咸陽(yáng)城區(qū)地裂縫特征及成因探討

王德耀　劉宇峰

摘要：咸陽(yáng)地裂縫可分為新生地裂縫和古地裂縫兩種類(lèi)型，具有走向近NEE與近NNW向兩個(gè)方向的特征，以走向近NEE向地裂縫為主，其次為NNW向地裂縫；地裂縫受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制明顯，走向近NEE向地裂縫分布于渭河北岸斷裂帶及其附近，規(guī)模相對(duì)大，活動(dòng)性強(qiáng)，危害也較大；走向近NNW向地裂縫受隱伏斷裂控制，其活動(dòng)性、規(guī)模、危害相對(duì)較小。地震活動(dòng)和不合理的地下水開(kāi)采是咸陽(yáng)地裂縫形成的誘因，建議咸陽(yáng)城市建設(shè)盡量避開(kāi)地裂縫通過(guò)或可能通過(guò)帶，且以建綠地或公園為主。

Abstract： Xianyang ground fissure can be divided into two types： the new ground fissure and the paleo-ground fissure，which have the characteristics of approaching NEE and NNW， and mainly toward the near NEE to the ground fissure. The ground fissures are obviously controlled by regional geological structure， and the near-NEE geosynclinal fractures are distributed in and around the northern bank fault zone of Weihe River， with relatively large modulus， strong activity and great harm. The near-NNW geosynclinal fracture is controlled by hidden faults， and its activity， scale and damage are relatively small. Seismic activity and irrational groundwater exploitation are the inducements for the formation of the Xianyang ground fissures. It is suggested that the construction of Xianyang city should try to avoid the passage of the ground fissures or the possible passage of the belt as much as possible， and to build green space or park primarily.

關(guān)鍵詞：咸陽(yáng)；地裂縫；渭河；活動(dòng)斷裂

Key words： Xianyang；ground fissures；Weihe River；active fault

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.13+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）32-0179-03

0 引言

咸陽(yáng)城區(qū)地處關(guān)中沖積平原腹地，基底地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)歷史悠久，人口密集，城市建設(shè)強(qiáng)度越來(lái)越大，自20世紀(jì)90年代就發(fā)現(xiàn)有十多處地裂縫[1]，主要分布于東西走向的渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂即渭河三級(jí)階地前緣陡坎附近，地裂縫不僅有現(xiàn)代新生的，也有在漢墓中發(fā)現(xiàn)古代的。不論是何時(shí)形成的地裂縫，均可使地形變形，建筑開(kāi)裂，危害極大。目前沿渭河三級(jí)階地前緣陡坎附近道路、房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)較多，建筑活動(dòng)頻繁，有城市設(shè)施如天然氣管道，加油站等，故關(guān)于這一帶地裂縫的成因及預(yù)防研究就顯的特別重要。

1 地裂縫分布及特征

咸陽(yáng)城區(qū)根據(jù)地裂縫發(fā)育時(shí)間可分為古地裂縫及新生地裂縫，古地裂縫僅見(jiàn)于漢墓墻磚形成的連續(xù)變形開(kāi)裂，可見(jiàn)延伸相對(duì)較短，埋藏深度較大，多已被外來(lái)物質(zhì)充填，開(kāi)裂面相對(duì)顯陳舊，受風(fēng)化時(shí)間較長(zhǎng)；新生地裂縫主要見(jiàn)于地表的連續(xù)開(kāi)裂變形，規(guī)模相對(duì)大，充填少，開(kāi)裂面相對(duì)新鮮，持續(xù)變化。

1.1 新生地裂縫

咸陽(yáng)城區(qū)新生地裂縫主要分布于馬泉鎮(zhèn)—吳家堡—任家咀一帶，長(zhǎng)約15km，在地貌上表現(xiàn)為高差15-20m的陡坎，也就是渭河地塹中渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂通過(guò)之處。地裂縫不均勻地分布在陡坎南北兩側(cè)，寬度約1km，在陡坎附近及以南是主要發(fā)育區(qū)，從西到東具體主要分布在秦都區(qū)馬泉鎮(zhèn)渭店村、趙家村、查田村、安家村、程家村、大泉村、古渡鎮(zhèn)魏家泉村、永安堡村、石斗村、吳家堡村、渭城區(qū)渭陽(yáng)鎮(zhèn)任家咀村。陡坎以北附近主要分布在咸陽(yáng)師范學(xué)院及鐵二十局醫(yī)院等地（圖1）。

