珠江口西岸地区软土分布规律与沉降灾害现状分析

胡飞跃，邓成坚

(广东省地质调查院，广东 广州 510080)

珠江口西岸地区自晚更新世以来经历了多次海进海退沉积旋回，形成了多层软土，由于独特的地质、地理成因而形成明显的区域性，使得区内的软土成为全国所报道过的工程中遇见的“最软”的软土[1]，具有承载力低、受荷后变形大、时间效应明显、与建筑物共同作用能力强等特性。

区内地貌单元以冲积平原及海积平原为主，软土广泛分布，加之区内城镇化程度高，人类工程活动强度大，因此区内软土地面沉降问题突出，查明软土的分布规律、工程地质特性，研究地面沉降灾害分布特征对各类工程建设和防灾减灾具有重要的现实意义。

1 研究区概况

研究区位于珠江口西岸，南临南海，行政区划主体为中山市、珠海市及江门市部分地区，属南亚热带海洋性季风气候，地貌类型以滨海平原及冲积平原为主，其次为丘陵台地、低山，最高峰为江门市新会区与台山市交界处的狮子头山，海拔标高982 m。

2 古地理演化及软土沉积环境

2.1 古地理演化过程

软土的沉积与古地理环境密切相关，软土的分布规律与古地理环境的演化过程由直接的关系，区域上，本区第四纪古地理演化过程主要可以分为7个阶段[2]，主要包括：

2.1.1 晚更新世海侵前期

燕山期花岗岩入侵和后来地壳上升运动使本区成为隆起的山地，由于长期风化剥蚀作用形成花岗岩风化壳，在距今32 000 a以前，地壳相对下沉，区域大部分地区接受沉积，形成一套杂色亚粘土、亚砂土夹砂砾层的陆相沉积。

2.1.2 晚更新世初期

中更新世末至晚更新世初，燕山期花岗岩入侵和后来地壳上升运动使本区成为隆起的山地，由于长期风化剥蚀作用形成花岗岩风化壳，随后，进入地壳相对稳定时期。

2.1.3 晚更新世中期前段

晚更新中期前段，地壳相对下沉，区域大部分地区接受沉积，形成一套杂色亚粘土、亚砂土夹砂砾层的陆相沉积。形成了风化剥蚀区和洪积坡积区。

2.1.4 晚更新世中期后段

进入晚更新世中期后段，全球气温的回升和海平面上涨，地貌发育从原来以冲洪积和洪积坡积作用为主转为海积冲积和冲积。海进是这一阶段地理环境演变的主导因素。近河口段受潮流影响成为三角洲环境。

2.1.5 晚更新世晚期

晚更新世晚期为全球性低海面时期。随着海水的退出和侵蚀基准面的下降，河流作用加强。气候转冷，机械作用风化作用加剧，大量碎屑物质沿谷地和坡麓堆积，由于径流减少，河谷上游由晚更新世中期后段的冲积变为冲洪积。

2.1.6 早、中全新世

随着冰后期的全球性气温回升，全新世初期已开始一个新的海进过程，沉积环境主要受地形地貌的影响。中全新世气温比早全新世高，海平面继续上升，海水进一步深入。

2.1.7 晚全新世

晚全新世初期(距今2 500～2 000 a)海进仍未完全停息。晚全新世中期海平面已基本稳定，海进完全停止。地理环境已与现今无大差异，珠江河口开始向海发展，港湾淤积速度加快。气候与中全新世无大差异，但人口大增。动植物种类因人类活动发生很大改变，地理环境演变进入一个人为作用日益重要的崭新时期。

2.2 沉积环境

古气候变化常常引起沉积环境的变化。沉降环境的变化使得形成的沉积物的粒度、岩土性、结构、构造、密实程度等性质各异，因此可以通过研究沉积物的物理性质如粒度等信息探索软土的沉积环境。本文选取了三灶圩幅钻孔SZGCZK02、SZGCZK04、SZGCZK06、SZGCZK08、SZGCZK12等5个钻孔100个粒度分析样对沉积环境进行分析。

