济南市市区标准地层划分研究

仝霄金，程爱华，樊祜传（济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013）

济南市市区标准地层划分研究

仝霄金∗，程爱华，樊祜传
（济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013）

通过多种研究方法及手段，并与区域地层进行对比，按“时代-成因-岩性”划分了层级地层单位，并订制了唯一地层序号，确定了济南市市区标准地层层序的划分。济南市市区标准地层的建立将孤立、分散的工程勘察资料，通过空间地理定位建立空间联系，使得分散的资料在空间上形成一个有机整体［1］。该研究成果在满足工程勘察数据库建设需要的同时，丰富了地区性基础地质研究，也为行业标准化及信息化建设奠定了基础［2］。

标准地层；层序；数据库；标准化

1 引 言

为了提升济南市勘察数据在城市建设中的作用，济南市勘察测绘研究院启动了“济南工程地质数据库建设”项目。为了使地质数据具有统一的标准，进而实现数据标准化、系统化的管理和利用，通过参考国家、行业有关规范，结合济南市地层特点，建立了《济南市标准地层标准性文件》，对济南市市区地层进行了统一划分。

2 济南市地形地貌概述

图1　济南市地貌图

济南市处于鲁中山地与鲁北平原的过渡地带，市境以南的玉皇顶（1 532 m），是鲁中山地、也是山东的最高峰。境内山地呈扇形环绕在泰岱的西北部，南高北低。最南部的长城岭，构成了本市与泰安市、莱芜市的分界线，同时也构成了汶河水系与小清河、玉符河的分水岭，最高点（摩天岭）为988.8 m。市区西北部为黄河，黄河与山前冲洪积平原之间有小清河，两河均为不对称水系，右岸多支流，左岸无支流或支流少而短。山前洪积、冲积地貌比较发育。

∗ 收稿日期:2015—11—16

作者简介:仝霄金（1980—），男，工程师，主要从事岩土工程勘察工作。

济南现在的地貌形态，是长期经受内外营力作用演变的结果，特别是在白垩纪燕山运动，基性至中性岩浆岩大量侵入，在市区、历城、章丘最为活跃，形成了济南岩体、沙沟岩体、唐冶岩体、西杜庄岩体、鱼山岩体、张家庄岩体、流海岩体、荆山庄岩体、茶叶山岩体、大有岩体、驼沟岩体等；同时火山强烈喷发，在历城十里铺到章丘的魏化林、章丘东北部到邹平，火山岩覆盖于二叠系及侏罗系地层之上。伴随着岩浆岩的侵入与火山岩的喷发，产生了大面积的升降、较大的断裂与局部的穹状隆起，南部以大幅度的上升为主。喜马拉雅运动在本区对燕山运动有继承性，进一步破坏并改造了原有形态，基本形成今日之地貌。在喜山期，约在上新世或更早，有一个地壳相对稳定时期，高处经受剥蚀，低处接受沉积，形成了一个夷平面，即鲁中期地面。后来地壳活动加强，继续产生断裂与大面积的上升运动，断裂使鲁中期地面进一步变形，而上升幅度不均匀，上升量约 500 m～1 000 m。泰山上升幅度最大，北部、西北部小，使地面向北、北西倾斜，形成泰山穹隆。该地面在市内应以长城岭为代表。在齐河—广饶深大断裂以北继续下降，本市北部接受了第三系沉积。到第三纪末期或第四纪初期，升降渐缓，直至最后稳定，使地面强烈剥蚀堆积，又形成一个夷平面，即临城期地面。此地面与后来的两级阶地两者很难区分，多数留有残丘。更新世中、晚期以来的外力作用，不仅使其表面广泛发育残积层，冲洪积物很发育，厚度可达近百米。到全新世地壳又有过小幅度的动荡，在巴漏河、玉符河、东沙河等地，形成了两级阶地。辖内地貌可分为侵蚀低山、剥蚀丘陵、堆积平原三个区。

