区域地壳稳定性评价研究进展与问题,兼谈规范编制
2014-09-09姚鑫
姚鑫
国土资源部新构造运动与地质灾害重点实验室,中国地质科学院地质力学研究所,北京,100086
内容提要:区域地壳稳定性评价是工程地质重要的分支学科,是在我国几十年的工程地质实践中发展起来的一项特有的区域工程地质理论方法体系,在重大工程场地选址、国土资源规划、减灾防灾等地质工作中发挥了积极的作用,已经形成了一套较完善的理论方法,被广大工程地质工作者所广泛接受使用。本文通过对区域地壳稳定性研究的回顾和总结,划分了理论发展的四个阶段:上世纪50~70年代的孕育期、60~80年代的形成期、80年代~21世纪初的发展期、21世纪以来的徘徊期,并分析了目前区域地壳稳定性研究存在的主要问题。在此基础上,结合中国地质调查局第一部区域地壳稳定性调查评价规范的制定,对规范的社会需求、编制理念、主要内容结构等进行了说明,对存在较大争议的问题进行了探讨并给出解决意见,目的为这项我国特有的区域工程地质理论的发展和规范的贯彻实施助一臂之力。
区域地壳稳定性评价,又称区域稳定性评价,指在内外动力、人类工程活动的综合作用下,一定区域范围内现今地壳及其表层的稳定程度,以及这种稳定程度与工程建设之间的相互作用(胡海涛等,1993)。是工程地质重要的分支学科,是在我国几十年的工程地质实践中发展起来的一项特有的区域工程地质理论方法体系,在重大工程场地选址、国土资源规划、减灾防灾等地质工作中发挥了积极的作用,已经形成了一套较完善的理论方法,被广大工程地质工作者所广泛接受使用。区域地壳稳定性评价工作已经成为一项基础性、综合性、区域性的地质工作。但是到目前为止,我国还没有一部独立的区域地壳稳定性评价规范。本文结合中国地质调查局第一部区域地壳稳定性调查评价规范的制定,简要回顾了近60年来区域地壳稳定性理论与实践的发展历程,在此基础上提出了我国区域地壳稳定性评价存在的问题及其发展趋势,最后对规范的社会需求、编制理念、主要内容结构等问题进行说明,对存在较大争议的部分进行了探讨并给出解决意见。希望为这项我国特有的区域工程地质理论的发展和规范的贯彻实施助一臂之力。
1 发展历程
胡海涛等(1993,1996)、杜东菊(1994)、吴树仁等(1995,2004)、柴峻峰等(2004)、谭成轩等(2009)对区域地壳稳定性研究的发展历程进行过系统的回顾和总结,其对上世纪90年代前的发展有普遍的共性认识。本文结合前人综述及总结近20年发展历程,将区域地壳稳定性评价理论的发展历程划分孕育、形成、发展、徘徊四个阶段,系统梳理了其研究进展及各阶段的主要成就。
1.1 孕育期
20世纪50~70年代为区域地壳稳定性理论的孕育时期,这一时期内中国大规模工程建设相继兴起,刘国昌于1964年首次提出了“区域稳定性”这一学术概念;20世纪60年代,谷德振指出构造活动性与工程稳定性之间有密切的联系,强调从新构造活动、地震活动及地质构造入手来进行区域稳定性分析;同一时期李四光提出工程建设应选择“相对稳定地块”或“安全岛”的学术思想(胡海涛等,1993),这是区域地壳稳定性后续三个主要发展方向的萌芽。此阶段研究是以工程地质条件和现象的观察描述为基础,通过地质分析和对比得出定性的概略性结论,为工程建设的规划提供参考,属于单层次现象描述——定性评价阶段(杜东菊,1994)。
1.2 形成期
第二阶段为理论形成期(20世纪60~80年代),这期间中国相继发生了邢台(1966)、通海(1970)、炉霍(1973)、海城(1975)、唐山(1976)、松潘(1976)等多次灾害性大地震,客观上促进了区域地壳稳定性研究的发展及研究领域的扩大;进入20世纪80年代,经济建设规模越来越大,特别是核电站和海上石油平台的建设对区域地壳稳定性研究提出了更高要求;在这一期间逐步形成了比较完善的区域地壳稳定性评价的基本理论、方法和步骤,此时期区域稳定工程地质研究已成为一门具有独立系统的新兴学科而从工程地质学中发展出来(胡海涛等,1993;柴峻峰等,2004)。出现了以刘国昌为代表的区域稳定工程地质学理论(刘国昌,1964;谭周地,1986),以谷德振为代表的构造控制论的区域地壳稳定性理论(谷德振,1979;唐兴民等,1987),胡海涛坚持和发展了李四光的“安全岛”理论(胡海涛,1987)。该时期由现象观察描述而进入到影响新构造运动的内在因素的分析上,并进一步对现代地壳运动与地质构造的关系进行了研究。研究思维已由单层次发展成为双层次,将地质宏观现象与影响因素,构造应力场与地震孕育发生结合起来(杜东菊,1994)。
