劉長禮， 張 云， 張建羽， 李宏釗， 劉 朝

(中國地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所，石家莊 050061)

0 引言

從20世紀50年代開始，世界各國對工程地質(zhì)圖的編制方法進行了長期探索，但對1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖編制的理論和方法研究較少[1-10]。1956—1976年，我國學(xué)者開展了區(qū)域性小比例尺(<1∶50萬)工程地質(zhì)圖編制工作[11-13]。1984年，學(xué)者們編制了大城市工程地質(zhì)圖[14-16]，但比例尺均<1∶5萬。1990年，我國頒布了《GB 12328—90綜合工程地質(zhì)圖圖例及色標(biāo)》[17]，其附錄A對1∶5萬～1∶20萬綜合工程地質(zhì)圖編制原則與方法做了規(guī)定，但作為附錄的“參考件”未對1∶5萬工程地質(zhì)圖編圖方法或技術(shù)要求專門論述。1999年，方鴻琪等[18]對國內(nèi)外工程地質(zhì)圖的編圖方法進行了總結(jié)，從編圖任務(wù)、編圖原理和編圖方法等方面對工程地質(zhì)圖的編制做了全面闡述，但對1∶5萬工程地質(zhì)圖的編制論述不多。近期，中國地質(zhì)調(diào)查局組織實施了“全國主要城市環(huán)境地質(zhì)調(diào)查評價”和“大城市、海岸帶、經(jīng)濟區(qū)或城市群環(huán)境地質(zhì)調(diào)查”等項目，出版了《中國典型城市環(huán)境地質(zhì)圖集》[19]和《中國海岸帶環(huán)境地質(zhì)圖》[20]，對1∶5萬工程地質(zhì)圖編制進行了有益探索，但仍未形成統(tǒng)一的圖件編制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。綜上，1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖的編制，還存在編圖理念與技術(shù)落后、圖面內(nèi)容或主題表達不清、工程地質(zhì)層與分區(qū)劃分方法不統(tǒng)一等問題，不能滿足新型城鎮(zhèn)化建設(shè)需求。為推動城市地質(zhì)工作，2017年國土資源部發(fā)布的《關(guān)于加強城市地質(zhì)工作的指導(dǎo)意見》[21]明確要求： 全面加強城市地質(zhì)基礎(chǔ)工作，創(chuàng)新城市地質(zhì)工作理念技術(shù)方法。目前，中國地質(zhì)調(diào)查局正在開展重要經(jīng)濟區(qū)、城市群或大中型城市1∶5萬水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查，1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖是支撐新型城鎮(zhèn)化建設(shè)并服務(wù)“統(tǒng)籌城市地上地下建設(shè)”必須提交的重要成果之一，這對編圖理念與技術(shù)方法提出了新要求，探索1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖編圖方法意義重大。

本文在綜合國內(nèi)外大量工程地質(zhì)編圖文獻資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合目前開展的“中原城市群北部城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)1∶5萬工程地質(zhì)調(diào)查與編圖”工作，針對我國幅員遼闊、地質(zhì)條件復(fù)雜與地質(zhì)環(huán)境多樣等特點，提出適合我國實際的1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖編制的技術(shù)方法，并以焦作市幅為例，闡述了1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖的編制方法。

1 編制方法

1.1 工程地質(zhì)圖主題

1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖主要服務(wù)于城市建設(shè)規(guī)劃或重大工程選線選址，集中反映工程地質(zhì)特征，包括地形地貌、地層巖性(工程地質(zhì)層)、巖土體結(jié)構(gòu)或變形強度、地殼穩(wěn)定性或活動斷裂(地震)、不良地質(zhì)現(xiàn)象或地質(zhì)災(zāi)害等。

1.2 工程地質(zhì)分區(qū)

工程地質(zhì)分區(qū)即工程地質(zhì)特征差異性或相似性在圖區(qū)或地質(zhì)圖上的表現(xiàn)。根據(jù)工程地質(zhì)特征差異性，可將圖區(qū)劃分為工程地質(zhì)區(qū)、工程地質(zhì)亞區(qū)和工程地質(zhì)地段，也可根據(jù)工程地質(zhì)特征具體情況進行更多或更少級別的分區(qū)。在“地形地貌、地層巖性(工程地質(zhì)層)、巖土體結(jié)構(gòu)或變形強度、不良地質(zhì)現(xiàn)象或地質(zhì)災(zāi)害以及地殼穩(wěn)定性或活動斷裂(地震)”等工程地質(zhì)特征要素中，當(dāng)其中幾個(或某個)特征要素差異不大而某個(或某幾個)特征要素差異顯著時，用差異顯著的某個(或某幾個)特征要素的差異性進行分區(qū)； 當(dāng)所有特征要素差異性均不顯著時，可進行綜合適宜性分區(qū)，采用《CJJ 57—2012城鄉(xiāng)規(guī)劃工程地質(zhì)勘察規(guī)范》[22]推薦的工程建設(shè)適宜性分區(qū)。基于此，總結(jié)出適合我國工程地質(zhì)分區(qū)的方法，如表1所示。

