粤港澳大湾区地质特点与地质环境保护策略分析

黄建龙，刘亦农，曾伟国

(中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州510610)

2017年3月5日，粤港澳大湾区首次被写入中央政府工作报告，湾区的建设正式提升至国家发展战略。作为世界第四大湾区，粤港澳大湾区涵盖香港、澳门2个特别行政区和广东省的广州、深圳、珠海、佛山、中山、东莞、惠州、江门、肇庆9市(图1)，总人口接近7 000万，GDP生产总值超过10万亿，陆地面积约5.6万km2。近年来，为打造湾区互通互联优质生活区，围绕湾区部署了一系列重大基础设施项目，如正在建设或规划的虎门二桥、深中通道以及珠三角新干线机场等，2018年9月以来广深港高铁以及港珠澳大桥的陆续通车也标志着湾区建设正式进入快车道。伴随着湾区经济的快速发展，密集的人口、强烈的人类活动与相对脆弱的地质环境产生的矛盾日益突出，区域内地面沉降、岩溶地面塌陷、崩塌、滑坡、河湾港口淤积等地质灾害及其次生灾害频发。查清区域内地质环境问题的成因及分布规律，有效发挥区内地质优势资源和地质环境条件，提高城市群发展的持续性、宜居性，是实践粤港澳大湾区建设这一国家重大战略的基础条件，也是助力湾区蓬勃发展的重要支撑。

注：根据广东省自然资源厅1∶90万粤港澳大湾区地图编绘图1 大湾区行政区划

1 湾区工程地质概况

大湾区总体为一个马蹄形港湾，东、西、北三面被山地、丘陵环绕，南临大海，河网水道分8个口门(即虎门、蕉门、洪奇门、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门)出海，是一个由西江、北江、东江、潭江等干支流冲积而成的湾内充填式三角洲，或者说是在溺谷湾内的多河道上淤积而成的复合三角洲。中心区为河网密布的三角洲平原，周边被断续的中低山、丘陵环绕，山丘之间散布较大面积的湖积、冲积平原，受人工改造地形变化强烈。珠江口地区大多为填海造地的人工海岸，珠江口以东、以西地区主体为基岩侵蚀海岸。香港、澳门位于三角洲之南缘，分别位于珠江口东西两侧，东侧香港紧贴深圳东部，西侧澳门紧贴珠海东南。其中，香港地区属中低山-丘陵型、以基岩海湾为主的地貌；澳门地区以低丘陵和平地地貌为主。

根据区域地质资料，大湾区大部分区域为第四系松散覆盖层掩埋，出露地层岩性为下古生界变质岩、古生代奥陶系和泥盆系浅变质碎屑岩、石炭系和二叠系可溶岩、中生代侏罗系与白垩系碎屑岩、燕山期花岗岩体(间有侏罗系火山熔凝灰岩)、第三系粗～碎屑岩及第四系松散覆盖层。

大湾区大地构造部位大致属于华南准地台(一级单位)湘桂赣粤褶皱带(二级单位)中之粤中坳褶束(三级单元)的东侧，与东南沿海断褶带(二级单元)中之紫惠坳褶束(三级单元)的西端交界区。区内断裂构造发育，主要发育三组断裂(图2)，即NE方向(恩平—新丰断裂、河源(博罗)断裂、莲花山断裂等，香港地区荔枝角断裂、佐敦谷断裂等)、NW方向(三水断陷、顺德断陷、斗门断陷等，香港地区大潭断裂、鲤鱼断裂等)、EW方向(南岗—太平断裂、白坭—灵山断裂、西江断裂等)。

