第七届工程地质大会论文54

区域地壳稳定性研究现状和发展趋势* Progress and develop trend of the study on regional crustal stability in China吴树仁韩金良石菊松张永双何锋（中国地质科学院地质力学研究所，北京，100081）摘要：区域地壳稳定性研究是随着我国大型工程和规模经济规划建设的区域地质条件和地质环境论证而逐渐发展起来的具有中国特色的工程地质的分支学科（领域）。

本文综合概括目前区域地壳稳定性评价的研究现状和发展趋势，重点论述区域地壳稳定性评价理论体系的3种代表性理论，即“安全岛”理论，构造控制理论和区域稳定工程地质理论。

结合面临的主要任务，提出未来区域地壳稳定性评价的几个重要发展方向和趋势，即区域地壳稳定性评价的国际化趋势、理论和技术多样化趋势、城市三维稳定性评价与小区划趋势、基于GIS技术的信息系统趋势及为国家重大工程规划选址、建设、运营和管理全程服务的趋势。

关键词：区域地壳稳定性，构造稳定性，安全岛1引言区域地壳稳定性研究是随着我国大型工程和规模经济规划建设的区域地质条件和地质环境论证而逐渐发展起来的具有中国特色的工程地质的分支学科（领域），国外相对应的研究主要集中于工程场区的活动断裂和地震稳定性（seismic stability）评价，并且国外在这方面的分析方面侧重单因素：从活动构造、地震方面研究地震稳定性；从新构造、火山活动研究构造稳定性（tectonic stability）；从岩土体物理力学性质方面研究岩体稳定性（rock mass stability）。

而从构造、地震、活动断裂、地应力场、地质灾害和岩土工程等方面综合研究地壳稳定性，主要在中国。

经过半个世纪的发展，区域地壳稳定性研究已经成为工程地质的重要分支学科和研究领域，相应的理论体系日趋完善，技术方法快速发展，成为国家重大工程规划选址和建设前期论证的重要调查研究内容之一，逐步引起国外相关学者的注意和重视，进入蓬勃发展的新阶段。

本文试图在介绍区域地壳稳定性研究现状的基础上，分析区域地壳稳定性评价的主要发展趋势。

2 区域地壳稳定性研究现状分析改革开放以来，随着国家大型、超大型跨世纪工程规划建设的逐步实施，围绕重大工程场区进行区域地质环境条件论证的地壳稳定性分析评价研究快速发展，从广东核电站工程场区地壳稳定性调查评价[1]到深圳市地壳稳定性评价[2]；从二滩水电站坝区地壳稳定性评价[3]到长江三峡坝区地壳稳定性评价[4-5]；从青藏铁路地壳稳定性评价[6]到南水北调西线地壳稳定性评价；从国际地质对比计划IGCP—250项[7]“区域地壳稳定性和地质灾害”到30届国际地质大会上“地质力学与地壳稳定性”专题成果介绍及中国区域地壳稳定性图出版展示等等，使地壳稳定性研究涉及到水电工程、铁路工程、核电站工程、引水工程和城市建设等多方面的大型工程建设，取得了大量的研究成果[1-19]，促进了区域地壳稳定性学科研究的发展，也为区域地壳稳定性研究走向世界奠定了基础。

使区域地壳稳定性研究的理论体系基本成熟，技术方法日趋完善，工程应用和城市规模建设的应用发展迅速，社会经济效益越来越明显，逐渐发展成为工程地质学的重要分支和领域。

2.1 区域地壳稳定性评价的学科理论体系基本建立*基金项目：科学技术部社会公益专项资金项目（批准号：2001DIA20027）、中国地质调查局项目（批准号: 200312300032）和国家自然科学基金项目（NO. 40272130）在近半个世纪的研究过程中，大量的区域地壳稳定性研究成果相继以研究专著和论文的形式连续发表；其中，显示地壳稳定性学科理论总结探索的代表性专著包括：李兴唐等[3]（1987）的“区域地壳稳定性研究理论与方法”、胡海涛[1]等（1988）“广东核电站规划选址区域地壳稳定性分析与评价”、刘国昌[9]（1993）的“区域稳定工程地质”、孙叶等[11]（1998）“区域地壳稳定性定量化评价”、彭建兵等[17]（2001）“区域稳定动力学研究”和易明初[18]（2003）的“新构造活动与区域地壳稳定性”，这些著作从不同方面论述了区域地壳稳定性研究的基本理论体系，主体内容包括：“安全岛”理论、构造控制论（即以构造稳定性评价为主的理论，包括：新构造、活动断裂和新构造应力场）和区域稳定工程地质理论。

