岳阳地区地质构造特征及其工程影响分析

彭柏兴，罗玮，舒倩

(长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410007)

1 引 言

岳阳古称巴陵，又名岳州，位于湖南省东北部，素称“湘北门户”。它西临洞庭湖，北接长江，南连湘、资、沅、澧四水，是国务院确定的长江沿岸首批对外重点开放城市，岳阳港是国家确定的重要内河港口、湖南唯一对外开放港口，集名山、名水、名楼、名港、名文于一体，是一座古老而又年轻、充满生机活力的城市，是环洞庭湖生态经济圈、长江经济带的重要组成部分。近年来，岳阳市积极融入对接长江经济带、长江中游城市群、洞庭湖生态经济区等国家战略，市委、市政府提出了“一极三宜”江湖名城的战略目标，岳阳城市建设正步入前所未有的发展快车道。

地质构造是指组成地壳的岩层和岩体在内、外地质动力作用下发生的各种构造变形，包括褶皱、断层、节理、劈理以及其他各种面状和线状构造。工程地质研究中常把其通称为结构面，根据其尺度大小分为不同的等级[1]。众所周知，城市坐落于地质体之上，城市的布局、城市地下空间利用与城市地质构造有关。地质构造对工程地质环境和工程地质条件的控制作用[2]。岳阳地处江南古陆[3]，经受过多期构造活动影响，构造形迹多样，特别是多条区域性断裂构造在附近相接、交汇，不仅影响其抗震设防分类，也制约着地下空间的规划和利用。本文在系统分析前人成果基础上[4～6]，结合近期开展的岳阳市地下空间规划项目，展开了对本区的地质构造及其特性研究，旨在为城市地下空间的规划提供技术支撑。

2 区域地质构造背景

岳阳地区自南而北跨江南造山带北缘与扬子地块，江南造山带北缘的江南断裂(带)大致沿华容—临湘一线展布(如图1所示)。主要经历了武陵运动、雪峰运动、加里东运动、印支运动、燕山运动和喜山运动等多次大的构造变动。

武陵运动使中元古代构造层褶皱变形，形成板劈理，抬升为陆地，尔后挤压松弛，于 820 Ma左右在后碰撞或后造山环境构造环境下形成新元古代花岗岩。加里东运动表现为造陆抬升，造成志留系与上覆石炭系之间的平行不整合。印支运动表现为近南北向挤压造山，形成以近东西向褶皱、断裂为主的主体构造格架。同时，在赤壁以北地区形成早、中侏罗世类前陆盆地沉积。燕山运动在伸展构造运动背景下形成断陷盆地并充填红色碎屑沉积。新近纪区域构造反转，地壳抬升，结束了先期断陷成盆与沉积作用。第四纪时期东部总体抬升，西部江汉-洞庭盆地先后经历了断陷与拗陷演化过程。上述构造运动形成了区内众多的断裂、褶皱以及晚三叠世—侏罗纪挤压拗陷盆地，白垩纪-古近纪断陷盆地，第四纪江汉盆地、洞庭盆地等多种构造形迹。

根据区域新构造运动性质、强度、断裂活动、地貌特征以及地震活动性，划分为鄂西-湘西断块抬升区、江汉-洞庭裂陷区、武陵山-雪峰山断块隆起区、湘东-鄂东断块隆起区、鄂东北断块掀升区5个一级新构造区和9个二级新构造区。岳阳地区处在江汉-洞庭湖断陷盆地与湘东-鄂东断块隆起区的幕阜山上升区的交界地区，即江汉-洞庭湖断陷盆地的次级构造单元-华容隆起的东缘(如图2所示)，具备新构造升降差异运动构造环境[7]。

