王家坟村地裂缝现场调查及可能原因分析

2014-09-11闫小兵扈桂让

山西地震 2014年3期

闫小兵，郭瑾，扈桂让

(1.山西省地震局，山西太原 030021；2.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西太原 030025；

3.成都理工大学，四川成都 610000)

0 引言

在山西地堑系，地裂缝灾害是区内分布广泛、致灾严重的地质灾害。自20世纪中、后期以来，山西地堑系已有多个城市及乡镇发现地裂缝，其数目惊人，危害极大，已成为地裂缝灾害最为发育的地区之一，严重影响着城市建设及国民经济的发展，累计经济损失近百亿元，其中尤以大同、榆次、临汾、运城等城市最为严重和典型。早期的研究认为，地面沉降是地裂缝的成因，这种成因说认为地裂缝是由于过量抽取地下水导致地面大面积沉降而引起，局部地质构造条件对地裂缝的形成只起到有限的控制作用。然而，随着研究工作的不断深入，越来越多的人认为地裂缝以构造成因为主，即地裂缝是由基底伸展断裂系在横向拉张应力场作用下形成的，并同时叠加了地下水开采的影响。如，对大同地裂缝的成因，刘玉海、陈志新均认为大同地裂缝的形成和发展主要受控于基底构造活动，与过量开采地下水没有直接联系[1]，徐锡伟的研究成果支持了这一观点，发现大同铁路分局的地裂缝是隐伏的白马城断层最新一期无震滑动在地表的构造表现，在力学成因上可能与口泉断裂的右旋倾滑运动引起的局部引张效应有关[2]。关于清徐地裂缝的成因，赵晋泉等认为新构造运动是地裂缝形成控制因素，断层活动是地裂缝形成的直接原因，地下水加速了地裂缝的活动①赵晋泉，曾金艳.山西省清徐县境内交城断裂带、地裂缝勘察及地震活动性评价报告，2008.。山西地区其他主要地裂缝灾害严重地区(如，榆次、清徐、临汾、运城等)的调查或勘探结果均显示，地裂缝与隐伏活动断裂或旁侧活动断裂的活动有关[3-5]。

2012年8月至10月，山西省太原市晋源区王家坟村(位置及周围地形见第31页图1)出现以村北中街一排9号朱桂生家为中心，周围涉及20户左右的居民房屋出现不同程度的开裂。笔者与本单位其他人员，于2012年10月26日在收集王家坟村周围断裂相关资料的基础上，对王家坟村出现的房屋开裂进行现场调查，并对地裂缝的产生原因进行初步分析。

1 基础资料收集

根据太原市活断层填图结果，出现地裂缝的王家坟村位于交城断裂主断裂东约300 m处(见第31页图2)。

交城断裂位于太原盆地西缘，北起泥屯盆地西侧山前[6]，向南经迎泽大街、晋祠、清徐、交城至汾阳，全长约130 km。断裂走向NNE转NE，倾向SEE，以正断活动为主，兼有右旋走滑分量。根据十五项目“太原市活动断层地震地质调查与活动性鉴定”的成果[7-8]，该断层为一条全新世活动断层，又据太原基准地震台1979年至2009年短水准形变测量资料，交城断裂现今仍在活动，其垂直位移平均速率为0.95 mm/a，表明断裂全新世以来仍在活动，为全新世活动断裂。

2 现场调查

该次地裂缝调查共涉及包括朱富生在内10户居民的20间房子(见第32页表1)，地裂缝具体开裂情况如第32页图3(照片)所示。据房屋开裂最严重的朱富生介绍，王家坟村地裂开始于2012年8月份，房屋破坏特征主要为房屋沿南北向开裂，且房屋东侧普遍下降(或向下倾斜)。现场在开裂最严重的朱富生家后墙进行测量，裂缝水平开裂最大10 cm，垂直位错最大7～8 cm。此次房屋开裂主要集中于朱富生家周围20多间房子(见第33页图4、图5)，总体上看，开裂房屋主要分布在图5所示的150 m×250 m范围之内。

