典型黄土阶地三类场地的隐伏地裂缝识别探讨

王 鑫 李小刚 丁小强 王亚辉

（陕西天地地质有限责任公司，陕西西安 710054）

0 引言

我国地裂缝分布广泛，活动剧烈，对城市工程建设及环境造成严重影响，直接影响城市规划、土地有效利用和生产生活，是工程建设关注的地质灾害类型[1-3]。西安城区是我国地裂缝最为广泛的地区之一，区内地裂缝分布高达14 条，近东西展布，横贯全城。

根据场地勘探标志层的不同，西安地区地裂缝场地可以分为一类、二类、三类[4-6]。地表破裂为一类场地的勘探标志层，上更新统和中更新统红褐色古土壤为二类场地的勘探标志层，不符合一类、二类场地条件的地裂缝场地均属于三类场地[7-8]。其中，三类场地地裂缝具有两个明显的工程地质特征：一是隐蔽性强，没有明显的标志层；二是多处于隐伏状态，地表活动迹象少。目前，此类地裂缝的识别手段主要是工程地质钻探或人工浅层地震。但西安城区内浅层人工地震勘探受到施工条件的限制，更多采用工程地质钻探。对于此类地裂缝的识别，多依据中更新统河湖相（Q2l）地层的沉积旋回、地层错断及沉积特征等综合研判，即当场地内发育隐伏地裂缝时，上更新统底部和中更新统冲积地层被错断，表现为地裂缝南盘（上盘，S 盘）地层相对下降，北盘（下盘，N 盘）地层相对抬升[6]。相较于主城区范围内地裂缝的研究，城区外区域地裂缝特征与展布尤其是三类场地隐伏地裂缝的地质调查还有待进一步开展[6]。基于此，以陕西省西安市城区外某区域典型黄土地层场地为对象，采用地质调查、工程地质钻探等综合手段，调查了场地周边地裂缝的活动特征和发育特征，获取了该区域地裂缝空间分布，对区域内三类场地地裂缝特点进行识别分析，为该区域工程建设及黄土地层三类场地的隐伏地裂缝识别提供借鉴。

1 研究区地质特征

1.1 西安地裂缝现状与活动特征

西安市位于渭河盆地东南隅，该盆地夹持于鄂尔多斯地块与秦岭断隆之间，是典型的断陷盆地。西安即位于盆地中部两个次一级构造单元-西安断陷与骊山断隆的交接部位，分别被渭河断裂、临潼-长安断裂、皂河断裂和浐河断裂所切围。西安地区构造、地貌以及地裂缝走向如图1 所示。

图1 西安地区构造、地貌略图

西安地裂缝主体属“正断层型”活动，表现为垂直错位作用，南盘相对下降，北盘相对上升。活动方式主要为蠕动，地层错距随地层年代的不断增加而持续增加[5,6,9]。西安城内的地裂缝是先后零星发现，发育在特定的构造地貌部位。

西安城区的地裂缝总体走向NE70°-80°，地裂缝向东西两侧延伸，东过灞河，西过皂河[8]。西安地裂缝的典型剖面特征如图2所示。

图2 西安地裂缝剖面特征图

根据收集的西安市地裂缝勘察成果，从该场地西南及东北两侧通过的地裂缝为F3地裂缝，按其走向推测，F3地裂缝呈NEE 向通过本场地北部。沿该地裂缝NEE 走向进行追索，其附近房屋、地面等均未发现裂缝、错台等破坏迹象。上述结果表明，该F3地裂缝在地段活动较弱，破坏不明显，在拟建场地目前尚未见破坏迹象，呈隐伏状。

1.2 研究区工程地质条件

西安某区域位于西安灞桥区灞河东路东侧，西临高速以南、绕城高速以西地区。场地地形平坦，地面标高400.11～400.63 m。地貌单元属灞河一级阶地。据勘探揭露，除表层耕土（Q4ml）外，构成场地地层自上而下依次为第四系全新冲积（Q4al）黄土状土及卵石，上更新统洪积（Q3pl）粉质黏土及卵石，中更新统湖积（Q2l）粉质黏土及卵石（见图3）。

图3 研究区域内地层典型剖面图

根据钻探揭露，拟建场地勘察深度内遇地下水，勘察期属平水期,主要接受大气降水及地表水渗入补给，排泄方式以蒸发、径流为主。按含水介质和埋藏条件，西安地区地下含水层可分为松散岩类孔隙潜水、浅层承压水和深层承压水，其中上部潜水含水层埋深小于50 m。量测的地下水稳定水位埋深37.5～38 m，地下水属潜水类型。

