郭 萌，王 榮，王海剛，姜 媛，劉明坤，田 芳

（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195；2.北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，北京 100195）

北京土溝—高麗營地裂縫成因分析

郭 萌1，王 榮2，王海剛2，姜 媛2，劉明坤2，田 芳2

（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，北京 100195；2.北京市水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊，北京 100195）

傳統(tǒng)觀點認為北京土溝—高麗營一線的地裂縫是沿黃莊—高麗營斷裂帶由地面沉降誘發(fā)的復(fù)合型地裂縫，且地面沉降在地裂縫位錯量中貢獻率較大。本文通過對槽探、物化探成果和地裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析，認為黃莊—高麗營斷裂的活動是該地裂縫形成和發(fā)育的控制因素和主要動力，地面沉降只是加劇了地裂縫發(fā)育規(guī)模和加大了活動速率，而非誘發(fā)因素，從而得出土溝—高麗營地裂縫屬構(gòu)造型地裂縫這一結(jié)論。

地裂縫；成因；構(gòu)造型地裂縫；不均勻沉降

0 前言

在進行北京地面沉降調(diào)查和北京規(guī)劃新城勘查中，發(fā)現(xiàn)北京許多地方發(fā)育有地裂縫，并已經(jīng)對道路、房屋等構(gòu)（建）筑物造成了嚴重的破壞。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)許多地裂縫是沿活動斷裂發(fā)育的。因此，普遍認為地裂縫的成因是：由于活動斷裂兩側(cè)的第四系地層巖性及厚度的差異，使地下水開采造成的地面沉降在斷層兩側(cè)出現(xiàn)沉降差，從而在地表形成地裂縫，屬復(fù)合型地裂縫[1]。

隨著勘察和研究工作的深入，通過在北京地面沉降監(jiān)測研究、北京規(guī)劃形成前期區(qū)域工程地質(zhì)勘查、未來科技城地裂縫專項勘查等項目中采用多種物探、鉆探、槽探及監(jiān)測等手段在對黃莊—高麗營等活動斷裂和地裂縫關(guān)系的研究成果對上述結(jié)論有了進一步的新認識。

地裂縫作為地質(zhì)災(zāi)害類型之一，已對北京城市規(guī)劃建設(shè)造成了嚴重影響，同時也威脅到了人們的生命財產(chǎn)安全。要避免地裂縫場地在今后建設(shè)中發(fā)生新的損失，有效地利用寶貴的土地資源，就必須合理地防治地裂縫災(zāi)害。然而，不同成因的地裂縫采取的防治措施不同。因此，正確的判定地裂縫的成因類型是選擇地裂縫防治措施的重要依據(jù)。

1 關(guān)于地裂縫成因類型的劃分

地裂縫泛指地表巖土體中產(chǎn)生的一種線性破裂現(xiàn)象。地裂縫的種類很多，分類的方法也很多，這里我們根據(jù)成因不同將地裂縫分為構(gòu)造地裂縫、非構(gòu)造地裂縫和復(fù)合型地裂縫。

（1）構(gòu)造地裂縫

構(gòu)造地裂縫是指由地球內(nèi)動力地質(zhì)作用產(chǎn)生的地裂縫，它的形成與斷層、地震作用和區(qū)域應(yīng)力場有直接關(guān)系[2]。因此，構(gòu)造地裂縫又可分為地震地裂縫和斷層地裂縫。通常把大地震過程中產(chǎn)生的地裂縫稱為地震地裂縫；因斷層長期活動作用而形成的地裂縫稱為斷層地裂縫。這種地裂縫具有明顯的方向性，統(tǒng)一的活動方式和與斷層走向的一致性以及下部與活斷層直接相連或受到下伏活斷層的控制等特征。總之，構(gòu)造地裂縫由于是地球內(nèi)動力地質(zhì)作用產(chǎn)生的，屬不可抗力。因此，防治措施以避讓為主。

（2）非構(gòu)造地裂縫

非構(gòu)造地裂縫是指由各種外動力地質(zhì)作用產(chǎn)生得地裂縫，這種地裂縫種類繁多、成因各異。主要有滑坡、崩塌地裂縫；塌陷地裂縫；特殊土變異地裂縫；不均勻沉降地裂縫；凍脹、干旱地裂縫等。這類地裂縫根據(jù)其成因采取相應(yīng)的工程措施是可以進行治理的。

