大同市地裂縫災(zāi)害分析及防治

馬玲玲

(山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山西太原 030024)

0 引言

地裂縫災(zāi)害是地質(zhì)災(zāi)害的一種，它的發(fā)育具有滯后性和持續(xù)性，并有繼續(xù)發(fā)展的可能或趨勢(shì)，因此絕不可忽視。近年來(lái)，大同市高樓林立，居民生活在供水、供熱及供氣等配套設(shè)施方面也有了很大改觀。隨之而來(lái)的地裂縫災(zāi)害日趨嚴(yán)重，成為大同市內(nèi)的主要地質(zhì)災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，其災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約63 849萬(wàn)元，可見(jiàn)地裂縫災(zāi)害已嚴(yán)重影響大同市區(qū)及周邊的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷纳?cái)產(chǎn)也構(gòu)成了威脅。

1 地裂縫分析

1)地裂縫發(fā)育現(xiàn)狀。大同市地裂縫最早發(fā)現(xiàn)于1983年，當(dāng)時(shí)長(zhǎng)不足5 km，其后日益加劇，至1990年形成長(zhǎng)10.5 km的地裂縫帶，1994年發(fā)展到24 km，截止到2008年已發(fā)展到11條，總長(zhǎng)度達(dá)33.4 km的地裂縫帶，其規(guī)模有巨型、大型、中型，以大型為主，其中中型地裂縫2條，占18%，大型地裂縫8條，占73%，巨型地裂縫1條，占9%。規(guī)模最大的為南郊鑿井隊(duì)地裂縫(f3)，總長(zhǎng)度達(dá)5.5 km，最短為柴油機(jī)廠地裂縫(f11)，長(zhǎng)度0.8 km。

除上述11條地裂縫以外，大同機(jī)車廠生產(chǎn)車間亦出現(xiàn)了地裂縫，其地裂縫非構(gòu)造成因，而是由于人防工程進(jìn)水黃土濕陷形成的，此次暫不列入討論范圍。

2)地裂縫特征。大同市區(qū)11條地裂縫分布及其主要特征詳見(jiàn)表1。

表1 大同地裂縫主要特征統(tǒng)計(jì)表

地裂縫特征概述:

a.從平面展布上看，地裂縫是由主裂縫及其伴生的次級(jí)裂縫組成的地裂縫帶。上盤次級(jí)裂縫(35條)多于下盤(23條);活動(dòng)強(qiáng)度上盤大于下盤;上盤影響寬度大于下盤。

b.地裂縫線性延伸方向性強(qiáng)，大同市發(fā)育的11條地裂縫，走向都在NE30°～80°范圍內(nèi)，且優(yōu)勢(shì)方位NE50°左右，與大同市區(qū)斷裂構(gòu)造主體方向一致。

c.地裂縫在走向上各段活動(dòng)程度具有差異性，強(qiáng)發(fā)育段地裂縫連續(xù)，活動(dòng)程度大，影響寬度大，建筑物破壞嚴(yán)重。

d.從剖面上看，活動(dòng)量較大的次級(jí)裂縫，傾角一般在60°～70°，向下延伸與主裂縫相交，由地面至深處，其活動(dòng)有上弱下強(qiáng)、上寬下窄的特點(diǎn)。

e.根據(jù)對(duì)11條地裂縫的觀測(cè)，具有明顯的三維活動(dòng)特征，并呈現(xiàn)垂直沉降量＞水平張量＞水平扭量，其比值為垂直沉降量∶水平張量∶水平扭量 =10∶6∶1。

3)地裂縫成因分析。大同地裂縫的產(chǎn)生主要是由于地下水超采引起的，地質(zhì)構(gòu)造因素主要控制地裂縫的走向。

a.地質(zhì)因素。區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造線與大同市地質(zhì)構(gòu)造線方向一致，優(yōu)勢(shì)方位在NE50°左右，可見(jiàn)大同市地質(zhì)構(gòu)造受控于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造，而地裂縫的發(fā)育優(yōu)勢(shì)方位亦為NE50°左右，且各條地裂縫均有下伏斷層，其對(duì)應(yīng)如下:房子村斷層對(duì)應(yīng)機(jī)車廠地裂縫、322醫(yī)院地裂縫、文化里地裂縫、南郊鑿井隊(duì)地裂縫、振華街地裂縫、周家店地裂縫;新添堡斷層對(duì)應(yīng)于新添堡地裂縫;白馬城斷層對(duì)應(yīng)于鐵路分局地裂縫。由此可見(jiàn)，大同市地裂縫的發(fā)育與大同市下伏斷層有著密切的關(guān)系，地質(zhì)構(gòu)造控制著地裂縫的發(fā)展方向。

