臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)地裂縫特征

宋彥輝，李忠生，李新生，高虎艷，鄧國(guó)華，蔣軍軍

（1.長(zhǎng)安大學(xué) 地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西安市地下鐵道有限責(zé)任公司，陜西 西安 710016；3.廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，由于我國(guó)地裂縫災(zāi)害頻繁發(fā)生，且有愈演愈烈的趨勢(shì)，我國(guó)學(xué)者對(duì)地裂縫進(jìn)行了大量、深入的研究。這些研究包括地裂縫的成因機(jī)理、活動(dòng)規(guī)律、破壞特征、防護(hù)措施等。其中以西安地裂縫的研究開展的最早，研究程度最深，到目前為止，已查明的西安地裂縫達(dá)14條之多。據(jù)文獻(xiàn)［1］，西安地裂縫專指臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶西北側(cè)（上盤）一組北東走向的地表破裂。但是，隨著城市的不斷擴(kuò)張與建設(shè)，西安城區(qū)范圍已擴(kuò)展至臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶及以南的城郊區(qū)域，在這一區(qū)域范圍內(nèi)存在與西安地裂縫發(fā)育類似的地形地貌條件，即黃土梁與洼地相間組合的梁洼地貌，其間是否存在地裂縫（或處于隱伏狀態(tài)的地裂縫）？以及若有地裂縫其活動(dòng)特征與西安地裂縫有何差異？這些都是西安城市建設(shè)急切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文以西安市地鐵沿線地裂縫調(diào)查研究為契機(jī)，對(duì)該區(qū)域地裂縫問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究，根據(jù)可能出現(xiàn)地裂縫的位置在臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)布設(shè)了兩條勘探剖面［2，3］，并依據(jù)地層剖面對(duì)地裂縫的存在、地層斷距、活動(dòng)特征等進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶及與地裂縫關(guān)系

1.1 臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶特征

臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶位于西安凹陷與驪山凸起的交界部位，北起臨潼，南至長(zhǎng)安區(qū)的灃峪口，總體走向北東 35°～45°，局部偏轉(zhuǎn)為 65°～70°，全長(zhǎng)約 50km，寬約5～7km，斷裂帶主要由3條傾向北西的平行正斷層組成［4］（圖1）。斷裂帶兩側(cè)地貌差異較大，北西側(cè)為渭河階地區(qū)，南東側(cè)為黃土塬區(qū)。該斷裂以浐河為界分為北東和南西兩段，其中南西段地形高差相對(duì)較小，階梯狀斷層陡坎和黃土陡坎發(fā)育，并在組成斷裂帶的各條斷層北側(cè)發(fā)育有構(gòu)造性侵蝕洼地，地形特征表現(xiàn)為梁洼相間排列的地貌格架。

圖1 臨潼—長(zhǎng)安斷裂（據(jù)文獻(xiàn)［4］）Fig.1 Lintong-Chang'an fracture zone

1.2 臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶與地裂縫關(guān)系

目前西安地裂縫主要指臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶北西盤發(fā)育的一系列北東向展布的地表破裂，它們的成因盡管仍有不同的看法與觀點(diǎn)，但有證據(jù)表明，西安地裂縫與臨潼—長(zhǎng)安斷裂具有統(tǒng)一的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)及力學(xué)屬性［4-5］，且地裂縫的發(fā)育與地貌關(guān)系密切，即都發(fā)育在黃土梁南側(cè)。圖2為西安地裂縫與臨潼—長(zhǎng)安斷裂的構(gòu)造關(guān)系剖面圖，圖中西安地裂縫的研究已積累了豐富的資料，研究程度較深。但臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)地裂縫的研究到目前為止幾乎仍為空白。盡管該區(qū)位于斷裂帶內(nèi)，但仍具有和西安地裂縫類似的地形地貌和構(gòu)造地質(zhì)條件，因此具備地裂縫發(fā)育的潛在背景。

圖2 臨潼—長(zhǎng)安斷裂與西安地裂縫（據(jù)文獻(xiàn)［5］）Fig.2 Relationship between Chang'an-Lintong fracture zone and Xi'an earth fissures

實(shí)際上，臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)的地裂縫自很早以前就有發(fā)育，如平行斷裂帶發(fā)育的江尹、肖家村、龐村、牛角尖、常家疙瘩、甘寨、二府井等多處地裂縫［4，6］，這些裂縫沿?cái)嗔褞嗬m(xù)展布，且多在暴雨后出現(xiàn)。從裂縫表現(xiàn)為北盤（上盤）略降的張性特征及沿臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶展布的特點(diǎn)可推知該類地裂縫應(yīng)是斷裂活動(dòng)的產(chǎn)物。