3 标准地层层序划分的准则和依据

3.1 准则

标准地层层序划分借鉴地层对比的研究方法，从区域地貌单元划分入手，采用综合研究的方法确定。标准地层层序的顺序宜遵照反映地层形成的新老次序的原则，一般情况下，形成时代早的岩土层层序在下，层序序号大，形成时代晚的岩土层层序在上，层序序号小。主层定名可采用“时代-成因-岩性”为主要内容的表达方式。同一主层内如果存在岩性或工程特性差异时，应进行亚层的进一步划分，亚层定名宜可采用时代-成因-岩性的表达方式。

3.2 依据

（1）土层层序的划分依据

①土层层序划分应在利用已有原始工程资料的基础上，考虑地层形成时代、成因类型、岩性及土层性状、标志层与包含物等因素。

②按成因分类，土层宜分为残积、冲积、洪积。

③土层性状分类按《岩土工程勘察规范》GB50021 -2001（2009年版）执行。

⑤成因层一般遵照自上而下的顺序关系，在每一成因层中划分的岩性标准层亦具备上下的顺序关系。

⑥土层层序划分宜选择标志层或标志层所在的层组作为主层。

（2）岩层层序的划分依据

①岩层层序划分前应充分了解研究区的主要岩石类型、成因年代、岩相古地理环境、分布规律、风化特点及接触关系，研究确定岩体性状的影响或评价因素。

②岩层层序划分可按基岩的风化程度、成因时代、岩性或岩石类型等特征划分层序。

③根据成因类型，岩石可分为沉积岩、变质岩、火成岩。

④济南市的沉积岩主要为石灰岩与泥灰岩，像泥岩、页岩其他沉积岩及大理岩、砂岩等变质岩鲜有出露，在空间上分布不连续，无规律可寻，在标准地层划分时统一与石灰岩划为一层。

⑤济南市的火成岩主要为辉（闪）长岩，辉（闪）长岩按风化程度又分为全风化、强风化、中风化、微风化、未风化。

4 标准地层层序划分

4.1 主要特征

（1）第四系地层分布特点

济南市地貌单元南部属于山前冲洪积平原，北部为黄河、小清河冲积平原，地形起伏大，南高北低，高差100 m左右，上部地层为第四系陆相沉积的松散沉积物，可分为人工填土和天然沉积土。人工填土是经人类活动堆积而成的土，一般具有成分复杂、均匀性差、强度低、压缩性高等特点。按其物质来源、堆填方式、组成情况可分为杂填土、素填土和冲填土。天然沉积土可分为老沉积土（第四系晚更新世及其以前沉积形成的土）和新沉积土（第四系全新世中近期沉积的土）。

济南市区第四系厚度变化较大，反映了物质运移的总趋势是由高到低搬运、堆积的特点。地势越低、越平缓开阔，厚度越大，反之越薄。济南市区第四系厚度一般小于 30 m，兴济河以西，小清河以北地区厚度多数大于30 m。在市区中心地带，经十路-明路北路-大纬二路-山大路所围成的区域内，其厚度一般小于 20 m；趵突泉与黑虎泉附近厚度 8 m～10 m；腊山一带 0 m～40 m；党家庄一带 10 m～50 m；燕山一带 5 m～30 m，王舍人一带40 m～70 m，贤文一带 20 m～30 m。

济南市西部城区主要为大沙河冲洪积平原，第四系松散层厚度自西南向东北逐渐变厚。长清大学城一带第四系厚度 10 m～20 m；文昌片区一带 60 m～70 m，最多可达百余米；平安片区厚度一般为 50 m ～60 m。

济南市东部城区主要为山间盆地和巨野河河谷冲洪积平原，松散层厚度由东南向西北逐渐增厚。郭店一带第四系厚度40 m～50 m；孙村一带20 m ～30 m；彩石一带 20 m～30 m。

（2）基岩分布特点

①辉（闪）长岩分布

辉（闪）长岩主要分布在经十路-二环东路-解放东路-奥体西路-工业南路-工业北路沿线以北区域。侵入体厚度分布总体规律由南向北渐次变厚，在市区中心地带受千佛山和文化桥断裂切割影响，各块辉长岩的厚度存在较大差异。