2.2.1 SZGCZK02孔

SZGCZK02孔的沉积物(图1)以粉砂为主，中值粒径为细粉砂，整体变化不大，中值粒径和砂含量总体较低，表明沉积环境总体较弱但是稳定。12 m以下处中值粒径和砂含量呈逐渐升高趋势，可能指示沉积动力变强，沉积环境由河口湾相变为三角洲相，12 m以上沉积动力又逐渐减弱，可能指示沉积环境由三角洲相逐渐变为泥炭相。

图1 SZGCZK02孔的粒度参数

2.2.2 SZGCZK04孔

SZGCZK04孔的中值粒径和砂含量在顶部迅速升高(图2)，砂含量超过50%，中值粒径达到70 μm，表明沉积动力很强，可能指示沉积环境由三角洲相变为三角洲相或河流相；其余层段中值粒径均在10 μm以下，显示沉积环境稳定，沉积动力较弱。

图2 SZGCZK04孔的粒度参数

2.2.3 SZGCZK06孔

从下往上，SZGCZK06孔的中值粒径和和砂含量总体呈增大趋势(图3)，表明沉积动力逐渐增强，可能由河口湾相逐渐转为三角洲相或河流相。

图3 SZGCZK06孔的粒度参数

2.2.4 SZGCZK08孔

SZGCZK08孔的中值粒径和砂含量总体较低(图4)，表明沉积动力较弱。从下往上，两者均呈先减小后增大趋势，表明中段沉积动力最弱，砂含量几乎为零。可能指示该钻孔下段为河流相沉积，逐渐转为河口湾相沉积，顶部沉积动力又有所增大，为三角洲相沉积，指示沉积环境发生改变，水动力增强。

图4 SZGCZK08孔的粒度参数

2.2.5 SZGCZK12孔

从下往上，SZGCZK12孔的中值粒径和砂含量呈波动降低特征(图5)，表明沉积动力逐渐减弱。中值粒径总体较低，砂含量很低，指示沉积环境稳定且沉积动力微弱。可能表明该钻孔点沉积环境由河流相逐渐转为三角洲相，水动力减弱，砂含量逐渐减少。

图5 SZGCZK12孔的粒度参数

根据粒度分析样品的测试结果及综合前人资料，本文对本区软土的沉积环境取得以下认识：(1)中更新世海平面变化不能以现今的出露高度来反推当时的海平面高度。由现在年代测定和化石硅藻分析推知，56万 a前海平面较低，33万 a前达到最高高度，32万 a前开始下降，31万 a下降较为显著，28.7万 a前又有所回升，21.8万 a前后则已明显下降。(2)晚更新世海进主要发生在距今3.3万～1.9万 a的晚更新世中期后段，该时期海平面比现今低10～20 m，距今2.5万 a前后是海进盛期，海平面也较高，距今1.9万 a以后，海平面下降，海水逐渐地区退出，区内的第二层软土多在这个时期沉积形成。(3)全新世海平面呈逐渐上升趋势，早期(距今5 000 a以前)海平面上升较快，晚期(距今5 000～2 500 a)海平面上升速度较慢，晚全新世海平面已基本稳定，该时期也是区内软土的主要沉积时期。

3 软土分布特征

3.1 软土平面分布特征

本区厚度超过40.0 m的软土集中分布于中山市民众镇—广州市南沙区新垦镇南部、珠海市斗门区白蕉镇、金湾区红旗镇一带；厚度在30.0～40.0 m之间的软土主要分布于中山市民众镇、南沙区新垦镇、斗门区—金湾区—横琴新区一线；厚度在20.0～30.0 m之间的软土主要分布于广州市南沙新区新垦镇中部、中山市民众镇南部、珠海市金湾区中西部；厚度在10.0～20.0 m之间的软土分布主要分布于广州市南沙区新垦镇、中山市横门镇、斗门区平沙镇与六乡镇；厚度在5.0～10.0 m之间的软土集中分布的地段主要有中山市的古镇镇、东升镇、三乡镇；厚度小于5.0 m的软土主要沿丘陵、台地边缘分布。从三角洲腹地到沿海、从丘陵、台地到平原，软土厚度总体呈增大趋势(图6)。