1.3 发展期
第三阶段是20世纪80年代~21世纪初是区域地壳稳定性理论的高速发展期,其特点为,一是区域地壳稳定性评价理论观点的系统化和完善化(王思敬,2002);二是呈现多学科发展的趋势,结合了其他理论和观点,如地震工程等;三是评价的方法从定性评价和影响因素分级指标评价逐步向数值化、半定量化和人工智能化方向发展(胡海涛,1993;柴峻峰,2004)。其主要表现在六个方面。
(1)出现了一系列专著和创造性理论。如《区域稳定工程地质》(刘国昌,1993)、《广东核电站规划选址区域稳定性分析与评价》(胡海涛等,1987)、《区域地壳稳定性研究理论与方法》(李兴唐等,1987)、《活动断裂研究与工程研究》(李兴唐等,1991)、《区域地壳稳定性定量化评价》(孙叶,谭成轩,1998)等。杜东菊(1986,1993)结合具体工程提出多级模糊评判的方法和定量化研究思路;孙广忠(1993)提出了“岩体构造控制论”;刘传正和胡海涛(1993)基于岩石圈动力学理论,建立了重大工程选址的“安全岛”多级逼进与优选理论;这一阶段陈庆宣(1989,1992)、孙叶和谭成轩(1998)运用地质力学场的原理来进行区域地壳稳定性评价;罗国煜(1992)建立了基于优势面理论观点的稳定性评价;彭建兵(1997,2001a,2001b)等提出了“区域稳定动力学”;中国地震局地质所则从地震地质、地震工程和场地反应的角度进行场地评价。
(2)与重大工程的结合。胡海涛等(1988)、李同录(1991)、袁凳维(1996)等就长江三峡坝区及外围地壳稳定性及水库诱发地震问题进行了深入研究;王士天、张倬元(1994)等一批学者结合黄河上游及西南一些大型水利水电工程选址及水库诱发地震开展了系统的区域地壳稳定性研究,提出了工程场地构造稳定性研究的理论、技术路线和方法体系,并率先开展了区域地壳稳定性的各类数值模拟;王思敬等(1998)在秦岭造山带的区域地壳稳定性及构造应力场的物理数学模拟等方面作出了重大贡献;地质矿产部(1991)对深圳经济特区的规划进行了区域地壳稳定性评价。这些成果标志着理论与重大工程的紧密结合。
(3)国际化进程的推动。通过陈庆宣(Chen Qingxuan et al.,1989,1991)主持的国际对比计划“地壳稳定性与地质灾害”项目的实施和第30届国际地质大会上关于地质力学与地壳稳定性研究专题介绍,使很多国际上相关领域的学者对区域地壳稳定性研究逐渐感兴趣,他们也开始从单因素评价地震稳定性转变为考虑多因素的综合评价。该时期谭成轩等学者(Tan Chenxuan et al.,1997)发表了有关三峡选址的区域地壳稳定性应用的英文文章,在国际上推广该理论在重大工程建设中的应用。
(4)区域稳定专家评价系统的出现。殷跃平等(1992)研制的“重大工程选址区域地壳稳定性评价专家系统(CRUSTAB)”问世,1993年李同录等研制的“区域稳定工程地质评价专家系统”开始试运行(杜东菊,1994)。
(5)全国区域地壳稳定性评价图的编制。易明初(1997)主编的“中国区域地壳稳定性图(1∶500万)”及说明书填补了我国地质图系中的空白。该图采用网格二级分割评价,应用地质力学的理论和方法,以活动构造体系为核心,“安全岛”理论为指导思想,现代地壳形变为重点,对中国区域地壳稳定性进行了全面的评价和研究,是前期各省区地壳稳定性及与之有关的资料的一个系统总结,使中国地壳稳定性研究达到了一个新水平。
(6)区域地壳稳定性评价层次体系的明确划分。刘国昌提出“区域稳定性研究应由区域直接搞到工程场地,并综合考虑内、外因综合作用影响”的指导思想,并在其《区域稳定工程地质》专著中予以系统阐述,明确将区域稳定性划分为区域地壳稳定性、建设地区地表稳定性和工程场址岩土体稳定性三个级别(刘国昌,1993),这对我国后续的区域稳定工程地质研究起到了重要的指导作用。
20世纪70年代末~90年代末是区域地壳稳定性评价研究和应用的最好时期!
