关于豫北平原地裂缝展布特征探讨

孟 飞，高 欢

（1.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，河南 郑州 450003；2.河南省地质矿产勘查开发局第二地质矿产调查院，河南 郑州 450001）

0 前言

回溯20 世纪70 年代，豫北平原地裂缝就已经被发现并证实其大量存在，但受制于当时的科学认识与生产实践融合存在普遍的滞后性。自21 世纪初，随着我国社会经济的长足发展，人类工程活动影响程度不断加大，导致豫北地裂缝活动强度持续增强，已逐渐成为我国地裂缝发育及影响程度较大的地区之一。豫北地裂缝已经造成了城市建筑、生命线工程、交通、农田水利设施的直接破坏，使当地居民的生活环境恶化。从展布性特征来看，豫北平原地裂缝与山西断层盆地、汾渭地裂缝存在有不完全相同类型的地裂缝[1]。原因亦不同的。结合现有的研究数据和现场裂缝的调查结果，明确地裂缝的分布特征，有利于发现豫北地裂缝的展布规律及从根本上破解其形成原因。

1 豫北平原地裂缝宏观展布特征

1.1 地裂缝展布的方向特征

从豫北平原区地裂缝延伸的方向可以得出，不同区域与尺度的地裂缝的方向皆近似或近平行于其中一条总体主导方向，且在膨胀发育的过程中始终保持该方向的规律性。目前已基本确定的地裂缝分布于豫北平原及太行山山前倾斜平原区，主要形成于1970 年～1991 年[2]。豫北地区地裂缝沿固定方向延伸，例如NW、NNW、NNE 和NE8O°等固定方向延伸；成带性：各条地裂缝横向多由单条主干裂缝与若干条伴生裂缝共同形成地裂缝带，呈带状沿着一定方向延伸，其中以濮阳县王助乡地裂缝较为典型；上述地裂缝在豫北平原区均有分布，发育强弱程度亦基本对应，具备明显的地域性特点。

1.2 地裂缝展布的密度特征

地裂缝的形成与发育与多种因素相关联在一起，其中既有内动力作用，又同时具备外动力作用如断裂活动、基底活动、地下水抽采、表水入渗、强降雨、采空坍塌等，这些因素对地裂缝的孕育与各个阶段的发育具有自身的影响与贡献。

一般情况下，区域内活动断裂与地裂缝活动的相关度与密度影响最大，其次抽水及灌溉作用、地表水渗入等因素相关度较低。地裂缝在活动断裂沿线或附近区域内和活动断裂的交汇地区较为常见，且其发育强度及密度与周边的断裂活动速率基本相吻合，有明显的地域性特点。滑县—濮阳—南乐县一带，周边构造活动强度较高，与之对应的区带内地裂缝发育程度明显高于其他地区；濮阳县胡状乡地区位于内黄隆起与东明断陷交汇地区，新构造运动十分活跃，则该地区的地裂缝发育程度也十分明显。

地裂缝在形成过程中其演化因还具有多物理参量过程的不可逆性和多重耦合性，故整体上呈现出复杂性的特征。其密度的复杂性可以表现在群体发育、单条发育成因两个方面。对于某一特定地裂缝来说，其发育过程中伴随着孕裂、启裂、成裂不同阶段上的划分，影响地裂缝发育的构造因素、介质因素、水体因素、人为因素（如地下水抽采）等多种作用相互作用，在不同时间段内发挥着彼此不同的作用。于群体地裂缝而言，其特征也有着地域间的差别，成因上的机理与模式也各不相同。根据前人研究已知可造成地裂缝现象的作用有：古河道演化效应、断裂的蠕滑地表响应效应、工程活动灾变效应、地下水抽采效应、地面差异沉降效应、地震的开裂效应等。故而豫北平原地裂缝的形成与发展是多种因素的共同作用下综合影响的结果。

由于所处的地理位置和地形地貌、地质条件、人口密度及人类工程活动的不同，地裂缝发育程度是不均匀的。由本次调查的48 处地裂缝分布规律来看，地裂缝主要集中在濮阳市、焦作市，其地裂缝每1000 km2点密度分别达到了5.97 处和2.4 处[3]，其中濮阳市地裂缝集中发育在南乐县、清丰县；南部地区（新乡市）地裂缝发育数量稍大于北部地区（安阳市），其地裂缝密度分别为0.7 处和0.54 处；济源市未见地裂缝。

表1 地裂缝分布密度统计表

2 豫北平原地裂缝平面展布特征

根据现状已查明地裂缝的相关组合受力方式，可将豫北平原区域发育的地裂缝平面性特征作为单一体系进行相应分析研究。将地裂缝分布区单一体系形态细划归为直线型、平行多字型、折现型和弧线型四种形态。