2 地裂缝的识别

2.1 地裂缝初步勘察

根据西安地形地貌及地层沉积特征，结合研究区内场地的地质资料、场地内建筑布置情况对本区域周边地裂缝的分布规律、走向和场地附近地裂缝的分布情况进行分析，得知西安F3 地裂缝延伸线横穿研究区场地。沿本场地西北-东南走向布置一条与F3 地裂缝垂直的地质勘探线0-0'，如图4 所示。区域位置如图1 所示。根据相关规范要求，共布置钻孔11 个，钻孔间距80 m。初步勘察可初步查明本区域隐伏地裂缝可能发育的位置、区域及走向。

图4 地质勘探线0-0'布点图

钻探剖面图如图5 所示，其中D1 到D11 的钻孔深度均小于等于80 m，符合规范要求。根据勘探揭露情况，N 盘土层①到土层⑨自上到下的土层类型和S 盘土层I 到土层Ⅷ自上到下的土层类型基本一致，但是部分土层的厚度和深度不同。

图5 地质勘探线0-0'钻探剖面图

中更新统湖积地层（Q2l）的地裂缝N 盘与S 盘在沉积韵律上出现明显差异，土层厚度差异及错断非常明显。N 盘的土层⑤卵石（Q3pl）为杂色，稍湿，密实。以亚圆形及圆形为主，磨圆度较好，一般粒径3～5 cm，最大粒径10 cm，孔隙以圆砾、中粗砂充填，级配良好，在场地内分布均匀。S 盘土层Ⅴ卵石（Q3pl）与N 盘的土层⑤卵石（Q3pl）的土层厚度与埋深均一致。土层的错断从N 盘的土层⑥和S 盘的土层Ⅵ卵石（Q2l）发生明显变化。从钻探剖面可看出，N 盘的土层⑥粉质黏土（Q2l）与S 盘的土层Ⅶ粉质黏土（Q2l）的错断为19.5 m。

N 盘的土层⑥粉质黏土（Q2l）从钻孔D1 到D6土层厚度从20 m 到6.4 m，逐步递减。S 盘的土层Ⅳ卵石（Q2l）从钻孔D7 到D11 土层厚度从26.6 m 到18.0 m 递减，呈现不规律分布。从图3 可以看出，N盘的土层⑦卵石（Q2l）、土层⑧粉质黏土（Q2l）在相应深度处于S 盘土层Ⅵ卵石（Q2l）、Ⅶ粉质黏土（Q2l）、Ⅷ卵石（Q2l）发生明显错断。

从图5 揭露的土层错断情况分析可知，在钻孔D6 和D7 之间地层出现异常。南侧地层下降，北侧地层上升。根据《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》[7]，埋藏深度40～80 m 的中更新统河湖相地层为判定三类地裂缝场地的标志之一。场地内土层⑥粉质黏土（Q2l）层、土层⑦卵石（Q2l）层、土层⑧粉质黏土（Q2l）层的错断特征非常明显。土层⑥粉质黏土（Q2l）层为中更新统湖积（Q2l）粉质黏土，图3D6 钻孔揭露的错断位置厚6.4 m。由此认定土层⑥粉质黏土（Q2l）层为该场地存在三类地裂缝场地的标志层。

根据图4 布点勘探揭露初步判定，西安某区域的三类场地地裂缝存在于钻孔D6 和D7 之间。场地的中更新统湖积（Q2l）地层地裂缝的N 盘与S 盘在沉积韵律上出现明显差异，N 盘（下盘）砂类土沉积层多且厚，S 盘（上盘）砂类土沉积层少且薄，连续分布，沉积韵律不够协调。需采取详细勘察手段，进一步确定本区域的三类场地地裂缝具体位置及走向。

2.2 地裂缝详细勘察

依据本区域的三类场地地裂缝位置，结合现场实际进一步确定地裂缝走向及具体位置。平行勘探线0-0'沿西北-东南走向再布置勘探线01-0'1'，2-2'，3-3'，4-4'，5-5'，6-6'等6 条勘探线（见图6）。

图6 西北-东南向6 条地质勘探线布置图

沿地质勘探线0-0'的走向在钻孔D6 和D7 之间布置地质勘探线01-0'1'，再先后布置勘探孔DF3、DF4、DF5。勘探线01-0'1'的剖面如图7 所示。在土层错断位置处，同一土层的厚度变化不大，但N 盘与S 盘的地层发生明显错位和突变。土层错断发生在钻孔DF4 和DF5 之间，两钻孔距离为8.61 m，△k＜10 m。