1.4 徘徊期
进入新千年以来,区域地壳稳定性研究进入了一个徘徊期。学科理论基础和技术主要是利用相关学科的理论、观点和新技术加以修改、补充使之适应区域地壳稳定性研究的需要(吴树仁等,2004)。该阶段GIS和快速制图技术在区域地壳稳定性研究中得到了充分的应用,而在区域地壳稳定性评价理论上缺乏创新性成果,公开发表的学术论文主要侧重于对已有理论的总结与展望(吴树仁等,2004;柴峻峰等,2004;谭成轩等,2008)。具有传统意义的区域地壳稳定性评价行业参与广泛度有所下降,部分区域工程地质评价转为一些更为直接、具体的单因素评价,如地震危险性评价、地质灾害危险性评价、岩土工程性质评价等。这期间的应用型成果主要集中在中国地质调查局的公益性地质调查项目上,中国地质科学院地质力学研究所在这方面做了大量工作,吴树仁等(1995)对清江流域地壳稳定性工程地质进行了研究;易明初等(1997)编制了中国区域地壳稳定性分区图并出版了《新构造活动与区域地壳稳定性》专著(易明初,2003);马寅生等(2003)开展了黄河上游新构造活动与地质灾害风险评价;吴珍汉等(2009)进行了青藏铁路沿线活动断裂研究与应力应变综合监测,为后期的区域地壳稳定性提供了重要的评价指标;韩金梁等(2009)针对三峡水库引水工程的重点段——秦巴段,进行了区域地壳稳定性评价;张永双等(2008)结合滇藏铁路建设的前期论证,开展了滇藏铁路沿线区域地壳稳定性调查评价。
徘徊期的出现既与我国建设发展的阶段有关,也与区域地壳稳定性评价理论自身存在的问题有关。
2 存在的问题及发展方向
区域地壳稳定性研究经过近半个世纪的发展,时间上纵向比较取得了不俗的成就,相应的理论体系日趋完善,技术方法快速发展,成为国家重大工程规划选址和建设前期论证的重要调查研究内容之一,但横向与其他学科比较,其发展也遇到了一些瓶颈,主要表现在以下几个方面:
(1)评价成果有效性不易验证,无法被社会广泛认同。地震危险性评价和地质灾害危险性评价与其相比,二者的概念更明晰,结果都具有可检验性和较可信的数理基础,容易被学术界和工程界采纳。地震危险性评价从描述式的表达(即,我国十二级烈度的划分)到今天的地面峰值加速度、地震动响应周期等定量化表达,具有明确的物理量,便于测量和检验;地质灾害在一个地区的时空范围内具有多个样本,地质灾害易发性评价依据统计特征和岩土力学性质等条件,评价结果可以通过部分样本验证。而区域地壳稳定性评价在这两方面存在欠缺。
(2)研究重点的转变。随着我国开发建设的深入进行,已经基本完成了对国土范围内地质环境稳定性分布规律和现象的总体认识,研究的重点转向了更精细的具体工程问题研究和地质环境的改造,受已有理论体系的影响,区域地壳稳定性评价结果一般划分为4~6级,缺乏区分度,工作成果无法满足区域工程地质精细化研究的需要。
(3)评价指标及评价方法尚需深入研究。区域地壳稳定性评价涉及的要素较多,如何有效地筛选指标,厘清各指标的相关关系,准确衡量指标对整体稳定的贡献度,及各指标的综合分析手段一直是区域地壳稳定性评价的难点,现今仍然是难点。在过多的强调某一指标作用时,易陷入其他研究领域的范畴,如过分强调内动力地质作用的结果是往往与地震危险性评价太过相似,但又缺乏地震危险性评价系统的数理支撑,使自身存在的价值大打折扣。
(4)区域地壳稳定性评价尚需与工程实践更进一步结合。现今的地壳稳定性评价不再是单纯的选择场地,而是搞清场地不稳定的原因和性质,研究工程建设如何避免和减少因不稳定因素产生的工程灾害,合理地利用场地进行工程布局和建设,并提出工程建设的防灾和减灾对策,即逐步实现由区域评价→场地利用 →地质工程设计的转变(彭建兵,2001a)。