2.1 直线型展布特征

在裂缝的细微部分中，形成无数个小的X 形共轭剪切接合面，彼此交叉且向相反方向的接合面切线上逐渐延伸，最后演变为直线形与锯齿状地面裂缝。

图1 直线型地裂缝平面形态

2.2 平行多字型展布特征

该地裂缝是指具有一定方向的裂缝，多条裂缝呈大雁型、近似等间距排列，与地裂缝的整体走向形成若干的夹角。主要原因为地裂缝往往受制于活动断裂控制，继承其扭动特征。

2.3 弧型展布特征

由一个或若干个弧形裂缝组成，弧形的凸缘趋近于相同方向，单条地裂缝收敛方向具有一定的指向性。群体弧形地裂缝可相交于许多点，局部块段点的位置各自指向自身的收敛端或前段，或者则沿着一定方向形成突出的弧线，后者相继的弧形排列成为一个螺旋形。这一型式多发生在地下矿业开采形成的采空区周边。

2.4 折线型展布特征

在某一区域内，地裂缝逐渐呈对称状展开，逐渐展布为弧顶状及双翼状的地裂缝形态，发育特性体现为具有一定的折向。

3 豫北平原地裂缝剖面特征

地裂缝的剖面特征为地面以下地裂缝于垂直方向上呈现出的相关特征，平面与剖面形态必然具有某种程度上的联系。

3.1 楔体型

其裂缝于地面主要剖面形态为上宽下窄，中间掺杂且包含地表物质的楔形形态。一般为0.5 m～3.1 m 的深度不等，开口宽度为0.3 m～1.0 m 的楔形裂缝，并于深部逐渐减小朝向。楔型结构地裂缝在水平面形态上伴随产生规模较大的地面塌陷坑，无形之中又加剧了地裂缝灾害的影响程度。

究其主要原因为两点：其一，浅层地表（距地表1 m 左右）最易受到自然条件、人为条件的干扰，自然降雨、沟渠为种植业发展而进行的相关灌溉、城市建设及农业发展而进行的覆土回填等人类活动加剧了地裂缝在地表上部的形成；其二，豫北平原上部地层岩性主要为松散的耕植土、粉土、粉质粘土及粉砂土，地下水和地表农业灌溉活动易在粉砂土地层形成潜蚀空腔，而以上作用是形成楔体型地裂缝的根本因素之一。该种地裂缝剖面形态在豫北平原区地裂缝中最为常见。

图2 濮阳县胡状乡地裂缝剖面

3.2 雁列型

从豫北平原地裂缝剖面形态上看，雁列型地裂缝排列形态主要呈现在主裂缝与次级裂缝之间，也可呈现于相互次级裂缝之间。造成上述现象的主要原因有二。首先，主次地裂缝之间普遍具有较强的关联性，裂缝之间距离相近且呈平行向依次排列；其次，主裂缝的周边的各条次级裂缝，在主裂缝的上下盘皆有分布，造成破裂面在剖面上多表现为雁列形态，其近地表多呈直立状。如安阳市周边地区的地裂缝，主次裂缝之间的间距约为1.2 m～3.2 m，二者近地表于0.8 m～2.0 m 左右呈楔体状展布。

3.3 其它型态

此外地裂缝在相关剖面上的形态还存在其他不同类型，如串珠状、细毛状、结环状、树枝状及复杂的组成形态。特别需要指出的是，豫北平原地裂缝水平面展布特征与其剖面特征普遍存在程度不同的关联，而位于中深部的地裂缝又承受着周边土体岩石对它施加的压力，其稳定形态及结构取决于周边围压情况，越接近地表，围压越小，到达地表时其围压几近于无，从而为该地区地裂缝的形成创造出了相应空间，故豫北平原地裂缝的展布地表形态也因此不同。同时地裂缝的剖面形态也会跟随水平面形态变化而产生相应变化，进一步演化为更复杂的形态结构。

4 结论

通过上述豫北平原区域地裂缝展布特征分析研判，可得出以下结论：

1）在研究区域地裂缝的宏观分布特性有明显的方向性，和地裂缝通常延伸在固定方向上，如NW、NNW、NNE 和NE80°；在分布密度上具有北部整体大于南部的特征。

2）豫北平原区域地裂缝平面展布可划为直线型、平行多字型、折现型和弧线型四种平面形态。

3）豫北平原区域地裂缝灾剖面形态可分为楔体型、雁列型等，其中以楔体型最为常见。