田勤虎， 李 晉， 李曉妮， 許俊奇， 竹 霞

(1.陜西省地震局，陜西 西安 710068；2.廣東省地震局，廣東 廣州 510070 3.長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710054）

0 引言

渭南市地震工程地質(zhì)分區(qū)是渭南市地震小區(qū)劃項(xiàng)目的重要組成部分，同時(shí)也是城市地質(zhì)工作的重要組成部分[1]。它圍繞區(qū)劃范圍，在充分利用和收集已有資料的基礎(chǔ)上，開展野外地質(zhì)調(diào)查、場(chǎng)地勘察等工作①易學(xué)發(fā)，田勤虎，許俊奇.渭南市地震小區(qū)劃報(bào)告.陜西大地地震工程勘察中心，2011.。利用地貌、地層、巖性組合[2]、波速、地下水等因素，編制地震工程地質(zhì)分區(qū)圖，為場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和評(píng)價(jià)場(chǎng)地地震地質(zhì)災(zāi)害提供資料和數(shù)據(jù)[3、4]。

地震工程地質(zhì)分區(qū)對(duì)地震動(dòng)參數(shù)分區(qū)有一定的控制作用。早在上世紀(jì)80年代，陜西省地震局就進(jìn)行了渭南市地震小區(qū)劃項(xiàng)目，對(duì)小區(qū)劃場(chǎng)地進(jìn)行了地震工程地質(zhì)分區(qū)。但限于當(dāng)時(shí)經(jīng)費(fèi)和技術(shù)條件，以及規(guī)劃范圍的限制，僅對(duì)城區(qū)附近做了分區(qū)，且研究程度較低。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，渭南市市區(qū)規(guī)模急劇擴(kuò)大，2020年的規(guī)劃范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于從前。所以，對(duì)新的規(guī)劃范圍進(jìn)行地震工程地質(zhì)分區(qū)勢(shì)在必行。

1 渭南市地震地質(zhì)構(gòu)造概況

1.1 地震構(gòu)造特征

渭南市位于華北地臺(tái)鄂爾多斯地塊南緣渭河斷陷盆地的中西部，固市凹陷西南緣。新生代以來(lái)表現(xiàn)出以強(qiáng)烈下沉運(yùn)動(dòng)為主的特點(diǎn)，第四紀(jì)沉積厚度達(dá)1 300余米。區(qū)內(nèi)活動(dòng)構(gòu)造發(fā)育，主要為渭南塬前斷裂和涇陽(yáng)-渭南斷裂等全新世活動(dòng)斷裂，在這些斷裂的局部地段或附近，有多條地裂縫穿城而過(guò)，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

渭南市受渭河地震亞帶的地震活動(dòng)控制，破壞性地震集中于793～879年和1556～1568年這兩個(gè)時(shí)段。其中1556～1568年地震活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)生了3次51/2級(jí)地震和1次81/4級(jí)地震，1569年以來(lái)未發(fā)生43/4級(jí)以上地震，地震活動(dòng)水平降低。1970年以來(lái)地震活動(dòng)較弱，主要為小震活動(dòng)。2008～2011年渭南市周圍地震頻次明顯上升，地震活動(dòng)增強(qiáng)，具有發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造背景。

1.2 場(chǎng)地地形地貌特征

小區(qū)劃場(chǎng)地為渭河沖積平原，其南、北夾峙于渭南一道黃土塬與渭河北岸一級(jí)階地之間。由于受斷塊垂直差異運(yùn)動(dòng)控制，小區(qū)劃場(chǎng)地地勢(shì)由南向北呈階梯式跌落，從黃土臺(tái)塬到渭河漫灘，水平距離僅約8 km，高差達(dá)134 m，平均坡降22.4‰。該區(qū)地貌單元主要為渭河漫灘和Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)階地，另外還有沋河河床和漫灘。第四紀(jì)沉積發(fā)育，沿渭河兩岸南北向依次出露全新統(tǒng)沖積砂層、粉質(zhì)粘土層和上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土。

