天津市早全新世侵蚀性古河及沉积特征分析

徐源 刘建章 王东

(1.天津市勘察院，天津 300191;2.天津海滨工程勘察设计有限公司，天津 300384)

天津市平原地区浅层地基土主要为海陆交互沉积的第四纪沉积土［1，2］，一般各成因年代地层间有较明显的区别，日常工程勘察中一般以颜色区分。但在极个别的地方分布着宽度不大(一般小于2.5 km)的条状地带，其地层表层为正常的全新统陆相冲积层，其下灰色或灰棕色的地层一直延伸至30 多米，最深达50 多米，造成了早全新统多个中上部成因层的缺失，缺失层厚度最大达50 m 以上，该条带与相应的地层呈不整合接触关系。在日常工程勘察及地质调查活动中，大多将该地层人为的与相对应划分为以上三个海侵层，而其他地层缺失。本文通过对所收集的10 万余钻孔数据的分析，并结合光释光测年结果，初步判定该地层异常区域为存在于早全新世时期的侵蚀性古河，对其沉积特性进行了描述，根据10 余万钻孔资料，初步推测并勾画出了其分布区域，绘制了部分断面图，提出了其对工程建设可能造成的影响。

1 地层异常现象

在天津市平原地区的日常工程勘察活动中，发现了这样的地质现象，在极个别的地方分布着宽度不大(一般小于2.5 km)的条状地带。其地层表层为正常的全新统陆相冲积层，其下灰色或灰棕色的地层一直延伸至30 多米，最深达50 多米，造成了早全新统地层，晚更新统甚至等中上部地层的缺失，缺失层厚度最大达50 m 以上，该条带与相应的地层呈不整合接触关系。在岩土工程界，该条带的存在带来了许多的猜测及工程地质问题，比如在武清区该条带正好从武清开发的中部穿过，其沉积的厚层灰色粉土成为本区砂土液化的主要区域。位于宝坻区京津新城场地内，条带状灰色厚层粉土的存在造成了条带位置与其周边地层的巨大差异，为查清条带的分布补充了大量的工程勘察钻孔，在施工期间还进行了施工勘察，但结果还是给设计与施工带来了很大的麻烦，相邻数米，地层差异巨大，预制桩的施工成了屹立的桩林。保税区、于家堡、小站及静海火车站附近的岩土工程勘察结果也让人大为奇怪，数十米的范围内，有的钻孔从揭示全新统海相沉积层后，其灰色、灰棕色地层一直钻至30 多米，有的50 多米才发现与周边同层位相同的地层，且低于正常全新统海相沉积层以下部分大多以灰色、灰棕色粉土、粉砂为主，局部为粉质粘土、软土。

经过研究人员多年的努力，以天津市勘察院多年来的勘察数据为基础，创建了天津市岩土工程勘察钻孔数据管理库。基于本数据库收录的近12 万个钻孔数据，通过细致分析发现深于正常全新海相沉积层的钻孔呈条带状分布，其分布区域如图1 所示。根据中国地质调查局天津市地质调查中心位于临港工业区附近的908-3 hz02 号钻孔地层测年结果(＜9 千年)，以及晚更新世末次冰期时期海平面位于现代海平面以下约130 m 的研究结果［3-5］，如图1 所示的条带应当为早全新世及更早位于天津市的两条以侵蚀为主的河流，且南侧河流的流量、河床宽度及深度均远大于北侧，并且于今塘沽海河入海口附近交汇向东入渤海。而在全新世海侵时期，随着海平面的上升，河流逐渐失去其侵蚀的动力条件，河流搬运的沉积物逐渐在低于海平面的河床中发生溯源沉积作用而造就了与其两侧完全不同的脉状沉积特征。

2 河流年代

表1 地层光释光测年成果表

如表1 所示，低于正常全新世海相沉积层的部分沉积物年代应当是8 千年～9 千年，处于全新世海侵早期，由于海平面的不断上升，在原有侵蚀性河道内形成了不断溯源堆积的河口砂坝，其沉积物以陆源物质为主，沉积环境却处于海平面以下的还原环境中。沉积物的性质较为复杂，但主要以粉土、粉砂为主，局部为粉质粘土或淤泥质土。因此，在日常的钻探工作，发现该段沉积物以灰色等浅色调粉土、粉砂为主，但有的在28 m 以下还有软土分布。