b.人為因素。隨著大同市建設(shè)的快速發(fā)展，人為地加重了對(duì)地下水的開采。地下水超采，導(dǎo)致地下水位下降，形成地下水位降落漏斗區(qū)，隨著地下水超采的加劇，降落漏斗不斷擴(kuò)展，隱伏斷層活動(dòng)也隨之加劇，從而產(chǎn)生地裂縫。大同市多數(shù)地裂縫分布在地下水漏斗區(qū)邊緣地帶。1983年和1984年間，由于地下水位下降，大同機(jī)車廠漏斗區(qū)和城西漏斗區(qū)形成，同一時(shí)期，機(jī)車廠地裂縫(f1)與鐵路分局地裂縫(f7)形成;20世紀(jì)80年代末，地下水超采加劇，地下水位大幅下降，導(dǎo)致城西漏斗區(qū)向北東方向擴(kuò)張，與此同時(shí)，1989年先后出現(xiàn)了322醫(yī)院地裂縫帶(f5)、文化里地裂縫帶(f4)、南郊鑿井隊(duì)地裂縫帶(f3)以及振華街地裂縫(f8)。據(jù)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，大同市地裂縫活動(dòng)的63%是由于地下水開采造成的，這說(shuō)明了引發(fā)地裂縫災(zāi)害的主要誘因是地下水超采。

4)地裂縫導(dǎo)致建筑物成災(zāi)的機(jī)理分析。地裂縫導(dǎo)致建筑物成災(zāi)有兩種情況:

a.墻裂地也裂:建筑物或構(gòu)筑物墻面破裂，地面上也能找到相應(yīng)的地裂縫存在。這種墻體的破壞往往是地裂縫活動(dòng)引起的。

b.地裂墻不裂:對(duì)于結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量高的建筑物或構(gòu)筑物，其相對(duì)應(yīng)的地面已經(jīng)開裂，但建筑物或構(gòu)筑物墻體未見(jiàn)開裂。這種情況出現(xiàn)的原因可能是:構(gòu)造地裂縫發(fā)生初期，發(fā)生的地裂縫上下盤沒(méi)有水平錯(cuò)位和垂直位移，只有張開，僅造成建筑物的地基懸空。

據(jù)國(guó)家地震局地質(zhì)研究的調(diào)查研究資料，以下是對(duì)該區(qū)地裂縫成災(zāi)機(jī)理的分析:

根據(jù)淺部物探、化探、槽探、地面變形測(cè)量、房屋開裂調(diào)查，查明大同鐵路分局地裂縫以垂直升降為主，水平引張為輔，兼左旋，屬左旋張性正斷層。表現(xiàn)為南盤相對(duì)下降、北盤上升、張性開裂兼左旋扭動(dòng)。因此，分布在地裂縫帶上的建筑物將呈三維空間破壞:即受到垂直升降、水平拉張、左旋扭動(dòng)力的共同作用。

5)地裂縫災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)1992年西安地質(zhì)學(xué)院在《大同城市地質(zhì)勘察研究》項(xiàng)目調(diào)查結(jié)果測(cè)算，大同地裂縫造成的建筑物破壞損失為832萬(wàn)元/km，目前大同地裂縫總長(zhǎng)度為33.4 km，以此計(jì)算損失約為27 789萬(wàn)元;大同地裂縫避讓帶寬度為24 m，故造成的土地破壞面積為1 202畝，以30萬(wàn)元/畝地價(jià)考慮，土地破壞造成的經(jīng)濟(jì)損失約為36 060萬(wàn)元，由此得出大同市地裂縫地質(zhì)災(zāi)害總經(jīng)濟(jì)損失約63 849萬(wàn)元。

2 防治對(duì)策

1)為解決大同市地下水超采、城市供水緊張的問(wèn)題，必須盡快尋找新的供水水源;2)對(duì)地裂縫發(fā)育區(qū)要限制繼續(xù)增鑿新井，以減輕其對(duì)地裂縫附加災(zāi)害作用;3)在規(guī)劃有地裂縫通過(guò)的地區(qū)時(shí)，必須嚴(yán)格實(shí)施避讓原則;4)建筑物、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)，必須考慮地裂縫的危害，特別是管線工程，跨越地裂縫必須使用抗變形結(jié)構(gòu);5)城市規(guī)劃與建設(shè)必須考慮地裂縫災(zāi)害的影響因素。

3 結(jié)語(yǔ)

大同市區(qū)地裂縫災(zāi)害的形成、發(fā)展大多是由人為因素誘發(fā)的，主要是多年過(guò)量超采地下水引發(fā)隱伏斷層活動(dòng)而引起的。所以本區(qū)應(yīng)加大地下水超采的管理力度，以減輕地裂縫災(zāi)害對(duì)大同市區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害。

［1］王景明.地裂縫及其災(zāi)害的理論與應(yīng)用［M］.西安:科學(xué)技術(shù)出版社，2000.

［2］武 強(qiáng)，姜振泉，李云龍.山西斷陷盆地地裂縫災(zāi)害研究［M］.北京:地質(zhì)出版社，2003.

［3］楊艷萍.大同市平原區(qū)地形變初步研究報(bào)告［R］.太原:山西省地礦局環(huán)境地質(zhì)總站，1991.

［4］賀秀全.山西省地面沉降與地裂縫調(diào)查報(bào)告［R］.太原:山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，2009.

［5］陳 亮.大同市市區(qū)及周邊平原區(qū)地下水動(dòng)態(tài)分析報(bào)告(2003～2007)［R］.太原:山西省地質(zhì)勘查局二一七地質(zhì)隊(duì)，2008.