图2　济南市区辉（闪）长岩分布范围图

千佛山断裂和文化桥断裂之间地段，由于受两条断裂切割控制，致使该地区奥陶系地层相对太高，因此侵入岩厚度较薄，多小于 50 m，且风化严重，千佛山与文化桥断裂两侧区域侵入辉长岩厚度多在 50 m ～200 m，单层或多层出现。

②灰岩分布

灰岩普遍分布于济南地区，市区总体揭示深度自南向北逐渐加深，千佛山断裂与文化桥断裂之间地区，灰岩地层相对抬高，因此其埋深较浅，文化西路灰岩顶板埋深 9 m～25 m，泺源大街一带灰岩顶板埋深 8 m ～50 m，泉城路一带埋深 30 m～80 m，解放路一带150 m左右，到二环北路附近已超过 500 m。

在趵突泉、黑虎泉、普利门周边地带分布有多个奥陶系灰岩天窗。趵突泉与黑虎泉天窗面积分别约9.5万m2、7.2万m2。

西部城区灰岩顶板埋深，大学城一带为 10 m ～20 m；文昌片区一带为 60 m～70 m，最多可达百余米；平安片区为 50 m～60 m。东部城区灰岩顶板埋深 20 m～50 m。

4.2 标准地层描述

根据济南市构造、地质情况，分析济南市区地层大体分为山前冲洪积平原和黄河、小清河冲积平原两大地貌单元的典型地段地层层序，通过广泛搜集资料，进行区域对比，按沉积学理论，第四系土层层序的划分主要考虑了其形成时代、成因类型、工程形状、包含物等因素，岩层层序的划分主要考虑了其成因时代、岩性、风化程度、完整程度等因素，将地层由新到老排序，将济南市地层自上而下划分为8个层组，17个大层。

图3　岩土层序列划分综合柱状图

第四系全新统:包括9个主层，其中第①层分布普遍；第②层主要分布在古河道和河漫滩区；第③层～第⑥层主要分布在小清河-清源路-南吴家堡-二环西路-张庄路-济齐路-无影山中路-济泺路-东西丹凤街-义和北街-明湖西路-顺河街-少年路-大明湖路-黑虎泉北路-明湖东路-历山路-胶济铁路-二环东路-工业北路-王舍人镇沿线以北；第⑦层主要分布在上述沿线以南地段；第⑧层、第⑨层普遍分布。

素填土主要由碎石土、砂土、粉土和黏性土等组成，土质较均匀。杂填土含较多建筑垃圾、生活垃圾或工业废料，成分杂乱。

层底深度:0.10 m～28.70 m。

层底深度:1.70 m～8.50 m。

②1粉土（）:褐黄色，稍密，湿，刀切面粗糙，摇震反应迅速，含氧化铁条纹。

②2粉质黏土（）:褐黄色，软～可塑，湿，无摇振反应，刀切面稍光滑，含铁锰氧化物。

层底深度:0.30 m～11.80 m。

③1粉土（）:浅灰色，稍密，很湿，刀切面粗糙，摇震反应迅速，含少量有机质。

层底深度:0.80 m～13.50 m。

④1粉质黏土（）:灰、灰黄色，软～可塑，湿，无摇振反应，刀切面稍光滑，含少量有机质。

层底深度:1.90 m～13.20 m。

⑤1粉质黏土（）:灰色，软塑，很湿，无摇振反应，刀切面稍光滑，含少量有机质。

⑤2淤泥质黏土（）:棕灰色，软～流塑，很湿，刀切面光滑，含有机质。主要分布在小清河以北区域，自南向北逐渐变厚。

第⑤2层淤泥质黏土为特殊性土，通过上述统计数据可以看出，其孔隙比较大、含水量高、压缩性高、抗剪强度低、标准贯入试验击数低。其外该层土还具有高流变性、低透水性等特性。

