牡丹江市工程地质层组划分与分区研究

2021-11-06王建伟佟智强宋林旭杨洪祥刘浩

城市地质 2021年3期

王建伟佟智强宋林旭杨洪祥刘浩

摘要：为实现地质工作有效服务城市建设与规划，通过调查和研究对牡丹江市市区地貌类型重新进行了划分和厘定;综合对比分析钻孔和测试数据，按“时代-成因-岩性”对市区50 m深度范围岩土体进行了工程地质层组划分，为牡丹江市工程地质勘察工作提供了统一的分层参照准则;最后，依据地貌成因、形态及岩土工程地质特征，对市区范围进行了工程地质分区。研究结果表明：1）牡丹江市地貌按成因类型可划分为5类，按形态类型可划分为7类;2）市区50 m深度范围内岩土体可划分为11个主层，30个亚层;3）市区范围内可划分出4个工程地质区和5个松散土体工程地质亚区。

关键词：牡丹江市;岩土体;工程地质数据;工程地质层组;工程地质分区

Abstract： In order to effectively serve urban construction and planning with geological work， this paper redefines the division of the geomorphic types of Mudanjiang city through investigation and research. Comprehensive comparative analysis of the drilling and test data， the engineering geological strata groups of rock and soil within 50 m depth in the urban area are divided according to "age-origin-feature"， which provides a unified layered reference criterion for engineering geological investigation in the city. At last， the engineering geological division is carried out according to the geomorphic origin， morphology and geotechnical engineering geological characteristics. The results show that： 1） The landform of Mudanjiang city can be divided into 5 types according to the genetic type and 7 types according to the morphological type; 2） the rock and soil can be divided into 12 main layers and 31 sub layers within the depth of 50 m in the urban area; 3） the urban area can be divided into 4 engineering geological areas and 5 loose soil engineering geological sub areas.

Keywords： Mudanjiang City; rock and soil mass; engineering geological data; engineering geological strata groups; engineering geological zoning

城市建設、发展的好坏与城市规划的优劣密切相关（阎浩等，2020）。城市地质调查工作是以基础地质调查评价为核心的综合性地质工作，用于指导城市规划和建设，为城市科学合理规划布局决策提供基础资料，是城市规划建设管理的重要基础，贯穿于城市发展的全过程（郭萌等，2018;郑桂森等，2016;洪增林，2019;郑桂森等，2018;张茂省等，2018;程光华等，2018）。工程地质层组划分是城市地质的重要研究内容，是地质模型概化和工程地质条件评价的基础和首要环节，工程地质层组研究对象包括岩体和土体（李长安等，2020;李晓昭等，2004;张淼，2018）。

牡丹江市位于全国主体功能区划“两横三纵”城市化战略格局中京哈-京广通道纵轴的北端，自然资源和旅游资源十分丰富。为深入贯彻实施新一轮东北振兴战略，2019年牡丹江市作为旅游资源试点城市，启动了“牡丹江市多要素城市地质调查”项目。项目实施以来，为了构建牡丹江市市区工程地质三维模型，项目组在牡丹江市城市建设档案馆和黑龙江省牡丹江地质工程勘察院等单位收集到市区各类建筑岩土工程勘察报告331份，共包含工程地质勘察钻孔6133个，由于岩土体及其组合类型的复杂多变性，牡丹江地区第四纪地质、区域地质等地质工作程度不高，以及勘察设计单位技术水平与内部标准的差异性等原因，导致收集到的大量钻孔数据不能或难以直接共享利用（李清明等，2019;林晓春，2019），为了使牡丹江市工程地质数据具有统一标准，实现数据的系统化、规范化管理使用，以便更好地研究各岩土体的空间分布及工程地质特征（仝霄金等，2016;张玉敏，2012），本文以牡丹江市城市地质调查中地貌与第四系研究为基础，结合区内地层特点，通过大量钻孔数据对比分析，对牡丹江市市区工程地质层组进行了统一划分和编码，而后根据区内岩土工程地质特征，进行了工程地质分区。

1 地貌分区

牡丹江市市区下设西安区、东安区（含江南新区）、爱民区和阳明区4个城区，区内地势四周高，中部低，按形态类型市区地貌可分为褶断剥蚀丘陵、火山剥蚀丘陵、剥蚀堆积冰水台地、剥蚀堆积冲湖积高平原、冲积Ⅰ级阶地、冲积漫滩（高漫滩和低漫滩）及丘间沟谷（图1，表1）。

2 工程地质层组划分

2.1 工程地质层组划分原则

依据GB 50021-2001《岩土工程勘察规范》（2009版），结合牡丹江地区具体情况，按“主层和亚层两级单元”对牡丹江市区50 m深度范围内岩土体进行工程地质层组划分。