大多數(shù)地裂縫總體走向與陡坎一致，呈NEE走向，介于60°-80°之間，其次是與陡坎接近垂直的地裂縫，其走向NNW，約350°。地裂縫在平面上組合形式多樣，主要為單縫形式，其次為多縫形式，如圖1程家地裂縫主體、魏家泉-石斗村地裂縫主體、安家-查田地裂縫主體、趙家地裂縫及任家咀地裂均為單縫。局部地段的群縫有平行排列、雁行斜列、側(cè)接、放射狀排列等多種形式，如安家-查田地裂縫西部呈現(xiàn)三條地裂縫平行排列樣式、咸陽(yáng)師院地裂縫呈大約350°方向雁行式排列樣式（圖2）。

地裂縫在居民區(qū)主要表現(xiàn)為水泥地面的微裂縫紋或小裂縫，縫寬一般為0.1-2cm，向下開(kāi)挖1-2m深有的可見(jiàn)地裂縫的寬度可達(dá)20-30cm，在農(nóng)田內(nèi)地裂縫一般表現(xiàn)為下陷的地峽，地峽寬度從數(shù)公分到1m，下陷深度達(dá)20-30cm，少數(shù)地方出現(xiàn)陷穴或落水洞。

地裂縫地面延伸不長(zhǎng)，呈追蹤狀、鋸齒狀，變化大，單條地裂縫連續(xù)出露長(zhǎng)度最小者不足1m，最長(zhǎng)者有130m，地面變形表現(xiàn)為帶狀連續(xù)狀變化，有的長(zhǎng)度可達(dá)1km，如大泉地裂縫和安家—查田地地裂縫。在剖面上地裂縫可探深度可達(dá)20m，其產(chǎn)狀較陡，介于30-1080m，地裂縫通過(guò)之處有的表現(xiàn)為地面變形，有的表現(xiàn)為房屋開(kāi)裂，建筑物破壞。

地裂縫活動(dòng)主要以水平拉張為主，其裂開(kāi)面粗糙、不平整，鋸齒狀寬窄不一，一般呈追蹤狀延伸，且延伸不遠(yuǎn)，在磚墻往往順磚縫追蹤發(fā)育，偶有切斷磚塊現(xiàn)象，在水泥地面呈樹(shù)枝狀、雁行狀發(fā)育，在農(nóng)田相對(duì)平直，易成地峽狀[1]。

咸陽(yáng)師院地裂縫（圖2）就是新生地裂縫的典型代表，其處于渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂以北，發(fā)育于咸陽(yáng)師院與師院附中交界處，向南斷續(xù)延向鐵二十局，師院院內(nèi)在老圖書(shū)館和老校醫(yī)務(wù)室舊平房上表現(xiàn)最為清楚，總體上呈群縫出現(xiàn)方向?yàn)?30°-350°左右，縫寬介于1-20mm之間，單縫延伸不長(zhǎng)。介于1-4m，多在磚墻中沿縫呈追蹤式發(fā)育，無(wú)切斷磚的現(xiàn)象，有一定的延續(xù)性，在房屋前水泥地面也可見(jiàn)2條地裂縫，而且還是在墻柱前，長(zhǎng)不足1m，表現(xiàn)為自房柱向外裂縫寬度由10mm逐漸尖滅，其次為西側(cè)道路上，也有地裂縫發(fā)育，呈NNW向的樹(shù)枝狀發(fā)育，兩側(cè)道緣也有，以前這里也有小的陷落，現(xiàn)已用水泥填補(bǔ)，據(jù)說(shuō)本條路多次修補(bǔ)，筆者觀察時(shí)前方正在局部補(bǔ)水泥路面。

2006年2月9日晚8點(diǎn)14分，伴隨響聲師院5號(hào)家屬樓出現(xiàn)眾多裂縫變成危樓，居民陸續(xù)搬出最終拆除。該家屬樓以前就有裂縫，據(jù)老住戶(hù)講地下管道漏水并多次維修。筆者觀察開(kāi)裂后的情況發(fā)現(xiàn)，樓體中出現(xiàn)的眾多裂縫方向性強(qiáng)，和老圖書(shū)館的地裂縫方向基本一致，但5號(hào)家屬樓處于前述老圖書(shū)館NNE約100m處，老圖書(shū)館地裂縫按走向延伸不到此，若二者為同一成因，則屬于同一地裂縫帶，并呈雁行式分布，漏水也可能是地裂縫破壞輸水管道所致。