1.3 地下水特征

地下水的賦存情況不僅決定場(chǎng)地的工程特性，也是決定場(chǎng)地使用的重要條件[5]。小區(qū)劃場(chǎng)地地下潛水位埋深與地形地貌有較大關(guān)系，總體呈南深北淺的帶狀分布特點(diǎn)。埋深小于5.0 m者分布在渭河漫灘，水位受渭河影響，年變幅在1.0～2.5 m之間；埋深5.0～10.0 m者分布在渭河Ⅰ級(jí)階地前部和沋河漫灘區(qū)，水位與降水有關(guān)系，年變幅在2.0 m左右；埋深10.0～15.0 m者分布在渭河Ⅰ級(jí)階地中部，水位與降水直接有關(guān)，年變幅在1.5～2.0 m之間；埋深15.0～30.0 m者分布在渭河Ⅰ級(jí)階地后部和Ⅱ級(jí)階地區(qū)，水位與降水關(guān)系明顯，年變幅小于2.0 m；埋深大于30.0 m者分布在渭河Ⅲ級(jí)階地和塬前平臺(tái)區(qū)，水位受降水直接影響，年變幅小于1.0 m。

小區(qū)劃場(chǎng)地第四系承壓水流向大體與潛水一致，其徑流速度隨地形坡度的減緩而變小。

2 場(chǎng)地地震工程地質(zhì)條件勘測(cè)

場(chǎng)地地震工程地質(zhì)條件勘測(cè)的內(nèi)容包括：在分析現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)行場(chǎng)地鉆探及場(chǎng)地土體物理與力學(xué)特性測(cè)試，并對(duì)每個(gè)鉆孔進(jìn)行剪切波速測(cè)試，對(duì)場(chǎng)地不同地貌單元進(jìn)行地脈動(dòng)測(cè)試。通過(guò)這些手段，我們可以了解小區(qū)劃場(chǎng)地土層結(jié)構(gòu)和地基土的物理力學(xué)性質(zhì)，從而為地震工程地質(zhì)分區(qū)和劃分場(chǎng)地類別提供依據(jù)，為場(chǎng)地地震反應(yīng)分析模型的建立提供參數(shù)。

鉆探和測(cè)試是根據(jù)場(chǎng)地地形地貌及收集的資料基礎(chǔ)上，以1 km×1 km網(wǎng)格狀布設(shè)鉆孔，實(shí)際鉆探共計(jì)222個(gè)（圖1）。鉆孔根據(jù)深度不同分為控制性孔和一般孔，控制性孔孔深90 m，實(shí)際鉆探70個(gè)；一般孔孔深30 m，實(shí)際鉆探152個(gè)?？刂菩钥自诿總€(gè)工程地質(zhì)單元內(nèi)基本均勻分布，且保證每個(gè)工程地質(zhì)單元不少于兩個(gè)，剪切波速不小于500 m/s。

飽和砂土在地震作用下是否液化已成為工程地基抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[6]，所以，我們對(duì)所有控制性孔的356個(gè)土樣進(jìn)行了動(dòng)三軸試驗(yàn)，主要測(cè)試了土的含水量、密度、動(dòng)彈性模量系數(shù)、剪切模量與剪應(yīng)變關(guān)系、阻尼比與剪應(yīng)變關(guān)系等，對(duì)一般孔的砂層進(jìn)行了標(biāo)貫和動(dòng)探試驗(yàn)，并取樣進(jìn)行了常規(guī)試驗(yàn)。

地脈動(dòng)測(cè)試是用儀器記錄場(chǎng)地的常時(shí)微振動(dòng)時(shí)間序列信號(hào)，然后通過(guò)頻譜分析計(jì)算出場(chǎng)地的振動(dòng)頻譜，提取卓越周期，本次在小區(qū)劃場(chǎng)地內(nèi)共布設(shè)了25個(gè)地脈動(dòng)測(cè)試點(diǎn)（圖1）。

3 地震工程地質(zhì)分區(qū)

圖1 鉆孔、波速及脈動(dòng)測(cè)試位置示意圖Fig.1 Location of the drilling exploration,the shear wave velocity tests and the ground-micro-tremor-signals tests

3.1 分區(qū)原則及依據(jù)

