中国地裂缝的发育特征及成因机制研究 ——以汾渭盆地、河北平原、苏锡常平原为例

地裂缝的发育特征及成因机制研究是正确认识地裂缝的关键一环,也是科学防灾减灾的必要前提。本文吸收了汾渭盆地、河北平原、苏锡常平原在近年里涌现出的一系列重要成果,并以这三地为例,分析总结了中国地裂缝的发育特征和成因机制。文章最后还对地裂缝分析研究方法的最新进展进行了梳理和介绍。研究结果表明:①中国地裂缝以汾渭盆地、河北平原以及苏锡常平原的最为典型,三地地裂缝的空间分布受地质构造和古地理因素作用和影响,各具特点;②中国地裂缝的形成发育既受控于地质条件,又与抽水活动动态响应,不同成因的地裂缝在几何形态上具有不同表现;③"断层蠕滑"和"抽水活动"是主导中国地裂缝形成的最基本和最重要的两种动力条件,相应的两种成因机制分别在构造活动较强的地区和地下水超采的地区应用良好。     

地裂缝的成因,几何形态与空间分布

本文重点论述了构造地裂隙的成因,形态特征,空间分布规律及其与活动构造的关系。对非构造成因的地裂缝也作了简单的论述。并提出了研究地裂的目的是为预防地质灾害服务,在预防方面尽量采取避让的措施。     

方家庄地裂缝成因探讨

在实地调查掌握区内地裂，房裂时空分布的基础上，结合对地质环境，水文地质条件，地下开采过程及地面变形与地裂关系的研究，确定了本区地裂缝的非构造属性。并利用地下水系统理论和太沙基因结原理进行了地裂缝成因机制的探讨，认为该区地面升降是导致地裂发生的直接原因，粘性土层是地面变形的物质基础，大强度交流量开采奥灰水是地面变形的主导因素，地下水系统功能和松散层厚度，岩性在横向上的变化，是地面不均匀变形的充要条件，当地面变形程度达到足以使土体完整性坡坏时，地裂缝便在区内应力集中的部位显现。     

山西运城盆地大吕-白张地裂缝的基本特征与成因分析

大吕-白张地裂缝位于山西省运城盆地东南部,已破坏大量沿线的房屋、道路和农田,造成了巨大的经济损失。为探明其基本特征及成因,利用野外实地调查和槽探,基于钻探、地球物理勘探详细地描述了地裂缝的基本特征,包括平面、剖面、近地表和深部4个方面;基于区域应力基底构造分析、断裂构造条件分析和In SAR沉降监测,从孕育环境、断裂控制和抽水诱发等方面分析了地裂缝的成因机理。调查结果显示大吕-白张地裂缝位于中条山断裂和鸣条岗东侧断裂上盘,穿越8个村庄,断续延伸9. 2 km,整体走向NE45°,倾角为70°～85°。地裂缝上宽下窄,两侧地层被不同程度的错断,位错量随着深度的增加而增加,表现出同沉积断层的性质。地裂缝以垂直位错为主,兼具水平拉张,且具有沿走向的活动差异性。大吕-白张地裂缝是在多种因素共同作用下形成的,区域拉张和基底伸展导致基底破裂,为地裂缝的孕育创造了条件;构造断裂控制地裂缝的发育和活动;抽水诱发地裂缝并导致其出露地表;地表水潜蚀扩大地裂缝的活动规模并最终形成现今地裂缝。本文不仅对于运城盆地的防灾减灾具有重大意义,可为该地区的经济建设提供理论支撑。     

《地裂缝及其灾害的理论与应用》

是作者20多年来亲自考察研究西安、汾 渭、山西和河北平原等处地裂缝的成果，得到国家自然科学基金资助后，又收集研究了全国 地裂缝发生的24个省市6000余条处地裂缝，查阅了数以千计的史书、地方志、报告、图集， 汇集出近4000年来的历史地裂缝。主要论述了地裂缝地质学的萌生和建立；地裂缝成因类型 和构造地裂缝特征。中国地裂缝的空间分布；地裂缝活动的周期性与地震活动的相关性；构 造地裂缝成因及其动力因素和影响因素；地裂缝效应及其对城乡建设的影响；地裂缝场地工 程地质评价；地裂缝灾害的预测、避让和设防与对策及其实例。 　　本书内容涉及工程地质、环境水文地质、灾害学、新构造学、岩石圈动力学、系统工程学。 可供城乡建设规划、工程勘察、工程地质、灾害地质、构造地质、环境保护、防灾减灾与防 护工程等方面的工程技术、科研、管理工作者，大专院校师生使用和参考。全书共12章93万 字，插图200余张，照片43幅，由陕西科学技术出版社出版，定价60.00元。 　　联系地址：063000　河北省唐山市国防道矿院楼302-2-9号　王景明收。     