注：①郴州—怀集断裂带；②悦城—罗定断裂；③信宜—廉江断裂带；④四会—吴川断裂带；⑤新丰—恩平断裂带；⑥河源断裂带；⑦紫金—博罗断裂；⑧莲花山断裂；⑨潮安—普宁断裂；⑩汕头—惠来断裂；南澳断裂带；九峰断裂；大东山—贵东断裂；佛冈—丰良断裂带；肇庆—惠来断裂带；贵子弧型断裂；遂溪断裂；琼州海峡断裂；大埔—饶平断裂带；连平—惠来断裂；珠江口断裂图2 粤港澳大湾区构造单元及断裂分布

大湾区处于弱震区，地震活动南强北弱，自东向西又自西向东多次往返，主要分布在三角洲边缘及沉陷区内，以三水—磨刀门一线最明显。据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，大湾区大部分区域地震动峰值加速度为0.10 g，香港地区为0.15 g，惠州及肇庆西部为0.05 g，相应地震烈度为Ⅵ～Ⅶ。历史上地震强度较低，但弱震频繁，场区总体上属于构造稳定较差的地区。场地存在较大范围的软弱土和液化土，属抗震不利地段。

2 湾区主要地质特点及工程地质问题

2.1 湾区地质特点

大湾区区域内地质构造复杂，尤其是在中低山丘陵区和盆地边缘，断裂构造发育，加之近万年来经历了2次大规模的海侵，沉积了深厚宽广的滨海相溺谷湾淤泥堆积，因此大湾区沿海地区场地土体与内陆正常沉积土体性质存在明显差异，而且大量场地存在下卧软弱淤泥夹层。其次，区内三角洲平原水系众多，一些地方隐伏碳酸盐岩岩溶发育。再者，湾区滨海地带存在大量人工回填工程(填海工程)。正是由于有上述这些地质构造、沉积特征以及人工作用，湾区地质条件大致有以下几个特点。

a) 沿海地区新构造运动活跃。统计显示，大湾区区内地震活动受地质构造控制，以弱震为主且多分布于NEE活动断裂与NNW、NW向活动断裂汇而不交的构造部位[1]。地壳稳定性可大致划分为2个区[2]：以深圳北部—东莞南部—广州—三水—鹤山—江门一线为界的珠江三角洲外缘相对隆起区为相对稳定区，发震断裂、活动断裂稀疏，活动性弱；以珠江三角洲断陷区及沿海区域(含香港、澳门地区)为相对次稳定区，为粤中下陷中心地带，活动断裂密集。因此，整个大湾区新构造运动呈现由内陆向沿海活动性增强的趋势，研究表明区内广从断裂、深圳断裂、西江断裂等仍具备一定的活动性，抗震设防烈度Ⅵ～Ⅶ度。

b) 风化壳和残坡积层发育。湾区基岩区约占陆地面积的60%，其中岩浆岩约占陆地面积的40%(香港诸岛占比约80%)，侵入岩又以花岗岩为主[3]。据研究，大湾区花岗岩分布面积达9 092 km2，其中香港、深圳、广州和江门出露的面积占城市面积40%及以上[4]。花岗岩中不稳定矿物(石英、长石等)含量较大，加之区内气候炎热潮湿、降雨量大，岩石经受强烈的风化作用而形成较厚层的砂质、粉砂质残坡积层，在地下水排出后经蒸发干燥、呈固结状堆积在山坡周围。除丘陵、中山风化残积层稍薄，低山-台地区一般大于5 m，加上全强风化岩厚度多达10～50 m，在断裂破碎带附近风化深槽可达百米[5]。研究显示香港地区花岗岩风化最深在海平面以下达80 m，在陆地全风化带亦大于30 m[6]。