2.1.1 “安全岛”理论以李四光倡导的活动构造体系与“安全岛”理论为主体，进行区域地壳稳定性分析评价。

其核心思想是在现今构造活动强烈地区，寻找活动相对微弱的“安全岛”；而在现今构造活动性微弱地区，圈出活动性相对较强的活动带。

这一理论用简要的关键词将区域地壳稳定性评价的实质内含表达出来，通俗易懂，因此，得到快速发展，特别是经过胡海涛等人在研究实践中的发展，使“安全岛”理论在层次上含义更为明确，理论思路和技术方法获得进一步发展和完善，逐渐成为区域地壳稳定性评价的主导理论之一。

2.1.2构造控制理论以构造稳定性分析评价作为区域地壳稳定性评价的核心内容，强调内动力产生的构造活动性和构造块体稳定状态是区域地壳稳定性研究的主体。

根据研究思路的差别又可以分为两种观点：其一，以断裂活动性、地震活动性和断块稳定状态分析评价为主导的思路，主要观点是内动力作用所产生的地震、断裂活动、火山活动、新构造和现今构造变形及其应力场是决定区域地壳表层稳定程度差异的关键因素。

其核心是研究地壳现今活动性（稳定性的反义词）及其对工程安全的影响，与国外地震稳定性和断裂活动性评价相类似。

以现今地壳活动的断裂活动性和地震、火山活动性研究为主线，分析地壳稳定性条件及其影响因素，探讨地震过程与地壳稳定性的关系，评价构造断块稳定性。

这方面的研究思路与国际上地震危险性和地质灾害风险评估相类似，有利于国内外的交流和推广。

其二，以构造应力场研究为主线，进行区域地壳稳定性评价。

强调现今构造应力场是决定区域构造现今活动、断裂活动、地震活动和构造稳定状态的根本因素；其核心是以现今构造应力场、形变场、地热场研究为基础，揭示现在地壳稳定状态的根本原因和规律，进而评价区域地壳稳定性。

在理论上，以物理学的“场论”为核心，用应力场、变形场、能量场和热场等等反映各种内动力作用所导致地壳表层变形的时空分布趋势和规律，揭示构造稳定性的机制和相互影响；在实践上，用仪器现场测量、地震机制解译与数学、物理模拟实验相结合，以现今构造应力场分析研究为中，新构造以来的构造应力场演化研究为辅，在分析揭示现今构造活动性、地震活动性规律和原因的基础上，评价区域地壳稳定性。

2.1.3区域稳定工程地质理论以区域稳定性工程地质评价为核心，将区域地壳稳定性评价分为构造稳定性评价、地面稳定性评价和场地稳定性评价3个层次，强调地球内动力作用是影响区域地壳稳定性主导因素的同时，考虑外动力和特殊物理地质现象对地面和场地稳定性的影响。

其核心是围绕地球内外动力综合作用的灾变过程及其对区域地壳稳定性影响因素研究，从新构造、活动断裂、地震活动性等方面为主研究构造稳定性，从地壳表层地质灾害和工程岩土性质为主研究地面和场地稳定性，而3者综合考虑多层次评价区域地壳稳定性，使地壳稳定性研究贯穿于工程地质研究的全过程，工程地质意义更为明显。

2.2 区域地壳稳定性评价技术方法快速发展区域地壳稳定性评价涉及到众多学科的相关技术，目前，遥感技术、地球物理勘察技术、地应力测量技术及分形分维技术在地壳稳定性评价中的应用获得较快发展，而GIS技术和GPS技术则处于刚刚开始的起步阶段，还有大量的工作正在逐步深入开展；在定量化模拟计算技术、评价模型研究方面获得了很大进展，三维有限元模拟计算技术、模糊数学、信息模型、神经网络模型和专家系统等等在地壳稳定性评价中广泛应用，使区域地壳稳定性评价进入半定量—定量化的发展阶段。