(5)区域地壳稳定性评价所依托的基础地质理论体系亟待更新。上世纪90年代前区域地壳稳定性评价所依托的槽台学说、地质力学理论正逐步被岩石圈结构、大陆动力学等理论所代替,不少学者(唐明辉等,2009;彭建兵,2001a,2001b)已经认识到区域地壳稳定性研究需基于新的基础地质理论开展工作,但在如何运用新的理论进行研究方面还基本处于空白状态。
(6)区域地壳稳定性评价理论主要在中国产生、发展和应用,没有在世界学术范围内获得广泛认同,缺乏国际研究氛围和有效接轨,没能形成在该领域全世界共同研究推动其发展的良好局面。同时期,国际上类似的研究主要是单因素评价,以研究断裂活动性预测地震为代表,工作手段侧重于通过古地震调查、空间信息技术监测(GPS、InSAR)、地球物理探测和科学钻探等获取实测科学数据进行分析。
(7)基础地质条件的研究有待加强。客观地质条件是建立物理模型及数学力学模型的基础,任何现代的计算方法也无法代替客观的地质体,地质实践仍是研究区域稳定工程地质最基本的方法,要加强现场原位测试的手段和综合研究方法。
3 区域地壳稳定性规范编制
3.1 区域地壳稳定性评价规范编制的意义
区域地壳稳定性评价是源于中国的理论,但截至目前尚未有该方面的规范或标准,相关规范中对此颇为约略(DZ/T0096-1994),没有形成独立完整的体系。2000年以来,中国地质调查局在全国有计划地部署开展了多个重要经济区带和重大工程的区域地壳稳定性评价工作,为了规范和指导该类项目的工作布署、立项论证、设计编审、调查方法及工作流程、资料整理、数据管理、成果表达、报告编写、检查验收等方面工作,根据区域地壳稳定性评价的实践及目前技术水平制定该规范。活动断层作为区域地壳稳定性评价中最主要的内动力因素,工作方法和流程也相对成熟完善,依据国内外活动断层研究成果和调查技术应用发展现状,该部分内容在规范中作了重点阐述,并在规范名称中突出体现,规范最终定名为《活动断裂与区域地壳稳定性调查评价规范(1∶50 000~1∶250 000)》(以下简称《规范》)。《规范》的编制是我国现阶段社会发展、地质调查工作实践、工作成果规范化的现实需要。
3.2 规范主要编制单位及编制理念
本《规范》的主编单位为中国地质科学院地质力学研究所,负责规范的主要起草和总体编制,中国地质调查局水环部、中国地质环境监测院等单位参与了部分技术条款的编制。在经过全国地质、地震、水利、煤炭、铁路、教育、中国科学院等多个系统近20家单位相关领域专家研讨及征求意见的基础上,确定了规范编制的基本理念:在充分吸收地质力学、岩石圈结构和大陆动力学思想的基础上,以区域稳定工程地质学理论为指导,将内外动力因素结合,采用多场叠加进行总体评价,进而根据多级逼近与优化理论进行分区,并阐明场地不稳定因素,结合具体工程提出改造措施(防治对策)。
3.3 规范的主要结构安排
《规范》规定了活动断层和区域地壳稳定性调查评价的目的任务、工作内容、工作方法、工作流程、工作精度等技术要求。按标准化工作导则“标准的结构和编写规定(GB/T1.1-2009)”的文本格式和要求,结合中国地质调查局项目执行和管理规定的需要,确定了共15章的结构安排,包括:① 前言、②引言、③适用范围、④规范性引用文件、⑤术语和定义、⑥ 总则、⑦ 基本要求与工作流程、⑧ 设计编审、⑨活动断层调查评价、区域地壳稳定性调查评价调查评价数据管理、图件编制与报告编写质量检查与成果验收附录、参考文献。其中⑧、⑨三章是为项目管理而设定的。“基本要求与工作流程”一章起到提纲挈领的作用,覆盖了活动断裂调查和区域地壳稳定性评价的主要内容,使读者能在短时间了解整个规范的精髓。
3.4 规范的适用范围、目的、任务
规范的适用范围、目的和任务是《规范》的指导性原则部分,决定了规范的基本内容。