c) 平原区软弱土层广布。湾区内软土分布面积达11 187 km2，厚度超过30 m的区域达325.8 km2，主要分布在珠海、中山、江门和广州的河口地区[7]。三角洲平原及沿海地带自晚更新世以来形成了大面积的冲海积层、海积层，历经3个沉积旋回，分布面积近8 000 km2，以第四系覆盖层的形式不整合于第三系红层、震旦系变质岩或燕山期花岗岩上，其沉积相平面展布界限决定于古海岸线、受控于断层，以广从断裂及新会断裂作为界线：广从断裂以北为河流冲积平原松软土区；二者之间为河流冲积平原松软土与滨海海积软土过渡区；新会断裂以南为滨海海积软土区[8]。自珠江上游至河口软土层厚度增大，岩性也由灰黄、灰褐色砂质黏土、淤泥质黏土过渡至深灰色、灰黑色粉砂质淤泥，软弱土层呈含水量高、压缩性高、承载力低等特点。三角洲地区沉积厚度大多为25～40 m，最厚达63.6 m[9]；澳门地区层厚一般为40～80 m，凼仔、路环间则厚达百米[10]；香港地区一般为20～25 m。

d) 隐伏碳酸盐岩岩溶发育。湾区内可溶岩分布面积达2 658 km2，主要碳酸盐岩分布区大致有广花盆地、深圳龙岗区、肇庆市区周边、恩平—开平等，仅广州地区岩溶分布面积就达到逾1 170 km2。除志留系、中三叠统、下-中侏罗统地层外，自震旦系至第三系的地层中均或多或少地夹有岩溶地层，中-上泥盆统和石炭系地层中分布最广，大型溶洞主要分布于褶皱轴部、NNE向断裂带(如广从断裂等)[11]。广花盆地岩溶整体呈北东—南西带状分布，与构造断裂带基本一致，绝大部分为覆盖型岩溶发育，石灰岩埋藏深度一般在十几米，最大可达40 m，岩溶形态上主要表现为溶沟溶槽、溶隙溶洞等，溶洞高度最大可达10 m以上。

e) 人工回填工程众多。漫长而曲折的海岸线、优良的海湾是大湾区能够快速发展的得天独厚的优势，围填海工程历史悠久。根据海洋行政主管部门的统计资料以及相关科研资料，中华人民共和国成立以来广东省累计围填海面积逾2 400 km2[12]，其中大湾区占比超8成；澳门地区自有记录的11.6 km2逐步扩展至29.2 km2，未来更是达到32.8 km2，填海面积逾21.2 km2，占土地总面积约2/3；香港地区填海面积逾67 km2，占土地总面积约7%。另外，珠三角地区星罗棋布的“桑基鱼塘”也逐渐地消失在城市化进程中。人工回填工程扩大了湾区城市容量及发展空间，为湾区建设了一批港口及滨海工业区，涵盖了目前大湾区众多经济繁荣区域(如深圳大鹏湾，珠海横琴岛沿岸，香港荃湾、九龙半岛等)，但也一定程度上改变了自然地形地貌条件，形成了大面积的性质不均匀、厚度差异大的人工回填区，同时这些回填区未来也将是大湾区经济活动最活跃的区域。

2.2 湾区主要工程地质问题

改革开放以来，尤其是20世纪90年代以后，湾区的珠三角地区经济发展迎来了空前的发展机遇，高层、超高层建筑、高架(跨海)路桥、过江隧洞、地下轨道和地下商场等各类工程建设活动呈井喷式涌现，伴随而来的是大范围的高陡边坡、深基坑、深埋长隧洞等复杂结构，高密度、高强度的建设对场地的工程地质条件提出了更高的要求。而区内相对复杂的地质条件结合温暖湿润、雨水集中气候特点，使得大湾区内不良地质现象频发，根据《广东省2018年度地质灾害防治方案》，2018年度大湾区珠三角9市威胁100人以上地质灾害隐患点达88个，其中滑坡崩塌、地面塌陷、地面沉降为大湾区重大地质环境问题。对大湾区主要工程地质问题简述如下。