1.2 古地裂縫

古地裂縫主要分布于渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂以北的渭河三級(jí)階地之上，由于時(shí)間長(zhǎng)，風(fēng)化破壞和人類(lèi)活動(dòng)影響，古地裂縫現(xiàn)象不十分典型。2006年3月，咸陽(yáng)師院科技苑大樓開(kāi)挖地基發(fā)現(xiàn)一座大型漢代積沙墓，咸陽(yáng)市文物考古研究所對(duì)該處工地進(jìn)行考古勘探，據(jù)專(zhuān)家介紹，該墓是一座大型多室墓，平面大致呈“甲”字形，由墓道、耳室、墓室和陪葬坑組成。墓葬東西走向，全長(zhǎng)25.4m、總深度14m。根據(jù)推算墓道的復(fù)原長(zhǎng)度為46m，墓道底面平滑堅(jiān)硬。筆者現(xiàn)場(chǎng)觀察磚砌墓道有兩條地裂縫通過(guò)，第一條是走向和墓道近乎平行，大約東西方向，地裂縫通過(guò)南北走向的墻體時(shí)，能切斷二分之一的磚塊，地裂縫緊閉，其余是追蹤磚縫，地裂縫寬數(shù)毫米到2cm，縫內(nèi)有黃土充填，不新鮮，地裂縫通過(guò)處，可見(jiàn)部分磚塊有變形，還有小塊的變形碎磚塊，裂縫面陡立；第二條是走向和墓道近乎垂直的地裂縫，大約350°方向，明顯可見(jiàn)順地裂縫磚塊有下陷現(xiàn)象，變形斜傾的磚面與正常水平磚面形成20°交角，裂縫面通過(guò)處，磚塊移位、變形，剝落，裂縫面陡立，從充填物和磚裂縫看不新鮮，顯年代久遠(yuǎn)之狀（圖3）。

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2 地裂縫形成機(jī)理分析

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的控制

咸陽(yáng)城區(qū)地處汾渭地塹構(gòu)造帶之渭河地塹，橫跨近東西走向的渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂，西接走向NE-SE涇河-灞河斷裂帶[2]，形成渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂以北的咸禮凸起，以南的西安凹陷，涇河-灞河斷裂帶以西的固市凹陷，地貌上表現(xiàn)為咸陽(yáng)塬南及東面均為陡坎，象用刀切的蛋糕，且各個(gè)塊體高低不平。東西走向的渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂規(guī)模極大，從寶雞到渭南數(shù)百公里長(zhǎng)，控制了渭河平原中部的地貌，表現(xiàn)為一大的陡坎，且各處高低不同，該斷裂為一基底斷裂隱伏于第四系之下，南傾，為一高角度正斷層，已經(jīng)歷了多期構(gòu)造活動(dòng)，已切穿第四系覆蓋層，屬于活動(dòng)性斷裂，在咸陽(yáng)沿本斷裂分布有一系列泉水，如從西向東有馬跑泉、大泉、小泉、魏家泉等低溫泉；國(guó)家地震局第二測(cè)量大隊(duì)在1970-1988年對(duì)該斷裂帶進(jìn)行了地形變形測(cè)量，結(jié)果是形變速率為3-4.1mm/a；NE-SE涇河-灞河斷裂帶在地貌上表現(xiàn)為涇河、灞河，斷裂控制了河流流向和河道形態(tài)。另外還有長(zhǎng)安-咸陽(yáng)隱伏斷裂穿過(guò)咸陽(yáng)，這些皆構(gòu)成咸陽(yáng)地裂縫的地質(zhì)背景。

渭河北岸隱伏活動(dòng)斷裂是咸陽(yáng)地裂縫形成的控制性斷裂，在咸陽(yáng)表現(xiàn)為渭河二級(jí)階地與三級(jí)階地的分界，咸陽(yáng)地裂縫主要沿此斷裂及附近分布，絕大多數(shù)地裂縫的走向與本斷裂走向一致，二者位置近乎重合者多，向南有零星平行于此斷裂的地裂縫，向北有零星平行和垂直于此斷裂的渭河三級(jí)階地面的古地裂縫。