3.4.1 适用范围
本规范规定了1∶50 000活动断层与1∶250 000区域地壳稳定性调查评价的目的、任务、内容、调查与评价技术方法、设计审查、图件编制与报告编写、质量检查与成果验收等方面的基本要求;本规范适用于指导地质调查类项目的相关工作;该类其他中小比例尺的调查评价工作可参考使用;国土规划、工程选址、地质减灾防灾、震害防御等方面的活动断层与区域地壳稳定性调查评价工作可以参照执行。
3.4.2 目的
活动断层与区域地壳稳定性调查评价(1∶50 000~1∶250 000)是一项基础性、公益性的区域工程地质工作。其主要目的是在系统搜集、整理、调查工作区及一定外延范围内活动断层和区域工程地质相关要素的基础上,评价断层活动性及灾害效应,划分出区域地壳的相对稳定级别并进行阐述,为防治不良内外动力地质作用、工程选址和国土规划利用等工作提供资料。
3.4.3 任务
(1)搜集查明活动断层空间展布、几何结构,搜集测定第四纪特别是晚更新世以来活动性质、幅度、时代、速率及地震复发间隔等参数,研究断层规模、分段、活动性及地质灾害效应。
(2)搜集、查明和分析影响区域地壳稳定性的地形地貌、地壳结构、深部构造、构造活动性、地震活动、岩土体性质、地质灾害及人类工程活动等内外动力地质条件,编制主要控制因素专题图,结合活动断层调查评价成果,对区域地壳稳定性做出系统评价。
(3)建立活动断层与区域地壳稳定性的信息系统,编制区域地壳稳定性图件及说明。
(4)根据区域地壳稳定性评价结果,提出区域地质灾害防治、国土资源规划利用和工程建设场地适宜性建议。
3.5 标准的引用和对比情况
目前,国内和国外尚无专门的活动断层与区域地壳稳定性调查评价标准。本规范在编制过程中,吸收了活动断层探测方法DB/T15-2009、工程地质调查规范(1∶100 000~1∶200 000)DZ/T0096-1994、水电水利工程区域构造稳定性勘察技术规程DLT 5335-2006、滑坡崩塌泥石流灾害调查规范(1∶50 000)DZ/T0XX-2011等规范中关于活动断层和区域地壳稳定性要素调查、评价的相关技术方法。其引用部分与差别对比如表1所示。
4 重大分歧处理依据
虽然区域地壳稳定性评价工作在我国开展了几十年的研究和实践工作,但规范的编制属于第一次,国外也没有相应理论和规范可以参考借鉴。而且本规范突出了活动断裂调查评价内容,区域地壳稳定性评价工作精度比例尺明确定位在1∶250 000,这在以前的实例工作中是没有涉及的。因此在规范编制过程中,多位专家对活动断裂与区域地壳稳定性的关系、规范名称比例尺、繁简程度、评价的层次划分、评价方法、成果图件与表达等方面存在一定的分歧。经过咨询、征求意见和项目组的汇总梳理,对这些重大分歧提出了可行的条文及处理依据。
4.1 两个主体内容的结构关系
本规范包括既有区别又有紧密联系的两部分内容,分别是活动断裂调查与区域地壳稳定性评价两部分内容。区域地壳稳定性评价出发点是尽可能的避开活动地震构造带,寻找相对稳定地区作为工程建设的基地和场址。活动断裂研究是从另一个角度看问题,即从寻找、评价与预测危险的地区入手,为工程避开危险区或工程设防服务。地壳稳定性和活动断裂研究是一个问题的两个方面,从环境工程地质出发,两方面的问题都需要研究。寻找地震危险区的方法虽然抓住了问题的关键,但却缺乏对场区稳定性的整体认识,研究地壳活动性是一种手段,寻找相对稳定的地区作为工程建设的安全场址和地基,才是我们的主要目的,二者殊途同归,放在一个规范中是有机融合。
4.2 定名与比例尺