a) 崩塌、滑坡与泥石流。崩塌、滑坡为大湾区内最主要地质灾害，2018年度大湾区广东省9市该类型地质隐患点逾70个[13]，占所有灾害隐患点约80%，主要集中在广州北部以及肇庆；在山地丘陵占比超过7成的香港每年平均有200～300次不同程度和大小的山泥倾泻事故——山体滑坡(2015—2017年分别为151、226、152起)[14]。隐患点绝大部分是由于厂房、住宅、道路的修建而形成的人工高陡边坡，高度十几米到几十米不等，坡度多在40°～90°，滑坡体以浅层土质为主、岩质或混合质滑坡较少。另外也有部分余泥渣土人工堆填而成的坡体，主要为轨道交通、旧城改造以及房地产开发开挖出来无法利用的土方，如2015年发生重大事故的深圳光明新区渣土受纳场。据计算，深圳一个标准地铁站基坑产生的土方就超过8万m3，在目前轨道交通蓬勃开展的大湾区，类似的大规模土方堆填区将有增无减。在经历汛期暴雨后，饱水松散坡体沿变质岩片状结构面或花岗岩、红层风化土及碎屑岩软弱相间层面向临空面崩塌、滑动失稳，塌落堆积体再遇到地表强径流即迅速形成碎屑流。在人流密集地带，即便是小规模的滑坡、泥石流，依然潜在极大的危害。

b) 地面塌陷。大湾区地面塌陷高易发区面积达415 km2，主要分布在广州市白云区、花都区，佛山市高明区，肇庆市端州区、鼎湖区等。地面塌陷的形成一般经历下列过程：天然溶隙溶洞、开采地下水、地下管网“跑冒滴漏”对土体冲刷或地下开挖施工形成地下空间→上覆岩土层松软、承载力不足或上部加载、振动过大→岩土体失稳或液化下陷形成坍塌。区内地面塌陷主要有2种，即岩溶塌陷和工程型塌陷。区内隐伏岩溶区地下水丰富，含水层厚度较大，地表水补给充足使得地下水位埋深浅，在地下水频繁的活动影响下，浅部的岩溶洞隙愈加发育，而地下水的开采或采取大幅度的降水措施极易引发岩溶地面塌陷。工程型塌陷主要集中在采空区或地铁、地下商场等地下空间利用区，基坑或隧洞开挖过程中遇到上部存在易液化层或饱和的淤泥层、砂层等松软层时估计不足、没有采取适当支护措施就极易导致表层土体失稳，大量地下水涌入基坑中并引起大范围的地面塌陷，如2018年佛山地铁2号线一期路面塌陷事故。近年来，有关地面塌陷的各类事故层出不穷，且越来越多地发生在市政道路附近，究其原因就是目前城市大部分的管道管线均依道路铺设，地基处理失当、管道损坏形成渗漏水囊、行驶车辆反复振动等都有可能造成浅表和局部的塌陷。地面塌陷由于其随机性、突发性的特点，发生的时候根本防不胜防，对生命财产安全构成极大威胁。

