黄河三角洲北部河口区地面沉降现状特征

王奎峰 姬广胜

摘 要：黄河三角洲北部河口地区靠近沿海地带，是我国成陆时间最短的河口三角洲地区，第四纪海陆相地层交互发育，淤泥质软土大面积分布，地层自固结普遍存在，地面沉降范围大、发育迅速，制约了该区域可持续发展。通过分析该区域地面沉降监测网标石的最新水准测量数据，对该区域的地面沉降特征进行了归纳总结，整体来说河口地区东部孤岛、仙河镇地面沉降量比较大，西部沉降量较小，结合研究区内地质背景、自然条件及人类工程经济活动对地面沉降的成因进行了分析。

关键词：地面沉降;水准测量;沉降诱因;黄河三角洲北部;河口区

中图分类号：TV41;P737 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.05.024

Abstract： The north of Yellow River deltais near the coast and the estuary region is the area with the shortest history in our country. The quaternary sea continental strata interactive development in this area， silt soft soil area distribution， formation since the consolidation is widespread， large range of land subsidence and rapid development have restricted the sustainable development of the region. This article through to the area of land subsidence monitoring network in recent years and the latest monument leveling data， analyzed the development status quo and characteristics of ground subsidence， ground settlement characteristics of the region for the induction summary. In summary， the eastern estuary region of Gudao and Xianhe towns land subsidence quantity was larger and the western settlement was smaller. Combining with the study area geology background of natural conditions and human engineering activity， the ground subsidence causes were analyzed and concluded that the urban geological safety protection of the estuary region of the Yellow River was of great significance.

Key words： land subsidence; leveling; subsidence incentives; north of Yellow River delta; Hekou district

地面沉降是在自然与人类工程经济活动的影响下，因地下松散地层固结压缩而导致地壳表面标高降低的一种局部地面下降运动[1-5]。黄河三角洲地区地面沉降现象较为显著，一方面伴随着黄河三角洲的形成和发展，巨厚的新近纪沉积物和海相淤积层的自重固结过程引起地面沉降;另一方面地下水大规模的开发利用和石油开采等人类经济活动引起黄河三角洲地区出现地面沉降地质灾害。黄河三角洲北部是地面沉降较为严重的沉降区之一，多年来大规模的石油开采及中浅层卤水开采导致该地区的沉降速率和范围显著增大[6-12]。随着黄河三角洲高效经济区及东营港经济区的规划建设，其发展将持续升温，经济的快速发展将对城市地质安全保障提出更高的要求。因此，本文结合研究区内最新开展的地面沉降监测数据，对区内地面沉降特征及成因进行分析，以期对该地区城市建设及地质安全保障提供参考。

1 研究区概况

研究區位于黄河三角洲地区北部沿海地段，处于渤海南部的黄河入海口沿岸地区，地理位置优越、自然资源丰富、生态系统独特，在环渤海地区发展中具有重要的战略地位。黄河三角洲是一典型扇形三角洲，由黄河填海造陆而形成，属河流冲积物覆盖海相层的二元相结构，为世界上最年轻的陆地之一。该区域地处海陆交接地带，成陆时间较短，在海洋、陆地、河流和湿地交互演化的影响下，地质环境系统表现出易变性、不稳定性和脆弱性。黄河三角洲新近沉积的地层具有其独特的工程地质特性，鉴于其自重固结过程尚未完成，三角洲相的黏性土层表现出承载力低、易沉降的特点，再加上人类工程经济活动等因素，使得地面沉降成为黄河三角洲及河口地区的重要地质环境问题之一。

2 数据来源及方法

为了分析黄河三角洲北部（河口区）地面沉降的现状及发展趋势，在该区域开展了二等水准测量，共完成二等水准观测650.6 km。测量路线利用该区域内原山东省地矿局第二水文地质工程地质大队于2002年8月建立的东营市城区地面沉降监测网。原点组由3点组成，埋设在临淄区齐都镇，为岩层水准标石。共利用原有水准点、GPS点、水准点等各类控制点83个，其中北部仙河镇、孤岛镇监测点为2015年新埋设标石，历史上的地面沉降对比资料相对较少，本次测量数据较新，是东营市地面沉降监测网络的重要组成部分。监测周期为2016年2月至2017年4月，共计14个月。观测仪器使用DINI03数字水准仪（号码为No.739496，仪器标称精度为0.3 mm）和条码式2 m铟钢水准标尺（号码为No.11113、No.11108），观测数据自动记录于仪器内存中，采用随机软件将数据传至微机。对水准测量所有路线数据进行整体平差计算。