图7 勘探线01-0'1'钻探剖面图

类比勘探线01-0'1'分析的方法，可以得出2-2'，3-3'，4-4'，5-5'，6-6'等另外5 条地质勘探线的异常点位位置DA3、DA5，DB3、DB5，DC5、DC4，DD5、DD4和DE5、DE4。选取典型勘探线6-6'的地质钻探剖面（见图8）。土层错断面位于DE5 和DE4 之间，点DE5 与点DE4 之间的距离为7.61 m，△k＜10 m。可见，在布置多条地质勘探线过程中，需要加密布点。先大间距布孔，再逐步缩小钻孔距离。在钻探取样过程中，遇标志层⑥粉质黏土（Q2l）层埋深异常（见图8）。钻孔DE2 和DE3 之间地层产生异常错断，但是两点距离为29.93 m，需要进一步加密钻探，再布置加密钻孔DE4 和DE5，二者之间距离为7.61 m，并且两个钻孔之间产生地层异常，即可终止钻探。

从本次地质钻探可以看出，终止孔间距7.61～9.63 m，钻孔间距7.61～43.83 m，孔深均为80.0 m，共完成钻孔30 个。另外，在本区域场地2 km2范围内进行了工程地质调查。

对图4 布置的6 条勘探线钻探剖面土层取样分析，结合坐标控制点位置，得出布置的6 条勘探线的异常点位，如表1 所示。可进一步确定本区域的三类场地地裂缝具体位置及走向。

根据表1 中异常位置点数据，绘制异常位置点走向线。N 盘的走向线8-8'和S 盘的走向线9-9'见图9。可以看出，两条线的走向为西南-东北走向，与西安已探明的地裂缝的走向基本一致。

图9 西安某场地异常位置点西南-东北走向图

3 三类场地地裂缝的确定

3.1 成果分析

根据地质调查和地质钻探结果可知，N 盘的土层⑤卵石（Q3pl）以下为粗细粒相沉积旋回不对称土层⑥粉质黏土（Q2l），本土层为标志层。并由土层⑥粉质黏土（Q2l）确定地面的异常位置点，见表1、图7。

根据图7 的异常位置点走向线，结合表1 结果以及图3、图5 和图6 的地质勘探剖面地层分布情况，场地N 盘的勘探线8-8'和场地S 盘的勘探线9-9'之间地裂缝细粒相带明显不对称，整体错断明显。

根据初步勘察和详细勘察阶段布置的共7 条勘探线的钻探结果，结合图3、图5 和图6 的勘探剖面地层分布情况，该场地的错动为南东盘下降、北西盘上升的正断层。存在的勘探相对标志层为埋藏深度38 m 的中更新统河湖相地层。

根据现场地质调查可知，该地裂缝在地段活动较弱，破坏不明显，在拟建场地目前尚未见破坏迹象，呈隐伏状，异常位置点错断线走向呈NEE 向从该场地南部通过。

3.2 地裂缝的确定

根据图9 确定的地面异常位置点，推测的场地地裂缝勘察异常位置点的坐标如表2 所示。地质勘探误差△k=10 m 的区间内，确定的N 盘地面异常点位分别为DA3、DB3、DF4、DC5、DD5 和DE5。

表2 场地地裂缝勘察成果

结合初步勘察阶段D6 和D7 之间发现的土层错断，以及详细勘察确定的勘探线8-8'和9-9'，以N盘确定的异常位置点为准，连接点DA3、DB3、DF4、DC5、DD5、DE5 绘制出地裂缝的走向线，如图10 所示。由此确定出本区域存在的三类场地地裂缝位置及走向。

图10 西安某区域存在的三类场地地裂缝走向线

综合分析可知，该地裂缝贯穿本场地，与西安F3 地裂缝走向和位置有较高的拟合度。综合该区段地裂缝资料，该地裂缝产状走向近NEE，倾向近ES，倾角为约80°。可确定该场地存在西安F3 地裂缝。

4 建议措施

在本场地的工程建设过程中，由于其地面位置是根据土层⑤卵石（Q3pl）层以下的粗细粒相沉积旋回不对称推测至地面得出，在工程建设过程中应确定建筑物合理避让距离[10-11]，综合考虑勘探精度修正值△k为10 m。

在本次调查查明的三类地裂缝两侧应做好防水、排水措施，以免加剧地裂缝的发展；靠近地裂缝两侧的建（构）筑物应加强地基处理及结构刚度。本区域内应严格控制承压水的开采[12-13]，禁止违规凿井。

5 结论

（1）通过地质调查、地质钻探等手段，确定了西安某区域三类场地地裂缝的位置和走向，该场地发育有南东盘下降北西盘上升的地裂缝，符合西安地裂缝F3 的空间展布特征。

（2）区域内的三类地裂缝活动较弱，地表无显示，呈隐伏状，倾向东南，倾角约80°，在拟建场地目前尚未见破坏迹象。

（3）工程建设中应按照规定的避让距离合理规划建设场地，避免因地裂缝发展而造成损失；同时需加强地基处理及结构强度。