图1岳阳市构造纲要图

1.第四纪地层(Q)；2.白垩纪—古近纪地层(K—E)；3.晚三叠世—侏罗纪地层(T3—J)；4.中泥盆世—中三叠世地层(D2—T2)；5.南华纪—志留纪地层(Nh—S)；6.冷家溪群地层(PtL)；7.白垩纪花岗岩；8.侏罗纪花岗岩；9.新元古代花岗岩；10.地质界线；11.角度不整合地质界线/平行不整合地质界线；12.向斜轴迹；13.倒转向斜轴迹；14.背斜轴迹；15.倒转背斜轴迹；16.倒转倾伏背斜(剪头示高角度倾伏端)；17.官山复背斜轴迹(大型隆起)；18.印支末期—早燕山期褶皱轴迹；19.武陵期褶皱轴迹；20.正断裂及产状；21.逆断裂及产状；22.平移断裂；23.平移正断裂或正平移断裂及产状(锐夹角指示对盘运动方向)；24.逆平移断裂(锐夹角指示本盘运动方向)；25.南华系与冷家溪群间拆离滑脱断裂；26.实测断裂/推测或隐伏断裂；27.第四纪凹陷控制正断裂(齿向指向下降盘)；28.前泥盆纪江南断裂(带)位置；29.钻孔位置及其揭示的第四系底板高程；30.褶皱编号；31.断裂编号。

图2 岳阳地区构造位置图

1.白垩系—早第三系分布范围；2.江汉—洞庭盆地边界；3.实测、推测断裂；4.隆起及拗陷的非断裂边界；5.凸起和凹陷的非断裂边界；6.隆起；7.凸起。

3 主要地质构造分布及其特征

3.1 前第四纪断裂

前第四纪断裂构造主要分布于东部。断裂走向主要有NEE～EW向、NE向、NNE向、NW向等4组。断裂活动时代主要有新元古代初、晚三叠世-中侏罗世、晚侏罗世末、白垩纪-古近纪早期及古近纪晚期等5个时期，分别受控于不同的区域构造背景。同样走向的不同断裂常具不同性质和不同的活动时代(如表1所示)。

必须强调的是江南断裂带，它包括澧水断裂带、石首-监利断裂带和临湘-通山断裂，是江南造山带的北缘断裂，断裂以北(西)为扬子地块。区域上该断裂控制了中元古代以后两侧沉积、古生物、岩浆岩、构造等诸多地质要素特征与演化。前泥盆纪期间江南断裂(带)大致沿华容-临湘一线，其主要表现为控制了寒武纪-奥陶纪期间的古地理格局，北面主要为台地和浅水陆棚环境，而南面主要为深水陆棚—斜坡环境。江南断裂在不同的深度或构造层位对应的地表位置不同，总体上自南而北断裂层位渐趋向上。

岳阳地区前第四纪断裂特征表 表1

3.2 褶皱

褶皱主要分布于图区东北部，一般呈EW向～NEE向，部分呈NW向或NE向(图1)。褶皱形成构造事件主要有新元古代武陵运动和中生代(晚三叠世-中侏罗世)陆内造山运动。武陵运动形成的褶皱发育于中元古代冷家溪群中，多为走向NWW、轴面南倾的紧闭倒转褶皱。受中生代构造叠加影响，局部轴向近EW向。晚三叠世-中侏罗世陆内造山形成的褶皱走向主要为EW向～NEE向；南部呈NW向，北部呈NE向。自南而北控制褶皱变形的拆离滑脱层上移，导致褶皱规模总体变小、褶皱卷入地层时代总体变新。

图3 第四纪构造格局

1.前第四纪基岩分布区；2.第四系分布区；3.第四纪控盆控凹正断裂，齿向示下降盘；4.第四系等厚线及厚度值；5.构造单元分界。图中断裂名称：F1—南县—黄山头断裂；F2—注滋口断裂；F3—砖桥断裂；F4—洪湖—湘阴断裂；F41—公安—监利断裂；F42—石首断裂；F43—荣家湾断裂。

3.3 第四纪断裂

前人根据沉积和地貌界线走向、沉积厚度与底板高程的突变等，以大量钻孔资料为基础，结合野外地质地貌调查，厘定了岳阳地区主要第四纪的断裂位置及走向。分别是近南北向荣家湾断裂F43，EW向的注滋口断裂F2、石首断裂F42，NNE向的湘阴-洪湖断裂F4、砖桥断裂F3，以及NW向的南县-黄山头断裂F1、公安-监利断裂F41等，均为正断裂，一般组成凹陷边界。断裂的存在表现为其两侧第四纪沉积厚度与底板高程常的突变(图3)，并反映了第四纪隆-凹构造格局以及盆地与凹陷的发育明显受到区域正断裂控制的规律(图4)[8]。