3 研究区地面沉降现状

3.1 地面沉降分析

从黄河三角洲北部河口区地面沉降（2016-02—2017-04）观测点统计图（见图1）看出，河口区统计沉降观测点37点，其中：沉降大于100 mm的有2点，在50～100 mm范围的有6点，在50 mm以下的有29点。整个研究区普遍存在地面沉降，河口区地面平均沉降量为37.0 mm。

研究区形成一个大沉降区，其沉降量20 mm等值线所围面积为1 084 km2（见图2）。河口区沉降量最小的观测点是DCJ02，位于义和镇西，沉降量为7 mm。从图3、图4地面沉降剖面图可以看出：研究区东西向地面沉降量差异比较大，东部尤其是孤岛镇东北部DCJ18、DY015点沉降量比较大，为90 mm左右;西部（新户镇、义和镇、河口街道范围）的沉降量比较小，普遍小于20 mm;南北向沉降量差异较小，沉降曲线起伏不大，纵贯北部的刁口乡至南部的陈庄镇，沉降量基本小于20 mm。

研究区存在1个沉降中心，为仙河镇北沉降中心DCJ11，沉降量为246 mm。通过现场多次调研分析其原因，DCJ11点监测标石位于桩西五号桩南采油管理一区厂房西南路旁，距离该点西北约4 m处的一坑塘内有不少积水，经与采油厂技术人员交流调研得知，坑塘积水经常有大型车辆过来抽水，由于坑塘距离测点监测标石很近，频繁抽取坑塘积水使得DCJ11点土层产生较大的沉降压缩，同时更为重要的是该点四周有大面积盐田池及卤水井分布，抽取150 m以内的中浅层卤水层位也会使该监测点产生较大沉降。另外，DCJ11及DCJ10点是2015年下半年新埋设的标石点，2016年2月进行了一次测量，而本次测量在2017年4月，第1次沉降观测与埋石时间间隔较短，未经过雨季沉降，标石自身稳定性欠佳，其自身亦有一个自沉降。多重原因导致该点（包括附近DCJ10点监测沉降量为141 mm）的沉降量较大。

具体各点的地面沉降量统计结果见表1。

3.2 地面沉降速率（年均沉降）分析

从地面沉降量统计表（表1）及年沉降等值线图可以看出，研究区存在1个沉降中心，为仙河镇北沉降中心DCJ11，年均沉降量为210.9 mm;区内沉降观测点年均沉降量小于10 mm的只有8点，其中7点分布于研究区西部、1点分布于刁口乡最北部;沉降量最小的是义和镇的DCJ02点，年均沉降量仅6 mm;孤岛东部、仙河镇北部沉降量都接近或超过80 mm，沉降量比较大，推算将演变成环境地质灾害，对城市防洪、高层建筑造成潜在威胁。

3.3 地面沉降趋势分析

分析地面沉降趋势可知，河口区东部沉降量明显大于西部沉降量，孤岛东部DCJ18沉降量最大，为98 mm;义和镇西部沉降量最小，DCJ02沉降量为7 mm;陈庄镇向北沉降量逐渐增大，DYD009沉降量最大，为23 mm;北部沉降量大于南部沉降量，沉降量最小的是HKJ1S点，为1 mm。

4 研究区地面沉降原因分析

地面沉降成因主要包括自然因素和人为因素，自然因素主要包括构造因素、土的自然固结等，人为因素包括过量开采地下水、工程建设等[13-17]。分析研究区目前地面沉降的监测研究现状与东营市河口区地面沉降的时空资料，得到其地面沉降的影响因素（見图5），可见控制黄河三角洲北部地面沉降发展的主要影响因素是地层条件及地下卤水开采。

图5 研究区地面沉降影响因素

4.1 地面沉降的自然因素

（1）构造运动-地面垂直形变测量。东营市河口区以及黄河三角洲位于自古近纪以来的地壳长期下沉地区。1955—1988年的地面垂直形变图表明，在30多a内，黄河三角洲仍以下降为主，东营河口地区地面沉降速率为3～4 mm/a。20世纪80年代以前，地下水和油气资源的开采程度低，地面沉降不受人类活动的影响，应是地壳运动的结果，因此区域地壳沉降是目前地面沉降的原因之一。

（2）构造运动-断裂活动性。①义南断裂。根据胜利油田勘探资料，在义南断层上沾3块的各井对比中发现，沾3井明化镇组断缺65 m，说明义南断层的活动至少延续到明化镇组，另由两盘第四系厚度看，上盘均厚于下盘，说明上盘仍有下降趋势，断层活动已延续到第四纪。②孤岛地区断裂。孤岛地区位于孤南凹陷、三合村凹陷、渤南凹陷之间，该区位于多种断裂体系的交汇部位，断层构造非常发育，由几十条断层将区域切割成若干含油断块，构造破碎，主要含油层系为馆陶组。在其他地区，如垦利县永安镇油田区，也可以看到断层切割明化镇组地层的现象，且位于基底斜坡带、构造切割强烈、断层倾向与基地坡向一致，是非常有利于断块走滑的地质条件。