图1 王家坟村位置及周围地形图

3 成因初步分析

山西断陷盆地内大多数较大规模的地裂缝，其成因主要受活动构造、地下水开采及地层条件、黄土湿陷的地形和地貌条件等4个因素控制[9]，下面将分别讨论这四方面因素对王家坟地裂缝的影响。

(1) 活动构造。

就山西地堑系大多数集中成带较大规模的地裂缝而言，其构造成因的特征比较明显，地裂缝是区内新构造活动在土层内形成的一种破裂迹象，其构造成因的意义在于地裂缝活动的性质和发育规模主要受制于构造作用。从区内地裂缝发育情况看，较大规模的地裂缝带均是沿构造破裂面发育扩展，主要原因是这些构造破裂面是抗变形能力的薄弱面，在应力场状态发生变化的情况下，应变能很容易在薄弱面形成集中而导致破裂面继续扩展，直至延伸至地表形成地裂缝。说明隐伏构造破裂面的存在是地裂缝形成的前提条件。

图2 王家坟村在活断层图上的位置

根据现场调查资料，发现王家坟地裂缝沿近南北方向展布，和交城断裂走向一致；现场房屋破坏主要表现为房屋东侧下降，和交城断裂力学性质一致；王家坟地裂缝与交城断裂的主断裂距离仅为300 m(与次级断裂距离160 m)，初步判定该地裂缝与交城断裂的次级断裂活动有关。但是，从开裂房屋东西侧差异运动情况来看，该裂缝水平开裂最大10 cm，垂直位错最大7～8 cm，此次活动量是比较微弱的。

(2) 地下水开采。

山西地堑系地裂缝活动与地下水开采存在很明显的时空关联特征，有观点认为，地裂缝是由地下水过量开采所引发的地面沉降所致。地面沉降之所以能够诱发地裂缝，主要是由于土层中既存破裂面本身是抗变形的薄弱面，抗拉张变形能力微乎其微，成为对地面沉降形成横向拉张作用十分敏感的部位，在地面发生局部差异性沉降。

图3 地裂缝对民居造成的影响

表1 王家坟地裂缝现场调查情况汇总

根据王家坟村民朱宝生介绍，地裂出现之后，在其家院子里，用洛阳铲开挖一个4.8 m的孔，其水位在2.0～3.0 m左右，比原来水位下降0.8～1.2 m。笔者认为，王家坟地裂缝的出现主要有以下2个原因：房屋修建时，地基处理不好，发生不均匀沉降造成；王家坟村一带地下水位下降，地表土层(地层条件)中原来存在的一些薄弱面，受交城断裂的活动诱发而导致。

(3) 黄土湿陷。

黄土湿陷性是黄土本身在自重或者外部荷重下，受到水浸泡后，结构力迅速破坏，发生下沉的性质。其主要原因是黄土本身是以粘粒和亲水弱的矿物为主，具有大孔结构，天然含水量小，具有粘粒的强结合水连结和盐分的胶结连结，在干燥的时候，可以承担一定的荷重而变形不大，但浸泡水之后，粘粒连结显著减弱，引起土结构变形而产生湿陷。

经实地调查，王家坟一带水位呈下降状态，不具备产生黄土湿陷的必要条件，不需要考虑黄土湿陷对地裂缝的影响。

(4) 地形、地貌环境。

地貌类型是土层岩性、成岩类型、水文地质条件、地形特征等诸多方面的综合反映，山西地堑系地裂缝的发育受地貌影响的形式在不同地区有一定差别。在地堑系边缘，由于两侧的升降差异影响，在地貌单元交接带上往往交替沉积了不同性质、不同成因类型的土层，从而沿单元交接带形成一工程地质条件差异带，使地裂缝沿地貌边界展布。在湿陷性黄土分布区域，地裂缝的发育受地形地势制约，多分布于地势低洼地带。