汾渭盆地地裂缝成因研究中的若干关键问题

汾渭盆地是我国地裂缝发育最强烈的地区,地裂缝类型多样,成因复杂。本文概述了汾渭盆地地裂缝的分布规律,分析了目前汾渭盆地地裂缝成因研究中存在的主要问题,重点围绕构造型地裂缝的成因问题,提出如下研究思路:通过多学科联合手段,重点研究汾渭盆地地裂缝灾害的分布规律及其与活动构造的分布关系与成生联系,建立构造地裂缝的地质结构模型;将现代物理数值模拟技术与高精度观测技术相结合,分析研究构造活动启动地裂缝灾害的力学机理以及构造作用与抽水作用耦合致裂机理;以GPS观测资料为约束,将汾渭盆地地裂缝的成生与青藏、华北大陆变形的动力学过程联系起来,研究该区地裂缝与现今中国大陆动力学的内在联系,揭示大陆驱动力产生地质灾害的动力学机制与模式。     

邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析

隆尧地裂缝在华北地区是典型表生灾害,不仅对地表造成了潜蚀、塌陷、张裂、错断、龟裂等地质灾害,而且给当地的农业生产、工程建设、人民生活造成严重经济损失。为揭示其成因,本文利用地质调查、监测与测量、槽探、物理勘探等方法,主要研究了隆尧地裂缝的发育特征,包括平面、剖面、深部、活动4个方面,总结了地裂缝的发育规律,最后从孕裂环境、启裂条件、破裂过程等3个方面对其成因展开分析。通过研究,本文认为:(1)隆尧地裂缝出露于十余个村镇达30km,分别向NWW、NEE方向延伸,与隆尧断裂高度一致; 其活动时间具有周期特征,可分为开启-闭合-缓变-骤变等4个时期。(2)隆尧地裂缝受控于隆尧断裂,区域内的深部构造、断裂构造、构造地貌等条件为地裂缝的形成提供了孕裂环境。孕裂过程经历了应力积累、破碎带形成2个时期。(3)断裂活动是开裂的动力基础,地下水抽采、地表水入渗是开裂的重要因素。(4)隆尧地裂缝的开裂过程具有时间和空间上的不均性。从目前的勘察和研究情况来看,隆尧地裂缝活动正处于活跃期。     

西安地裂缝地面沉降与防治对策

由于自然地质作用和人为活动影响,西安出现了严重的地裂缝和地面沉降灾害。地裂缝的形成分布与区 域地质构造息息相关,其总体北东向成带发育,平行等间距排列,表现出较强的线性展布规律和垂向位移、水平拉 张与水平扭动的三维变形特征。地裂缝有规律的展布活动,制约了人为诱发的地面沉降的发展,地面沉降只能在 被切割的多个条块体中发展。受地层结构、开采井群分布及开采强度等因素影响,在地裂缝两侧产生的差异沉降 又加剧了地裂缝的活动强度,使其危害大大增强,给城市建设和规划造成了巨大的损失和困难。进一步深入研究 城市地质灾害的形成机理,建立监测预警系统,加强城市规划,限制人类活动和采取工程防护措施等是行之有效的 防灾减灾对策。     

根据因果岸三维地震资料研究地裂缝形成机理

塌隐地裂缝，改变了地层的几何结构，破坏了三维地震反射层的连续性，出现了反射波同相轴错断、反射层产状变化、反射波能量转换、反射波增多或减少等特征。据此利用石塘湾因果岸三维地震资料对其地裂缝地质灾害形成进行了研究。通过对实际资料的分析，指出本区地裂缝类型为张跌型，并以较多的资料翔实地说明了诱发本区地裂地质灾害不可分割的五个因素，从而为治理地裂缝地质灾害提供了丰富的地质资料和治理方向。     

我国城市地裂缝灾害问题与对策

从20世纪中期以来地裂缝在我国许多城市开始出现，已成为一种区域性的重要地质灾害，严重危及城市建设与人民生活。文章详细介绍了我国地裂缝灾害的分布特征，总结出地裂缝具有成带性、不可抗拒性、方向性和周期性的灾害特点。以我国比较典型的新构造活动区域－汾渭地堑内的地裂缝为例，从构造活动和地下水开采影响方面分析了地裂缝形成机理，针对地裂缝产生的不同原因，提出了建筑物加固和减少地下水开采等控制及减轻地裂灾害的措施。     