图4 阳罗-黄沙街第四纪地质剖面(据文献[8])

3.4 地质构造发展简述

据沉积建造、构造变形、岩浆作用等地质特征，本区地质构造发展过程如下。

中元古代本区属中扬子陆块南缘裂谷型边缘海盆地，沉积了巨厚的冷家溪群陆源碎屑堆积，下部为一套深水-半深水复理石浊流沉积为主的杂陆屑复理石建造。此后，裂谷盆地处于相对平稳阶段，形成陆源细复理石沉积。

武陵运动，本区构造抬升成陆。近SN向挤压下于冷家溪群中形成轴面南倾的NWW向紧闭倒转褶皱和极为发育的板劈理。尔后挤压松弛，形成新元古代花岗岩。新元古代中期，扬子地块裂解，区域上先后于陆内裂陷盆地和被动大陆边缘盆地中沉积了新元古代板溪群、南华系-震旦系以及下古生界等地层，以陆源碎屑岩为主，碳酸盐岩为辅。

加里东运动主要表现为造陆抬升，后期经受长期的沉积中断和风化剥蚀作用。中泥盆世，再次发生区域伸展沉降。石炭纪-中三叠世，总体为滨浅海环境，形成砂页岩与碳酸盐岩建造。

印支-早燕山造山运动表现为强烈的褶皱作用与断裂活动，形成近东西向主体构造格架，同时于江南断裂北侧形成类前陆盆地并充填陆源碎屑沉积。晚侏罗世早期造山挤压减弱，形成幕阜山岩体大云山系列花岗岩，晚侏罗世末-早白垩世形成桃花山岩体和幕阜山岩体的五里序列(137 Ma)，早白垩世中期形成小墨山花岗岩体。

白垩纪-古近纪全面进入陆内伸展阶段，形成断陷盆地并充填一套红色碎屑岩建造。新近纪挤压抬升，缺失沉积。

早更新世-中更新世中期，江汉-洞庭盆地区处于断陷构造环境，形成较厚的湖河相沉积。中更新世晚期以来，西部总体处于拗陷阶段，并在晚更新世和全新世发生沉积作用。东部第四纪期间总体抬升，遭受剥蚀与切割，形成多级河流阶地。

4 地质构造对城市建设影响分析

地质构造与工程建设关系密切，地质构造研究是工程地质学的核心内容。工程地质学是一门应用地质学，科技工作者们通过所掌握的构造地质学理论来指导解决工程建设和营运过程中的安全问题。

文献[2]从大陆动力学与区域地壳稳定性的关系、活动构造与工程安全性、构造结构面及构造应力与岩土体稳定性、地质构造与地质灾害等方面系统论证构造地质与工程地质的关系。针对岳阳地区而言，主要表现为断裂与地震的关系，地质构造对地貌形态及第四系沉积物的控制，进而控制区内地质灾害的产生与分布。

4.1 与地震活动的关系分析

地震的发生多是由于某一构造带全部或局部活动，是一种快速、突变式的断层错动或岩石破裂，是地壳构造变形能释放的主要途径。大陆区几乎所有的强震都是由断裂活动引起。岳阳及周边的地震活动研究也充分证明了这一点[9]。

据统计，自1351年以来共发生大于4级的中强地震36次，其中6级以上的2次，5级以上6级以下的20次。现代地震活动除1979年秭归5.1级地震外，主要显示小震特征。区内地震活动受断陷盆地及周围活动断裂控制，主要发震构造为NW向和NE、NNE向两组。中强地震多发生在某一断裂带顶端与另一断裂带交汇区，或两条及以上断裂带交汇、聚合部，或两条断裂带夹持地块中。当今微小地震活动多沿断裂带随机分布。