根据目前技术水平和我国基础资料的积累情况,规范涉及的活动断裂与区域地壳稳定性两部分工作的比例尺宜分别确定。中国地震局目前正在全国开展多个活动构造带1∶50 000比例尺的活动断裂填图工作,地质调查已经有了很好可借鉴的资料,而且活动断裂作为区域地壳稳定性评价的最主要内容,精度上应适当高于评价图,因此活动断裂调查评价按1∶50 000比例尺开展工作。区域地壳稳定性涉及要素较多,有些难以获取中大比例尺的数据,如地球物理,地震峰值加速度等,根据“木桶效应”原理,比例尺精度宜按木桶最低一块板确定,结合国际标准图系比例尺划分,最终确定将区域地壳稳定性调查评价的比例尺按目的任务中的最小比例尺1∶250 000规定。
表1规范的引用和对比情况Table 1 Citing and comparing of other specifications
4.3 规范的繁简程度
规范的质量主要是由研究程度与实践工作水平决定的。区域地壳稳定性调查评价工作目前的理论体系还不够完善、完整,处于半定性—半定量化的评价阶段,数理基础的运用还不够充分,国内的不少单位还没有开展该方面工作的经验,本规范在一定程度上起到工作指南的作用,对一些模糊的方法理论要介绍和比选,因此本规范“宜繁不宜简、宜多不宜少”,尽可能的将主要概念、内容、方法、工作布置写的细致,以起到即规范又指导的作用。
4.4 评价的层次划分
一个地区的稳定性不仅与所在位置有关,而且与远程和近程的地质体活动有关联,最简单的如地震,几十甚至上百千米外的地震对当地的稳定性都可能有影响。因此,区域地壳稳定性不能仅仅着眼于本地,应放眼于更广阔的地质构造背景中,对评价区有个整体的认识。另一方面,从公益服务及工作实用性的角度,对评价区内的重大工程和(或)重要规划区,宜开展比1∶250 000更优精度的调查评价工作。其实,刘国昌在区域稳定工程地质理论中已就这个问题进行了阐述,提出“在进行区域地壳稳定性评价、地区地表稳定性评价和工程场址岩土体稳定性评价基础上进行综合研究”,本规范根据其思想,从明晰空间范围与内容概念,及与1∶250 000比例尺调查评价工作相适应的角度,提出“分地域构造稳定性、地区地表稳定性和场址岩土体稳定性三个层次开展工作”。
地域构造稳定性指地球内动力为主的地质作用(包括现代地壳运动、地震活动、岩浆活动等,也包括人类工程及其他活动诱发的地震活动、断层活动及火山活动)引起的构造块体及其表层的相对稳定程度,体现的主要是内动力地质作用对工作区的远程影响。工作范围一般为工作区外延150~300km,比例尺以1∶500 000~1∶1 000 000为宜。
地区地表稳定性,指地壳表面在地球内、外动力地质作用和人类工程经济活动影响下的相对稳定程度,包括各种原因产生的地面沉降及地裂缝、塌陷、斜坡破坏,特殊土形状变化引起的地表变形,断层活动导致的地质灾害等,体现地质作用对工作目标的近距离和直接影响。地表稳定性是1∶250 000区域地壳稳定性工作的主体内容,范围应与工作任务内容一致,比例尺为1∶250 000。
场址岩土体稳定性指重大工程建筑物和国土规划范围内岩土体的稳定性,如水库区岸坡、线性工程的大型穿跨越段、地下工程硐室、重要土地利用规划区的稳定性等,体现不良地质体对工作目标的直接影响。范围为工作区内选定的重要场址,比例尺宜为1∶50 000。
三个层级在区域地壳稳定性大的框架范围内,即体现了工作区范围地域—地区—场址的由大及小,也体现了工作内容构造—地表—岩土的由宏观到细观,概念清晰,层次结构明确。
4.5 区域地壳稳定性的评价方法
区域地壳稳定性经过几十年的发展,虽然没有实现全定量化的评价,但已经发展了多种相对成熟的定性、半定性和半定量化的评价方法。这其中包括单要素判别法、信息量法、层次综合分析法、多要素栅格叠加法、标准区监督分类法等。