本文研究的地裂縫不同于上述由于斷裂活動(dòng)造成的地表破裂，而是類似于臨潼—長(zhǎng)安斷裂以北的西安地裂縫特征，從地層剖面分析裂縫的存在及其活動(dòng)特點(diǎn)等規(guī)律是本文著重闡述的問(wèn)題。

2 斷裂帶內(nèi)黃土剖面特征

2.1 金滹沱剖面

鉆探剖面位于臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)金滹沱村，并緊臨斷裂帶最北側(cè)的FN斷層。地貌上屬于黃土臺(tái)塬向南側(cè)構(gòu)造剝蝕洼地過(guò)渡的斜坡地帶，鉆探剖面長(zhǎng)約300m，共布置鉆孔10個(gè)，孔深25～35m，均揭穿上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)2層古土壤（S1、S2）。剖面方向近南北向，與地貌走向近直交。圖3為揭露的地層剖面。

根據(jù)圖3，場(chǎng)地地層自上而下（由新到老）為：

（1）黃土（Qeol3）：褐黃色，可塑，大孔結(jié)構(gòu)，含蟲孔，偶見(jiàn)蝸牛殼及鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)均勻。

（2）古土壤 S1（Qel3）：褐紅色，可塑—硬塑，團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，含白色鈣質(zhì)條紋，底部富含鈣質(zhì)結(jié)核。土質(zhì)致密，較均勻。

（4）古土壤 S2（）：褐紅色，以可塑為主，具蟲孔，含鈣質(zhì)薄膜，層底多鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)較均勻。

從圖中明顯可看出，作為黃土地層中標(biāo)志層的古土壤層（S1、S2）出現(xiàn)了明顯的不連續(xù)及錯(cuò)斷現(xiàn)象，其剖面特征與西安地裂縫類似，表明臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)也存在類似西安地裂縫的活動(dòng)特征。

剖面顯示，古土壤S1（）的底面出現(xiàn)地層不連續(xù)，其中南側(cè)鉆孔（鉆孔6）揭露的層底標(biāo)高比北側(cè)鉆孔（鉆孔5）低4.52m，除去地層界線的自然坡度外，兩者的錯(cuò)距仍有2.5m。但該層層頂界線并未被錯(cuò)斷，而是呈現(xiàn)連續(xù)沉積的特點(diǎn)。同時(shí)剖面上自鉆孔6以南，古土壤S1（）層的厚度明顯增大。

和古土壤S1（）地層相比，S2（）地層的錯(cuò)距更大，兩相鄰鉆孔內(nèi)該層層底高差達(dá)8.52m，除去巖性界線的自然坡度外，層底深度仍相差4.7m。同時(shí)，剖面上該層以上的黃土層（）厚度在6號(hào)孔及以南顯著增厚。

另外，鉆探剖面揭示出場(chǎng)地地下水位埋深存在突變現(xiàn)象。5號(hào)鉆孔及以北勘探孔均未見(jiàn)地下水（孔深均大于28m，圖3鉆孔深度有略），而南側(cè)所有鉆孔地下水埋深均穩(wěn)定在相對(duì)標(biāo)高-23.0m左右。表明剖面上地下水位產(chǎn)生了突然的跳躍，兩側(cè)水位差至少大于5.0m，這一現(xiàn)象在橫跨西安地裂縫的剖面中經(jīng)常出現(xiàn)，這種水位跳躍特征也從另一方面指示出隱伏破裂構(gòu)造（地裂縫）的存在，盡管這一現(xiàn)象到目前為止尚未見(jiàn)到有進(jìn)行深入研究和探討的報(bào)道。

上述地層界線及厚度變化特征以及水位變化均反映出在鉆孔5與鉆孔6之間存在地裂活動(dòng)，其活動(dòng)特點(diǎn)與西安地裂縫具有相似性。

圖3 金滹沱地層剖面Fig.3 Stratigraphic section in Jinhutuo village

2.2 杜陵路剖面

杜陵路剖面位于西安市長(zhǎng)安路與杜陵路十字以北的長(zhǎng)安路上，東距金滹沱剖面約2.6km，其地貌及構(gòu)造位置與金滹沱剖面相同。該鉆探剖面長(zhǎng)度超過(guò)1km，向北越過(guò)臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶最北側(cè)的FN斷層，向南延伸至構(gòu)造剝蝕洼地的最低處。其中隱伏破裂帶附近發(fā)現(xiàn)異常后對(duì)鉆探剖面進(jìn)行了加密。鉆探孔深一般20～30m，同樣揭穿了上更新統(tǒng)及中更新統(tǒng)2層古土壤（S1、S2）。剖面方向近南北，揭露的黃土地層層序與金滹沱剖面完全相同（圖4）。

