西安市高新區(qū)西太路沿線隱伏地裂縫特征及識(shí)別方法

摘要：西安市地裂縫發(fā)育，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，隱伏地裂縫發(fā)育的三類場(chǎng)地區(qū)域大量暴露，給城市建設(shè)造成安全隱患。以西安市高新區(qū)西太路為例，通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、高精度工程地質(zhì)鉆探勘察等手段，系統(tǒng)揭示了該地區(qū)隱伏地裂縫的發(fā)育特征和兩側(cè)地層沉積差異，提出了隱伏地裂縫的識(shí)別方法。結(jié)果表明：該方法不僅適用于具有明顯斷層標(biāo)志層的區(qū)域，更在無(wú)明顯標(biāo)志層的復(fù)雜地質(zhì)條件下展現(xiàn)出良好的適用性和準(zhǔn)確性。研究成果可為西安地區(qū)三類典型場(chǎng)地中隱伏地裂縫的識(shí)別與監(jiān)測(cè)提供參考。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害； 地裂縫； 鉆探勘察； 西安市

中圖法分類號(hào)：P642.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.S2.006

文章編號(hào)：1006-0081（2024）S2-0019-03

0引言

目前，習(xí)慣把出露和未出露地表的地裂縫統(tǒng)稱為地裂縫［1-3］。隨著西安城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地裂縫活動(dòng)之處，地面及建筑物開(kāi)裂、地下管道錯(cuò)斷等，都對(duì)城市建設(shè)造成了安全隱患。為了更加安全地服務(wù)西安市工程建設(shè)，許多學(xué)者已對(duì)地裂縫進(jìn)行較為深入的研究。張家明、林頌恩等［1-3］根據(jù)第四系松散地層中的勘探標(biāo)志層的不同，將西安地裂縫勘察場(chǎng)地分為3類：① 一類勘察場(chǎng)地，指地裂縫已造成地表破裂且其與錯(cuò)斷上更新統(tǒng)或中更新統(tǒng)的隱伏地裂縫位置相對(duì)應(yīng)，通過(guò)工程地質(zhì)調(diào)繪就可查清;② 二類勘察場(chǎng)地，指地表無(wú)破裂跡象，但場(chǎng)地內(nèi)埋藏有上更新統(tǒng)或中更新統(tǒng)紅褐色古土壤，通過(guò)工程地質(zhì)鉆探觀察古土壤的錯(cuò)斷特征判定;③ 三類勘察場(chǎng)地，指不符合一、二類勘察場(chǎng)地。王立峰［4］通過(guò)工程實(shí)例總結(jié)出中更新統(tǒng)湖相沉積地層的沉積特征，李亞圣［5］通過(guò)實(shí)例總結(jié)出浐灞河階地全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)粗粒相地層作為相對(duì)標(biāo)志層，但是一些工程實(shí)例表明，這一結(jié)論尚有待商榷。

本文研究西安高新區(qū)西太路沿線隱伏地裂縫，其在現(xiàn)有工程建設(shè)中未在地表形成破裂的斷層，但在不均勻沉降達(dá)到一定程度后，可能會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)，在地表形成破裂?；谖鞲咝挛靼驳亓芽p西太路沿線三類勘察場(chǎng)地內(nèi)大量工程實(shí)踐，分析研究了地裂縫兩側(cè)地層沉積差異，提出該地區(qū)隱伏地裂縫的有效識(shí)別方法。

1沿線地貌特征及地裂縫分布

西高新西太路位于西安市西郊，沿線地貌單元主要為Ⅰ級(jí)沖洪積階地（平原），局部為Ⅱ級(jí)沖洪積階地（平原）（圖1）。Ⅰ級(jí)臺(tái)地淺部100 m以內(nèi)自上往下的地層結(jié)構(gòu)如下。

（1） 全新統(tǒng)洪積層。主要為黃土狀土或粉質(zhì)黏土夾砂透鏡體。

（2） 上更新統(tǒng)洪積層。主要為厚層粉質(zhì)黏土夾砂透鏡體，底界深度約40 m。

（3） 中更新統(tǒng)湖相沉積地層。主要為厚層粉質(zhì)黏土夾薄層或粉質(zhì)黏土與中砂不等厚土層。由于該區(qū)域地裂縫為隱伏斷層，無(wú)地表破壞跡象，且不存在古土壤標(biāo)志層，所以屬于地裂縫三類勘察場(chǎng)地。