（3）土的自然固结。河口区地处黄河三角洲，全新世的地层沉积较晚，大部分沉积时间小于150 a，河口-孤岛一带沉积时间为40多a，其沉积环境受黄河和海洋交互或共同影响，新近沉积物主要为1855年以来形成的浅层松散沉积物（厚度一般不超过20 m），形成了以细颗粒为主的地层。所表现出的岩性以粉土最为广泛，其次为粉质黏土、粉砂、黏土，局部含淤泥质。土的先期固结压力较小，超固结比为0.5左右，为欠固结土。在自重压力下，仍要固结压密，必然会自然沉降。杜廷芹[15]利用一维固结理论，按有效重度对浅地层沉积物进行分层，采用分层总和法研究了黄河三角洲浅层砂土、软体及黏性土在理想状态下的沉降特征。结果表明，沉积物沉降主要来自软土层的固结沉降，三角洲平原黏性土层和软土层的固结压实过程较为缓慢，达到90%固结度大都需要10 a左右的时间（见图6）。

4.2 地面沉降的人为因素

（1）地下水（卤水）开采。河口区地处沿海地带，河口区东部地区埋藏有丰富的卤水资源，区内有大面积的盐田及地下卤水开采区，卤水资源开发主要在五号桩地区、仙河镇东部地区以及黄河故道附近地区。根据调查及现有资料分析，平面上卤水分布于整个研究区，垂向上在100～200 m深度范围内形成了多个卤水层。据本次调查，在北部五号桩一带，卤水资源尚未开发利用时，地下卤水埋深一般为0.90～4.67 m，经多年开采后，该区地下卤水埋深已达65 m。大量地下卤水资源的开采是该地区产生地面沉降的一个重要因素。

（2）地热资源开采。目前，河口区现有各类深层地热井41口，分布于河口城区、孤岛镇、仙河镇、东营港、新户北部沿海地区。东营市河口区地热井主要开采馆陶组、东营组热水，年开采量约240万m3，因过量开采，目前区内地热水水位已大幅下降，局部地区地热水埋深已超过60 m。河口区开采热储层岩性为砂岩及砂砾岩，并且地热水补给途径远，补给极其微弱，所开采的地热水资源量基本来自热储层的弹性释放量，地热水的弹性释放必然导致热储层的压密，地热资源的大规模开采对地面沉降可能会产生一定影响。

（3）油气资源开采。压力是油气成藏过程中最积极、活跃的因素，地下流体异常压力的形成、演化与油气的生成、运移、聚集有着密切的关系。油气总是从高势区往低势区运移，地质条件的不断变化可以引起压力的转移和重新分配，因此压力的演化是研究油气运移的重要内容之一，同时也是研究地面沉降应该关注的因素。

（4）堤坝建设。堤坝主要用于保护岸线不受或少受风暴潮、波浪、潮汐等海水作用的侵袭，因此堤坝往往建于海洋、河流等沉积物较为松散的沿岸地区。在堤坝的建设过程及重力压实下，各沉积地层均发生不同程度的固结压实下沉，其作用过程与城市建筑物重力压实基本一致。

5 结 论

采用最新的黄河三角洲北部地面沉降水准测量监测数据，对该地区的地面沉降现状和特征进行了分析，得出以下主要结论。

（1）整个研究区普遍存在地面沉降，地面平均沉降量为37.0 mm，存在1个沉降中心，为仙河镇北沉降中心DCJ11，东部地面沉降量普遍大于西部，孤岛镇及仙河镇东北部沉降量比较大，西部（新户镇、义和镇、河口街道范围）沉降量比较小，普遍小于20 mm。

（2）研究区东部的孤岛镇东部、仙河镇北部沉降量都接近或超过80 mm，沉降量比较大，推算将演变成环境地质灾害，对城市防洪、高层建筑造成潜在的威胁，应加强该区域的地面沉降后续监测及防治对策研究。

（3）该区第四系地层沉积年代较晚，且分布有大范围的较不稳定软土，地面沉降成因以欠固结软土自然压实及构造沉降为主，人为因素方面地下卤水的过量开采、地热资源开采也是导致该区域地面沉降的重要因素。

（4）建议在已有地面沉降监测网基础上，对严重的地面沉降区域，加大监测设施的投入，提高监测的频率，并加大对地下卤水及地热水开采管理的力度，减少地下水的开采量，尽量减缓地下水位下降速率，从而实现减缓地面沉降的目的。

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【责任编辑 张华岩】