大同市地裂缝成因分析

大同市地裂缝成因分析

邓兰

山西省地质勘查局二一七地质队山西大同037008

摘要：大同市1983年发现地裂缝，至今已发现地裂缝11条，造成的经济损失达8729万元。地裂缝地质灾害不仅制约着当地的经济发展，而且威胁着广大人民群众的生命财产安全。本文对大同市裂缝的基本特征及成因类型进行了初步分析，并提出防治措施建议。

1、引言

地裂缝是指受自然或人为作用的影响，岩体或土体直达地表的现状开裂现象。地裂缝是地质灾害中地面变形灾害之一，不仅降低环境质量，制约经济发展，而且危害人民生命财产安全，因此，查明地裂缝的分布及成因类型，对有效开展减灾、防灾、避灾工作具有重要意义。

2、大同市地裂缝概况和发育特征

（1）大同市地裂缝概况

大同市地裂缝最早发现于1983年，多数始发于1989年以后，2000年前后地裂缝活动最为强烈，地裂缝的影响范围不断扩大，大同市城区的许多房屋被毁，2010年之后地裂缝活动总体趋于缓和。大同市地裂缝主要集中分布在平城区，巨型、大型、中型、小型均有，但以大型为主。大同市地裂缝基本情况见表1。

表1大同市地裂缝基本情况统计表

（2）地裂缝的发育特征

①地裂缝的成带性

地裂缝带实际上由多条地裂缝组合而成，一般宽10-30m，局部地带可达40m。地裂缝在平面上形态多种多样，有羽状排列、树枝状、网格状、直线状、锯齿状和波状等多种形态。

②地裂缝的方向性

大同市发育的地裂缝走向都在NE26°-80°，优势方位在NE34°-70°。对于单个地裂缝带而言，各具有稳定的方向性，一般走向的差异小于10°，地裂缝带具有稳定延伸方向的地裂缝集合体。

③地裂缝带的横向差异性

地裂缝带一般由一条地裂缝和若干条次级裂缝组成，主裂缝延伸长、连续性好，在同一个断面上其张开量、下降量、扭动量最大，次裂缝次之。

3、地裂缝成因分析

大同市境内的地裂缝为内动力和外动力相互促进、综合作用的结果，其形成演化主要受地质构造、新构造运动、地层岩性、地下水超采等因素的影响。其中地层岩性是地裂缝形成的物质基础，基底断裂构造、新构造运动是地裂缝形成的主导因素，属内动力；在原有地裂缝的基础上，地下水超采诱发并加剧了地裂缝的发生、发展，并促使地裂缝向地表进一步延伸，属外动力。下面对地裂缝成因进行详细分析说明。

（1）新构造运动和基底构造是形成大同市地裂缝的主导因素。

新构造运动主要是指新生代以来的地壳垂直升降运动。大同盆地是新生代断陷盆地，盆地外部为新构造运动隆起区（基岩山区），剥蚀作用强烈；盆地的内部属新构造运动下降区，堆积作用强烈，发育有巨厚层的第四系松散堆积物。大同盆地的构造应力场以北西—南东向拉张作用为主，在拉张作用下，盆地的边界形成了控制大同盆地基本形态的口泉断裂、六棱山断裂等边山断裂，伴随主断裂同时发生的，还有一系列走向北东、北北东的次一级断裂，如水峪断裂、泉寺头断裂等，其总体延伸方向与构造应力场方向垂直，为北东—南西向。区域构造应力的拉张作用，使得第四系岩土层遭到破坏、破裂，从而形成新的构造地裂缝。

大同盆地基底断裂构造十分发育，这些基底断裂走向大多为NE向，优势方位在NE50°左右，与大同市区域地质构造线方向一致。盆地中绝大部分地裂缝与基底断裂从空间展布上（如地裂缝位置、走向等），有着明显的对应性。如房子村断裂对应机车厂地裂缝、文化里断裂对应于机电公司地裂缝、文化里地裂缝；新添堡断层对应于新添堡地裂缝、南郊凿井队地裂缝；322医院断裂对应322医院地裂缝。基底老断裂处于活动性强烈的现代应力场中，有利于继续活动，延伸到地表即形成继承性地裂缝。