图6 珠江口西岸地区软土厚度分区图

3.2 软土纵向成层规律

根据古地理演化及沉积环境特征，本区软土主要为更新世-全新世时期的多次海侵的沉积物，结合工程地质性质相近性特征，垂向上大体分为两层软土，全新世一层、更新世一层，而两个大层中又根据岩性的不同(淤泥、淤泥质土)可分为多个亚层，各亚层分布连续、交互成层，透镜体较多。两层软土的厚度差异较大，一般而言，全新世软土厚度较大，而更新世软土厚度较小，从空间分布上看，全新世软土在滨海平原区广泛分布，而更新世软土分布仅在局部有分布。

本次调查揭露的江门市新会区崖门镇—珠海市斗门区乾务镇、珠海市斗门区乾务镇—珠海市高栏港经济区南水镇钻孔工程地质剖面(图7和图8)显示，在黄茅海西岸的滨海平原区广泛分布软土层，但是垂向上分布不连续，黄茅海北部的冲积平原区仅分布一层软土，而中南部冲积平原区分布两层软土，这与古地理环境、沉积环境等条件密切相关。

图7 江门市新会区崖门镇—珠海市斗门区乾务镇工程地质剖面

图8 珠海市斗门区乾务镇—珠海市高栏港经济区南水镇剖面

3.3 软土三维分布形态

受限于钻孔资料及计算机性能，大范围、大区域、大面积三维地质难以实现，本文以中山市板芙镇河西片区为研究对象，对该区域的第四系地层进行三维可视化建模。以Arcgis和GMS软件为平台，利用已有的钻孔资料，对中山市板芙镇河西片区约137.7 km2建立第四系三维地质结构模型，重点揭露软土层的分布特征，实现地层分布可视化 (图9)。本区软土在三维上的分布特征表现为：全新世软土在空间上具有连续性，大部分地区两层软土在垂向上不具备连续性，一般由砂层或者粘土层隔开；更新世软土与基岩面不直接接触，但是在局部地区全新世软土与基岩面直接接触。

图9 中山市板芙镇河西片区三维地质结构模型

4 软土地面沉降灾害现状

4.1 INSAR地面沉降速率反演

传统的地面沉降监测调查方法费时费力，并且通常以“点”的形式对沉降进行描述，因此调查的结果不具备全面性。卫星雷达遥感技术具有独特的“面”状表述能力，并且具有快速、准确、准确、宏观性强的特点，可以长期有效果的地面沉降进行检测。本文利用2016.09～2017.03半年以来的14期欧空局的sentinel-1A雷达影像对本区进行周期性的地面沉降监测，获取地面沉降的空间分布特征。

在反演方法选择上，本文选择短基线集法(SBAS)，SBAS方法的思想是通过采用短基线干涉图组合，限制空间、时间基线去相干的影像，并基于形变速率的最小范数准则获取高相干目标的形变信息。SBAS的优势在于无需固定主影像，对影像数量要求较小，其次让尽可能多的影像参与运算，通过奇异值分解，增加了影像对时间的采样频率，从而达到利用较少的影像得到更精确的结果，SBAS法技术流程如图10。