3 河流在平面上的分布

根据全市近12 万个钻孔，通过对不同标高的灰色、灰棕沉积物钻孔分布范围的分析，绘制了全新世早期古河道平面图(如图1所示)。总体上看，分为南北两条，北侧河流未发现分支，而南侧河道在西青开发区附近分为南北两支，但由于天津边界附近及宝坻区以北的区域为广大农村地区，基本上没有钻孔分布，区域调查钻孔由于其密度较小而没有发现该古河的存在，所以难以绘制出其在天津的全貌。同时由于工程建设主要集中于目前经济较为发达，开发较早的区域，因此为使图形为一个整体，从而反映出古流的大致形态，部分资料较少的区域为推测(有分布段之间的简单连接)。由图1 可以看出，北侧河流应当始于天津北部的蓟县及宝坻西侧、西北侧(如北京山区)相当于现蓟运河及潮白河。经蓟县的青淀洼、宝坻县城、京津新城、武清崔黄口、南蔡村、谭庄、武清开发区、孙官屯、大辛庄、南王平、宁河县潘庄、北辰区西堤头、塘沽创业村后沿京津塘与津滨快速路之间延伸，并于天津港保税区入海。南侧河流其源头可能是如永定河、大清河、子牙河等西部、南部河流。这些河流源头较远且水量较大，且由于河流入天津后河流以下蚀作用为主，河道较深，河床较宽，河水被河床束缚加剧了河流对河底的侵蚀，总体上形成了比北侧河流较深、较宽的格局。南侧河流的北支从西青区辛口镇、周李庄、张家窝镇、姚庄、梨园头至西青开发区附近与南支汇合，经津南区南八里台镇、炮台庄、大港中塘镇、津南区小站镇、辛庄子、九道沟、塘沽道沟子至临港工业区入渤海。南支经静海火车站、徐庄子、前双树村、双窑村、团泊镇、鸭淀水库向北至西青开发区与北支汇合。

4 地层特性

依据绘制的河道的部分断面图，总体规律上北侧的河流相对较浅、较窄，而南侧的古河较宽、较深。

图1 晚更新世至早全新世古河道平面图

图2 早全新世古河道剖面布置图

如图2 所示，在滨海新区及附近绘制了7 条工程地质剖面图，其中剖面1，2，3 为北部河剖面，4，5，6，7 为南部河流剖面。本文中附北侧河流第2 剖面(见图3)，南侧河流5 号剖面(见图4)。

北部河流沉积物一般较薄，厚度一般小于11 m，南侧河流沉积物较厚，厚度大多大于20 m。沉积物一般以粉土为主，局部为粉砂、细砂、粉质粘土等。其宽窄、深浅主要与当时的河流流量有关。

由于本河道属于早全新世形成的以下蚀作用为主的河流，多形成较为陡峭的河岸和宽广的河床，由于早全新世的海侵作用使其溯源沉积，在河床内沉积了厚层的粗颗粒河口沉积物。从而导致了河道内的沉积物与其周边相同标高段的沉积物组成、时代迥然不同，其工程性质也有很大的差异。在滨海新区范围内，该层土一般埋深较大，相对较为致密，粉土、粉砂一般为中密、密实状态，但在本市西部、北部一般埋深较浅，形成时代也相对较晚，砂土液化区域大多与此相关。

图3 北侧第2 断面河流地层剖面图

图4 南侧第5 断面河流地层剖面图

5 结语

该古河道在天津市范围内有南北两个分支，在武清、宝坻、静海等地区由于以前工程建设少，钻孔密度较低，对其分布区域的推测较为粗略，要进一步摸清其分布范围需加大钻孔密度。该古河道内分布的土质岩性基本为粉土、粉砂等粗颗粒土，由于其与周围土层岩性差异较大，当建设项目跨区时施工难度较大，同时对建筑物的稳定性也有较大影响，可能存在以下问题:1)分布于该条带内的河道沉积物(粉土、粉砂)可能液化;2)由于沉积物主要以粉土、粉砂为主，在桩基施工过程中可能造成钻孔灌注桩成孔困难和预制桩难以穿透;3)对于跨越该河道边界的工程项目可能造成两侧承载力、沉降量差异而导致建筑开裂甚至酿成工程事故。

［1］DB 29—20—2000，岩土工程技术规范［S］.

［2］DB/T 29—191—2009，天津市地基土层序划分技术规程［S］.

［3］王 福，宋美钰，田立柱，等.影响天津滨海新区建设的地质环境［J］.海洋地质动态，2008，24(6):9-14.

［4］田立柱，王 东，裴艳东，等.天津滨海新区中全新世以来地形地貌演化［J］.地质调查与研究，2011，32(1):53-62.

［5］王 宏，李建芬，裴艳东，等.渤海湾西岸海岸带第四纪地质研究成果概述［J］.地质调查与研究，2011，35(2):328-332.

［6］天津市地质矿产局.天津市区域地质志［M］.北京:地质出版社，1992.