苏锡常地区地裂缝灾害危险性评价与预测

苏锡常地区是我国近年来地裂缝灾害最为活跃的地区之一。作者在深入研究其灾害成因机理和形成过程的基础上 ,提取了基岩面起伏、浅部含水砂层差异、隐伏灰岩、浅部土层结构条件、累计地面沉降量、地面沉降速率和主采层水位共 7个主要影响因素 ,选用层次分析法确定权值 ,建立了苏锡常地裂缝危险性评价模型。以GIS软件Arcinfo为主要工具 ,利用其强大的空间分析功能 ,将各影响因素专题图层按照权重进行多重叠加操作 ,进行了不同时期地裂缝灾害危险性分区评价和发展趋势的预测。目前研究区地裂缝灾害危险性仍在增加 ,常州马杭镇与湖塘镇中间、武进横林镇铁路以北和无锡堰桥镇西北地区危险指数最大 ,是今后几年苏锡常地区防治地裂缝灾害的重点区域。     

衡水地区地裂缝空间发育特征与地下水位降深关系

通过浅层地震法及高密度电阻率法物探对河北衡水地区最近发现的3条地裂缝调查,探明了地裂缝地下发育深度、宽度、倾向等,发现地裂缝在地表与地下发育特征有明显不同：地表以一条地裂缝存在,在地下深处则以裂缝带发育,裂缝带两侧裂缝埋深不同,地下裂缝形态表现为上窄下宽。对该地区深层钻探、水文地质和多年地下水开采等资料分析表明,该地区的地裂缝是地质历史时期地质构造活动产物,开采深层地下水等资源则是促使地裂缝发展的主要原因。通过对不同地点地裂缝发育深度与近36年以来地下水水位降深的关系分析,结果显示：不同地区地裂缝发育深度与相应深层地下水水位降深呈线性关系。研究成果对地裂缝机理研究及预防开采深层地下水对地质环境的影响具有指导作用。     

中国“采水型”地裂缝特征和成因分析

过量开采地下水诱发的地裂缝("采水型"地裂缝)灾害对社会造成严重损失,受到人们普遍关注。近几十年来,国内外学者对其成因机制进行了大量研究,取得了丰硕成果。本文系统分析了前人的研究成果,归纳出"采水型"地裂缝的差异沉降成因、拉张性水平应变成因和四种成因模式;然后针对中国三个典型的"采水型"地裂缝发育区,即汾渭盆地、华北平原、苏锡常地区,阐述了各地地裂缝分布、发育特征和成因机理,并选择典型地段地裂缝进行成因分析,认为汾渭盆地和华北平原地区部分地裂缝属于"先期断层模式",而苏锡常地区地裂缝总体属于"基岩起伏模式",并阐述了该模式下导致地裂缝发育的差异性变形、水平应变作用机理。     

东非肯尼亚裂谷活动断层型地裂缝变形特征与机理研究

2018年雨季期间,东非裂谷肯尼亚段地表突然出现一条7~8 km长的巨大地裂缝,该裂缝直接导致连接肯尼亚东西区域的主干道B3公路的毁坏(以下称为B3地裂缝),而作为我国“一带一路”倡议的重点项目“内罗毕至马拉巴标准轨铁路”仅距离该裂缝几公里,科学解释地裂缝的形成机理是铁路工程设施安全运营的重要保障。本文对该地裂缝的空间展布和形成机理进行研究,利用遥感影像详细解译了地裂缝空间位置,通过无人机航拍测绘建立了裂缝带高分辨率数值高程模型,在此基础上详细测量了地裂缝两侧地表垂向位移、地裂缝宽度和深度等指标。通过野外调查发现地裂缝发育在裂谷东边界F₄活动断层之上,其空间位置受F₄断层控制,地裂缝垂向剖面显示全新世沉积物有明显断错,且有多条破裂结构面贯穿其中:地裂缝下部火山碎屑岩层有明显拉张裂隙,这成为雨季期间地表水垂向下渗的通道,使浅表部松散沉积物向下运移。同时,裂谷区发育的南北向断层系统是雨季期间地下水横向流动的主要通道,这些过程导致地下水径流在雨季期间会不断潜蚀下部的土层,致使地表物质不断向下搬运,从而造成地表大规模开裂和塌陷,形成裂谷区受活动断层空间分布控制的构造型地裂缝。     