表1 工程地質(zhì)分區(qū)方法Tab.1 Method of engineering geological zoning

1.2.1 工程地質(zhì)層與分區(qū)

在勘探深度內(nèi)，具有相同或相近工程地質(zhì)性質(zhì)的地層(具有相同或相近變形或強度、承載力)可劃分為同一工程地質(zhì)層； 同一工程地質(zhì)層可以是相同成因時代或相同沉積環(huán)境形成的巖土層，也可以是不同成因時代或不同沉積環(huán)境但連續(xù)形成的巖土層。同為寒武紀、奧陶紀石灰?guī)r，如果工程地質(zhì)變形或強度接近，即可劃分為同一工程地質(zhì)層； 同為粉質(zhì)黏土、黃土類粉質(zhì)黏土與非黃土類粉質(zhì)黏土，只要工程地質(zhì)性質(zhì)接近，則可劃分為同一工程地質(zhì)層。在垂向剖面上不連續(xù)、中間間隔其他巖性地層的2個相同巖性(甚至工程地質(zhì)性質(zhì)相同)的地層不能劃分為同一工程地質(zhì)層。同一工程地質(zhì)層分布的區(qū)域，可劃分為同一工程地質(zhì)區(qū)(亞區(qū)、地段)； 不同工程地質(zhì)層分布的區(qū)域，可劃分為不同工程地質(zhì)區(qū)(亞區(qū)、地段)(表2)。

表2 工程地質(zhì)層劃分方法Tab.2 Division of engineering geological layers

1.2.2 巖土體工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)與分區(qū)

巖土體工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)指在勘探深度內(nèi)2個或2個以上工程地質(zhì)層的組合特征，可以是相同成因、相同時代形成的地層組合，也可以是不同成因、不同時代形成的地層組合。如果巖土體結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致工程地質(zhì)特征差異較大，則2個結(jié)構(gòu)特征差異較大的巖土體分布區(qū)域不能劃分為同一工程地質(zhì)區(qū)(亞區(qū)、地段)； 如果巖土體結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致工程地質(zhì)特征差異較小，則2個結(jié)構(gòu)特征差異較小的巖土體分布區(qū)域可以劃分為同一工程地質(zhì)區(qū)(亞區(qū)、地段)。

2 表達方法

2.1 一般要求

(1)在收集已有資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查技術(shù)要求開展補充調(diào)查，取得相應(yīng)的資料及數(shù)據(jù)并綜合研究后再進行圖件編制。

(2)按照1∶5萬國際標(biāo)準(zhǔn)圖幅編制圖件，底圖采用1∶5萬最新版地形圖。

(3)1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖由工程地質(zhì)平面圖、剖面圖、綜合工程地質(zhì)分類說明表(或綜合工程地質(zhì)柱狀圖)、圖例和鑲圖組成。若空間允許，還可增加工程地質(zhì)分區(qū)說明表。工程地質(zhì)平面圖是綜合工程地質(zhì)圖的主體，反映絕大部分工程地質(zhì)內(nèi)容。

(4)綜合工程地質(zhì)圖主要內(nèi)容： ①地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造與活動性斷裂、火山活動與地震等； ②巖土體工程地質(zhì)特征，包括工程地質(zhì)特性指標(biāo)、控制性勘探工程、工程地質(zhì)觀測信息及特征工程地質(zhì)層等； ③內(nèi)外動力地質(zhì)現(xiàn)象、地質(zhì)災(zāi)害或其他工程地質(zhì)問題； ④水文地質(zhì)要素，包括地下水水位埋深及變化幅度、地下水侵蝕性和地下水資源等； ⑤主要天然建筑材料、礦產(chǎn)資源和景觀資源； ⑥工程地質(zhì)分區(qū)及其評價結(jié)果。

(5)綜合工程地質(zhì)圖的內(nèi)容可參照相關(guān)圖例、花紋、符號和顏色，也可根據(jù)實際需要自行設(shè)計。圖面應(yīng)層次清楚，重點突出，配置合理，美觀易讀。

