火山活动下的东非大裂谷地裂缝成因探讨

东非大裂谷肯尼亚段,与软流圈侵入和岩石圈减薄有关的岩浆活动导致了火山活动频发。火山活动造成地裂缝灾害直接威胁着裂谷内的工程设施。本文通过在肯尼亚裂谷的野外调查和地球物理勘探,归纳了地裂缝的平面分布特征和破裂特征,分析了基岩破裂与地裂缝的关系。结果表明地裂缝主要与火山伴生,呈线状展布,地表破坏特征以水平拉张为主。地裂缝与其下的基岩裂隙相连,基岩裂隙的存在决定着浅部土体地裂缝的发育位置和规模。地壳形变数据表明研究区存在以火山为中心的隆起区,基于此本文通过Mogi点源模型计算并分析了一次火山喷发引起的位移和应变特征。结果表明火山喷发引起的广泛不连续变形造成了基岩破裂,肯尼亚裂谷地裂缝的成因机制可归纳为火山喷发-基岩破裂-沉积物破坏。     

从断裂带内部结构出发评价断层垂向封闭性的方法

脆性断层和塑性断层断裂带内部结构存在差异: 脆性断层断裂带由以断层岩和伴生裂缝为特征的破碎带和诱导裂缝带2部分组成; 塑性断层断裂带表现为几条充填断层泥大裂缝的组合, 诱导裂缝带不发育.破碎带内部伴生裂缝、无粘结力断层岩带和诱导裂缝带都可能成为油气运移的通道, 只有这3种通道均封闭, 脆性断层垂向才是封闭的.只要伴生裂缝封闭, 塑性断层就是封闭的.基于这种封闭机理, 分析了3种通道封闭的条件: 无粘结力断层岩带是否封闭取决于断层泥含量大小; 破碎带内部伴生裂缝的封闭性取决于断面压力和断层泥塑性强度关系; 诱导裂缝带封闭程度受控于后期成岩充填的程度.提出了利用断面压力、断层泥的含量和塑性强度、后期成岩程度综合判定不同性质断层垂向封闭性评价方法.并利用该方法对克拉2构造F₁断层垂向封闭性进行了评价, 结果表明F₁断层垂向封闭性具有分段性: ①和③段均表现为脆性, 但①段因诱导裂缝没有被充填不封闭, ③段是封闭的; ②段是塑性断层, 垂向封闭性好.这是克拉2构造有大规模天然气聚集成藏的关键因素之一.      

表水侵蚀地裂缝物理模型试验研究

地表水入渗侵蚀是地裂缝出露地表的一个重要诱发因素。肯尼亚裂谷区因其特殊的构造环境背景,降雨侵蚀地裂缝极其发育。本文以东非肯尼亚裂谷地裂缝为原型,建立了降雨侵蚀条件下隐伏岩土体破裂扩展出露地表的地质模型,通过物理模型试验揭示了地裂缝发育过程中土体内部水力侵蚀破坏的演化规律。试验结果表明：(1)表水侵蚀地裂缝可将其破裂扩展过程分为3个阶段：均匀入渗阶段,侵蚀掏空阶段、塌陷致灾阶段。(2)隐伏岩土体破裂的影响区域是表水入渗的优势通道,该区域水力侵蚀强烈。(3)当侵蚀塌陷形成时,土体内部含水率和孔隙水压力出现同步的陡变。土体内部含水率的突变反映了裂隙的发育以及局部塌陷的形成,从而可以揭示土体内部侵蚀塌陷的进程。此次基于表水入渗的物理模型试验研究可为地裂缝的监测防控提供科学理论支撑。     

北京宋庄地裂缝灾害特征及影响因素分析

近年来由于北京市平原区地裂缝灾害凸显,不仅加速地表水土流失,而且对灾害区基础设施建设造成严重影响。为分析地裂缝形成原因,缓解及减轻地裂缝灾害造成的经济、财产损失,本文以新发现的宋庄地裂缝作为靶区,通过地质调查、InSAR监测、槽探、钻探等方法,揭示了宋庄地裂缝空间发育特征,从地质构造、地层岩性、地面沉降等方面,深入分析成因。结果显示:（1）宋庄地裂缝影响长度达8.7 km,NEE向延伸,受灾体主要展现出拉张形变;（2）区域拉张应力场为宋庄地裂缝形成提供内动力条件,构造影响下的第四系沉积厚度差异及地层岩性不均一,为宋庄地裂缝形成提供重要地质背景;（3）南苑-通县断裂为宋庄地裂缝形成提供了应力积累和传递媒介;（4）地下水超采引发的土体水平、垂向变形是地裂缝形成的诱发条件。受基底伸展变形、隐伏断裂及地下水开采影响,土体发生水平及垂向变形,使得在非饱和带断层区附近形成拉应力集中区,当达到土体抗拉强度时,形成盲裂缝,在雨水侵蚀或潜水位回升作用下,扩展至地表形成裂缝及串珠状土洞。     