c) 地面沉降。相对于地面塌陷，地面沉降具有发展缓慢、持续时间长、影响范围广等特点，主要分布在滨海相、海陆交互相的砂土、淤泥类软弱土层区、地下水长期超采区以及矿场采空区。大湾区内地面沉降主要分布在佛山市、江门市、广州市、中山市和珠海市三角洲平原区和滨海平原区以及香港、澳门填海建设地区，其中以珠江口岸的广州番禺—南沙—中山火炬开发区、深圳市西海岸、东莞虎门、珠海西区、江门市新会港等地最为严重[15]。厚层欠固结软土在自重和上部荷载作用下固结造成的地面沉降是湾区内区域性的地质灾害问题。据中国地质环境监测院2017年的调查结果，年沉降量10～50 mm的约有1 385.6 km2，占沉降区域的54.1%，年沉降量超过50 mm的约有79 km2，最大年沉降量达210 mm。以珠海市斗门区为例，该区域广泛分布海陆交互相的淤泥类软弱土层，厚度一般为20～30 m，局部超过50 m，固结沉降作用时间长、幅度大，如井岸镇新青小学在2007年建成使用后10 a间“长高”了1 m多，成为名副其实的“吊脚楼”。另外，波浪状道路、桥头跳车、防护设施安全高程等现象比比皆是。位于广州市北部的龙归硝盐矿则为典型的采空沉降区，由于地下采空以及上覆钙泥质岩易于软化，该矿区附近逐渐形成了长约600 m、宽约400 m的椭圆形沉降区，最大沉降达到了690 mm，影响范围超过1 km2[16]。香港地区对填海工程一直较为审慎，其海岸淤积相对大湾区其他区域要弱得多，在填海工程前常先把淤泥挖走，甚至在海底及堤岸铺设防止渗漏的胶膜，但回填土的固结压缩几乎是不可避免的，如香港赤腊角国际机场在开通后10多年依然能监测到0～50 mm/a的沉降量。地面沉降虽然一般不会造成人员伤亡，但其日积月累的发展必然对其上部建筑物造成危害，如房屋倾斜、开裂、路网和地下排水系统的破坏等等。

d) 河湾港口淤积。根据研究，由于地球自转作用，大湾区水域所有面向东的海岸均属淤积冲刷浅滩，而面向西的则为基岩海湾，因此深圳与香港比区内其他城市拥有更好的海港条件，而珠江各口门泥沙淤积则较厚。按照口门位置及其水动力情况，八口门可分为入湾型和入海型，其中入湾型又分为潮汐通道型(虎门、崖门)、内河型(蕉门、横门、虎跳门)、海湾型(蕉门南汊)3种[17]。入海型口门(磨刀门、鸡啼门)受河流、潮汐、波浪同时影响，水流流速小，泥沙回淤形成拦门沙，天然水深仅1～4 m，淤积最重；入湾型口门淤积程度大致为：海湾型>内河型>潮汐型。潮汐通道型口门淤积较少主要是因为航道水深小于天然深泓水深、径流动力大于海潮动力，但受20世纪80年代以来东、西、北三江上游水利枢纽建设、下游河道大规模采砂以及滩涂围垦改变河道等的影响，现阶段三角洲河流下切严重、水位及径流动力下降，相反海潮动力渐强、咸淡水交换区扩大，推移质输砂减少且逐渐变为悬移质或冲泄质输砂，加之近年来海平面上升，随之而来的是海相输砂加重、回淤增强、地下水盐度增加。据调查，咸潮影响区域已北至广州石井、东至东莞北侧、西至新会县罗坑一带，且强度更大、持续时间更长。因此河湾港口的淤积不仅仅是影响水道航行，更深层次的是影响三角洲地区水质、建筑物基础结构等的安全。

e) 地下工程原生地质风险源多。大湾区拥挤狭窄的发展空间使得地下空间成为一种极其重要的资源，现阶段已形成地下交通、城市管网、地下商业综合体等综合开发模式，香港地区更是把污水处理厂、海水配水库等放进了岩洞。相对其为人们提供安全可靠的地下活动场所，湾区地下空间开发过程中面临的极其复杂的地质条件使其堪称“地质博物馆”。根据湾区的区域地质条件，地下工程面临的原生地质风险大致有：①富水软弱淤泥、粉细砂地层；②富水断裂破碎带；③花岗岩残积层、球状风化体(孤石)；④溶洞、土洞发育的岩溶地层；⑤复合地层等。由于城市场地限制，目前大部分地下工程前期勘察精度有限且地下工程一般规模大、跨度大、速度快、时限短，因此与地下空间开发造成的地表次生灾害不同，其本身面临的地质风险往往具有突发性、潜在性、隐蔽性等特征，且其不可避免地处于风险包围圈中，对上述风险源的处理不当，不仅危及地下工程本身，更会引发连锁反应，祸及地面建筑。