（3）復(fù)合型地裂縫

復(fù)合型地裂縫是指由內(nèi)、外動力地質(zhì)作用，共同作用產(chǎn)生的地裂縫。其特點必須是內(nèi)外動力共同作用，缺一不可。內(nèi)動力往往作為控制因素，而外動力往往作為誘發(fā)因素。筆者認為起加劇或加速作用的都不能算作是共同作用。區(qū)別在于，如果沒有加劇或加速這類作用地裂縫也會產(chǎn)生。而如果沒有誘發(fā)因素則不會產(chǎn)生地裂縫。這種類型的地裂縫可以采取控制誘發(fā)因素來進行防治。

2 土溝—高麗營地裂縫構(gòu)造成因的論據(jù)

（1）土溝—高麗營地裂縫具有備了構(gòu)造地裂縫的所有特征

①地裂縫具有明顯的方向性并與斷層走向一致

在平面分布上：（見圖1）從圖中可以看出，土溝—高麗營地裂縫，沿西王路、唐自頭、肉雞廠、土溝和八仙別墅分布，有明顯的線性特征；其走向與黃莊—高麗營斷裂帶的走向基本一致，并具有明顯的方向性。

圖1 地裂縫發(fā)育位置圖

②具有統(tǒng)一的活動方式

從單點破壞特征來看，西王路，經(jīng)唐自頭村、京承高速路，穿土溝村、北七家衛(wèi)生院直至八仙別墅一線地裂縫帶上，住房墻體及墻基地坪開裂均表現(xiàn)為東南側(cè)下降，西側(cè)相對上升且有水平扭動，呈現(xiàn)右旋特征，與黃莊—高麗營斷裂東南盤下降，西北盤上升，呈正斷的性質(zhì)相一致。見照片1。

照片1 地裂縫破壞建筑物圖

③地裂縫下部與斷裂相連

通過多種物化探手段相結(jié)合的多條綜合剖面探測，查清了地裂縫和活動斷裂由基巖至淺表地層的空間展布狀態(tài)?？梢姷亓芽p與下部構(gòu)造斷裂面呈明顯的重接復(fù)合關(guān)系，表明該地裂縫與黃莊—高麗營斷裂直接相連。

以綜合物探剖面1為例，見圖2。可控源KⅠ測線測試結(jié)果反映深部基巖錯動的狀況，反演電阻率斷面結(jié)果顯示，受斷裂控制基巖埋深表現(xiàn)為西部淺，東部變深。淺層地震ZI測線測試結(jié)果反映深部第四系地層狀態(tài)，在地裂縫和斷裂發(fā)育位置處同相軸有明顯錯斷，存在斷點。地質(zhì)雷達L1測線測試結(jié)果反映淺部地層狀態(tài)，在地裂縫發(fā)育處有探測異常帶。氡氣探測反映淺表地層狀態(tài)，從氡氣測量D1線結(jié)果可知，在地表地裂縫發(fā)育處附近該剖面出現(xiàn)多處氡異常區(qū)，是其背景值的7倍左右，氡異常最為突出。

照片2 11號探槽地層錯動

圖2 綜合物探剖面1解譯圖

綜合剖面1組探測線南側(cè)開挖的11號探槽內(nèi)地層有明顯錯動（見照片2），且錯動直達地表。在探測線北側(cè)華都肉雞場圍墻上有明顯的墻體開裂現(xiàn)象，可見該處地裂縫是基底斷裂活動在地表淺部的延伸，地裂縫與下部構(gòu)造斷裂面呈明顯的重接復(fù)合關(guān)系。

④地裂縫受下伏活斷層和內(nèi)動力地質(zhì)作用的控制

通過西王路地裂縫監(jiān)測站2009年的監(jiān)測資料表明，該地裂縫上下盤地表位錯量達18mm[4]。與黃莊—高麗營斷裂一樣表現(xiàn)為上盤下降的正斷層特征。與斷裂有統(tǒng)一的活動方式。特別是在今年3月11日日本發(fā)生的大地震時，該地裂縫產(chǎn)生了突變。三維地表位移監(jiān)測結(jié)果顯示，日本大地震前后，黃莊—高麗營斷裂地表變形在水平扭動、水平拉張和垂直方向均有異常變化。地震發(fā)生的3月11日1時至19時，水平扭動位移了5.3mm，水平拉張位移1.58mm，垂直位移0.11mm，其中11時至17時變化最大（圖3），相對最大值達到8.89mm。是2010年日平均變化速率的2650倍，10倍，4.4倍，充分說明該地裂縫是在地球的內(nèi)動力作用下產(chǎn)生的。