目前，西高新西太路已查明的地裂縫從北向南分布依次為f8，f9和f′9，f10，f11及f12。

2沿線地裂縫勘探方法及工作量布置

目前，查明地裂縫的勘察手段主要為鉆探和人工地震反射波法。根據(jù)DBJ 61/T182-2021 《西安地裂縫場(chǎng)地勘察與工程設(shè)計(jì)規(guī)程》，人工地震反射波法僅適用于長(zhǎng)度大的線狀工程（地鐵、管廊等），且尚需對(duì)探明的異常點(diǎn)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。在實(shí)際排查工作中，最主要采用的判別地裂縫的勘察手段仍是鉆探。

西高新西太路沿線三類場(chǎng)地的相對(duì)標(biāo)志層為埋藏深度在40 m以下的中更新統(tǒng)湖相沉積地層，因此該區(qū)域地裂縫勘察鉆孔深度不應(yīng)小于80 m。由于該區(qū)域地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若鉆孔間距過(guò)大，易導(dǎo)致地層劃分出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此勘探鉆孔間距宜為40～50 m，在地層異常地段應(yīng)加密鉆孔，確定三類標(biāo)志層錯(cuò)斷的相鄰鉆孔間距不應(yīng)大于10 m。中更新統(tǒng)湖相沉積地層在地裂縫兩側(cè)由于本身沉積韻律不清晰，粗粒相沉積砂土層多以?shī)A層或透鏡體形式存在，因此相對(duì)標(biāo)志層應(yīng)具有一定延伸性。

在具體布置中，首先收集周邊已有的地裂縫勘察資料，判斷出地裂縫大致走向，在場(chǎng)地內(nèi)布置1～2條鉆探勘探線，控制地裂縫可能發(fā)育的區(qū)域。由于西安地裂縫走向多為北東向，排查剖面可沿場(chǎng)地西北角-東南角連線布設(shè)，孔間距40 m，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)時(shí)，再在異常兩個(gè)鉆孔中間增加勘探點(diǎn)，最終加密至孔間距不大于10 m為止，一般情況下加密兩個(gè)鉆孔即可滿足勘察精度要求。然后，根據(jù)已查明的地裂縫位置，沿地裂縫走向，向排查剖面兩側(cè)進(jìn)行追蹤勘察，具體布置時(shí)可在推測(cè)地裂縫位置處和沿垂直地裂縫走向方向兩側(cè)各20 m布置鉆孔，如發(fā)現(xiàn)異常可中間加密1個(gè)鉆孔，如無(wú)異常，可再沿垂直地裂縫走向方向兩側(cè)各20 m布置鉆孔，直至找出異常點(diǎn)為止，一般情況下6～7個(gè)鉆孔即可完成。這樣可以準(zhǔn)確查明地裂縫位置，最大限度節(jié)約勘探工作量。

3沿線地裂縫識(shí)別特征

本文研究了西太路沿線共計(jì)52個(gè)工程項(xiàng)目。西太路沿線從北至南共有6條地裂縫，本次收集到工程項(xiàng)目具體對(duì)應(yīng)的地裂縫見(jiàn)表1。

通過(guò)工程鉆探收集了該區(qū)域各條地裂縫勘探典型剖面，由鉆探剖面和相對(duì)標(biāo)志層層底埋深（表2）可知，大多數(shù)情況下，全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)洪積地層沉積相對(duì)較好，無(wú)明顯的地層錯(cuò)斷跡象，無(wú)法確定地裂縫位置，而中更新統(tǒng)湖相沉積地層在沉積韻律上有沉積旋回和明顯的不連續(xù)現(xiàn)象，并且呈現(xiàn)下盤(pán)上升上盤(pán)相對(duì)下降規(guī)律。通過(guò)分析中更新統(tǒng)湖相地層的沉積旋回和每一沉積旋回地層的平面分布特征，根據(jù)西安地裂縫的傾向、傾角，可推斷隱伏地裂縫的地面位置，西安主地裂縫傾向?yàn)槟蟽A，次地裂縫傾向?yàn)楸眱A，傾角一般約為80°。