近南北向或NNW向的各時(shí)期地裂縫基本平行，這和三級(jí)階地階坡及前緣或咸陽(yáng)二道塬面南緣附近自然溝谷走向基本一致，如大的溝谷有新興路坡、吳家堡坡，塔爾坡及其眾多的小沖溝，筆者認(rèn)為這種有規(guī)律性的排列是受基底構(gòu)所控制，推測(cè)與涇河—灞河或長(zhǎng)安—咸陽(yáng)斷裂有關(guān)。

2.2 地震活動(dòng)的誘發(fā)

據(jù)咸陽(yáng)秦都地震辦張靠社研究，1970年1月1日到2010年7月31日，40年間關(guān)中共發(fā)生地震1107個(gè)，對(duì)震中用經(jīng)緯度定位后，明確發(fā)生在各斷裂上或次一級(jí)的小斷裂上的地震共計(jì)1011個(gè)，占全部地震的91.33%；在“陜西省活動(dòng)斷裂及地震震中分布圖”和“陜西關(guān)中地區(qū)斷裂分布圖”上找不到斷裂的地震共計(jì)96個(gè)，占全部地震的8.67%。渭河斷裂40年來(lái)共發(fā)生地震105個(gè)，其中ML1.0級(jí)以下18個(gè)，ML1.0-1.9級(jí)57個(gè)，ML2.0-2.9級(jí)23個(gè)，ML3.0級(jí)以上7個(gè)。最大地震是1998年1月5日咸陽(yáng)渭城區(qū)正陽(yáng)鎮(zhèn)5.2級(jí)，也是關(guān)中地區(qū)自1970年以來(lái)的最大震級(jí)地震。渭河斷裂上的地震在地理分布上有明顯分段叢集特點(diǎn)，其中從楊凌到咸陽(yáng)市區(qū)就是一段（26個(gè)），2008.5.12汶川地震后，從5月14日到2010年7月，該斷裂共發(fā)生地震60個(gè)，其中2008年17個(gè)，2009年36個(gè)，2010年7個(gè)，是該斷裂自1970年以來(lái)最明顯的叢集時(shí)段，年平均頻次是汶川地震前年頻次的12倍。這明顯是受汶川地震直接影響的結(jié)果，也是關(guān)中渭河地塹對(duì)汶川地震的最早響應(yīng)。

從以上不難看出，絕大部分地震的發(fā)生都是由構(gòu)造斷裂活動(dòng)引起的，構(gòu)造斷裂是地震釋放地應(yīng)力和能量的主要通道，在地應(yīng)力和能量的釋放過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生斷裂兩側(cè)地形變化，故地震是地裂縫發(fā)生的主要誘因，據(jù)唐山工程學(xué)院王景明教授在咸陽(yáng)北邊涇陽(yáng)楊趙-龍泉斷裂觀察，1984沿此斷裂的蒙家溝村南發(fā)生地震時(shí)，邊震邊裂，由小后大，發(fā)展成沿?cái)嗔衙芗蓭У牡亓芽p[3]。像渭河北岸斷裂這類(lèi)地塹構(gòu)造類(lèi)型斷裂是以張應(yīng)力變形為特點(diǎn)，從而多引起平行于主斷裂的地裂縫，由于南側(cè)下降盤(pán)活動(dòng)強(qiáng)，變形大，故與斷裂走向一致的地裂縫多在斷層南側(cè)出現(xiàn)，而NNW向地裂縫是受基底構(gòu)造所控制，在地震活動(dòng)的誘發(fā)下所引起，且相對(duì)遠(yuǎn)離渭河北岸斷層。另外也可以看出渭河北岸斷裂活動(dòng)間歇性特點(diǎn)明顯，這也是咸陽(yáng)古今地裂縫周期性形成的原因。