依据评价方法的繁易程度和评价指标的不确定性,本规范推荐在划分地域构造稳定性级别阶段采用单因素判别法辅助多因素叠加法,原则是能通过一个要素确定级别就用一个要素,不易确定时根据多要素综合评定。对地区地表稳定性评价,宜采用半定量的多要素叠加法,将多个地质条件要素根据不同的权重相加从而获得研究区的综合稳定性。为提高可操作性,规范给出了稳定性分级与评价要素相对应的表格,使评价更易于实施,权重的选取根据指标的重要程度总体分为两类:一类是确定性质指标,另一类是参考性指标,权重前者原则上要大于后者。
场址岩土体稳定性是区域地壳稳定性评价的选做内容,本规范对其评价方法没有明确提出要求,而是建议参考相关规范,但同样给出了主要评价指标的分级表,以便于参考。
总之,本规范有关区域地壳稳定性的评价方法的基本原则是尽可能简洁、实用、适用面广。
4.6 成果图件表达
成果图图面既要充分反映区域地壳稳定性评价的层级结构、主要的地质要素信息、重要的中间过程和结果说明,又要精简扼要,便于应用。因此本规范推荐集主要调查评价信息于一体的综合图面表达,让读者通过一张图既可全面获取区域地壳稳定性信息。图面至少应包括主图、辅图、说明表格和典型剖面(照片)四个基本部分。主图面应表现自然地理、构造地貌、地层岩性、活动断层、地震、主要地质灾害、评价结果分区及编号等内容;辅图既包括与主图范围相对应的各要素图层,也有地域构造稳定性分区、地区地表稳定性评价二个必备层次的中间过程图,及区域地壳稳定性定量计算结果;每个分区的地质条件特征、主要稳定性问题、防治措施和利用建议要以表格形式简洁阐述;同时要表示典型的地质现象和地质剖面,使读者对稳定性因素有直观的认识。其图面设计示例详见图1。
5 结论
(1)通过对以往研究的回顾和总结,提出了区域地壳稳定性理论发展经历了上世纪50~70年代孕育期、60~80年代形成期、80年代~21世纪初发展期、21世纪以来徘徊期的这一发展历程。
(2)现阶段,区域地壳稳定性评价发展遇到了一些瓶颈,主要表现在:成果的有效性不易验证,无法被社会广泛认同;我国已经基本完成了对地质环境规律的认识,研究重点转向了改造和利用;评价因素及评价指标尚需进行深入研究,制定出更符合工程建设需要的评价体系;区域地壳稳定性评价应和工程实际要求紧密结合,逐步实现由场地评价 →场地利用 →地质工程设计的转变;缺乏与岩石圈结构、大陆动力学等基础地质理论的有效结合;没有在世界学术范围内获得广泛认同,缺乏良好的国际研究氛围和有效接轨。
(3)区域地壳稳定性评价工作在我国有广泛而迫切的社会需求。《活动断裂与区域地壳稳定性调查评价规范(1∶50 000~1∶250 000)》是我国开展几十年区域地壳稳定性研究和实践工作以来的第一部规范,是该学科发展的一个里程碑。
(4)规范编制的理念是在充分吸收地质力学、岩石圈结构和大陆动力学思想的基础上,以区域稳定工程地质学理论为指导,将内外动力因素结合,采用多场叠加进行总体评价,进而根据多级逼近与优化理论进行分区,并阐明场地不稳定因素,结合具体工程提出改造措施。
图1 区域地壳稳定性成果图图面布局与内容Fig.1 Contents and layout of regional crustal stability map
(5)规范规定了活动断层和区域地壳稳定性调查评价的目的任务、工作内容、工作方法、工作流程、工作精度等技术要求,确定了共15个部分的结构安排,其中特设“基本要求与工作流程”一章,起到提纲挈领的作用,概述了规范的主要内容,使读者能在短时间内了解整个规范的精髓。
(6)对活动断裂与区域地壳稳定性的关系、名称比例尺、繁简程度、评价的层次划分、评价方法、成果图件表达等重要或存在较大分歧的问题进行了说明,为规范的编制和推广奠定了基础。