图10 SBAS技术流程图

板芙镇金钟村工业大道北侧毗邻石岐河的工业园区为沉降严重发育的区域，沿石岐河呈环状空间分布特征，约靠近石岐河，沉降速率越大(图11)，可达40 mm/y，经野外验证发现，工业园区内沉降特征明显，主要表现为：房屋倾斜，中山市污水处理有限公司内门卫室房屋倾斜约8°，累计沉降量达到了30 cm；房屋裂缝，多数厂房有裂缝发育，宽0.5～1.5 cm不等；房屋与地面之间产生裂缝，尤其在锦绣路西侧的居民自建楼，裂缝宽可达12 cm。该区沉降原因处软土自重固结、荷载固结外，还可能与工程建设有关。

图11 板芙工业大道北侧工业园区地面沉

板芙镇银华花园小区内，沉降特征表现明显，地面相对楼体建筑下层8～10 cm不等，楼体与地面间产生约2～4 cm左右的裂隙，小区内部路面地砖多见破碎等迹象，给业主的出行带来一定的安全隐患。在反演上，该处地面沉降速率达到了20～30 mm/a(图12)。

图12 板芙镇银华花园小区地面沉降

此外大涌镇中新路南侧的工业园区也是地面沉降发育的地区(图13)，沉降速率达到了30～40 mm/a，主要表现为地面下沉约10～15 cm，厂房围墙开裂、房屋地台破坏等，沉降原因与软土荷载固结相关，此外工厂机械振动、工程建设致使土层物理性质变化也可能是导致沉降的原因之一。

图13 大涌镇中新路工业园区沉降PS点分布

4.2 地面沉降野外调查状况

在全区范围内共发现302个沉降点(地段)，收集地面沉降点(地段)148个，共计450个，具体包括商住楼、办公、学校、医院、酒店等用途的楼房，古碉楼，平房，围墙，广场，厂房，仓库，桥梁，收费站，加油站，港口、码头、水闸及公路路面(图14)。

图14 珠江口西岸地区地面软土沉降分布图

地面沉降在全区范围内广泛存在，但是由于建筑物的基础持力层不同，因此沉降的变现各异，其中浅基础的居民楼、厂房、广场等为地面沉降易发性区域，主要表现为楼房与地面同时下沉，总体上楼房的沉降量与沉降速率较大，导致楼房墙体开裂，甚至形成“握手楼”；深基础的建筑物不受地面沉降的影响，而周边的地面缓慢下沉，导致建筑物与地面之间产生较大的缝隙，破坏楼体地台、台阶等附属建筑(图15)。

图15 区内房屋建筑沉降典型现状图

图16 区内一般性道路沉降典型现状图

本区内道路多处于沉降状态，一般性道路由于基础处理较差，基础多因沉降不均而与水泥路面之间形成空洞，导致水泥水陆无法承受大量的荷载而容易发生破坏(图16)。重要公路由于基础处理较好，水泥路面随地基均匀下沉，因而从表面上看沉降特征不明显，但是通过水准测量等手段，仍可以发现道路处于沉降状态(图17)。

图17 1994-2003年珠海大道(大浪湾—东七围段)水准测量沉降曲线及工程地质剖面

5 结语

(1)从三角洲腹地到沿海、从丘陵、台地到平原，软土厚度总体呈增大趋势。垂向上本区大体分为两层软土，全新世一层、更新世一层，而两个大层中又根据岩性的不同可分为多个亚层，各亚层分布连续、交互成层，透镜体较多。两层软土的厚度差异较大，全新世软土厚度较大，而更新世软土厚度较小，全新世软土在空间上连续性要强于全新世软土。通过INSAR反演，从宏观上把握了本区软土地面沉降灾害特征，成果与野外调查结果基本一致，并在某些无法开展地面调查工作的区域发现了较为严重的沉降灾害。

(2)软土的结构与工程地质性质、软土沉积时代、厚度与埋藏情况是地面沉降形成的内因，而这些特征都与区域古地理演化及沉积环境密切相关，本文以沉积环境及古地理的角度为起点，配合钻探、InSAR、地面调查等手段揭露软土的分布规律及灾害现状，为软土地面沉降灾害调查提供了一种新的技术方案。