渭南市地震工程地質(zhì)分區(qū)是對(duì)小區(qū)劃場(chǎng)地中地質(zhì)成因、物質(zhì)組成及物理力學(xué)特性相同或相近的地質(zhì)單元進(jìn)行歸類合并，也就是將場(chǎng)地地震效應(yīng)相同或相近的地質(zhì)單元進(jìn)行合并，將勘察地區(qū)劃分為若干個(gè)區(qū)，并細(xì)分為若干小區(qū)[7]。所以，分區(qū)是按照“區(qū)內(nèi)相似，區(qū)際相異”的原則，在同一地貌單元中，可根據(jù)巖土體類型及工程地質(zhì)特征、水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行劃分。不同的地貌單元，覆蓋層厚度和地層結(jié)構(gòu)相同時(shí)可進(jìn)一步合并。由于小區(qū)劃場(chǎng)地內(nèi)只有一個(gè)大的地貌單元，即渭河沖積平原區(qū)，因此一級(jí)工程地質(zhì)分區(qū)按地形地貌單元、巖土體結(jié)構(gòu)以及等效剪切波速等進(jìn)行分區(qū)[8]。二級(jí)工程地質(zhì)分區(qū)根據(jù)區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件的基本特征、工程地質(zhì)相似性和差異性，側(cè)重考慮土體類型、地形地貌條件和人工填土、飽和及軟黃土進(jìn)行劃分。

由于人工填土對(duì)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期有影響，但是尚不清楚其影響程度，為此，將厚層填土（≥3m）作為一項(xiàng)分區(qū)依據(jù)，考慮到目前填土的一般厚度以及建筑地基主要在3～5 m，又將填土按厚度3～5m和＞5m作為分區(qū)依據(jù)。飽和軟黃土由于長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，多呈軟塑和流塑，孔隙比大，天然含水量高，承載力低，壓縮性較高，對(duì)工程性質(zhì)影響大，因此將此也作為一項(xiàng)重要的分區(qū)依據(jù)。

3.2 工程地質(zhì)分區(qū)

根據(jù)以上分區(qū)原則，可將渭南市地震小區(qū)劃場(chǎng)地的渭河沖積平原劃分為四個(gè)Ⅰ級(jí)工程地質(zhì)亞區(qū)和九個(gè)II級(jí)工程地質(zhì)段，見(jiàn)圖2。

3.2.1 工程地質(zhì)亞區(qū)工程地質(zhì)特征

（1）河漫灘工程地質(zhì)亞區(qū)(Ⅰ0)

分布在渭河靠近河床的兩側(cè)，主要為渭河河漫灘。該區(qū)地形平坦，水位埋深淺，渭河南岸地下水位約為4.6～8.0 m，渭河北岸為4.5～7.0 m。表層多為薄層全新統(tǒng)粉土，褐黃色，中密，濕，含云母及少量氧化鐵，粉砂顆粒；高漫灘邊緣局部有約1.0 m的全新統(tǒng)風(fēng)積黃土狀土，其下多為沖洪積中粗砂。該區(qū)只有一個(gè)工程地質(zhì)段，等效剪切波速均值為209.4 m/s，卓越周期介于0.353～0.394 s之間

（2）一級(jí)階地工程地質(zhì)亞區(qū)(Ⅰ1)

分布在渭河兩岸，渭河漫灘之以南和以北，地貌上主要為渭河一級(jí)階地。該區(qū)地形平坦，水位埋深較淺，渭河南岸靠近漫灘地區(qū)水位為4.5～9 m，靠近二級(jí)階地的地區(qū)水位為10.0～18.3 m；渭河北岸靠近漫灘地區(qū)水位為3.4～9.1 m，靠近二級(jí)階地地區(qū)水位普遍為9.0～12 m。地層結(jié)構(gòu)上，在其上部為一層全新統(tǒng)填土，厚0～1 m，褐黃色，可塑，稍濕，有磚塊及植物根。其下多為沖洪積中粗砂和粉質(zhì)粘土。該亞區(qū)內(nèi)局部地段表層覆蓋有3～5 m厚的填土，因此，可進(jìn)一步劃分為Ⅰ1-1、Ⅰ1-2兩個(gè)段，其中，Ⅰ1-2段內(nèi)覆蓋有3～4 m厚的填土。場(chǎng)地等效剪切波速均值為235.3 m/s，卓越周期介于 0.353～0.394 s之間。

（3）二級(jí)階地工程地質(zhì)亞區(qū)(Ⅰ2)

