太谷縣城區(qū)地裂縫特征及成因分析

劉艷春 趙晉泉 莊明芳

(山西省地震局，山西 太原 030021)

太谷縣城區(qū)地裂縫特征及成因分析

劉艷春 趙晉泉 莊明芳

(山西省地震局，山西 太原 030021)

對太谷縣城區(qū)地裂縫情況進行了大概描述，并通過槽探和高密度電法勘探，分析了該地區(qū)地裂縫的特征及成因，指出該地區(qū)兩條地裂縫均位于斷層之上，主地裂縫與斷層相接，在地表的變形和破裂實際上是地表以下斷裂活動的反映，是活動斷層蠕滑活動的一種表現(xiàn)形式。

地裂縫，槽探，高密度電法勘探，地質(zhì)

0 引言

太谷地裂縫最早出現(xiàn)在1975年，后呈間歇性活動狀態(tài)，出現(xiàn)一段時間后趨于穩(wěn)定，在特定條件下激活(一般為降雨)，重新表現(xiàn)出活動性[1]。不少學者從空間分布及活動性特點來分析得出太谷地裂縫具有明顯的構(gòu)造成因。姜振泉(1997)通過綜合分析認為地裂縫是在新構(gòu)造活動加強的背景下形成的[2]。楊景春(1999)分析得出地裂縫的形成與構(gòu)造運動有密切的關(guān)系[3]。蘇宗正(2000)分析斷裂構(gòu)造對太谷地裂縫的形成具有控制作用[4]。彭建兵(2007)通過總結(jié)前人工作，得出汾渭盆地地裂縫可能是盆地伸展變形和盆緣及盆內(nèi)斷裂活動的產(chǎn)物[5]。贠慧星(2008)從多方面資料分析得出基底斷裂構(gòu)造、新構(gòu)造運動是地裂縫形成的主導原因[6]。李自紅(2012，2013)利用分型理論和現(xiàn)今小震活動研究表明，太原盆地的地裂縫與其下方的活動斷裂具有對應(yīng)關(guān)系[7，8]。

本次工作通過地質(zhì)調(diào)查，在太谷縣城區(qū)內(nèi)兩條地裂縫上施工探槽，并結(jié)合電阻率CT勘探技術(shù)，驗證了地裂縫在地表的變形和破裂實際上是地表以下斷裂活動的反映，是隱伏活動斷層蠕滑活動的一種表現(xiàn)形式。同時查明其平面展布、剖面形態(tài)以及性質(zhì)，為太谷縣城向北向西發(fā)展規(guī)劃中城區(qū)房屋建筑選址提供了合理依據(jù)。

1 太谷縣城區(qū)地裂縫概況

太谷—祁縣地裂帶長25 km，總體走向NE 35°～55°，與整個山西地塹系盆地的走向相似，由多條地裂縫組成。其中太谷縣地裂縫最早出現(xiàn)在1975年4月，在西咸陽村北發(fā)現(xiàn)有地裂縫出現(xiàn)，延伸長度達到1 km，地裂走向為北東55°。太谷縣地裂縫自出現(xiàn)以來至今40年間在程家莊、南賀村、北賀村、朱家堡、曹莊、白城、西咸陽、貫家堡、南砂河、北張、北洸、武家堡、胡村莊、胡村、一七一處均出露了地裂縫。近年來，隨著地裂縫影響范圍的不斷擴大，太谷縣的許多房屋被毀，大片耕地及部分公路、水利設(shè)施等遭到破壞，嚴重影響了當?shù)氐纳鐣捕ê徒?jīng)濟發(fā)展[1]。本次工作涉及的程家莊—南賀地裂縫(f1)和程家莊北—朱家堡地裂縫(f2)，均屬太谷—祁縣地裂縫的一部分，分布于太谷縣西部，延伸進入太谷縣城區(qū)。

程家莊—南賀地裂縫帶(f1)，在南賀村走向為60°，長250 m，至南賀村東地裂走向為30°，長350 m，在北賀村東地裂走向為80°，長750 m，展布于賀村至大順賓館鍋爐房附近，大順賓館以東消失。該地裂縫帶有兩條地裂縫平行展布，相距1 m～5 m，地表地裂縫寬0.3 m～1.0 m，由串珠狀塌陷坑(陷落坑)或地裂渠組成，裂縫壁不平整，呈鋸齒狀，塌陷坑深度為10 cm～20 cm，深3 m～10 m處裂縫中充填有粉質(zhì)粘土呈直立的條帶，10 m以下裂縫具斷層性質(zhì)，顯示上盤(西部)下降，下盤(東部)上升，斷距約5 m。

