馬玲玲
(山西省地質環境監測中心,山西太原 030024)
地裂縫災害是地質災害的一種,它的發育具有滯后性和持續性,并有繼續發展的可能或趨勢,因此絕不可忽視。近年來,大同市高樓林立,居民生活在供水、供熱及供氣等配套設施方面也有了很大改觀。隨之而來的地裂縫災害日趨嚴重,成為大同市內的主要地質災害。據不完全統計,其災害造成的直接經濟損失約63 849萬元,可見地裂縫災害已嚴重影響大同市區及周邊的社會和經濟發展,同時對當地人民群眾的生命財產也構成了威脅。
1)地裂縫發育現狀。大同市地裂縫最早發現于1983年,當時長不足5 km,其后日益加劇,至1990年形成長10.5 km的地裂縫帶,1994年發展到24 km,截止到2008年已發展到11條,總長度達33.4 km的地裂縫帶,其規模有巨型、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%。規模最大的為南郊鑿井隊地裂縫(f3),總長度達5.5 km,最短為柴油機廠地裂縫(f11),長度0.8 km。
除上述11條地裂縫以外,大同機車廠生產車間亦出現了地裂縫,其地裂縫非構造成因,而是由于人防工程進水黃土濕陷形成的,此次暫不列入討論范圍。
2)地裂縫特征。大同市區11條地裂縫分布及其主要特征詳見表1。
表1 大同地裂縫主要特征統計表
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裂縫組成的地裂縫帶。上盤次級裂縫(35條)多于下盤(23條);活動強度上盤大于下盤;上盤影響寬度大于下盤。
b.地裂縫線性延伸方向性強,大同市發育的11條地裂縫,走向都在NE30°~80°范圍內,且優勢方位NE50°左右,與大同市區斷裂構造主體方向一致。
c.地裂縫在走向上各段活動程度具有差異性,強發育段地裂縫連續,活動程度大,影響寬度大,建筑物破壞嚴重。
d.從剖面上看,活動量較大的次級裂縫,傾角一般在60°~70°,向下延伸與主裂縫相交,由地面至深處,其活動有上弱下強、上寬下窄的特點。
e.根據對11條地裂縫的觀測,具有明顯的三維活動特征,并呈現垂直沉降量>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。大同地裂縫的產生主要是由于地下水超采引起的,地質構造因素主要控制地裂縫的走向。
a.地質因素。區域地質構造線與大同市地質構造線方向一致,優勢方位在NE50°左右,可見大同市地質構造受控于區域地質構造,而地裂縫的發育優勢方位亦為NE50°左右,且各條地裂縫均有下伏斷層,其對應如下:房子村斷層對應機車廠地裂縫、322醫院地裂縫、文化里地裂縫、南郊鑿井隊地裂縫、振華街地裂縫、周家店地裂縫;新添堡斷層對應于新添堡地裂縫;白馬城斷層對應于鐵路分局地裂縫。由此可見,大同市地裂縫的發育與大同市下伏斷層有著密切的關系,地質構造控制著地裂縫的發展方向。
b.人為因素。隨著大同市建設的快速發展,人為地加重了對地下水的開采。地下水超采,導致地下水位下降,形成地下水位降落漏斗區,隨著地下水超采的加劇,降落漏斗不斷擴展,隱伏斷層活動也隨之加劇,從而產生地裂縫。大同市多數地裂縫分布在地下水漏斗區邊緣地帶。1983年和1984年間,由于地下水位下降,大同機車廠漏斗區和城西漏斗區形成,同一時期,機車廠地裂縫(f1)與鐵路分局地裂縫(f7)形成;20世紀80年代末,地下水超采加劇,地下水位大幅下降,導致城西漏斗區向北東方向擴張,與此同時,1989年先后出現了322醫院地裂縫帶(f5)、文化里地裂縫帶(f4)、南郊鑿井隊地裂縫帶(f3)以及振華街地裂縫(f8)。據調查結果統計,大同市地裂縫活動的63%是由于地下水開采造成的,這說明了引發地裂縫災害的主要誘因是地下水超采。
4)地裂縫導致建筑物成災的機理分析。地裂縫導致建筑物成災有兩種情況:
a.墻裂地也裂:建筑物或構筑物墻面破裂,地面上也能找到相應的地裂縫存在。這種墻體的破壞往往是地裂縫活動引起的。
b.地裂墻不裂:對于結構施工質量高的建筑物或構筑物,其相對應的地面已經開裂,但建筑物或構筑物墻體未見開裂。這種情況出現的原因可能是:構造地裂縫發生初期,發生的地裂縫上下盤沒有水平錯位和垂直位移,只有張開,僅造成建筑物的地基懸空。
據國家地震局地質研究的調查研究資料,以下是對該區地裂縫成災機理的分析:
根據淺部物探、化探、槽探、地面變形測量、房屋開裂調查,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。表現為南盤相對下降、北盤上升、張性開裂兼左旋扭動。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、左旋扭動力的共同作用。
5)地裂縫災害造成的經濟損失。根據1992年西安地質學院在《大同城市地質勘察研究》項目調查結果測算,大同地裂縫造成的建筑物破壞損失為832萬元/km,目前大同地裂縫總長度為33.4 km,以此計算損失約為27 789萬元;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30萬元/畝地價考慮,土地破壞造成的經濟損失約為36 060萬元,由此得出大同市地裂縫地質災害總經濟損失約63 849萬元。
1)為解決大同市地下水超采、城市供水緊張的問題,必須盡快尋找新的供水水源;2)對地裂縫發育區要限制繼續增鑿新井,以減輕其對地裂縫附加災害作用;3)在規劃有地裂縫通過的地區時,必須嚴格實施避讓原則;4)建筑物、構筑物結構及強度設計,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構;5)城市規劃與建設必須考慮地裂縫災害的影響因素。
大同市區地裂縫災害的形成、發展大多是由人為因素誘發的,主要是多年過量超采地下水引發隱伏斷層活動而引起的。所以本區應加大地下水超采的管理力度,以減輕地裂縫災害對大同市區經濟建設和農業生產的危害。
[1]王景明.地裂縫及其災害的理論與應用[M].西安:科學技術出版社,2000.
[2]武 強,姜振泉,李云龍.山西斷陷盆地地裂縫災害研究[M].北京:地質出版社,2003.
[3]楊艷萍.大同市平原區地形變初步研究報告[R].太原:山西省地礦局環境地質總站,1991.
[4]賀秀全.山西省地面沉降與地裂縫調查報告[R].太原:山西省地質環境監測中心,2009.
[5]陳 亮.大同市市區及周邊平原區地下水動態分析報告(2003~2007)[R].太原:山西省地質勘查局二一七地質隊,2008.