⑤3粉土（）:灰色，稍密，很湿，刀切面粗糙，摇震反应迅速，含少量有机质。

层底深度:1.20 m～13.80 m。

该层土为标志层，其上部为河流相冲积成因的黏性土及粉土，下部地层为山前冲洪积成因的黏性土和碎石土。

层底深度:2.40 m～19.90 m。

⑦1碎石（）:杂色，稍～中密，碎石含量大于50%，混黄土。

层底深度:2.40 m～16.80 m。

⑧1粉土（）:灰黄色，稍～中密，很湿，刀切面粗糙，摇震反应迅速，含少量有机质。

⑧2粉质黏土（）:褐黄色，可塑，湿，刀切面稍光滑，含铁锰氧化物。

层底深度:2.40 m～29.60 m。

⑧2-1粉土（）:褐黄色，稍密，湿，刀切面稍光滑，含铁锰氧化物。

⑧2-2碎石（）:杂色，稍～中密，碎石含量大于50%，混褐黄色粉质黏土。

层底深度:2.40 m～29.60 m。

⑨1黏土（）:姜黄色，可～硬塑，湿，刀切面稍光滑，含铁锰氧化物。

层底深度:1.80 m～37.30 m。

（2）第四系更新统:包括3个主层，其中第⑩层、第⑩层普遍分布；第层主要分布在山前坡洪积裙基岩面顶部。

该层土为晚更新世与全新世地层的分界线，其上部地层为第四系全新世地层，工程力学性质相对较差，其下部为晚更新世Q3及其以前沉积的老沉积土，工程力学性质相对较高，土层承载力特征值相对较高。

⑩1碎石土（）:杂色，稍 ～中密，碎石含量大于50%，混棕黄色黏性土。

层底深度:0.50 m～57.00 m。

层底深度:0.70 m～85.00 m。

层底深度:0.30 m～71.80 m。

（3）中生界白垩系:根据岩浆岩的风化程度分为4个主层，主要分布在经十路-二环东路-解放东路-奥体西路-工业南路-工业北路沿线以北区域。

层底深度:0.60 m～98.50 m。

层底深度:0.30 m～99.50 m。

（4）下古生界奥陶系:主要包括石灰岩和泥灰岩。

⑰石灰岩、泥灰岩（O1m）:包括石灰岩、较破碎石灰岩、强风化石灰岩以及石灰岩溶洞充填的碎石、黏土等、泥灰岩以及其各风化带。

4.3 部分土层重要工程意义

（1）人工填土一般具有高压缩性、低承载力的特性，未经处理不宜直接作为地基持力层。

（2）根据《建筑抗震设计规范》GB5011-2010及《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008有关规定，济南市抗震设防烈度为6度（第三组），当建设重点设防类与特殊设防类建筑工程时，应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求考虑。应考虑第②1、③1、④、⑤3、⑧层粉土的液化问题。

（3）第⑦层黄土为特殊性土，具有湿陷性，其湿陷系数δ为0.015～0.080，一般随深度的增加而减小，湿陷起始压力 55 kPa～200 kPa，为非自重湿陷性黄土场地。

由于该层土层浸水具湿陷性，未经处理不宜直接作为地基持力层，其处理方法包括垫层法、强夯法、挤密法和预浸水法，在济南地区较多采用的是灰土垫层法和强夯法。经过处理后的地基承载力特征值一般可达到 200 kPa。经过地基处理后一般可作为12层以下的小高层建筑的地基持力层。

（4）第⑤2层淤泥质黏土为特殊性土，具高流变性及高触变性，在剪应力的作用下，易发生剪切变形，特别在基坑工程施工过程中，由于降水等原因，促使局部应力场发生改变，可引发侧向潜蚀现象的发生，导致坑壁侧移、滑塌或失稳，甚至会影响周边建筑物及地下管线的安全。因此，施工过程中应引起高度重视，合理制定支护降水方案。