分布在渭河兩岸，地貌上主要為渭河二級(jí)階地。該區(qū)地形較平坦，水位埋深較深，渭河南岸水位為18.0～30.0 m；北岸的飽和軟黃土地區(qū)水位較淺，一般為5.0 m左右。地層結(jié)構(gòu)上，上部大都覆蓋一層全新統(tǒng)填土；其下為全新統(tǒng)黃土狀土，厚約6.2～11.7 m，黃褐色，可塑，稍密，濕潤(rùn)，含少量鈣膜，可見(jiàn)零星蝸牛殼，有蟲孔，針孔發(fā)育；再向下多為沖洪積砂類土和粉質(zhì)粘土。該區(qū)內(nèi)局部地段含有較厚填土和軟黃土，可進(jìn)一步劃分為四個(gè)段，分別為Ⅰ2-1、Ⅰ2-2、Ⅰ2-3、Ⅰ2-4。其中Ⅰ2-2段內(nèi)覆蓋有3.0～5.0 m厚的填土；Ⅰ2-3段內(nèi)覆蓋有＞5.0 m厚的填土；Ⅰ3-4段內(nèi)發(fā)育有軟黃土。場(chǎng)地等效剪切波速均值為254.4 m/s，卓越周期介于0.353～0.366 s之間。

圖2 渭南市地震工程地質(zhì)分區(qū)圖Fig.2 The earthquake engineering geological zoning of Weinan

（4）三級(jí)階地工程地質(zhì)亞區(qū)（Ⅰ3）

該區(qū)僅在渭河南岸有分布，位于二級(jí)階地以南到小區(qū)劃場(chǎng)地南界，地貌上為渭河三級(jí)階地。地勢(shì)相對(duì)較高，水位埋藏也最深，一般為33.0 m左右。該區(qū)表層大都為填土，厚約0～0.3 m，褐黃，中密，稍濕，含植物根；其下土層厚約18.0～30.0 m，厚度變化較大；下部多為洪湖積中粗砂和粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)粘土的厚度較大。區(qū)內(nèi)局部地段含有厚層填土和軟黃土，可進(jìn)一步劃分為兩個(gè)段，分別為Ⅰ3-1、Ⅰ3-2，其中Ⅰ3-2段內(nèi)發(fā)育有軟黃土。場(chǎng)地等效剪切波速均值為289.0 m/s，卓越周期介于 0.341～0.366 s之間。

3.2.2 工程地質(zhì)段工程地質(zhì)特征

（1）河漫灘工程地質(zhì)段（Ⅰ0-1）

為易受洪水淹沒(méi)段，地層上為砂質(zhì)粘土和砂的雙層、多層結(jié)構(gòu)。渭河南岸及局部平直岸邊時(shí)有塌岸發(fā)生，地震基本烈度Ⅰ≥7度時(shí)易發(fā)生砂土液化。壓縮模量ES=8.5～12.0 Mpa，屬于中等壓縮性土，地基容許承載力{R}=120～200 Kpa。

（2）非厚層填土工程地質(zhì)段 （Ⅰ1-1）

地層上為砂質(zhì)粘土和砂的雙層、多層結(jié)構(gòu)，砂土液化地段。地震基本烈度Ⅰ=8～9時(shí)，砂土中等液化。上覆砂質(zhì)粘土厚2.0～8.0 m，壓縮模量ES=7.0～12.0 Mpa，屬于中等壓縮性土。

（3）厚層填土工程地質(zhì)段 （3～5 m）（Ⅰ1-2）

地層上為砂質(zhì)粘土和砂的雙層、多層結(jié)構(gòu)，砂土液化地段。局部地震基本烈度Ⅰ≥9時(shí)，可能發(fā)生砂土弱液化。上覆砂質(zhì)粘土厚10.0 m左右，壓縮模量ES=7.0～12.0 Mpa，屬于中等壓縮性土。

（4）非厚層填土、非飽和軟黃土工程地質(zhì)段（Ⅰ2-1）

地層上為砂質(zhì)粘土和砂的雙層、多層結(jié)構(gòu)，中等自重濕陷地段。上覆砂質(zhì)粘土厚約8.0～15.0 m。濕陷系數(shù)0.038～0.045，分級(jí)濕陷量為 21.0～33.0 cm，濕陷厚度為6.0～9.0 m。壓縮模量ES=5.0～10.0 Mpa，屬中等偏高壓縮性土。