圖3 西王路地裂縫3月11日水平扭動和水平拉張變化曲線圖

綜上所述，通過大量探槽、物化探綜合剖面解譯成果和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果，都反映出土溝—高麗營地裂縫的特征與構(gòu)造地裂縫的特征完全一致。是內(nèi)動力地質(zhì)作用的產(chǎn)物，所以，筆者認為土溝—高麗營地裂縫的成因類型應(yīng)該屬于構(gòu)造地裂縫。

（2）土溝—高麗營地裂縫不是地面沉降誘發(fā)的

①地面沉降不可能產(chǎn)生水平錯動

通過西王路地裂縫監(jiān)測站監(jiān)測資料表明，該地裂縫不僅存在垂直位移，也存在著水平位移。而北京地面沉降是由過量開采地下水使地層產(chǎn)生壓縮變形而產(chǎn)生的，不可能產(chǎn)生水平位移，所以可以斷定該地裂縫不是由地面沉降誘發(fā)的。

②地面沉降產(chǎn)生的位錯量遠遠小于地裂縫的位錯量

利用八仙莊地面沉降監(jiān)測站分層監(jiān)測結(jié)果，計算得到該地區(qū)的主要沉降層的比單位變形量，結(jié)合場區(qū)內(nèi)C206地下水監(jiān)測孔的年水位變幅和勘查孔揭露的地層情況，計算場區(qū)內(nèi)2009年地裂縫兩側(cè)的差異沉降量。

通過計算得到，工作區(qū)內(nèi)在主要地下水開采層范圍內(nèi)，上盤2009年沉降量為6.73mm，下盤2009年沉降量為1.17mm，2009年沉降差為5.56mm，占地裂縫位錯量的30%，遠遠小于地裂縫的實測位錯量，所以地面沉降不是產(chǎn)生地裂縫的主要因素，也不是誘發(fā)因素，只是在一定程度上了加劇了地裂縫的發(fā)育規(guī)模和活動速率。

綜上所述，土溝—高麗營地裂縫的特征與構(gòu)造地裂縫的特征完全一致，地面沉降也不是地裂縫的誘發(fā)因素。所以，筆者認為土溝—高麗營地裂縫的成因類型屬于構(gòu)造地裂縫。

3 結(jié)論

（1）通過大量勘查工作和地面沉降、地裂縫監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，土溝—高麗營地裂縫為構(gòu)造地裂縫。

（2）判定地裂縫成因的目的是為了選擇防治措施。構(gòu)造地裂縫的防治以避讓為主，非構(gòu)造地裂縫在查明成因后可以采取相應(yīng)的工程治理措施進行防治。復(fù)合型地裂縫可以采取控制誘發(fā)因素的措施加以防治。因此，土溝—高麗營地裂縫的防治措施應(yīng)以避讓為主。

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Discussion on the Origin of Tugou-Gaoliying Ground Fissure

GUO Meng1，WANG Rong2，WANG Haigang2，JIANG Yuan2，LIU Mingkun2，TIAN Fang2

(1.Beijing Geology Prospecting and Developing Bureau, Beijing 100195; 2. Hydrogeology and Engineering Geology Team of Beijing, Beijing 100195)

It is known that Tugou-Gaoliying ground fissure is a composite one, which extends over Huangzhuang-Gaoliying fracture. Land subsidence plays a significant role in inducing the fissure and dislocation mainly. This paper puts forward that Huangzhuang-Gaoliying fracture plays a leading role in the formation and development of the ground fissure. Ground fissure is not the inducement, which just intensifies the scale and rate of ground fissure. Consequently, Tugou-Gaoliying ground fissure belongs to a kind of structural ground fissures.

Ground fissure; Origin; Structural ground fissure; Inhomogeneous subsidence

P642.27

A

1007-1903（2013）02-0005-04