另外该层土强度较低，地基承载力特征值一般取70kPa，压缩性大、灵敏度高，抵抗荷载作用能力低，易产生扰动。因此，当该层作为多层建筑物地基持力层或下卧层时，在满足软弱下卧层验算的同时，施工过程中还应注意加荷速度，尽量减少地基土的扰动，避免建筑物产生过大变形或不均匀变形。

（5）辉（闪）长岩残积土～强风化辉（闪）长岩作为特殊性土，承载力取值应主要考虑其颗粒组成及原位测试参数，物理力学指标往往不具代表性。

5 标准地层在信息化管理中的基础作用

5.1 数据标准化

制定统一的工程勘察数据标准，将各种工程勘察资料严格按标准进行整理和归一化。在统一的地理坐标基准下，将孤立、分散工程勘察资料，通过空间地理定位建立空间联系，使得分散的资料在空间上形成一个有机整体。并随着工程建设不断扩展、录入新的勘察资料，实现勘察数据库的动态更新和反馈［1］。

5.2 应用于勘察设计单位

标准地层的建立可实现高效的工程地质资料查询，利用系统数据库查阅利用已有资料，避免了不必要的重复劳动，提高了工作效率，为勘察设计单位节省了大量的人力、物力。为勘察设计方案编制、标书制作、勘察设计咨询提供了便利条件。

5.3 应用于地方规范标准的制定

标准地层的建立，可以将济南市全部的工程地质与水文地质资料归一到地质信息数据库中，且处于不断地扩充更新中，因此，通过对系统内的相关资料进行计算机汇总统计、分析处理，可对济南市地层主要特性指标进行科学统计，为济南地方规范的出台奠定基础。

6 结 语

（1）通过划分济南市标准地层，把大量的、分散的工程勘察信息数据，经过标准化整理归一，使得我们对济南市地层有了更加深刻的认识。制定“济南市地层层序划分标准”是解决与建筑地基相关的地层层序划分的统一标准，将原有的地质资料、水文资料、工程项目资料等进行统一管理，这也是工程地质数据库建设的基础。

（2）通过标准地层的划分，使得济南市区域内的地层在空间上建立了联系，对数据采集、数据维护、数据分析评价、查询检索提供了便利途径，对城市规划建设、指导生产、科学研究、工程咨询、资料管理具有指导意义［3］。

（3）当然，本次地层划分还有许多不足之处，例如:第⑥层灰黑色黏土层，在市区西北部存在分布上下两层，中间夹一层灰色粉土的现象；第⑰层石灰岩、泥灰岩未划分出大理岩、砂岩等岩性，并且未划分出全、强、中风化带以及溶洞内充填物等。因此，还需要在今后工作中注重资料搜集、数据完善，随着资料的积累进一步细化，能够形成一套尽可能详尽的济南市地层层序。

［1］刘军，鞠建荣，刘清华.基于GIS的地铁工程勘察数据库管理系统的设计与实现［J］.城市勘测，2012（1）：167～169.

［2］邵万强，陆晓燕，张敬志.青岛市市区第四系层序的划分［J］.海洋地质动态，2006，22（1）：5～8.

［3］李成军.哈尔滨市岩土工程信息系统研究与应用［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2006：1～45.

［4］GB50021-2001.岩土工程勘察规范［S］.

［5］GB50007-2002.建筑地基基础设计规范［S］.

［6］DBJ/T14-094-2012.工程勘察岩土层序列划分方法标准［S］.

Study of Standard Stratum Division in Jinan Urban Area

Tong Xiaojin，Cheng Aihua，Fan Huchuan
（Jinan Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Jinan 250013，China）

Through several research methods and comparison with regional stratum，the sequence of standard stratum with unique serial number，which is based on the“time-origin-feature”to identify geological unit，is divided in Jinan urban area.It makes isolated investigation data form an organic unity by the relation to spatial orientation.The study results meet the demand of the geotechnical investigation database construction and enrich the regional basic geologic research；meanwhile it lays the ground work for the industry standardization and information construction.

standard stratum；sequence；database；standardization

1672-8262（2016）02-165-07中图分类号：P628+.4

B