主层是指在牡丹江市市区范围内具有代表性及典型性的工程地质层单元或组合;亚层是指主层内根据岩性、物理力学特征等进一步划分的岩土体单元。

（1）主层的划分

依据岩土体沉积时代的不同，进行主层划分，不同沉积时代的岩土體不能划分为同一主层（张龙起，2009;苟富刚等，2018）。主层的划分自上而下，层位基本反映沉积时代和覆盖关系，层位代号越大，对应的地层沉积时代越古老。时代相同、成因不同的岩土体需划分为不同的主层，原则上不宜将沉积环境差异较大的岩土体划分在同一主层内。

（2）亚层的划分

亚层的划分主要考虑主要层位的岩性、结构和物理力学性质，编号顺序上考虑空间分布和覆盖关系，由上至下依次编号，亚层的代号顺序代表沉积顺序。

2.2 工程地质层组特征

根据以上划分原则，对收集到市区范围内的6133个勘察钻孔及相关原位测试、土工与岩石试验资料进行综合分析，将牡丹江市市区50 m深度范围内岩土体划分为个11主层，30个亚层。各工程地质层组特征详见表2。

（1）第1工程地质层组（填土层）

为人类活动期内，由现代人工堆填而成，主要为杂填土。由于人工回填时，并未进行有序地分层回填，故在区域上无固定层序，不再进行亚层划分。由于堆积时间晚，构成成分杂，且大多数未经压密处理，所以杂填土压缩性高，属不良土体。

（2）第2工程地质层组（漫滩Qhal）

该层组属第四系全新统，为现代河流相冲积物，分为高漫滩和低漫滩。主要沿牡丹江两岸及铁岭河两岸分布。二元结构特征明显，上部为漫滩相粉质黏土、粉细砂、中粗砂，局部夹有牛轭湖沉积相的有机质或淤泥质土，下部为河床相圆砾为主的碎石土。该层组厚度一般6～10 m，其中，粉质黏土层平均厚约3 m。在该层组所在地区，拟建2～3层楼房采用浅基础较为经济合理，拟建4～7层住宅及综合楼采用钢筋混凝土预制桩基础为宜。

（3）第3工程地质层组（顾乡屯组Qp3g）

该层组属第四系上更新统，为河流相冲积物。主要分布于牡丹江北岸，构成牡丹江的Ⅰ级阶地。二元结构特征较明显，上部一般为漫滩相粉质黏土、粉细砂及中粗砂层，局部夹淤泥质粉质黏土，下部主要为河床相的圆砾层，局部夹有砂砾石层、卵石层等，该层组厚度一般为8～15 m，其中，粉质黏土层平均厚约为6 m。该层组可用于2～4层建筑物天然地基基础持力层。

（4）第4工程地质层组（哈尔滨组Qp3h）

该层组属第四系上更新统，为河湖相沉积物，分布于牡丹江两岸，牡丹江左岸呈北东向不规则状，分布在市区的西部黄花站、军马场及林校一带;牡丹江右岸分布在海浪机场及牡丹江江南村一带，构成牡丹江的冲湖积高平原。岩性为粉质黏土或粉质黏土、中粗砂，局部夹玄武岩，粉质黏土层平均厚约10 m。该层组可用于一般建筑物天然地基基础持力层。

（5）第5工程地质层组（镜泊湖中期玄武岩Qp3j）

该层组属第四系上更新统，主要分布在牡丹江南岸海浪机场北西侧冲湖积高平原区域，多在哈尔滨组（第4工程地质层组）地层中以夹层形式存在。顶板埋深7.70～15.00 m，厚度5.90～8.90 m，岩性为紫红色含火山弹火山渣角砾集块岩、角砾岩，弱熔结角砾集块岩，灰黑色气孔状碱性橄榄玄武岩、凝灰质砂岩。

（6）第6工程地质层组（荒山组Qp2hn）

该层组属第四系中更新统，为河流相沉积物，主要分布于牡丹江北岸冲湖积高平原区域，一般位于哈尔滨组（第4工程地质层组）下部，岩性以中粗砂、砾砂、圆砾为主。

（7）第7工程地质层组（猞猁组Qp1s）

该层组属第四系下更新统，为冰水相堆积物，主要分布于牡丹江北岸冰水台地之上。顶板埋深0～11.3 m，层组厚度2.10～5.10 m，岩性由泥质含量较高的砂砾石、卵砾石组成。砾石成分以流纹质和花岗质岩石为主，呈次圆状—次棱角状，分选磨圆差，卵石表面有明显压痕、压裂和刨蚀面等冰积物特征。

（8）第8工程地质层组（虎林组Eh）

该层组为一套陆相半胶结的河湖相沉积岩，形成时代为古近纪，岩性主要由浅色砾砂岩、砂岩、泥岩和黏土岩等组成，主要分布于牡丹江市区西部卡路村一带，岩石胶结疏松，多呈散体状。