（5）厚層填土 （3～5 m）工程地質(zhì)段（Ⅰ2-2）

地層上為砂質(zhì)粘土和砂的雙層、多層結(jié)構(gòu)，中等不均勻自重濕陷地段。上覆砂質(zhì)粘土厚10.0～20.0 m， 濕陷系數(shù) 0.038～0.056， 濕陷量 9.0～33.0 cm。濕陷厚度為4.0～9.0 m，多層中等自重濕陷。

（6）厚層填土（＞5 m）工程地質(zhì)段（Ⅰ2-3）

該段內(nèi)土層表面有填土，填土厚度＞5.0 m，屬極不均一的高壓縮性土。濕陷系數(shù)0.032～0.059，濕陷量在13 cm左右。下覆的砂質(zhì)粘土濕陷系數(shù)為0.038～0.056，濕陷量在9.0～33.0 cm左右。

（7）飽和軟黃土工程地質(zhì)段（Ⅰ2-4）

該段分布在渭河北岸二級(jí)階地上，發(fā)育有大量軟黃土，其工程性質(zhì)較差，具有輕微的濕陷性。

（8）非厚層填土、非飽和軟黃土工程地質(zhì)段（Ⅰ3-1）

單一黃土結(jié)構(gòu)，屬?gòu)?qiáng)自重濕陷、弱侵蝕地段。為濕陷性黃土，層厚10.0～15.0 m，濕陷系數(shù)為0.060～0.069，濕陷量為50.0 cm。壓縮模量ES=5.0～11.6 Mpa，屬中等-高壓縮性土。城南埋藏飽和軟黃土，埋深6.0～15.0 m，厚5.0～8.0 m。

（9）飽和軟黃土工程地質(zhì)段（Ⅰ3-2）

該段內(nèi)有填土分布，填土厚度3.0～5.0m，分布在渭河南岸三級(jí)階地之上。

4 結(jié)論

本次工作是在對(duì)渭南市地震小區(qū)劃場(chǎng)地實(shí)際勘察、前人資料收集、野外調(diào)查、室內(nèi)分析基礎(chǔ)上形成的研究成果，掌握了現(xiàn)階段劃分地震工程地質(zhì)單元的最新、最全資料，是繼80年代渭南市工程地質(zhì)單元?jiǎng)澐趾笞钚碌囊淮慰辈旃ぷ鳎饕憩F(xiàn)在以下幾方面：

（1）項(xiàng)目投入工程量大。在小區(qū)劃場(chǎng)地范圍內(nèi)共進(jìn)行了222個(gè)鉆孔勘探，并全部進(jìn)行了波速測(cè)試；脈動(dòng)測(cè)試25個(gè)，動(dòng)三軸實(shí)驗(yàn)356組，土工實(shí)驗(yàn)4 392組，并進(jìn)行了大量野外地質(zhì)地貌調(diào)查。

（2）工作區(qū)范圍大。本次工作范圍依據(jù)渭南市2001～2020年的城市總體規(guī)劃范圍，對(duì)渭南市區(qū)及附近208 km2的范圍進(jìn)行了地震工程地質(zhì)分區(qū)。此項(xiàng)工作的進(jìn)行，在若干年內(nèi)，其他部門或者單位將無(wú)需進(jìn)行相關(guān)勘察工作。

（3）成果多。形成了渭南市地震小區(qū)劃地震工程地質(zhì)分區(qū)圖、剪切波速等值線圖、工程地質(zhì)單元剖面圖、地下水位等值線圖等一系列成果資料及圖件，這為我們進(jìn)行的場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)和地震地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)。

致謝:渭南市地震工程分區(qū)的劃分，是陜西大地地震工程勘察中心和長(zhǎng)安大學(xué)共同研究的結(jié)果。在此，特別感謝陜西大地地震工程勘察中心渭南市地震小區(qū)劃項(xiàng)目組的種瑾、許俊奇、易學(xué)發(fā)等高級(jí)工程師及長(zhǎng)安大學(xué)范文教授、竹霞和張司亞等研究生的大力支持與配合。

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