從圖4可以看出，與金滹沱剖面相比，杜陵路剖面S1（）古土壤層頂、層底均呈連續(xù)沉積，隱伏裂縫兩側(cè)地層厚度也無(wú)變化。古土壤層S2（）在裂縫兩側(cè)產(chǎn)生了明顯位錯(cuò)，并且上盤同樣表現(xiàn)出地層增厚的特征。與之相對(duì)應(yīng)，S2（）層之上的中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（）也表現(xiàn)為上盤地層相對(duì)增厚。其中S2（）古土壤層下盤厚度為4.4～4.8m，上盤厚度5.2～5.5m。地層錯(cuò)距約2.6m。

與金滹沱地層剖面類似，杜陵路剖面也揭示出地下水位的跳躍現(xiàn)象，其中南側(cè)鉆孔（33、34、35）地下水位埋深標(biāo)高約442.0m，而北側(cè)勘探孔在均未見(jiàn)地下水（圖4），兩側(cè)地下水位高差至少大于2.0m。

另外，值得提出的是，地層剖面揭露的臨潼—長(zhǎng)安斷裂也反映出該斷裂的北側(cè)斷層FN并未錯(cuò)斷上更新統(tǒng)古土壤S1（）及其上的風(fēng)積黃土（）。其活動(dòng)與斷裂帶內(nèi)的隱伏地裂縫具有同期性。

3 斷裂帶內(nèi)地裂縫活動(dòng)歷史與期次

分析上述地層剖面，可以較合理地推演斷裂帶內(nèi)地裂縫的活動(dòng)期次（由于剖面僅揭穿中更新統(tǒng)古土壤，故活動(dòng)歷史的分析僅限于中更新世以來(lái)）。

在區(qū)域伸展背景下，由于臨潼—長(zhǎng)安斷裂的北降南升活動(dòng)，使得在斷裂帶內(nèi)及斷裂帶上盤出現(xiàn)次生拉張應(yīng)力場(chǎng)，并且這種拉張應(yīng)力一直伴隨臨潼—長(zhǎng)安斷裂的活動(dòng)而存在。在這種拉張應(yīng)力場(chǎng)作用下，受地形地貌等因素的控制，形成了一系列與斷裂近平行的北東向展布的地裂縫。這些地裂縫的構(gòu)造活動(dòng)受臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶的控制，并與渭河盆地的沉積作用同期發(fā)生，因而其表現(xiàn)出同沉積斷層的特征。圖3、圖4均反映出這一特點(diǎn)，無(wú)論是上更新統(tǒng)古土壤S1（），還是中更新世形成的風(fēng)積黃土及S2（）古土壤，均表現(xiàn)出下降盤（上盤）對(duì)應(yīng)地層增厚的現(xiàn)象。

3.1 金滹沱剖面

金滹沱地層剖面（圖3）顯示，晚更新世古土壤S1（）地層的頂面連續(xù)，裂縫兩側(cè)無(wú)明顯錯(cuò)斷跡象，表明晚更新世晚期以來(lái)該區(qū)域相對(duì)穩(wěn)定，地裂縫活動(dòng)趨緩或停止。同時(shí)由于該層底界有明顯錯(cuò)斷，表明晚更新世早期以前曾有顯著活動(dòng)。根據(jù)地層剖面裂縫兩側(cè)對(duì)應(yīng)地層的錯(cuò)距及相應(yīng)地層的厚度變化可知：

圖4 杜陵路地層剖面Fig.4 Stratigraphic section in Du ling Road

（1）S2（）古土壤的厚度在地裂縫上盤略有增厚，總體上與下盤地層厚度相差較小，表明對(duì)應(yīng)這一地層的形成時(shí)期（中更新世中期），地裂縫的活動(dòng)幅度較??；

（3）晚更新世早期形成的古土壤S1（）在裂縫上盤厚度變大，底部界線與裂縫下盤產(chǎn)生錯(cuò)斷，而頂部界線連續(xù)，無(wú)明顯錯(cuò)斷跡象。表明地裂縫的地質(zhì)活動(dòng)一直延續(xù)到晚更新世早期。

（4）自晚更新世晚期以來(lái)，地裂縫活動(dòng)趨緩或停止。黃土沉積在裂縫兩側(cè)無(wú)明顯差異。

3.2 杜陵路剖面

杜陵路地層剖面（圖4）所反映的地裂縫活動(dòng)與金滹沱剖面總體上一致。但活動(dòng)幅度卻較金滹沱為弱。

（1）中更新統(tǒng)古土壤S2（）及其上的中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土（）的厚度在下降盤均有增厚，生長(zhǎng)指數(shù)均為1.15左右，表明地裂縫的活動(dòng)自中更新世中期至晚更新世早期處于一種相對(duì)均衡的緩慢蠕動(dòng)變形；