（9）第9工程地质层组（海浪组K2hl）

该层组为一套陆相河湖相沉积岩，形成时代为白垩纪晚白垩世，岩性主要由紫红色砂质泥岩、泥岩、含砾砂岩等组成，岩石多由砂泥质胶结，结构疏松，易风化。岩层产状近水平。主要分布于牡丹江市区西部放牛沟和南部小莫村一带。

（10）第10工程地质层组（猴石沟组K1h）

该层组是一套以陆相为主、海相为次的海陆相沉积，形成时代为白垩纪早白垩世，主要岩性为砾岩、砂砾岩、中粒长石砂岩、含砾长石砂岩、泥质细砂岩、粉砂岩等，以簿层状构造为主，少数为中层状，层理清楚。该层组主要分布于主城区第四系覆盖层之下，东部丘陵一带有出露。

（11）第11工程地质层组（花岗岩类）

该层组为侵入岩体，形成时代为中生代早侏罗—晚三叠世、古生代晚二叠世及古元古代，岩性包括正长花岗岩、二长花岗岩和（片麻状）花岗闪长岩（黑龙江省地质调查研究总院，2007），主要分布牡丹江市区北部丘陵山区，并以正长花岗岩分布面积最大。

3 工程地质分区

不同地貌单元的岩土体类型截然不同，丘陵以岩体为主，河谷平原以土体为主，对岩土体工程地质特性影响最大的是岩土体工程地质特征和地形地貌条件，工程地质分区采用地形地貌分区与岩土工程地质特征分区2条主线并行（刘长礼等，2018;李长安等，2019;李锋等，2019），次一级分区可分别按此两类条件各自不同的特征及变化规律进行。根据上述分区原则，牡丹江市工程地质分区可划分为以下2个等级：

（1）第一级（分区）

按岩土体工程地质特征，划分出坚硬岩工程地质区（Ⅰ）、较坚硬岩工程地质区（Ⅱ）、软质岩工程地质区（Ⅲ）和松散土体工程地质区（Ⅳ）4个工程地质区。

坚硬岩工程地质区（Ⅰ），主要为前新生代岩体出露区，包括古元古代花岗闪长岩、古生代晚二叠世花岗闪长岩、中生代早侏罗—晚三叠世正长花岗岩和早白垩世正长花岗岩，大面积分布在主城区北部、东部及西南部，岩石坚硬，裂隙一般不发育，均匀性和稳定性高，工程地质条件良好。

较坚硬岩体工程地质区（Ⅱ），岩体包括中生界侏罗系上统帽儿山组流纹质熔结凝灰岩等火山碎屑岩和中元古界黑龙江岩群斜长角闪片岩、大理岩等变质岩，主要分布在大砬子村西北及马架子沟屯以东区域，出露面积较小，岩石较坚硬，裂隙较发育，工程地质条件较好。

软质岩工程地质区（Ⅲ），主要由中生界白垩系和新生界古近系砂岩、含砾砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等沉积岩组成，岩石强度低，完整性和均匀性较差，工程地质条件复杂。

松散土体工程地质区（Ⅳ），主要指新生界第四系出露区，包含下更新统猞猁组（Qp1s）含泥质砂砾石、卵砾石，上更新统哈尔滨组（Qp3h）粉质黏土、砂土，顾乡屯组（Qp3g）粉质黏土、砂土、卵砾石，全新统冲积漫滩（Qhal）粉质黏土、砂土、卵砾石和冲洪积（Qhal-pl）砂砾石夹黏性土或黏性土夹砾石。

（2）第二级（亚区）

对于坚硬岩工程地质区（Ⅰ）、较坚硬岩工程地质区（Ⅱ）和软质岩工程地质区（Ⅲ），考虑到各区所包含的岩体组合及成因较为一致，分布范围也较为集中，就不再划分亚区。根据松散土体形成环境、分布范围、土层结构和土层厚度将松散土体工程地质区（Ⅳ）进一步划分为冰水堆积亚区（Ⅳ1）、冲湖积高平原亚区（Ⅳ2）、冲积Ⅰ级阶地亚区（Ⅳ3）、冲积漫滩亚区（Ⅳ4）和冲洪积沟谷亚区（Ⅳ5）5类。

工程地质分区和典型工程地质剖面如图2、图3所示。

冰水堆积亚区（Ⅳ1）：地层结构为“猞猁组（Qp1s）+基岩”，土体结构为“碎石土单层结构”，主要分布于牡丹江师范学院北西向丘陵前缘，成因类型为冰水堆积，岩性为泥质含量较高的砂砾石和卵砾石。