肯尼亚裂谷区地裂缝特征及成因分析

肯尼亚裂谷位于东非大裂谷东支中段,现代构造运动以及火山活动强烈,是当今地学研究的热点地区。裂谷区因其独特的地质构造背景、岩土体特性以及气象水文条件,使得地裂缝灾害较为发育。文章以肯尼亚裂谷地裂缝为研究对象,利用资料收集、野外调查、槽探、钻探和室内土工试验等研究手段,对研究区的地质环境背景、地裂缝平剖面结构特征进行研究。裂谷拉张和火山活动等内动力地质作用是该区域地裂缝形成的控制因素,浅表部松散易潜蚀的土体是地裂缝形成的物质基础,强降雨为地裂缝的形成提供了水力条件,“软硬软”的地层结构为水力侵蚀物质提供了有利的堆积场所。将肯尼亚裂谷区地裂缝的形成演化过程分为3个阶段:孕育阶段、扩展阶段和成灾阶段。     

昌都地区怒江、澜沧江、金沙江流域地槽发展的若干问题

地裂缝是地表岩土体内产生线性破裂的一种地质灾害,其中构造型地裂缝形成和发展与活动断层的运动特征密切相关。现有构造型地裂缝的报道大多与断层蠕滑活动有关,而针对断层黏滑运动(地震)所形成的地裂缝通常统一划分为地震地表破裂带,主要注重对其分布特征的调查,而针对其中单条地裂缝破裂特征和成因机理研究较为少见。本文以巴塘断裂在黄草坪段所形成的地裂缝为研究对象,通过野外地质调查、无人机测绘、野外槽探、物探等手段,揭示了地裂缝的浅-中-深几何结构及其成因机理。巴塘断裂在黄草坪段形成一槽谷地貌,地裂缝在槽谷中表现为一条具有线性特征的地貌陡坎S₁,坎高为0.26±0.03 m。横跨槽谷的探槽揭露出陡坎下部及两侧密集发育有18条地裂缝,根据地裂缝贯通上覆地层的情况可大致划分出3个活动时期,可能代表巴塘断裂全新世以来的3次地震事件,部分地裂缝贯通至地表与S₁陡坎相连,这可能是1870年巴塘M 7$ {\\raise0.7ex\\hbox{1} \\!\\mathord{\\left/ {\\vphantom {1 2}}\\right.} \\!\\lower0.7ex\\hbox{2}}$地震所致。横跨槽谷的地震反射剖面中表现出槽谷边界受控于两条相向而倾的铲型断裂,两条断裂共同形成了“Y”字型拉张地堑结构,而在地堑内部表现出有近直立的反射层变形带,位置大致可与陡坎S₁对应。全新世以来,巴塘断裂在右旋走滑过程中,在局部近地表形成多级“Y”字型拉张地堑构造,而地堑内部地裂缝密集发育,且地裂缝形成及贯通上覆土层过程与巴塘断裂地震活动密切相关,因此该地裂缝形态受巴塘断裂几何结构控制,活动期次与巴塘断裂的强震活动相对应,具有典型地震地裂缝的特点。     

