豫北平原地裂縫發(fā)育影響因素初步分析

馬學(xué)軍,宋偉,呂鳳蘭

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，保定　071051)

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豫北平原地裂縫發(fā)育影響因素初步分析

馬學(xué)軍,宋偉,呂鳳蘭

(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，保定071051)

摘要：通過(guò)對(duì)豫北平原地裂縫調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)地裂縫48處，部分裂縫在發(fā)生及發(fā)展過(guò)程中對(duì)房屋、道路、農(nóng)田造成破壞和威脅。本文分析了豫北平原地裂縫的發(fā)育的時(shí)空規(guī)律，通過(guò)地裂縫和地層巖性、降水、地下水、活動(dòng)構(gòu)造、地面沉降、地震等各種影響因素進(jìn)行了分析，認(rèn)為本地區(qū)地裂縫的形成并非單一因素，而是多種因素共同作用發(fā)生。

關(guān)鍵詞：豫北平原；地裂縫；影響因素

豫北平原是河南省黃河以北的平原地區(qū)，西依太行山，北靠冀中南地區(qū)，南至黃河，東連魯西北地區(qū)，包括安陽(yáng)、鶴壁、濟(jì)源、焦作、新鄉(xiāng)、濮陽(yáng)、濟(jì)源等6市，總面積2.5×104km2。

20世紀(jì)60年代以來(lái)，河南省至少有43個(gè)縣(市)出現(xiàn)各種類(lèi)型地裂縫128處[1]。通過(guò)實(shí)地調(diào)查，豫北6市共發(fā)現(xiàn)地裂縫48處，部分裂縫在發(fā)生及發(fā)展過(guò)程中對(duì)房屋、道路、水利設(shè)施造成破壞和威脅。

本文依托中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目——《華北平原地裂縫調(diào)查與防治研究》，在大量野外調(diào)查基礎(chǔ)上，對(duì)該地裂縫的分布特征、影響因素進(jìn)行了初步研究。

1豫北平原地裂縫概況

河南省地裂縫發(fā)生歷史久遠(yuǎn)，史志記載最早的地裂縫發(fā)生于公元108年。至925年，全省記載的地裂縫僅有2l處，涉及14個(gè)縣市。

豫北平原現(xiàn)代地裂縫從20世紀(jì)70年代后開(kāi)始出現(xiàn)。通過(guò)本次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查共發(fā)現(xiàn)地裂縫48處，其中濮陽(yáng)市25處、安陽(yáng)市4處、新鄉(xiāng)市6處、鶴壁市3處、焦作市10處。

1.1豫北平原地裂縫發(fā)育時(shí)間分布特征

濮陽(yáng)市現(xiàn)代地裂縫最早發(fā)生在1976年的清豐縣城坑李家村和清豐亭附近。1976～1978年南樂(lè)縣發(fā)現(xiàn)2處、清豐縣發(fā)現(xiàn)9處、濮陽(yáng)縣發(fā)現(xiàn)2處、濮陽(yáng)市發(fā)現(xiàn)1處；20世紀(jì)90年代濮陽(yáng)縣胡狀鄉(xiāng)發(fā)現(xiàn)5處地裂縫；2000～2012年，濮陽(yáng)地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫5處。安陽(yáng)市于1985年在滑縣城關(guān)鎮(zhèn)發(fā)現(xiàn)1處，至2012年安陽(yáng)市滑縣又共發(fā)現(xiàn)地裂縫3處。

鶴壁市2000～2010年期間發(fā)現(xiàn)地裂縫2處，2013年發(fā)現(xiàn)地裂縫1處。 新鄉(xiāng)市地裂縫于1986年在原陽(yáng)縣發(fā)現(xiàn)地裂縫1處，2000～2013年發(fā)現(xiàn)地裂縫5處。焦作市1983～1987年在修武縣、焦作馬莊區(qū)共發(fā)現(xiàn)地裂縫2處，1996～2000年共發(fā)現(xiàn)地裂縫8處。

1.2地裂縫的空間分布特征

1.2.1地裂縫區(qū)域分布特征

濮陽(yáng)市地裂縫在清豐縣、南樂(lè)縣、濮陽(yáng)縣東部等黃河沖積平原區(qū)內(nèi)分布最為密集，主要以20世紀(jì)70～80年代為主，近期出現(xiàn)的地裂縫相對(duì)較少。