河北邢台柏乡地裂缝成因分析

通过地球物理勘探和地下水动态研究,认为柏乡地裂缝主要是过量开采地下水引起的。过量开采地下水导致了该地区大面积的地面沉降,地层的差异沉降诱发了地裂缝;大量降水造成表层土软化,有些表层土随雨水流入下面的裂缝中,使地裂缝显现出来。     

苏锡常地裂缝危险性分区

地裂缝作为苏锡常地区的一种地质灾害对该区的发展造成了严重危害。由于地裂缝孕育过程的非线性以及各影响因素作用关系的复杂性,使得难以用线性方法进行地裂缝危险性分区。在分析地裂缝发生的主要影响因素--古基岩面的起伏差异、第四纪沉积结构差异、地面沉降的不均一性和地下水的超采的基础上,将该4个因素的6项量化指标--基岩埋深、基岩起伏度、地下水位、地面沉降梯度、含水层导水系数以及粘性土层厚度作为输入量,采用遗传人工神经网络算法,建立了苏锡常地区地裂缝危险性分区模型。结果表明,苏锡常地区地裂缝危险区主要分布在常州东部、无锡中部和江阴南部地段,安全区主要分布在张家港的东北部、常熟市的东部、常州市的北部和西南部,较危险区和次安全区为危险区和安全区的过渡区。     

不同补给条件下裂隙-管道介质间水流交换的示踪试验研究

为探究岩溶含水系统中裂隙-管道介质间不同补给方式下水流交换情况,在实验室内借助高精度摄像仪和有色示踪剂对其进行可视化观测。设计多组试验对单独补给裂隙、共同补给、裂隙和落水洞分开同时补给三种补给方式下水流交换情况进行探讨,从而定性地分析水流交换情况。试验结果表明:落水洞对裂隙水扩散的影响随裂隙距离落水洞的距离增大而减小;相较于共同补给情况,单独补给裂隙情况下落水洞对裂隙水扩散影响较大;在分开同时补给情况下裂隙与落水洞补给水量相同时,仅呈现裂隙对落水洞的单向补给。     

基于人工神经网络的地裂缝危险性评价系统

现代地裂缝在世界许多国家普遍存在, 已成为当今世界范围的主要地质灾害之一。利用地理信息系统 (GIS)与人工神经网络 (ANN)耦合技术建立了地裂缝灾情非线性模拟评价系统。作者在分析地裂缝灾害成因的基础上, 利用地理信息系统 (GIS)的空间分析功能, 建立了构造、地下水开采、地层和地貌 4个地学信息专题层图; 采用人工神经网络 (ANN)这一以工程技术手段模拟人脑神经网络的结构和功能特征的技术系统, 建立了地裂缝灾害危险性非线性模拟评价模型, 开发研制了危险性评价系统, 进而对榆次地裂缝灾害危险性进行了非线性模拟评价, 将研究区按危险性系数进行了分区, 为榆次城建、环保和国土规划等部门的正确决策提供了重要的科学依据。      

西安地铁四号线沿线地裂缝的灾害分析与对策研究

西安地裂缝是一种地区性的地质灾害现象。目前西安共发育有14条地裂缝。地铁四号线将穿越13条,给隧道施工造成了诸多考验。文章选取西安市地铁四号线沿线的地裂缝灾害作为研究对象。探讨了地裂缝对隧道工程的影响因素和致灾特点、以及相关的评估理论方法。最后针对地裂缝灾害特征以及工程特点提出若干防治措施,对于科学研究地裂缝的灾害特点、合理防治地裂缝的灾害发生具有一定的指导意义。     

基于ANN的苏锡常地裂缝预测研究

伴随着地面沉降灾害的发生,地裂缝作为一种新的地质灾害出现在苏锡常平原上,已有十多年历史,给地区发展造成严重危害。作者在较详细地阐述区域地质背景基础上,着重分析了地下水位和地面沉降在地裂缝形成中的作用。确定了“起伏的基底外加地下水位和地面沉降作用”这一地裂缝成灾模式。研究认为地裂缝的发生与地下水及地面沉降之间不存在简单的线性关系。而是二者共同作用的结果,同时需要有量的配合。初步确定了水位埋深50m,地面沉降量达500mm这样一个苏锡常地区地裂缝的易发环境。通过文章的研究,使得苏锡常地区地裂缝的产生机制更加清晰。文中一些定性和半定量的分析结论将对该地区地裂缝防治区划产生指导作用。