冲湖积高平原亚区（Ⅳ2）：地层结构为“哈尔滨组（Qp3h）+基岩”或“哈尔滨组（Qp3h）+荒山组（Qp2hn）+基岩”，土体结构为“黏性土单层结构”（图4 a）或“黏性土+砂土双层结构”（图4 b），主要分布在牡丹江北岸平安村—黄花街道以北及牡丹江南岸江南新区。成因类型为冲湖积，岩性为粉质黏土或粉质黏土、中粗砂，局部夹玄武岩。该区的工程地质层组适用于一般建筑物的天然地基基础持力层。

冲积Ⅰ级阶地亚区（Ⅳ3）：地层结构为“顾乡屯组（Qp3g）+基岩”，土体结构为“黏性土+砂土+碎石土多层结构”（图4 c），主要分布在牡丹江北岸西十二条路—东一条路及大庆路一带。成因类型为冲积，岩性为粉质黏土、细—中—粗砂及圆砾，局部夹淤泥质粉质黏土。该区的工程地质层组适用于2～4层建筑物的天然地基基础持力层。

冲积漫滩亚区（Ⅳ4）：地层结构为“漫滩（Qhal）+基岩”，土体结构为“黏性土+砂土+碎石土多层结构”（图4 d），主要沿牡丹江两岸及铁岭河两岸分布。成因类型为冲积，岩性为粉质黏土、细—中—粗砂及圆砾，局部夹淤泥质粉质黏土。在该区拟建的2～3层楼房采用浅基础较为经济合理，拟建的4～7层住宅及综合楼采用钢筋混凝土预制桩基础为宜。

冲洪积沟谷亚区（Ⅳ5）：地层结构为“冲洪积（Qhal-pl）+基岩”，土体结构较复杂，为“黏性土+砂土+混合土多层结构”（图4 e），主要分布在牡丹江市主城区北部和东部丘陵沟谷及丘陵与平原接壤地带。成因类型为冲洪积，岩性为粉质黏土、中粗砂、含黏土圆砾组成，土体不均匀，第四系厚度变化较大。

4 结论

（1）牡丹江市市区地貌，按成因类型可划分为构造剥蚀地貌、构造火山剥蚀地貌、冰水地貌、湖成地貌及流水地貌5类;按形态类型可进一步分为褶断剥蚀丘陵、火山剥蚀丘陵、剥蚀堆积冰水台地、剥蚀堆积冲湖积高平原、冲积Ⅰ级阶地、冲积漫滩（高漫滩和低漫滩）、丘间沟谷7类。

（2）牡丹江市市区50 m深度范围内的岩土体，按“时代-成因-岩性”可划分为11个主层，30个亚层，该套岩土体分层系统为牡丹江市工程地质数据建立了统一标准，为牡丹江市工程地质勘察工作提供了统一的分层参照准则。

（3）依据地形地貌及岩土工程地质特征，牡丹江市市区范围可划分为坚硬岩工程地质区（I）、较坚硬岩工程地质区（II）、软质岩工程地质区（III）和松散土体工程地质区（IV）4个工程地质区，其中最后一个分区（IV）又进一步划分出冰水堆积亚区（IV1）、冲湖积高平原亚区（IV2）、冲积Ⅰ级阶地亚区（IV3）、冲积漫滩亚区（IV4）和冲洪积沟谷亚区（IV5）5个工程地质亚区。

参考文献：

程光华，杨洋，赵牧华，等，2018. 新时代城市地质工作战略思考[J]. 地质论评，64（6）：1438-1446.

郭萌，张雪，2018. 城市地质工作体系研究[J]. 城市地质，13（2）：13-17.

苟富刚，龚绪龙，梅芹芹，2018. 长江三角洲北岸土体工程地质层组划分及其应用[J]. 地质论评，64（1）：237-245.

黑龙江省地质调查研究总院，2007. 牡丹江市幅1：25万区域地质调查报告[R].

洪增林，2019. 城市地质调查标准化建设系统[J]. 西北地质，52（2）：53-62.

李晓昭，罗国煜，龚洪祥，等，2004. 土体工程地质层组的划分[J]. 岩土力学，25（5）：759-763.

李清明，唐辉明，2019. 一个标准岩土地层序列的初步框架[J]. 工程地质学报，27（5）：1188-1198.

李锋，徐坤，丁运涛，等，2019. 徐州市第四纪标准地层划分研究[J]. 能源与环保，41（12）：75-83+87.

李长安，张玉芬，庞设典，等，2019. 以地貌单元为依据的工程地质分区研究：以武汉市都市发展区城市地质研究为例[J]. 地质论评，65（3）：645-652.

李长安，张玉芬，庞设典，等，2020. 论城市地质调查中土体工程地质单元划分依据：以武汉市都市发展区为例[J]. 地球科学，45（4）：1457-1465.

刘长礼，侯宏冰，张云，等，2018. 洛阳工程地质[M]. 北京：地质出版社.