景中,對評價區(qū)有個整體的認識。另一方面,從公益服務及工作實用性的角度,對評價區(qū)內的重大工程和(或)重要規(guī)劃區(qū),宜開展比1∶250 000更優(yōu)精度的調查評價工作。其實,劉國昌在區(qū)域穩(wěn)定工程地質理論中已就這個問題進行了闡述,提出“在進行區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價、地區(qū)地表穩(wěn)定性評價和工程場址巖土體穩(wěn)定性評價基礎上進行綜合研究”,本規(guī)范根據其思想,從明晰空間范圍與內容概念,及與1∶250 000比例尺調查評價工作相適應的角度,提出“分地域構造穩(wěn)定性、地區(qū)地表穩(wěn)定性和場址巖土體穩(wěn)定性三個層次開展工作”。

        地域構造穩(wěn)定性指地球內動力為主的地質作用(包括現代地殼運動、地震活動、巖漿活動等,也包括人類工程及其他活動誘發(fā)的地震活動、斷層活動及火山活動)引起的構造塊體及其表層的相對穩(wěn)定程度,體現的主要是內動力地質作用對工作區(qū)的遠程影響。工作范圍一般為工作區(qū)外延150~300km,比例尺以1∶500 000~1∶1 000 000為宜。

        地區(qū)地表穩(wěn)定性,指地殼表面在地球內、外動力地質作用和人類工程經濟活動影響下的相對穩(wěn)定程度,包括各種原因產生的地面沉降及地裂縫、塌陷、斜坡破壞,特殊土形狀變化引起的地表變形,斷層活動導致的地質災害等,體現地質作用對工作目標的近距離和直接影響。地表穩(wěn)定性是1∶250 000區(qū)域地殼穩(wěn)定性工作的主體內容,范圍應與工作任務內容一致,比例尺為1∶250 000。

        場址巖土體穩(wěn)定性指重大工程建筑物和國土規(guī)劃范圍內巖土體的穩(wěn)定性,如水庫區(qū)岸坡、線性工程的大型穿跨越段、地下工程硐室、重要土地利用規(guī)劃區(qū)的穩(wěn)定性等,體現不良地質體對工作目標的直接影響。范圍為工作區(qū)內選定的重要場址,比例尺宜為1∶50 000。

        三個層級在區(qū)域地殼穩(wěn)定性大的框架范圍內,即體現了工作區(qū)范圍地域—地區(qū)—場址的由大及小,也體現了工作內容構造—地表—巖土的由宏觀到細觀,概念清晰,層次結構明確。

        4.5 區(qū)域地殼穩(wěn)定性的評價方法

        區(qū)域地殼穩(wěn)定性經過幾十年的發(fā)展,雖然沒有實現全定量化的評價,但已經發(fā)展了多種相對成熟的定性、半定性和半定量化的評價方法。這其中包括單要素判別法、信息量法、層次綜合分析法、多要素柵格疊加法、標準區(qū)監(jiān)督分類法等。

        依據評價方法的繁易程度和評價指標的不確定性,本規(guī)范推薦在劃分地域構造穩(wěn)定性級別階段采用單因素判別法輔助多因素疊加法,原則是能通過一個要素確定級別就用一個要素,不易確定時根據多要素綜合評定。對地區(qū)地表穩(wěn)定性評價,宜采用半定量的多要素疊加法,將多個地質條件要素根據不同的權重相加從而獲得研究區(qū)的綜合穩(wěn)定性。為提高可操作性,規(guī)范給出了穩(wěn)定性分級與評價要素相對應的表格,使評價更易于實施,權重的選取根據指標的重要程度總體分為兩類:一類是確定性質指標,另一類是參考性指標,權重前者原則上要大于后者。

        場址巖土體穩(wěn)定性是區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的選做內容,本規(guī)范對其評價方法沒有明確提出要求,而是建議參考相關規(guī)范,但同樣給出了主要評價指標的分級表,以便于參考。