由表2可知，在80 m深度范圍內(nèi)，判別三類場(chǎng)地隱伏地裂縫的相對(duì)標(biāo)志層主要分布在40～70 m，且都具有一定的連續(xù)性，一般以連續(xù)性較好的粗粒相沉積地層作為相對(duì)標(biāo)志層，多個(gè)粗粒相沉積地層夾薄層細(xì)粒相地層可以作為同一套相對(duì)標(biāo)志層進(jìn)行判別。由于地層中粗粒相砂類土的對(duì)比性較差，錯(cuò)斷產(chǎn)生的斷距一般難以確定。

地裂縫造成的差異主要表現(xiàn)為地裂縫兩側(cè)沉積韻律差異和相對(duì)標(biāo)志層不連續(xù)現(xiàn)象，大致有幾種表現(xiàn)形式：① 一側(cè)為粗粒相沉積，而另一側(cè)為細(xì)粒相沉積，不存在尖滅現(xiàn)象；② 兩側(cè)粗粒相沉積不連續(xù)，有明顯的錯(cuò)斷痕跡；③ 兩側(cè)粗粒相沉積的厚度一側(cè)較厚，而另一側(cè)較薄，差異明顯。

4存在的問(wèn)題

除了深孔鉆探和人工地震反射波法之外，其他勘探手段和方法已被證明有效，但準(zhǔn)確性較差，如氡氣測(cè)量、高密度電法等。該方法在地裂縫分布地段能反映出異常，但引起異常的可能因素較多，在探查地段往往測(cè)到較多的異常值而不能判定異常值是否由地裂縫所引起；即使準(zhǔn)確，其位置誤差也較大，因此這些手段已不被采用。

由于三類場(chǎng)地隱伏地裂縫地表無(wú)出露痕跡，也不像二類勘察場(chǎng)地能夠根據(jù)紅褐色古土壤層的錯(cuò)斷來(lái)直觀識(shí)別，需要對(duì)地層的沉積特征進(jìn)行分析，以進(jìn)一步確定地裂縫的位置，但不同的專家可能會(huì)對(duì)地質(zhì)剖面有不同的判斷。因此，三類場(chǎng)地的地裂縫勘察仍然難度較大，目前還無(wú)法提出確定地裂縫錯(cuò)斷的簡(jiǎn)單有效判定標(biāo)準(zhǔn)。

5結(jié)語(yǔ)

對(duì)于西高新西太路沿線，通過(guò)大量工程鉆探剖面可以看出，中更新統(tǒng)湖相地層沉積韻律的變化和相對(duì)標(biāo)志層的不連續(xù)現(xiàn)象可以作為判別斷層（隱伏地裂縫）的證據(jù)之一。對(duì)于整個(gè)三類勘察場(chǎng)地是否還有其他判別依據(jù)，還需進(jìn)行后續(xù)研究。本文結(jié)合西太路沿線各條地裂縫的鉆探剖面，提出三類場(chǎng)地地裂縫識(shí)別的一些特征，為西安地區(qū)三類典型場(chǎng)地中隱伏地裂縫的識(shí)別與監(jiān)測(cè)提供了參考。

西安地裂縫的勘察與研究已有40多年歷史，獲得許多寶貴的資料和經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)三類場(chǎng)地地裂縫的判別仍無(wú)簡(jiǎn)單有效的判定標(biāo)準(zhǔn)，這是今后地裂縫勘探研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，尚需業(yè)內(nèi)同仁深入研究。

致謝

本文承蒙研究西安地裂縫的資深專家張家明教授審閱并提出寶貴意見(jiàn)，謹(jǐn)表衷心感謝！

參考文獻(xiàn)：

［1］張家明.西安地裂縫研究［M］.西安：西北大學(xué)出版社，1990.

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［3］林頌恩，李珍英.對(duì)西安地裂縫幾個(gè)問(wèn)題的看法［J］.勘察科學(xué)技術(shù)，2006（1）：43-47.

［4］王立峰，姜可夢(mèng)，吳群昌，等.西安地裂縫勘察研究的新進(jìn)展［J］.城市勘測(cè)，2006（6）：74-77.

［5］李亞圣.有關(guān)西安地裂縫問(wèn)題的幾點(diǎn)分析（勘察中）［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2010.

（編輯：李慧）