河北平原隆尧地裂缝成因机理与模式研究

隆尧地裂缝是华北平原地区规模最大、活动性最强、灾害程度最为严重的构造地裂缝,但其与断裂之间的成因研究一直缺少系统的证明材料和完整的理论分析,即隆尧地裂缝与断裂之间是怎样的成生关系仍较为模糊。文章根据现场调查、探槽、地球物理探测和钻孔联合剖面等方法,分析了隆尧地裂缝几何运动特点和深部构造特征,探讨了隆尧地裂缝的成因机理和模式。研究结果表明:隆尧地裂缝（主要指西段）的发育位置与隆尧活动断裂基本重合,地裂缝走向近EW,倾向南,倾角60°~80°,南盘相对北盘下降,具正断性;同时,地裂缝面处黏土层中发育擦痕,上盘发育的分支裂缝与主裂缝相交成“y”型,地裂缝上下盘位移差随深度增加;地球物理探测解译隆尧活动断裂上断点埋深40~50 m,钻孔联合剖面揭示隆尧地裂缝向下延伸与隆尧活动断裂上断点吻合。地裂缝发育位置、产状、几何特点、运动特征与物探解译、钻孔联合剖面揭示的隆尧活动断裂一致,因此,隆尧地裂缝与隆尧活动断裂直接相连。根据上述成因理论,提出了构造地裂缝的一种成因模式——断层直剪式,即:在区域应力加强或转变的基础上,基地隐伏断裂开始蠕滑运动,断层面或断层带向地表延伸,切穿第四系岩土层,在地表形成陡坎。并据此分析了隆尧地裂缝的形成、显现和发展过程,为断层直剪式地裂缝成因研究提供理论指导。     

华北太行山前平原潜蚀型地裂缝发育特征——以保定新乡村地裂缝为例

为揭示华北太行山前倾斜平原地裂缝成因,本文通过对典型山前平原典型潜蚀型地裂缝分布区进行地球物理勘查和工程地质调查,对资料进行地质解释,联系华北盆地构造特点和新构造运动以来华北断陷的活动背景,结合地裂缝的工程地质性质和地表及以下深部延伸发育情况,分析了徐水县地裂缝的成因及主要控制因素,研究水文地质条件如地表水渗漏、冲刷、地下水径流、溶蚀及潜蚀作用对地裂缝形成的影响。分析认为太行山前倾斜平原地裂缝以非构造类型为主。主要因素是地下水的潜蚀作用,其次天气干旱、超采地下水造成地下水位大幅下降,土体干缩,形成裂缝。通过探讨华北平原地裂缝的形成机理,梳理总结华北太行山前平原潜蚀型地裂缝发育特征。     

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。     

徐水县北楼村漕河地裂缝形成机理及其演化

依据现场调查、工程探测和室内测试分析,探讨了徐水县北楼村漕河地裂缝的形成机理和演化过程。北楼村漕河地裂缝沿河道发育,属张性拉裂缝,呈现逐年向上游、下游扩展的趋势。地裂缝的发生主要是由当地超量开采地下水引起的。特别是农田灌溉机井的大量抽水,使第四系松散层地下水水位急剧下降,水力坡度加大,含水砂层发生渗透变形,砂层被淘空,导致漕河两侧地表沉降。而相比于河道两侧,河道内地表沉降量小,致使河道中心土体中产生次生拉张应力,形成地裂缝。因而,有必要进一步研究地裂缝的灾害效应,为地裂缝灾害的预测防治提供科学依据。     

采动作用下煤矿区地表裂缝发育机理与特征分析

针对采动作用下煤矿地表裂缝发育问题,本文对地表裂缝的形成机理进行了分析。考虑采动附加应力的影响,结合土层的强度理论及广义的胡克定律建立了采动作用下地裂缝发育极限深度力学模型,并对力学模型进行了探讨,得到了采动影响下地表裂缝发育深度的公式,结果表明:地表裂缝的产生大致分为4个时期,分别为移动变形积累期、裂缝产生期、裂缝扩展期、裂缝闭合期。地表裂缝的发育深度除与土层的本身性质有关以外,还与地表的水平变形有关。地表的水平变形越大,说明地表土层受到采动作用越明显,地表裂缝发育的极限深度也就越大。最后根据某矿的实际工程地质情况,采用地裂缝预计公式进行了计算,并与监测数据进行了对比。结果表明,该公式能够较好的预计采动作用下的地裂缝发育深度,对预防煤矿采区地表灾害、保护人民财产安全具有一定的指导意义。     

断层对烃类微渗漏主控作用及异常分布影响的实验模拟研究

在油气化探中,传统观点认为断层是优势通道,烃类沿断层渗漏形成的化探异常将偏离实际油气藏位置在近地表的垂向投影,这引起了地质界对化探技术预测地下油气藏的质疑.针对上述质疑,以断块油气藏的简化地质模型为基础,研制实验装置,开展断块油气藏烃类通过盖层及上覆地层垂向微渗漏模拟实验,研究了地下断层对烃类垂向微渗漏的影响.结果表明,受断层控制的油气藏,断层不是烃类微渗漏的唯一优势通道,油藏上覆盖层及地层中广泛发育的裂隙或微裂隙系统等都是决定地表化探异常分布的重要因素,烃类垂向微渗漏是客观存的;断层是否是微渗漏的优势通道,取决于断层的封闭性;另外实验结果也证实了圈定油气靶区的最好采样方法是高密度的网格采样.     