程家莊北—朱家堡地裂縫(f2)走向80°，展布于北賀村北至農(nóng)機市場。該地裂縫分為三段:朱家堡以西段，地裂在地表由塌陷坑線性排列組成，長220 m，塌陷坑直徑10 cm～20 cm，深20 cm左右，地面以下0 m～3 m為半充填的粉土、粉質(zhì)粘土，3 m以下為全充填的粉質(zhì)粘土，呈直立的條帶，寬5 cm～7 cm。朱家堡村至農(nóng)機市場為隱伏地裂縫段，長1.0 km，地裂縫尚未裂至地表，3 m以下有裂縫存在。農(nóng)機市場為地裂出露段，長220 m，地裂縫對氣象局圍墻、農(nóng)機市場圍墻及房屋造成了中等破壞，未來若干年后地裂可能擴展成一條地裂帶。

據(jù)野外調(diào)查，上述兩條地裂縫均表現(xiàn)出活動斷裂性質(zhì)，具有水平拉張、右旋水平扭動和垂直差異升降的活動特征，地裂成帶展布，線性延伸，方向穩(wěn)定。兩條地裂平行展布，剖面上組成小型的地塹構(gòu)造，地裂縫下部斷裂傾角為85°～88°，蠕滑錯斷了全新世早期地層約5 m?，F(xiàn)今兩地裂組成的地塹使位于地塹中的程家莊下降約20 m，其沉降速率為6 mm/年。

2 地裂縫成因探析

關(guān)于太谷地裂縫的成因，多數(shù)學者認為它的形成與構(gòu)造運動有密切的關(guān)系[4]。為了解地裂縫在地下的賦存狀態(tài)和影響深度，進而分析其與地表以下斷裂活動的關(guān)系，達到探析其成因機理的目的，從而開展了槽探和高密度電法勘探。

2.1 槽探

為了揭示地裂縫在土層中的破裂狀況及地裂縫向下延伸情況,我們在兩地裂縫上各布置了1個探槽。在程家莊—南賀地裂縫帶(f1)上開挖了探槽TC1，主裂縫附近伴隨有多種小型裂縫，主裂縫與次級裂縫一般平行展布，相距1 m～5 m，主裂縫微向北西傾斜，傾角為85°以上，裂縫下部充填有粉質(zhì)粘土，形成垂直的粘土質(zhì)條帶，上部0 m～3 m未被充填的裂縫寬0.2 m～0.3 m，下部充填物較密實，與兩側(cè)巖性存在較大的差異。地裂西側(cè)的土層擾動明顯，顯示有微小的錯動(0.5 cm)(見圖1)。位于地裂縫之上的建筑表現(xiàn)為墻體開裂，裂縫以水平拉張活動為主，并伴有水平扭動和垂直位移，墻磚被拉斷和拉裂。

通過地質(zhì)調(diào)查和探槽TC2開挖，程家莊北—朱家堡地裂縫(f2)地裂縫帶一般由1條～2條地裂縫組成，地裂縫影響寬度為10 m～15 m，地裂縫(斷裂)的上盤影響寬度為8 m，下盤的影響寬度7 m。探槽開挖表明(見圖2)，地表至下3 m地裂縫寬為10 cm左右，充填物尚未達到密實程度，并有空隙存在，3 m以下充填物為紅色的粉質(zhì)粘土充填，較為密實，與兩側(cè)土質(zhì)有較大差異，呈近直立的條帶。地裂兩側(cè)的土層受到拉動，顯示地裂南盤為下降盤，北盤為抬升盤，地裂中充填的粘土質(zhì)帶寬7 cm，微向西南傾，具有斷層性質(zhì)。

2.2 高密度電法勘探

高密度電法勘探實際上是一種陣列勘探方法，它集電剖面和電測深于一體，采用高密度布點，進行二維地電斷面測量，數(shù)據(jù)量大，信息多，觀測精度高，探測的深度靈活。大量工作表明，該方法在地裂縫賦存位置的定性解釋上準確、方便、直觀[9，10]。

測線Tg1布置在程家莊—南賀地裂縫(f1)上，電極距為2 m，已知地裂位于78 m處，地裂縫在電阻率CT剖面上顯示了與Tg2同樣的電阻特性(如圖3所示)。地裂處下部高阻曲線上拱，表現(xiàn)為東部抬升，西部下降的斷層性質(zhì)。電阻率CT剖面反映該地裂下部斷層為一正斷裂，斷裂面向西傾，傾角為85°左右，斷層的上棱埋深為8 m，斷距為5 m～10 m，并具有向下部斷距逐漸增大的趨勢，表明地裂有蠕滑活動。地表地裂縫帶異常的影響寬度為10 m。