（2）大同盆地地裂缝发展历史与新构造运动活跃期具有关联性

通过对大同盆地地裂缝发生时间的统计发现，地裂缝的发生年份并不是均匀分布的。其中1980年以前未见地裂缝产生，1981-1985年3条，1986-1990年4条，1991-1995年4条，1996-2000年1条，2001-2005年2条，2005年以后未发现新的地裂缝。根据以上统计可知，大同盆地地裂缝主要发生在1981—2004年之间。1989年10月和1991年3月大同—阳高发生的两次群震，证明进入80年代后该区地壳处于能量释放过程，是新构造运动的活跃期。而地裂缝作为能量释放的另一种重要形式，恰好在这前后集中出现。说明大同盆地地裂缝的发展史与新构造运动活跃期之间的关联性较好。

（3）人类工程活动造成地下水超采是地裂缝发展、扩大的主要诱发因素。

自20世纪80年代以来，人类工程活动对水资源的需求不断增加，在大同市区周边相继建设了城北、城西、城南等多个水源地，地下水开采量连续超过允许开采资源量。1984年超采0.36倍；1999年至2004年，超采0.73-0.84倍；2011年开采量达峰值为2.059亿m3，超采1.27倍；2011年以后，随着引黄工程的实施和政策性限采，地下水开采量逐渐减少，至2015年开采量与1984年基本持平。地下水的超采对地裂缝的影响主要表现在：当抽取地下水时，土体中的孔隙水被疏干，孔隙水压力减小，土颗粒承受的有效自重压力相对增大，地下水位以上的被疏干土层被压缩，体积缩小，其结果是引起地面下沉。当地面沉降不均匀，使地应力增大到一定程度，就会引起土体剪切破坏，形成新的地裂缝。地面沉降若通过已有裂缝时，使原有的地裂缝活动加剧，也可促使隐伏地裂缝向地表进一步延伸。大同市地下水超采区范围北起孤山、南到落里湾至北村一线、东至周士庄-倍加皂-党留庄乡一带、西近盆地边界，而大同市地裂缝均位于超采区范围内。

大同市地裂缝始发于1983年，当时累计长度不足5km；其后地裂缝活动日益加剧，1990年已形成累计长10.5km的地裂缝带，1994年发展到24km，至2004年，累计长度达35km，经综合分析，可以发现地裂缝发展历史与大同市地下水超采历史基本一致。

4、大同市地裂缝的危害

大同市地裂缝所经之处，造成地面及地下各类建筑物开裂，路面破坏，地下供水、输气管道错断，一些著名文物古迹的安全受到危及，如在大同市区的铁路分局、文化里、振华街等10多处居民住宅区，地表裂缝最宽处达到了0.1m。由于地表不均匀下沉，不少新建房屋地基破坏，墙体开裂，变成了危房。地裂缝给大同市城市建设和地下生命线工程造成损坏和不良社会影响，而且不仅带来经济上的重大损失，而且给人民生命造成威胁。大同市地裂缝自发现至今已有36年，据不完全统计地裂缝造成的直接经济损失达8729万元。

5、结论与建议

（1）结论

大同市境内的地裂缝为内动力和外动力相互促进、综合作用的结果。地层岩性是地裂缝形成的物质基础，基底断裂构造、新构造运动等内动力是地裂缝形成的主导因素，人类工程活动、地下水超采等外动力对地裂缝的发生、发展有一定程度的叠加效应。

（2）建议

a合理划分地裂缝安全分带，确定不同类别建筑物安全距离。

b对高层建筑、居住小区、重大工程采取避让为主的原则。

c对横跨地裂缝的线性地下生命线工程采取特殊结构构造措施。

d对于横跨或斜跨地裂缝的建筑物可采用拆除局部，保留整体的措施。

e位于地裂缝两侧建筑物的局部变形可采用地基加固和上部结构加固的方法处理。

f在地裂缝发育地带，禁止开采或限制开采地下水资源。