        總之,本規(guī)范有關區(qū)域地殼穩(wěn)定性的評價方法的基本原則是盡可能簡潔、實用、適用面廣。

        4.6 成果圖件表達

        成果圖圖面既要充分反映區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價的層級結構、主要的地質要素信息、重要的中間過程和結果說明,又要精簡扼要,便于應用。因此本規(guī)范推薦集主要調查評價信息于一體的綜合圖面表達,讓讀者通過一張圖既可全面獲取區(qū)域地殼穩(wěn)定性信息。圖面至少應包括主圖、輔圖、說明表格和典型剖面(照片)四個基本部分。主圖面應表現自然地理、構造地貌、地層巖性、活動斷層、地震、主要地質災害、評價結果分區(qū)及編號等內容;輔圖既包括與主圖范圍相對應的各要素圖層,也有地域構造穩(wěn)定性分區(qū)、地區(qū)地表穩(wěn)定性評價二個必備層次的中間過程圖,及區(qū)域地殼穩(wěn)定性定量計算結果;每個分區(qū)的地質條件特征、主要穩(wěn)定性問題、防治措施和利用建議要以表格形式簡潔闡述;同時要表示典型的地質現象和地質剖面,使讀者對穩(wěn)定性因素有直觀的認識。其圖面設計示例詳見圖1。

        5 結論

        (1)通過對以往研究的回顧和總結,提出了區(qū)域地殼穩(wěn)定性理論發(fā)展經歷了上世紀50~70年代孕育期、60~80年代形成期、80年代~21世紀初發(fā)展期、21世紀以來徘徊期的這一發(fā)展歷程。

        (2)現階段,區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價發(fā)展遇到了一些瓶頸,主要表現在:成果的有效性不易驗證,無法被社會廣泛認同;我國已經基本完成了對地質環(huán)境規(guī)律的認識,研究重點轉向了改造和利用;評價因素及評價指標尚需進行深入研究,制定出更符合工程建設需要的評價體系;區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價應和工程實際要求緊密結合,逐步實現由場地評價 →場地利用 →地質工程設計的轉變;缺乏與巖石圈結構、大陸動力學等基礎地質理論的有效結合;沒有在世界學術范圍內獲得廣泛認同,缺乏良好的國際研究氛圍和有效接軌。

        (3)區(qū)域地殼穩(wěn)定性評價工作在我國有廣泛而迫切的社會需求?!痘顒訑嗔雅c區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價規(guī)范(1∶50 000~1∶250 000)》是我國開展幾十年區(qū)域地殼穩(wěn)定性研究和實踐工作以來的第一部規(guī)范,是該學科發(fā)展的一個里程碑。

        (4)規(guī)范編制的理念是在充分吸收地質力學、巖石圈結構和大陸動力學思想的基礎上,以區(qū)域穩(wěn)定工程地質學理論為指導,將內外動力因素結合,采用多場疊加進行總體評價,進而根據多級逼近與優(yōu)化理論進行分區(qū),并闡明場地不穩(wěn)定因素,結合具體工程提出改造措施。

        圖1 區(qū)域地殼穩(wěn)定性成果圖圖面布局與內容Fig.1 Contents and layout of regional crustal stability map

        (5)規(guī)范規(guī)定了活動斷層和區(qū)域地殼穩(wěn)定性調查評價的目的任務、工作內容、工作方法、工作流程、工作精度等技術要求,確定了共15個部分的結構安排,其中特設“基本要求與工作流程”一章,起到提綱挈領的作用,概述了規(guī)范的主要內容,使讀者能在短時間內了解整個規(guī)范的精髓。

        (6)對活動斷裂與區(qū)域地殼穩(wěn)定性的關系、名稱比例尺、繁簡程度、評價的層次劃分、評價方法、成果圖件表達等重要或存在較大分歧的問題進行了說明,為規(guī)范的編制和推廣奠定了基礎。

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