北京平原区地裂缝受灾体形态特征及影响因素

在调查和监测中发现北京平原区地裂缝受灾体灾害表现形式不同,具有显著的区域特点。为揭示其形成过程,指导地裂缝防治工作,本文以宋庄地裂缝、高丽营地裂缝两处典型地裂缝作为靶区,从受灾体、剖面、深度、活动四方面揭示两处地裂缝形态特征,分析不同因素对二者差异化形态特征塑造的影响。结果显示:（1）宋庄地裂缝受灾体表现出明显的拉张变形,剖面上地裂缝上宽下窄铅直纵向延伸,深部未与隐伏断裂重接复合;高丽营地裂缝受灾体表现为显著的垂向错动及剪切破坏,剖面上地裂缝曲折纵向延伸,错开上下两盘地层,深部与隐伏断裂重接复合。（2）地震及区域应力场对两处地裂缝的水平形态特征进行塑造;地下水超采引发的土体差异性水平运动形成的拉应力作用于宋庄地裂缝,并对宋庄地裂缝形态进行再次塑造;高丽营地裂缝继承了黄庄—高丽营断裂形态特征;小区域差异沉降对垂向形态特征进行再次塑造。（3）宋庄地裂缝发育主要受地下水开采影响,对此类地裂缝防治应实施地下水减采、压采限采等方式,高丽营地裂缝发育受地下水开采及隐伏断裂双重影响。对此类地裂缝的防治除控制水位下降外,还需实时监测隐伏断裂活动情况,建立有效的预警预报体系。     

频繁矿震作用下地裂缝扩展机理及数值模拟研究

频繁矿震诱发断层活化以及由此引起的地裂缝不仅对矿井生产构成威胁。同时对于城市安全、居民生活也构成严重危害。论文根据工程场地岩土体破裂的观点,以辽宁抚顺地裂缝为例,采用理论解析、数值模拟等手段,开展了矿震引发地裂缝扩展效应探讨。研究认为：地下开采对抚顺地区的地质环境造成了破坏,地表沉陷为地裂缝的发育提供了运移空间及应力条件。浑河断裂带为抚顺地区地裂缝发育提供了地质构造基础。频繁发生的矿震加剧了地表裂缝的扩展及破坏作用。     

冀中坳陷晋县凹陷古近系震积岩的发现及地质意义

晋县凹陷是渤海湾盆地内典型的新生代小型断陷湖盆,古近系孔一沙四段地层中发育大量的软沉积物变形构造,包括液化砂泥岩脉、泥岩株、泄水通道、重荷模与火焰状构造、球枕构造、振动液化卷曲变形构造、串珠状构造、微同沉积断层、地裂缝等,研究认为具有典型的震积岩特征,并在此基础上建立了研究区古近系震积岩垂向序列。孔一沙四段地层中发育震积岩、膏岩和凝灰岩等,研究认为深大断裂的活动诱发多期地震,形成各种类型的震积岩,同时深大断裂作为岩浆上涌的通道和沟通深部盐源的通道,为凝灰岩和膏岩的形成提供物质基础,该认识从沉积学的角度证明孔一沙四段地层沉积时期为晋县凹陷构造活动最强烈的时期。通过微裂缝等沟通原有孔隙,震积作用能够明显改善储层渗透性。     

山东郯城麦坡中更新世地震事件记录*

山东郯城麦坡被命名为典型地震活动断层遗址,其最醒目的标志是郯庐断裂带主干断层(F₂)东盘的紫灰色下白垩统逆冲到断层西盘的红棕色第四系之上且界线截然。野外调查和试验分析表明,郯城麦坡第四系于泉组中发育液化砂涌管、液化砂脉、震裂缝充填构造和同沉积断层等地震引发的软沉积物变形构造——地震事件记录。根据软沉积物变形构造的砂质黏土光释光测年分析,推断这些软沉积物变形构造所记录的地震事件属郯庐断裂带主干断层F₂在中更新世晚期发生的强构造与地震活动。这些地震事件记录为研究郯庐断裂带新构造运动与地震活动提供了新资料,也丰富了该地震活动断层遗址的内涵。     