韩竹军等人对洞庭盆地周缘频繁的中强地震活动研究认为，早-中更新世有过活动的断裂并不意味着它们完全停止活动，只是其活动性较弱，不至于产生断错地表的强震活动，但可以发生中强地震，并提出“一条断裂是否存在断错早、中更新世地层的构造现象，是判断中强地震发震构造的一个重要标志”[12]。岳阳设计地震分组为第一组，岳阳楼、君山、岳阳县、汨罗、湘阴等地抗震设防烈度为7度，设计基本加速值为 0.05 g～0.10 g、反映谱特征周期 0.35 s～0.40 s[10，11]。加强岳阳城市超限高层建筑、重大市政基础设计工程的地震安全评价、加快岳阳城市地震小区划工作是十分必要的。

4.2 对地貌形态及地基土分布的影响

不同内外地质营力长期改造作用，塑造了岳阳地区显示不同的地貌类型。根据成因，分为构造剥蚀和侵蚀堆积地貌两大类；按其形态，分为低山、丘陵、平原三种类型，并可细化为丘陵、孤山、岗坡平原、波状平原、冲积低平原、冲湖积低平原、湖积低平原，此外还有河湖地貌和微地貌。岳阳地势总体表现为东高西低，东南部丘岗连绵，中、东部为平原、岗地，构成阶梯状河湖平原地貌景观；西部湖、河、池塘星罗棋布，小溪、渠道纵横交错。地形标高一般为 50 m～70 m，最高点 352.7 m，最低处 24 m。

根据岳阳地区地形、地貌特征，地层结构与成因以及岩土工程条件，可将其地基类型概化为三种：低丘垅岗区岩石地基(图5)、漫滩阶地区复杂地基(图6)和冲湖积平原区软土地基(图7)。

图5 岳阳友阿国商业广场代表性地质剖面

图6 岳阳洞庭湖大桥君山索塔D-D地质剖面

图7 滨水·翡丽城一期代表性地质剖面

4.3 对特殊性岩土分布的控制

岳阳市特殊土地基问题较为突出，主要有软土、淤泥和人工填土三种类型。特殊性岩土多属不良土体，基础处理难度大，成本高，建筑适宜性差。如东洞庭湖地区地面标高一般为 25 m～27 m，第四系松散层由淤泥、淤泥质黏土、粉砂质黏土组成，单层或互层分布，厚度分布较不稳定，淤泥层厚一般为 2.6 m～17.0 m。该类地层多呈饱和，软塑～流塑状，含砂量变化较大。含水量高、孔隙比大、压缩模量小、承载力低。据统计：塑性指数11.0～26.05，液性指数1.04，孔隙比1.03～1.36，内摩擦角1.23°～24.0°，凝聚力 6.0 kPa～21.6 kPa，压缩系数 0.5 MPa-1～0.87 MPa-1，承载力特征值 80 kPa～200 kPa。该类地基土属软弱地基，易产生滑动变形和不均匀沉陷，岳阳楼基础的西边二级平台发生不均匀下沉使平台壁与岳阳楼门洞发生错断、裂口、栏杆拉开等阶梯状沉陷，即是软土及人工填土(属杂填土)地基所致。在这类地基中进行深大基坑支护时，往往需要采用刚度较大的支护体系(如图8所示)。

图8 洞庭湖大桥君山侧锚碇基坑(湖南省交通规划勘察院)

4.4 对地质灾害发生、发展与分布的影响

地形地貌、地层岩性、地质构造是地质灾害形成的基本条件。地形地貌是地质灾害形成的临空条件；地层岩性是地质灾害的物质基础；地质构造是通过对地形地貌的控制和改变地层岩性的岩体结构，从而达到对地质灾害产生多方面的影响或控制作用。经归纳，岳阳市地质灾害类型分为滑坡、崩塌(斜坡崩塌和河岸崩塌)、地面塌陷、地面沉陷、管涌(大堤管涌和水坝管涌)，以滑坡、崩塌和管涌为主，次为地面塌陷和地面沉陷[13]。