安陽(yáng)市地裂縫在滑縣東部及南部黃河沖積平原區(qū)內(nèi)分布最為密集，新近出現(xiàn)的地裂縫相對(duì)較多。鶴壁市地裂縫在鶴壁太行山東麓山前傾斜平原，由于煤礦開(kāi)采，新近出現(xiàn)的地裂縫相對(duì)較多。新鄉(xiāng)市地裂縫主要分布在輝縣市煤礦開(kāi)采區(qū)。焦作市地裂縫主要分布在焦作市馬莊煤礦開(kāi)采區(qū)。

1.2.2地裂縫分布方向特征

豫北平原地裂縫的空間分布、產(chǎn)狀形態(tài)有如下規(guī)律:①方向性：所見(jiàn)地裂縫大體上循NW280°、NW330°、NE30°和NE8O°等固定方向延伸(圖1)。②成帶性：各條地裂縫橫向多由一條主干裂縫和數(shù)條伴生地裂縫組成地裂縫帶,成帶定向延伸，如濮陽(yáng)縣王助鄉(xiāng)地裂縫。③區(qū)域性：上列各組地裂縫在全區(qū)均有發(fā)育,而且各處相應(yīng)裂縫組的發(fā)育強(qiáng)弱程度也基本對(duì)應(yīng),具有明顯的區(qū)域性特征。

1.2.3地裂縫發(fā)育形態(tài)特征

豫北平原地裂縫平面形態(tài)可分為3種。①直線形：直線型地裂縫在豫北平原發(fā)育較廣泛，地裂縫平直伸展，走向穩(wěn)定，整條地裂縫無(wú)轉(zhuǎn)折或彎曲，在本區(qū)內(nèi)發(fā)育長(zhǎng)度一般較短。②折線形：平直伸展突然轉(zhuǎn)折后復(fù)又平直延伸構(gòu)成“V”形或“N”形,多由2～3條走向不同的2～3組地裂縫歸并而成。折線形地裂縫一般發(fā)育長(zhǎng)度較長(zhǎng)，開(kāi)裂寬度較大，如濮陽(yáng)縣王助鄉(xiāng)和滑縣新集村地裂縫。③弧形：地裂縫呈弧形彎曲，本次調(diào)查弧形地裂縫發(fā)育在煤礦采空區(qū)。

圖1豫北平原地裂縫走向玫瑰圖

2影響因素分析

2.1地形地貌對(duì)形成地裂縫的影響

豫北平原地裂縫受地貌因素控制較為明顯，地裂縫主要分布在太行山山前與華北平原交接地帶，地勢(shì)相對(duì)低洼的洪積扇前、各洪積扇間，各條河流的河漫灘、古河道及湖沼洼地地區(qū)。

通過(guò)圖2可以看出地裂縫在侵蝕-堆積臺(tái)地分布有3處、山前傾斜平原分布有14處、沖積平原分布有31處，其中23處分布在泛流平原、2處分布在故河道高地、4處分布在決口扇。

圖2　地裂縫分布與地貌形態(tài)類(lèi)型關(guān)系1.侵蝕剝蝕山地丘陵;2.侵蝕堆積臺(tái)地；3.山前傾斜平原；4.沖積平原；5.泛流平原；6.古河床高地；7.洼地；8.決口扇；9.地貌分區(qū)界線；10.工作區(qū)范圍；11.地裂縫

2.2巖性條件對(duì)形成地裂縫的影響

圖3　地裂縫分布與巖土體類(lèi)型關(guān)系1.沖積層;2.風(fēng)積層；3.沖-洪積層；4.坡-洪積層；5.冰積層；6.沖-洪積層；7.坡-洪積層；8.本溪組、太原組；9.張夏組、饅頭組、朱砂洞組(辛集組)；10.潞王墳組；11.聶莊組；12.馬家溝組；13.張夏組;14.鶴壁組；15.地層分界線；16.工作區(qū)范圍；17.地裂縫