特别是区域地壳稳定性评价专家系统是以人工智能理论技术为基础，利用符合和信息处理系统建立人脑机理的新模型，强调专家知识本身解决问题的功能，通过建立地壳稳定性评价专家知识库，使复杂的综合评价逐步专访推理获得答案，达到评价分区的目的。

随着计算机技术和信息技术的快速发展，基于GIS技术的区域地壳稳定性评价方法越来越引起重视，给区域地壳稳定性评价带来良好的发展机遇和广阔的应用前景。

2.3取得良好的社会、经济和环境效益近10多年来，随着国家西部大开发和国家可持续发展战略的实施，一些标志性工程和跨世纪代表工程相继进入规划选址、建设阶段，围绕这些重大工程、重大资源经济区和城市的地壳稳定性评价研究，为国家重大工程规划、建设、运营管理全过程服务，取得重要的社会经济和环境效益。

2.3.1 重大工程场区地壳稳定性调查评价区域地壳稳定性评价主要是围绕国家重大工程论证而逐步发展起来的学科，因此，他的发展与国家重大工程选址建设密切相关。

目前，从核电站场地稳定性评价（例如：广东核电站到苏南核电站），到大型水电站坝区地壳稳定性评价（如：二滩电站和三峡工程），直至青藏铁路和南水北调西线工程的地壳稳定性评价等等，为国家重大工程选址和建设的区域工程地质调查、勘测及区域环境工程问题论证提供了系统的资料和信息；特别是在一些关键工程地段进行稳定性分区评价，为工程设计和施工提供依据，取得重要的社会经济效益。

2.3.2城市地壳稳定性调查评价通过对北京市、深圳市、宁波市、西安市等进行的城市稳定性综合评价研究，为城市规模工程和地下工程规划提供地质依据。

特别是在深圳市建设初期，作为特区城市建设快速发展，高层建筑林立，而市区有活动断裂穿过，故在城市规划建设初期，随着外商投资的投入，提出稳定性分区评价要求，通过多年的系统调查研究和稳定性定量化分区评价（孙叶等，1998），得出深圳市现今处于稳定性较好的地质环境，主要活动断裂现今活动性较弱，并对城市发展规划提出建议，解除了外商投资的部分顾虑，使海外投资大量增加，促进了城市建设的发展，取得极大的社会经济效益。

而西安市的地壳稳定性评价，则对地裂缝较严重的西安市城市规划建设和地裂缝防治提出具体建议，促进了城市建设的发展，具有明显的社会经济需要。

2.4逐渐走向世界（引起国际上相关学者的关注）区域地壳稳定性评价是我国发展起来的交叉学科，通过陈庆宣主持的国际对比计划“地壳稳定性与地质灾害”项目的实施和30届地质大会上关于地质力学与地壳稳定性研究专题介绍及中国区域地壳稳定性图出版展示等等，使很多国际上相关领域的学者逐渐感兴趣，他们也开始从单因素评价地震稳定性，转变为考虑多因素的综合评价；特别是有很多学者对中国区域稳定性分布图及编图方法和城市稳定性分区评价方法感兴趣，这为区域地壳稳定性评价逐渐走向世界奠定了基础。

3 区域地壳稳定性评价的发展趋势探讨区域地壳稳定性研究是应用性很强的学科，一方面，随着国家西部大开发和可持续发展战略的逐步实施，国家的很多大型工程将逐渐向西部、向新构造活动相对强烈、区域地质环境相对薄弱和工程地质条件相对较差的地区延伸，因此，围绕这些重大工程进行区域地壳稳定性评价研究的任务日趋艰巨，这是区域地壳稳定性研究面临的挑战和发展机遇；另一方面，国家城市化和小城镇建设的快速发展，许多城市地下工程规划建设的高速发展，需要提高城市区域稳定性评价的精度和可利用性，包括城市地下一定深度三维地体稳定性评价及其可视性技术，这也是区域地壳稳定性研究面临的挑战和发展机遇；第三，随着区域地壳稳定性研究学科发展的必然要求，与国际交流的逐渐广泛开展，区域地壳稳定性综合评价与国外的地震稳定性评价和构造稳定性单因子评价的相互补充、完善，势必促进区域地壳稳定性学科的发展和广泛交流合作，使区域地壳稳定性研究的理论体系、技术方法系统日趋完善。