2.2 工程地質(zhì)圖表達

(1)巖土體工程地質(zhì)分類。1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖應(yīng)以工程地質(zhì)層為基本制圖單元，工作程度較低、資料不全時才可使用巖性組、巖性綜合體為基本制圖單元。

(2)巖土體結(jié)構(gòu)可用綜合工程地質(zhì)柱狀圖和工程地質(zhì)剖面圖表示。巖土體工程地質(zhì)層劃分主要考慮巖土體類型、結(jié)構(gòu)和工程地質(zhì)強度等差異。工程地質(zhì)剖面圖上，巖土體工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)可用顏色及巖性符號表示，可標(biāo)示各工程地質(zhì)層主要的工程地質(zhì)性質(zhì)特征值。

(3)工程地質(zhì)分區(qū)表達。工程地質(zhì)分區(qū)用面普染色表示，分別用不同基色標(biāo)示“工程地質(zhì)區(qū)”，同一“工程地質(zhì)區(qū)”的二級“工程地質(zhì)亞區(qū)”用同一基色的不同色階標(biāo)示。工程地質(zhì)地段用界線和代號(也可用顏色)標(biāo)示。

(4)其他地質(zhì)要素表達。 包括地貌、內(nèi)外動力地質(zhì)現(xiàn)象、水文地質(zhì)要素、地質(zhì)構(gòu)造與地震、工程地質(zhì)問題及地質(zhì)資源等，可參考《GB 12328—90綜合工程地質(zhì)圖圖例及色標(biāo)》[17]的附錄A-綜合工程地質(zhì)圖編制原則與方法(1∶5萬～1∶20萬)相關(guān)原則及方法。

2.3 輔圖與圖面配置

2.3.1 輔圖

除主圖外，1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖輔圖包括綜合工程地質(zhì)柱狀圖、工程地質(zhì)剖面圖、鑲圖和圖例。

(1)綜合工程地質(zhì)柱狀圖。包括編制巖土體綜合工程地質(zhì)柱狀圖及說明表，位于主圖左側(cè)。柱狀圖主要表示工程地質(zhì)層，說明表扼要介紹各工程地質(zhì)層特征，反映巖土體工程承載力與強度指標(biāo)。

(2)工程地質(zhì)剖面圖。主要反映圖區(qū)工程地質(zhì)條件的總體規(guī)律。丘陵山區(qū)應(yīng)編制反映基巖風(fēng)化程度的工程地質(zhì)剖面圖，剖面圖應(yīng)反映巖土體的巖性和結(jié)構(gòu)特征、構(gòu)造、地貌單元及其他地表形態(tài)的相互關(guān)系，以及平面圖無法反映的地質(zhì)現(xiàn)象或問題。厚度較小的特殊意義的地質(zhì)體，可用符號或夸大表示。剖面圖數(shù)量一般2～3個為宜，以能與平面圖配合反映工程地質(zhì)特征為原則。

(3)鑲圖。主圖無法清楚反映但又必須反映的工程地質(zhì)條件或問題，用鑲圖加以補充。鑲圖數(shù)量、比例尺及在綜合工程地質(zhì)圖中的位置，應(yīng)根據(jù)測區(qū)實際及圖廓允許而定，數(shù)量一般不宜超過2個。

(4)圖例。圖例排列要層次清晰，邏輯性強。一般按內(nèi)容的重要性排列，表達工程地質(zhì)主題的分區(qū)、工程地質(zhì)層、重大工程地質(zhì)問題等排在前，控制性孔點、各類界線、剖面等排在后。

2.3.2 圖面配置

圖面配置應(yīng)根據(jù)圖廓的形狀和主圖(平面圖)空間展布而定，原則上可按下列要求配置: 圖上方為圖名、圖幅名及編號，圖中央部分為綜合工程地質(zhì)圖的主圖。主圖左側(cè)為巖土體綜合工程地質(zhì)柱狀圖(或巖土體綜合工程地質(zhì)分類說明表)； 主圖右側(cè)為圖例，圖例下方為工程地質(zhì)分區(qū)說明表； 主圖下方為工程地質(zhì)剖面圖。其他空間可根據(jù)需要放置鑲圖，但鑲圖一般放置在巖土體綜合工程地質(zhì)柱狀圖(或分類說明表)下方。圖廓外正下方為比例尺，左下角為署名，右下角為資料索引，左上角為制圖單位名稱，右上角為圖件密級和成圖時間。