豫北平原廣泛分布全新統(tǒng)亞砂土及砂層，占整個(gè)豫北平原的三分之二，48處地裂縫中有38處分布在該區(qū)域；分布在黃河故道附近的全新統(tǒng)風(fēng)積層中未發(fā)現(xiàn)地裂縫；在太行山山前及北部山前崗地的中更新統(tǒng)區(qū)域共發(fā)現(xiàn)地裂縫10處。由巖性分布來(lái)看，區(qū)內(nèi)地裂縫大都分布在亞砂土中，多數(shù)分布在亞砂土和亞黏土中，砂及粉細(xì)砂中未發(fā)育(圖3)。豫北平原區(qū)地裂縫多數(shù)發(fā)生在上部是一層厚而較硬的黏土，下部為較松散的砂質(zhì)土層或黏土、砂土交互層部位，該類(lèi)土層中初現(xiàn)的地裂縫剖面多表現(xiàn)為上窄下寬的形態(tài)，后期經(jīng)地表水沖刷地表坍塌后演變?yōu)樯蠈捪抡男ㄐ巍?/p>

2.3水對(duì)形成地裂縫的影響

2.3.1降水

豫北平原降雨主要集中在7～9月份，多年平均降水量為536 mm。通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地裂縫多發(fā)生在大雨、暴雨之后的7～9月份，本次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的地裂縫中有50%以上在強(qiáng)降雨以后出現(xiàn)，發(fā)生時(shí)間集中在7～9三個(gè)月。圖4顯示，區(qū)內(nèi)近年發(fā)生地裂縫頻次與多年月平均降水量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系。

圖4　地裂縫時(shí)間分布與多年平均月降雨量對(duì)比圖

2.3.2地表水的影響

在太行山山前與豫北平原的交接帶，分布有多個(gè)湖沼洼淀，在這些地區(qū)有多條地裂縫產(chǎn)生，說(shuō)明地表積水、排水不暢和強(qiáng)滲透性徑流條件是誘發(fā)地裂縫的另一個(gè)因素。地表積水在水位差作用下入滲、沖刷、浸潤(rùn)，在局部地貌條件配合下可產(chǎn)生潛蝕作用，或有助于地下水?dāng)y帶的細(xì)粒砂向下游和深部運(yùn)移，可使小縫擴(kuò)展成大縫，或使隱伏在地表下的地裂縫顯現(xiàn)出來(lái)。

2.3.3地下水的影響

根據(jù)本次地裂縫現(xiàn)狀調(diào)查的地裂縫現(xiàn)狀分布范圍結(jié)合區(qū)內(nèi)地下水水位埋深(圖5)分析，地裂縫在不同水位埋深內(nèi)都有分布，地下水水位埋深大的區(qū)域，地裂縫分布數(shù)量較多，地裂縫的平均分布數(shù)量與淺層地下水位多年變化值成正相關(guān)關(guān)系，地裂縫分布密度隨地下水位變差值的減少而逐漸變小，淺層地下水埋藏深度越大的地區(qū)，發(fā)育地裂縫的幾率越大，如濮陽(yáng)地區(qū)地裂縫的集中發(fā)育。長(zhǎng)期超量開(kāi)采淺層地下水造成水位急劇下降，對(duì)地裂縫的產(chǎn)生起一定的主導(dǎo)作用和加速作用，尤其是對(duì)生成區(qū)域微破裂開(kāi)啟型地裂縫起著很重要的主導(dǎo)作用。

圖5　淺層地下水水位埋深等值線圖1.水位埋深0～4 m;2.水位埋深4～8 m;3.水位埋深8～12 m;4.水位埋深12～16 m;5.水位埋深16～20 m;6.水位埋深大于20 m;7.地下水位等值線/m;8.降落漏斗

2.4活動(dòng)構(gòu)造對(duì)地裂縫的影響

豫北平原第四紀(jì)以來(lái)的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制著第四紀(jì)沉積物的沉積環(huán)境、成因類(lèi)型，并且控制著第四紀(jì)堆積物的厚度及巖性特征。

在本次調(diào)查中共發(fā)現(xiàn)5處地裂縫出現(xiàn)在構(gòu)造附近(圖6)，分布在濮陽(yáng)市清豐縣、南樂(lè)縣、焦作市。