測線Tg2布置在程家莊北—朱家堡地裂帶(f2)，電極距為2 m，根據(jù)電阻率CT剖面(見圖4)，地裂縫的出露位置電阻率曲線普遍上拱，電阻率曲線不連續(xù)，表現(xiàn)為北高南低的特征，顯示出斷層異常。在20 m～30 m深處地裂北側(cè)同值的電阻率曲線較南側(cè)高約5 m，50 m深處高10余米，上部38 Ω·m的曲線被拉短，形成下部40 Ω·m以上的曲線上拱，這與探槽及地質(zhì)調(diào)查中該地裂縫的性質(zhì)吻合較好，并顯示了地裂下部有斷層存在。該地裂縫下部為斷層，上部為地裂縫，斷層的上棱埋深為10 m左右，下部斷距為5 m～10 m，而且有向下延伸，斷距增大的特點，顯示斷層具有蠕滑活動的特征。根據(jù)電阻率CT剖面，程家村北—朱家堡地裂縫下部斷層的斷裂面南傾，其南部下降，表明斷層屬正斷層，上部地裂異常的影響寬度為8 m。

3 結(jié)語

通過地質(zhì)調(diào)查、槽探和高密度電法勘探揭露，太谷縣城區(qū)兩條地裂縫均位于斷層之上，主地裂縫與斷層相接，在地表的變形和破裂實際上是地表以下斷裂活動的反映，是活動斷層蠕滑活動的一種表現(xiàn)形式。建議城區(qū)中的擬建建筑應(yīng)避讓地裂縫，位于地裂縫帶附近的擬建工程在設(shè)計前應(yīng)首先進行場地的地裂縫勘察，以防御地裂災(zāi)害。

[1] 孟令超.山西斷陷盆地地裂縫成因機理研究[D].西安：長安大學，2011.

[2] 姜振泉，王曉波.山西斷陷帶地裂縫的成因及其發(fā)育條件[J].中國礦業(yè)大學學報，1997，26(3)：74-78.

[3] 楊景春，胡曉猛.山西地塹系地裂縫發(fā)育及其與水土流失的關(guān)系[J].水土保持研究，1999，6(4)：10-14.

[4] 蘇宗正，郝何龍.太原盆地的地裂及其災(zāi)害[J].山西地震，2000(3)：1-5.

[5] 彭建兵，范 文.汾渭盆地地裂縫成因研究中的若干關(guān)鍵問題[J].工程地質(zhì)學報，2007，15(4)：433-440.

[6] 贠慧星，張永波.山西省太谷縣地裂縫的成因分析[J].山西農(nóng)業(yè)大學學報，2008，28(3)：362-365.

[7] 李自紅，劉鴻福，曾金艷，等.基于分形理論的地裂縫成因機制研究[J].震災(zāi)防御技術(shù)，2012，7(1)：46-53.

[8] 李自紅，劉鴻福，張 敏，等.地震與活動斷裂空間關(guān)系的三維可視化建模[J].地震地質(zhì)，2013，35(3)：565-575.

[9] 鐘文衡.綜合物探方法探測地裂縫效果淺析[J].沿海企業(yè)與科技，2009(4)：130-131.

[10] 李自紅，陳 文，曾金艷.超長電磁波法在隱伏斷裂探測中的應(yīng)用[J].山西地震，2009(1)：21-24.

The characteristics and genesis analysis on ground fissures in Taigu county district

LIU Yan-chun ZHAO Jin-quan ZHUANG Ming-fang

(ShanxiSeismologicalBureau,Taiyuan030021,China)

This paper made description on the ground cracks situation in Taigu county, and through the trenching and high-density electrical prospecting, analyzes the characteristics and causes of ground cracks in the area, pointed out that the two ground cracks in the area all located on the main fault, the ground cracks connected with fault, the deformation and rupture in ground was the reflection of surface following fault activities, was a expression form of activity fault creep activity.

ground crack, trenching, high-density electrical prospecting, geological

1009-6825(2014)28-0062-02

2014-07-22

劉艷春(1981- )，女，工程師； 趙晉泉(1957- )，男，高級工程師； 莊明芳(1963- )，女，助理工程師

TU412

A