贵州息烽温泉控热推覆构造的发现及成因研究

根据近年来磷矿深部勘探资料,对贵州息烽温泉的构造地质条件及地热特征开展研究,获得了有关温泉地质成因的新认识。(1)由洋水背斜、安清断层(F₁)和温泉断层(F₂)组成的叠瓦状逆冲推覆构造体系,构成了息烽温泉地热水系统的主体及边界,该控热构造体系内地表构造与地腹构造并不统一,老地层盖在新地层上,构成顶、底两层叠置的多个热储单元,这些热储单元是地热水形成和运移的良好场所。(2)安清断层(F₁)使多个热储单元直接接触,从而具有密切的水力联系,为导水、导热的良好通道;温泉断层(F₂)构成了息烽温泉区地热水系统的边界。(3)大气降水沿断裂通道下渗至深部的碳酸盐岩热储层中,吸收热量形成地热水,在高温高压条件下,向洋水背斜核部进行迁移,受上覆寒武系碎屑岩盖层的保护和温泉断层的限制,形成洋水背斜西翼和北端的地热资源有利富集区,最后受分支断层阻挡而自然岀露。     

IKONOS影像在矿山环境遥感监测中的应用——以白银煤矿区为例

为了定量描述红会矿区大规模地面变形灾害发育特征和监测矿区地表动态变形程度,本文基于遥感解译和现场调查,获取了矿区地面塌陷坑和地裂缝的空间分布,尺寸和数量;并利用2017年3月至2019年10月期间的32景Sentinel-1A数据开展了小基线集干涉(SBAS-InSAR)技术的矿区地面沉降时序监测。研究结果表明：快速沉降区集中在红会煤矿的采空区地表,与地裂缝空间分布位置相吻合,累积最大沉降量达170 mm;虽然环境恢复治理区修补了大量的塌陷坑和地裂缝,但仍以年均40~50 mm的速度继续沉降;人类聚集区地表整体呈缓慢下沉趋势,除受地下采煤影响之外,还可能与地下水过量开采有关,雨季时原本沉降的地面有明显回升。研究成果可为红会矿区群众搬迁安置、生态修复和地质灾害隐患治理等工作提供一定的科学依据和参考。     

海底沉积物多边形断层及其对天然气水合物赋存的控制

多边形断层是一种非构造成因的小型层控伸展断层,多发育于细粒沉积物中,数量多且断距小,断层面在平面上呈不规则多边形排布,在剖面上呈倾向相近或相反的伸展断层。多边形断层的形成机制主要包括"密度反转"、"脱水收缩"和"剪切破裂",不同形成机制所主导的断层形态各有特点。"密度反转"的标志是波状地层接触面;"脱水收缩"的特征是犁状断层和生长层序,直接证据是海底沟纹和沉积物样品中的微裂缝;"剪切破裂"的特征是平直状断层和地堑-地垒式断层组合。多边形断层提高了细粒沉积层的渗透率,可作为烃类气、流体垂向运移的通道。脱水收缩形成的犁状断层流体输导性能可能弱于剪切破裂形成的平直状断层。天然气水合物作为浅表层烃类气、流体运移的产物,其赋存区域也可能会受到多边形断层的控制。分布较深的多边形断层可为天然气水合物提供气、流体运移通道,而分布较浅的多边形断层可为天然气水合物提供储集空间。     

基于光纤传感技术的地裂缝物理模型试验

苏南地区地裂缝成因机制较为复杂,且灾害活跃。以光纤光栅传感器为监测手段,建立基岩潜山条件下物理地质模型,模拟抽水差异性沉降过程,揭示地裂缝发育演化规律。试验结果表明:（1）地下水过量抽采导致的不均匀沉降是地裂缝发育的最直接因素,地下水水位降深越大、抽采速率越快,地面沉降越明显。（2）基岩潜山形态位置对地表沉降起控制作用;同时地面沉降最严重区域与地裂缝分布区域基本一致;基岩潜山的发育位置形态、地表的沉降曲线以及地裂缝分布情况基本一致。（3）模型试验结果与研究区地裂缝灾害发育规律基本一致。此次基于光纤技术的物理模型试验研究为地裂缝研究提供新的方法与手段。