(1)滑坡：区内滑坡多为小型、中小型。据滑坡的成因类型及发生频率可分为低丘垅岗区、漫滩阶地区和冲湖积平原[14]。前者以土质类型为主，在连续降水或暴雨的大量渗透下，土体软化，抗剪强度降低，沿着下部较坚实土层或基岩接触界面发生滑动，导致丘陵区斜坡上的松散堆积层易形成土质滑移，境内的滑坡多产生在坡度20°～30°之间的斜坡。需要注意的是在洞庭湖周边及长江沿岸，广泛分布着厚达数十米的新近沉积的淤泥、淤泥质土和粉细砂层，容易在荷载长期、循环作用下产生变形而引起堤身坍塌，局部地段甚至因剪切破坏而滑坡。这类滑坡的特点是先塌，后鼓，最后整体滑移。

(3)崩塌：分为斜坡崩塌和河岸崩塌，发育特征与滑坡基本相同。斜坡崩塌以土质类型为主，多发生在地形坡度大于50°，高度大于 30 m的高陡边坡上。河岸崩塌是由河流侵蚀作用产生的，河岸崩塌规模大，且具有季节性和连续性。河岸崩塌的发生在洪水期强烈，枯水期微弱，且多发生在河流凹岸，并随时间进展，崩塌位置有向下游位移的趋势。

(4)地面塌陷：均分布于岳阳楼区南部低丘陵部位，海拔标高 100 m～1l0 m，表现为岩溶地面塌陷区和老采空区塌陷。如郭镇乡中心组的岩溶塌陷(小型塌陷)，呈不稳定状态，郭镇乡畈中村赶山组的采空区(中型塌陷)。

(5)地面沉陷：岳阳市地面沉陷现象较多，发生在全新统淤泥或淤泥质黏土中。地面沉陷区多为平坦低平原堆积地貌，如君山区西城街道、采桑湖镇、柳林洲镇，云溪区永济乡等。譬如，君山农场五分场堤防委员会附近，房屋建于大堤上，堤基下 2.5 m～7.0 m为粉砂质黏土，往下为淤泥质黏土，堤基不均匀沉陷引起堤上房屋开裂，裂缝宽 2 cm～3 cm，长 4 m～5 m。又如南津港大堤20多年来多次发生下沉或滑动，下陷速率 0.3 m/a～0.5 m/a。大堤受湖水侧向挤压，向内垸移动7～8m，险点附近出现管涌点多达37处，灾情严重。

(6)管涌：其实质为渗透变形。汛期高水位情况下，填充在骨架空隙中的细颗粒被渗水带走，称为“潜蚀”或“管涌”，渗流作用下土颗粒群体运动称为“流土”。通常将上述两种渗透破坏统称为管涌。分为大堤管涌和水坝管涌。大堤管涌指荆江、东洞庭湖、华容河及华洪运河大堤垸内发生的管涌，分布于君山区广兴洲镇、西城街道及柳林洲镇，其次为钱粮湖镇、良心堡镇和许市镇，发生时间多集中于5月～9月的高洪水位季节。水坝管涌指水库大坝坝基或坝身所发生的管涌，分布于君山区的许市镇、云溪区的文桥镇、路口镇，岳阳楼区北港街道、岳阳经济开发区金凤桥管理处，多发生5月～8月雨季水库水满时期。

5 结 语

(1)岳阳地跨江南造山带北缘与扬子地块，经历了武陵运动、雪峰运动、加里东运动、印支运动、燕山运动和喜山运动等多次构造运动，形成了众多断裂、褶皱以及挤压拗陷盆地、断陷盆地等多种构造形迹，控制了区内地形、地貌及第四系地层分布并制约着不同类型的地质灾害发生、发展与分布。岳阳地区地质构造及其分布直接影响着城市浅层空间规划布局与开发利用。

(2)岳阳所处的大地构造位置、多种成因及多组断裂在区内交汇，反映了本区复杂的地质背景。特别是第四纪以来仍然活动的断裂对区域稳定及工程建设环境影响重大，后续工作中应加强周边地质、地球物理勘察，加强断裂年代测试，把岳阳城市地震地质与环境地质研究引向深入。

(3)城市地下空间利用越来越成为城市发展的重要方向，传统的地质填图和地质调查已不能满足这一需要。加强城市地质环境、地质构造、特殊性岩土及地质灾害研究，特别是利用BIM技术，建立城市浅层三维立体地质模型，为城市规划、建设、管理与防震减灾提供技术支撑，将是城市工程地质发展的必然方向。