（2）由于上更新統(tǒng)古土壤及以上地層沉積連續(xù)，未發(fā)生地層錯(cuò)斷，故自晚更新世早期以來(lái)，杜陵路剖面所在地區(qū)地裂縫未發(fā)生活動(dòng)。

綜上所述，臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)的兩個(gè)地層剖面均揭示出地裂縫的存在，并顯示出地裂縫的地質(zhì)歷史活動(dòng)性特征。結(jié)果表明，兩個(gè)地層剖面所反映的地裂縫活動(dòng)規(guī)律具有總體一致性，但又有活動(dòng)強(qiáng)弱程度的差別。其中金滹沱剖面所在位置地裂縫活動(dòng)持續(xù)時(shí)間及強(qiáng)度均大于杜陵路剖面。這也與臨潼—長(zhǎng)安斷裂活動(dòng)性東強(qiáng)西弱的規(guī)律相對(duì)應(yīng)。

4 結(jié)論

（1）臨潼—長(zhǎng)安斷裂是由三條近平行展布的北東向斷層構(gòu)成的北傾張性斷裂帶，每相鄰兩條斷層的間距約2～3km，它們構(gòu)成階梯狀的斷層組合?？碧郊罢{(diào)查表明，斷裂帶內(nèi)存在與斷層反傾的隱伏破裂構(gòu)造（地裂縫）。

（2）根據(jù)已有勘探、調(diào)查成果，隱伏破裂構(gòu)造一般發(fā)育在斷裂帶內(nèi)黃土臺(tái)塬向南側(cè)構(gòu)造剝蝕洼地過(guò)渡的斜坡地帶，這一特征與西安地裂縫發(fā)育在梁洼地貌的洼地北側(cè)極為相似。

（3）根據(jù)臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶內(nèi)的地層勘探剖面，斷裂帶內(nèi)的隱伏破裂構(gòu)造特征也與西安地裂縫類似，其產(chǎn)生與構(gòu)造活動(dòng)受臨潼—長(zhǎng)安斷裂的控制。

（4）根據(jù)斷裂帶內(nèi)的金滹沱地層剖面及杜陵路地層剖面，隱伏破裂構(gòu)造的活動(dòng)主要發(fā)生在晚更新世以前，晚更新世晚期以來(lái)，地層沉積連續(xù)，無(wú)明顯活動(dòng)跡象。

（5）靠近臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶西段的杜陵路地層剖面所反映的地裂縫活動(dòng)強(qiáng)度要小于金滹沱剖面所在地區(qū)，這也與臨潼—長(zhǎng)安斷裂活動(dòng)性東強(qiáng)西弱的規(guī)律相對(duì)應(yīng)。

［1］DBJ 61-6-2006，西安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)規(guī)程［S］.DBJ 61-6-2006，Specification for site investigation and engineering on Xi'an ground fractures［S］.

［2］長(zhǎng)安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院.西安市地鐵四號(hào)線工可階段沿線地裂縫勘察報(bào)告［R］.2011：1-16.Engineering Design and Research Institute of Chang'an University.Survey report of ground fissures along Xi'an subway line 4［R］.2011：1-16.

［3］長(zhǎng)安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院.西安市城市快速軌道交通二號(hào)線詳細(xì)勘察階段沿線地裂縫勘察報(bào)告［R］.2007：1-20.Engineering Design and Research Institute of Chang'an University.Survey report of ground fissures along Xi'an city rapid raid transit line 2 detail investigation phase［R］.2007：1-20.

［4］李永善，等.西安地裂及渭河盆地活斷層研究［M］.北京：地震出版社，1992：38-39.LIYongshan，et al.Research on ground fissures in Xi'an region and active faults in Weihe Basin［M］.Beijing：Earthquake Press，1992：38-39.

［5］張家明，等.西安地裂縫研究［M］.西安.西北大學(xué)出版社，1990：64-68.ZHANG Jiaming，et al.Research on Xi'an Ground Fissure［M］.Xi'an：Northwest University Press，1990：64-68.

［6］彭建兵，張駿，蘇生瑞，等.渭河盆地活動(dòng)斷裂與地質(zhì)災(zāi)害［M］.西安：西北大學(xué)出版社，1992：128-135.PENG Jianbing，ZHANG Jun，SU Shengrui，et al.Active faults and geological hazards in Weihe basin［M］.Xi'an：Northwest University Press，1992：128-135.