3 1∶5萬焦作市幅綜合工程地質(zhì)圖的編制

3.1 1∶5萬焦作市幅地質(zhì)背景

1∶5萬焦作市幅的研究區(qū)位于河南省西北部太行山區(qū)與平原過渡帶，地形起伏較大，地勢北高南低，地質(zhì)條件復(fù)雜。北部為太行山區(qū)，由構(gòu)造侵蝕低山與構(gòu)造剝蝕丘陵組成，地形陡峭，出露寒武系、奧陶系、石炭系和二疊系白云巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r、砂巖、泥巖等； 南部為太行山山前侵蝕堆積傾斜平原，由坡洪積斜地、沖洪積扇形地和沖洪積扇間洼地組成，存在采空塌陷、地裂縫等地質(zhì)問題，主要分布黃土狀粉土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉細砂、卵礫石等第四系松散層。

3.2 工程地質(zhì)分區(qū)與分層

根據(jù)工程地質(zhì)特征差異性或相似性，對研究區(qū)巖土體工程地質(zhì)特征進行工程地質(zhì)分區(qū)(亞區(qū)、地段)(圖1)。將圖區(qū)分為“基巖山地丘陵工程地質(zhì)區(qū)、第四系松散土層工程地質(zhì)區(qū)”2個一級區(qū)。在一級區(qū)的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖土體工程地質(zhì)特性差異進一步劃分不同的“亞區(qū)”，再將亞區(qū)進一步細分為工程地質(zhì)特征不同的“地段”。依據(jù)地層的工程地質(zhì)性質(zhì)進行工程地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層劃分，再依據(jù)工程地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層及其組合特征進行不同級別的工程地質(zhì)區(qū)(亞區(qū)、地段)劃分，工程地質(zhì)分區(qū)說明表如圖1所示。

圖1 1∶5萬焦作市幅Fig.1 1∶50 000 comprehensive engineering

綜合工程地質(zhì)圖geological map of Jiaozuo City

3.3 平面配置與表達

3.3.1 平面配置

1∶5萬焦作市幅綜合工程地質(zhì)圖由工程地質(zhì)平面圖、工程地質(zhì)剖面圖(圖1主圖下方的A—A′、B—B′)、綜合工程地質(zhì)柱狀圖(圖1主圖左側(cè)，描述每個工程地質(zhì)層的主要工程地質(zhì)特征與特征參數(shù))、工程地質(zhì)分區(qū)說明表(圖1主圖右下方，描述不同區(qū)的工程地質(zhì)特征)和鑲圖(圖1主圖右下方，焦作市幅地貌圖)組成，盡可能多地表達工程地質(zhì)信息，圖面配置見圖1。

3.3.2 綜合工程地質(zhì)圖表達

(1)工程地質(zhì)分區(qū)用面普染色表示，分別用不同基色標(biāo)示“工程地質(zhì)區(qū)”，同一“工程地質(zhì)區(qū)”的 “亞區(qū)”或“地段”用同一基色的不同色階標(biāo)示，并標(biāo)明界線與代號(圖1)。

(2)盡可能多地表達工程地質(zhì)關(guān)鍵信息。將施工或收集的工程鉆探孔進行工程地質(zhì)分層后繪制成柱狀圖標(biāo)示在圖上相應(yīng)位置。剖面圖上典型鉆探孔標(biāo)明了不同工程地質(zhì)主要參數(shù)。將地貌分區(qū)、工程建設(shè)適宜性等信息用鑲圖表達(圖1)。

4 結(jié)論

(1)1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖表達的主題為工程地質(zhì)綜合特征，工程地質(zhì)分區(qū)是該主題的具體反映。依據(jù)宏觀工程地質(zhì)條件，分別以地形地貌、地層巖性(工程地質(zhì)層)、巖土體結(jié)構(gòu)或變形強度、地殼穩(wěn)定性或活動斷裂(地震)、不良地質(zhì)現(xiàn)象或地質(zhì)災(zāi)害等特征差異性進行工程地質(zhì)分區(qū)。

(2)以工程地質(zhì)層為基本的制圖單元，依據(jù)《GB/T 50218—2014工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》進行工程地質(zhì)層劃分，除表達工程地質(zhì)特征分區(qū)主題外，圖面盡可能多地反映工程地質(zhì)特征要素，包括(但不限于)每個工程地質(zhì)鉆孔柱狀圖、水文地質(zhì)要素、內(nèi)外動力地質(zhì)現(xiàn)象及重大工程地質(zhì)問題等。

(3)1∶5萬綜合工程地質(zhì)圖由主體平面圖、鑲圖、剖面圖、綜合工程地質(zhì)柱狀圖、工程地質(zhì)特征說明表與圖例組成，各圖、表或圖例要科學(xué)合理配置。