环渤海湾港口建设环境地质讨论

2022-09-12

1 环渤海湾地质环境

1.1 第四纪沉积环境

研究表明, 渤海盆地在末次冰消期首先被进积的河流充填, 故而成为地下卤水层, 同样由形成可以发生沙土液化的地层。沿海沉降平原全新世软土是整个中国东部泥质海岸带不良工程地质层, 这主要与全新世地层形成时间较短有关。总的说来, 渤海海域第四系平原组的下部多为杂色黏土、砂质黏土夹细砂层, 底部常有砂砾层;中部为棕红色及灰绿色黏土、粉细砂层, 含钙质结核;上部是褐黄色砂土、粉砂, 局部地区夹含砾细砂层。第四系中的古生物群为有孔虫、介形类和腹足类等。此外, 渤海地区受NE和NW向活动断裂的控制, 还有多期次基性岩浆呈中心式喷发, 成为早更新世—晚更新世地层中的夹层。第四系与下伏上新统明化镇组呈不整合和假整合接触。

1.2 地层结构与地面沉降

长期地面沉降研究显示, 砂泥互层层段容易发生地面沉降, 从沉积相类型看, 这样的地层属于小型支流砂坝发育层段, 故而需避免在这样的层段取水。冀东海域浅地震剖面显示, 目前陆地钻探编绘的水平产状地层对比可能不妥, 地层结构远比现在钻探理解的要复杂得多。

1.3 海岸带沉积环境、沉积速率、地质环境预测

(1) 理想状态下, 210Pbexc随着深度增加呈指数衰减。辽东湾潮间带、渤海海区的大部分剖面、渤海湾堤后盐沼的S1、S2及开放潮坪上的堤间洼地L 6剖面属于该模式, 说明210Pbexc的来源与沉积环境比较稳定。 (2) 210Pbexc活性未随深度增加而衰减。通常表现为近等幅的摆动。低活性水平的摆动, 可能与沉积物的粒度较粗, 吸附能力低有关;高活性水平摆动, 则可能受到潜水位波动、生物扰动的影响。 (3) “事件沉积”在210Pbexc曲线中的记录。强风暴等海洋动力事件把海底老的沉积物 (210Pbexc含量低) 搬运至潮间带沉积, 致使曲线中有一段或数段层的210Pbexc显示低活性的特征。渤海湾现代沉积速率从陆向海表现为:近岸低沉积速率带、开放潮坪 (上部) 高沉积速率带及海区低沉积速率区。区域性差异则表现为渤海湾开放潮坪区上部由北向南沉积速率逐渐增加, 辽东湾从其西侧的锦州湾向东至辽河河口的开放潮坪地区, 沉积速率递减, 黄河三角洲及其附近海域属于间歇式快速沉积区, 莱州湾西部为高速沉积区。另外, 由于黄河多次改道造成沉积物供给的迅速变化, 使得210Pbexc剖面表现出以黄河三角洲的ZK224和黄河三角洲附近海域的4-3、3-3点为代表的多阶分布特征, 该特征亦可视为“事件沉积”曲线的另一种成因。

2 港工建设中环境工程地质问题

2.1 港口淤积

处于渤海湾泥质海岸的入海河道普遍存在淤积问题, 淤积多集中在潮流带内。特别是港口、河口的淤积严重, 已制约了港口的发展和行洪排涝的畅通。

海岸沿岸第四系厚度是反映港湾淤积强度的标志, 通过对环渤海湾第四系厚度分布的分析, 可以为港口建设工程地质提供重要的信息, 并作出合理评估。

2.2 港工地基变形边坡失稳

港口工程的基础都是座落于海底或插入海底沉积物中, 以海底为依托, 以海底为地基, 然而海底沉积土层多为没泥及淤泥质沉积物, 具高灵敏性, 高孔隙性, 高触变性, 高蠕变性, 高液化性, 高压缩性, 变异性, 低渗透性和低的强度, 这些未固结的海洋沉积物工程特性很差, 加上在海洋水动力风、波浪、潮汐、海流等作用下, 使港口工程的地基就更不稳定, 承担着比陆地相似建筑物大得多的负荷。

在工程地质勘察规范要求自上而下按第一陆相层、第一海相层、第二陆相层、第三海相层的顺序划分工程地质层。但是即使是全新世海侵层, 仍可以再细分, 如表1所述上部河道充填沉积、局部牛轭湖沉积工程地质性质不佳, 但下部的潮下带、浅海沉积与表层天然地基层工程地质性质相同, 依然可以使用, 从而可以降低工程成本。

2.3 第四纪沉积环境与岩土工程地质特性之间的关系

(1) 地层结构与工程地质;下切河谷在末次冰消期首先被进积的河流充填, 成为地下卤水层, 同样由形成可以发生沙土液化的地层, 黄骅港即已经证实存在着这样的问题, 大口河地区的第15孔即为可能的下切河谷发育地点, 8m以上为软土, 8~10米是易液化沙层。沿海沉降平原全新世软土是整个中国东部泥质海岸带不良工程地质层, 这主要与全新世地层形成时间较短有关。长期地面沉降研究显示, 砂泥互层层段容易发生地面沉降, 从沉积相类型看, 这样的地层属于小型支流砂坝发育层段故而需避免在这样的层段取水。当地下水水位下降到50余米时, 即可诱发地面沉降的发生为此需严格限制水位下降接近上述临界值。 (2) 地质结构与港口建设;基岩岬湾海岸地质构造对港口建设十分重要, 边坡稳定性及港口工程稳定性, 皆要了解基底构造的活动性, 以避免港口堤岸、码头建筑在活动断层之上。此类海岸沿岸第四系厚度是反映港湾淤积强度的标志有必要了解且与近海潮汐、余流搬运、堆积作用相联系, 作出评估。上述国内外同类工作进展显示, 地层结构问题具有重要的科学意义和广阔的应用前景, 在前期工作基础上, 提高精度, 验证工作方法和已有认识, 拓展研究是必要的。

3 结语

在设计每一个港口之前, 需对该区域内水文地质、工程地质、环境地质、气象水文资料和对评估区范围内的地质灾害调查, 基本查清了评估区的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质、工程地质等地质环境条件的致灾作用等进行详细的场地与地基岩土工程勘察。在港口资源开发利用中, 必须遵循自然地质规律和经济规律, 要进行科学规划, 综合利用, 实行统一管理, 采取有效措施, 预防和避免环境工程地质问题发生、发展。

摘要：本文阐述了环渤海湾海岸带地质分布特征及其成份, 分析了第四纪沉积环境及其相关沉积物的地质特征, 为环渤海湾港口工程建设提供了地质依据。

关键词：港口建设,地质分析