2.3 地下水的影響

地下水的變化對(duì)于地裂縫的變化有一定的影響，局部可能具有決定的作用。咸陽(yáng)城市自20世紀(jì)50年代開(kāi)始自備井抽取下水，井群自然形成建城區(qū)、3530廠-玻璃廠自備井開(kāi)采區(qū)及彩電、西橡水源地等開(kāi)采區(qū)，大量開(kāi)采的結(jié)果淺層和深層承壓水水頭降低，研究表明部分水頭變化與地裂縫的變化速度與趨勢(shì)基本保持一致，這是因?yàn)榈叵滤^下降，土顆粒孔隙壓力減小或消失，為保持力的平衡，土顆粒發(fā)生移動(dòng)以填補(bǔ)消失的一部分孔隙水壓力，由于這種力的傳遞是由下而上傳到地面就引起地面陷落，形成漏斗[4]，在漏斗北部邊緣與渭河斷裂接壤部分由于引張拉伸作用則形成與近東西向地裂縫，咸陽(yáng)城區(qū)現(xiàn)有不同規(guī)模、不同層次的開(kāi)采漏斗，如市建成區(qū)漏斗和彩虹漏斗等。

另外咸陽(yáng)城區(qū)北高南低，為城市防洪安全需要，還有圍繞老的咸陽(yáng)城區(qū)西、北、東三面修建有防洪渠這一特殊的城市設(shè)施，防洪渠象人的眉毛一樣保護(hù)著咸陽(yáng)老城區(qū)這顆“眼睛”，北部段的防洪渠地處渭河三級(jí)階地前緣，距渭河北岸斷裂較近，走向與渭河北岸斷裂走向基本一致，吳家堡與咸陽(yáng)師院地裂就分布在其兩側(cè)，防洪渠雖然長(zhǎng)期水量不大，但經(jīng)常有水，在2000年以前是自然河道，無(wú)砌護(hù)，2000年以后為了美化環(huán)境做了涵洞，長(zhǎng)期地表水下滲補(bǔ)給下水，必然會(huì)影響防洪渠兩側(cè)地下水位變化，進(jìn)而誘發(fā)渭河三級(jí)階地前緣地裂縫的發(fā)展。

3 總結(jié)

綜上所述，咸陽(yáng)地裂縫可分為新生地裂縫和古地裂縫兩種類(lèi)型，具有走向近NEE與近NNW向兩個(gè)方向的特征，以走向近NEE向地裂縫為主，次為NNW向地裂縫；地裂縫是受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制，走向近NEE向地裂縫分布于渭河北岸斷裂帶及其附近，受活動(dòng)斷裂的控制和影響大，這個(gè)方向的地裂縫規(guī)模相對(duì)大，活動(dòng)性強(qiáng)，危害也較大，走向近NEE向地裂縫受隱伏斷裂控制，其活動(dòng)性、規(guī)模、危害相對(duì)較小，但局部破壞或破壞引起的次生危害更大，如咸陽(yáng)師院5號(hào)家屬樓斷裂前曾曝地基下有滲水，并有維護(hù)，這可能與地裂縫破壞地下水管有關(guān)，推測(cè)是地裂縫及其所引起的次生危害共同作用的結(jié)果。

地震活動(dòng)是形成咸陽(yáng)地裂縫的主要誘因，其次為地下水不合理開(kāi)采。地裂縫要以預(yù)防為主，能避讓盡量避讓。在咸陽(yáng)以近東西向?yàn)橹鞯亓芽p通過(guò)區(qū)，即渭河三級(jí)階地前緣與二級(jí)階地后緣所形成的陡坎南北附近，2000年前沒(méi)有大的建筑物，只有一些傳統(tǒng)的村落，以土窯和民居房屋為主，稍顯荒涼、落后。后來(lái)由于城市的快速發(fā)展，現(xiàn)在在這一帶大興土木，高樓小區(qū)一個(gè)接一個(gè)興起，部分將陡坎推為平地作為大樓地基，有的修有加油站、天燃?xì)赓A存站、醫(yī)院。雖然這一帶地裂縫勘察未發(fā)現(xiàn)，或沒(méi)有活動(dòng)，但由于有地裂縫形成的地質(zhì)背景和活動(dòng)周期，最好不要大興土木，可建成城市公園或綠化帶，為城市服務(wù)。

在地下水的開(kāi)發(fā)中，要合理布局，在保證地下水循環(huán)平衡的條件下合理開(kāi)采，同時(shí)充分利用引黑工程，并隨著引漢入渭南水北調(diào)工作的推進(jìn)，咸陽(yáng)的地下水就會(huì)進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期，咸陽(yáng)地裂縫地質(zhì)災(zāi)害就會(huì)進(jìn)一步減少。

參考文獻(xiàn)：

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