3 大湾区城市地质环境保护策略

建设粤港澳大湾区的基础在于三地全面合作，推动公共服务合作共享，在城市地质环境保护方面亦然，大湾区各城市间地质环境问题基本一致，因此发挥区域联动作用能最大限度地保护和改善湾区区域地质环境。笔者认为应该做好以下几点。

a) 建立大湾区城市地质数据库，建立完善的城市地质环境管理体系。尽快完成大湾区软土区、采空区、岩溶发育区、滑坡区等控制区范围的划定，提高城市群地质环境综合调查评价深度，建立全面的地质数据监测网络，分区、分层建立监测站，为湾区规划及重要基础设施的建设提供可靠的地质依据。管理部门应根据监测的大数据成果总结规律，制定定量判定的规划指引性文件，如在某分区地面人工建筑物的保有量应是多少才不会造成地面沉降、沉降的范围应该是多少才不会造成危害等，要求地质环境保护工作成为城市规划、建设和管理中强制性法定环节。

b) 加强一体化建设，画好地上、地下2张图。在湾区建设过程中，除了对各城市角色功能精准定位，还应该综合布局，尽早对建设用地进行整体考虑与全面科学规划，各城市建设职能系统(电力、燃气、给排水等)纳入一体，地上地下相结合，形成完整的、可供查阅的BIM(Building Information Modeling)信息库，改变传统的“重地上轻地下”的观念，控制和改善地下工程对城市地面建筑、环境的负面影响，打好湾区建设的地下基础。

c) 合理开发地下水，建设海绵城市群。做好开采地下水源地水量均衡分析，保持区域地下水总体平衡。调整供水水源结构，以利用地表水为主、地下水为辅，涉及大规模抽排水的工程应建立地下水影响范围模型，对受影响范围内已有建筑物应提出避险措施。加快建立大湾区海绵城市群，因地制宜、协调运作，最优化整合区域水资源调配，共同应对咸潮入侵。

d) 针对滑坡崩塌以及地面沉降这两种区内最主要地质灾害编制专门的技术手册，应用“3S”技术制定综合防灾减灾计划。提高对滑坡崩塌的治理标准，分享典型案例，加强工程人员的技术水平；对地面沉降易发区范围内的建设提出指导性意见，如对软基的处理方法、降水措施以及基础型式等。应用“3S”技术(GIS、RS、GPS)对重点区域进行实时监测、数据采集及评估，已潜在灾害的隐患点应登记在册，并按规模大小、危害程度等优先治理恢复。

e) 建立环境友好型社会，要尊重自然、顺应自然、保护自然。所有的围填海工程均应经过科学论证，保护自然海岸，保证围填海工程符合海洋功能区划。不随意改变河道、自然水体本来面貌，尽最大可能清除河障，还地于河、湖、塘，保持河道、水体健康、良性发展。

f) 学习香港地区先进治理经验。香港地区在城市规划、滑坡治理、地下空间开发以及人工回填工程等都拥有丰富的、国际先进的技术和管理经验，区内应加强合作交流，从工程技术到管理制度都可以结合地方实际融会贯通。地质环境的治理措施既是技术问题又是管理问题，成败关键在于政府决策层、管理层和执法层的重视和参与。

4 总结

粤港澳大湾区建设正式进入快车道，对湾区内地质环境提出了更高的要求，查清区内地质环境条件至关重要。由于其天然地理位置、历史沉积以及构造等的因素，湾区内有弱震构造发育、花岗岩、软弱土层分布面积广、隐伏岩溶发育及人工回填众多等的特点，由此衍生的一系列环境地质问题主要有：崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地面沉降、河湾港口淤积、地下工程原生地质风险源多等。湾区城市环境地质问题基本一致，保护和改善湾区地质环境重点在于区域联动，建立地质数据库、做好“地上、地下”规划、建设海绵城市群，提高应对主要灾害的技术及监测手段，建立环境友好型社会，加强地区交流合作。