圖6　活動(dòng)斷裂和地裂縫分布關(guān)系1.湯東斷裂；2.湯西斷裂；3.鄭州-武陟斷裂；4.峪河斷裂；5.新商斷裂；6.長(zhǎng)垣斷裂；7.聊蘭斷裂；8.黃河斷裂；9.清豐斷裂；10.斷層；11.工作區(qū)范圍；12.地裂縫

2.5地震對(duì)形成地裂縫的影響

從1975年以來(lái)豫北平原大于3.0級(jí)的地震次數(shù)所繪活動(dòng)曲線可以看出(圖7)。地裂縫活動(dòng)主要集中在1976～1978年(13處)，由圖可以看出豫北平原地裂縫各活動(dòng)高潮分別滯后地震活動(dòng)高潮1～2a左右。

2.6地面沉降對(duì)形成地裂縫的影響

豫北平原地面沉降主要集中在濮陽(yáng)市、安陽(yáng)市、新鄉(xiāng)市及其周邊地區(qū)，沉降量10～60 mm，其他地區(qū)地面沉降量相對(duì)較小。在新鄉(xiāng)-武陟北-安陽(yáng)及滑縣等漏斗區(qū)是潛在的地面沉降發(fā)生區(qū)，其他地區(qū)地面沉降量相對(duì)較小。

圖7地震和地裂縫活動(dòng)曲線對(duì)比圖

根據(jù)豫北平原地面沉降等值線圖(圖8)及區(qū)內(nèi)地裂縫分布情況進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)，在不同地面沉降量區(qū)均有地裂縫分布，甚至大部分地裂縫發(fā)育在非地面沉降區(qū)，由此判斷地面沉降與地裂縫沒(méi)有必然聯(lián)系。

圖8　地裂縫分布與地面沉降的關(guān)系

3結(jié)論

豫北平原地裂縫的成因，并非由單一因素形成，而是多種因素共同作用發(fā)生，在某種主導(dǎo)因素下產(chǎn)生地裂縫，在降水、地表水、地下水、地形地貌、土體巖性、地震等條件下加速了地裂縫的形成和發(fā)展。

由于當(dāng)前工作手段較單一，以后的工作中適當(dāng)補(bǔ)充鉆探、物探等勘查工作，深入探討地裂縫的成因機(jī)制。通過(guò)探討豫北平原地裂縫的成因?qū)⒂兄谠摰貐^(qū)對(duì)地裂縫可能引發(fā)的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防和治理,具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]盧積堂.河南地裂縫發(fā)生發(fā)展及其防治初探[J].河南地質(zhì),1997,15(1):71-72.

黃繼超，宋高舉，孟飛，等.華北平原(豫北平原)地裂縫現(xiàn)狀調(diào)查成果報(bào)告.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，2013，12：1-83.

李中明，程建強(qiáng).豫北平原環(huán)境水文地質(zhì)問(wèn)題分析.地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2003,14(3):20-25.

ANALYSIS OF REASONS FOR LONGYAO GROUND FRACTURE

MA Xue-jun,SONG Wei,LU Feng-lan

(Center for hydrogeology and environmental geology,CGS,Baoding071051,China)

Abstract:According to the ground fissure investigation of Northern Henan Plain , it was found to 48 ground fissures in the ground, Part of the ground fissures damage and threats to houses, roads, farmland in the occurrence and development process. This paper analyzes the spatial and temporal development of the law to Northern Henan Plain ground fissures. According to the analysis of various factors such as the ground fissures and strata lithology, precipitation, groundwater, active tectonics, ground subsidence, earthquake and other factors, it is considered that it is not a single factor to the formation of ground fissures in the Northern Henan Plain, but a variety of factors in common.

Key words：Northern Henan Plain; ground fissure; influence factor

作者簡(jiǎn)介：馬學(xué)軍(1977-)，男，高級(jí)工程師，主要從事水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等方面的研究。E-mail：maxuejunxj@163.com

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

基金項(xiàng)目：中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目——華北平原地裂縫調(diào)查與防治研究(1212011220183)

收稿日期：2015-12-04改回日期：2016-01-17

文章編號(hào)：1006-4362(2016)01-0027-05