關(guān)于豫北平原地裂縫展布特征探討

孟 飛，高 歡

（1.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450003；2.河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，河南 鄭州 450001）

0 前言

回溯20 世紀(jì)70 年代，豫北平原地裂縫就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)并證實(shí)其大量存在，但受制于當(dāng)時(shí)的科學(xué)認(rèn)識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐融合存在普遍的滯后性。自21 世紀(jì)初，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)足發(fā)展，人類工程活動(dòng)影響程度不斷加大，導(dǎo)致豫北地裂縫活動(dòng)強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)，已逐漸成為我國(guó)地裂縫發(fā)育及影響程度較大的地區(qū)之一。豫北地裂縫已經(jīng)造成了城市建筑、生命線工程、交通、農(nóng)田水利設(shè)施的直接破壞，使當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境惡化。從展布性特征來看，豫北平原地裂縫與山西斷層盆地、汾渭地裂縫存在有不完全相同類型的地裂縫[1]。原因亦不同的。結(jié)合現(xiàn)有的研究數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)裂縫的調(diào)查結(jié)果，明確地裂縫的分布特征，有利于發(fā)現(xiàn)豫北地裂縫的展布規(guī)律及從根本上破解其形成原因。

1 豫北平原地裂縫宏觀展布特征

1.1 地裂縫展布的方向特征

從豫北平原區(qū)地裂縫延伸的方向可以得出，不同區(qū)域與尺度的地裂縫的方向皆近似或近平行于其中一條總體主導(dǎo)方向，且在膨脹發(fā)育的過程中始終保持該方向的規(guī)律性。目前已基本確定的地裂縫分布于豫北平原及太行山山前傾斜平原區(qū)，主要形成于1970 年～1991 年[2]。豫北地區(qū)地裂縫沿固定方向延伸，例如NW、NNW、NNE 和NE8O°等固定方向延伸；成帶性：各條地裂縫橫向多由單條主干裂縫與若干條伴生裂縫共同形成地裂縫帶，呈帶狀沿著一定方向延伸，其中以濮陽縣王助鄉(xiāng)地裂縫較為典型；上述地裂縫在豫北平原區(qū)均有分布，發(fā)育強(qiáng)弱程度亦基本對(duì)應(yīng)，具備明顯的地域性特點(diǎn)。

1.2 地裂縫展布的密度特征

地裂縫的形成與發(fā)育與多種因素相關(guān)聯(lián)在一起，其中既有內(nèi)動(dòng)力作用，又同時(shí)具備外動(dòng)力作用如斷裂活動(dòng)、基底活動(dòng)、地下水抽采、表水入滲、強(qiáng)降雨、采空坍塌等，這些因素對(duì)地裂縫的孕育與各個(gè)階段的發(fā)育具有自身的影響與貢獻(xiàn)。

一般情況下，區(qū)域內(nèi)活動(dòng)斷裂與地裂縫活動(dòng)的相關(guān)度與密度影響最大，其次抽水及灌溉作用、地表水滲入等因素相關(guān)度較低。地裂縫在活動(dòng)斷裂沿線或附近區(qū)域內(nèi)和活動(dòng)斷裂的交匯地區(qū)較為常見，且其發(fā)育強(qiáng)度及密度與周邊的斷裂活動(dòng)速率基本相吻合，有明顯的地域性特點(diǎn)?；h—濮陽—南樂縣一帶，周邊構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度較高，與之對(duì)應(yīng)的區(qū)帶內(nèi)地裂縫發(fā)育程度明顯高于其他地區(qū)；濮陽縣胡狀鄉(xiāng)地區(qū)位于內(nèi)黃隆起與東明斷陷交匯地區(qū)，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分活躍，則該地區(qū)的地裂縫發(fā)育程度也十分明顯。

地裂縫在形成過程中其演化因還具有多物理參量過程的不可逆性和多重耦合性，故整體上呈現(xiàn)出復(fù)雜性的特征。其密度的復(fù)雜性可以表現(xiàn)在群體發(fā)育、單條發(fā)育成因兩個(gè)方面。對(duì)于某一特定地裂縫來說，其發(fā)育過程中伴隨著孕裂、啟裂、成裂不同階段上的劃分，影響地裂縫發(fā)育的構(gòu)造因素、介質(zhì)因素、水體因素、人為因素（如地下水抽采）等多種作用相互作用，在不同時(shí)間段內(nèi)發(fā)揮著彼此不同的作用。于群體地裂縫而言，其特征也有著地域間的差別，成因上的機(jī)理與模式也各不相同。根據(jù)前人研究已知可造成地裂縫現(xiàn)象的作用有：古河道演化效應(yīng)、斷裂的蠕滑地表響應(yīng)效應(yīng)、工程活動(dòng)災(zāi)變效應(yīng)、地下水抽采效應(yīng)、地面差異沉降效應(yīng)、地震的開裂效應(yīng)等。故而豫北平原地裂縫的形成與發(fā)展是多種因素的共同作用下綜合影響的結(jié)果。

由于所處的地理位置和地形地貌、地質(zhì)條件、人口密度及人類工程活動(dòng)的不同，地裂縫發(fā)育程度是不均勻的。由本次調(diào)查的48 處地裂縫分布規(guī)律來看，地裂縫主要集中在濮陽市、焦作市，其地裂縫每1000 km2點(diǎn)密度分別達(dá)到了5.97 處和2.4 處[3]，其中濮陽市地裂縫集中發(fā)育在南樂縣、清豐縣；南部地區(qū)（新鄉(xiāng)市）地裂縫發(fā)育數(shù)量稍大于北部地區(qū)（安陽市），其地裂縫密度分別為0.7 處和0.54 處；濟(jì)源市未見地裂縫。

表1 地裂縫分布密度統(tǒng)計(jì)表

2 豫北平原地裂縫平面展布特征

根據(jù)現(xiàn)狀已查明地裂縫的相關(guān)組合受力方式，可將豫北平原區(qū)域發(fā)育的地裂縫平面性特征作為單一體系進(jìn)行相應(yīng)分析研究。將地裂縫分布區(qū)單一體系形態(tài)細(xì)劃歸為直線型、平行多字型、折現(xiàn)型和弧線型四種形態(tài)。

2.1 直線型展布特征

在裂縫的細(xì)微部分中，形成無數(shù)個(gè)小的X 形共軛剪切接合面，彼此交叉且向相反方向的接合面切線上逐漸延伸，最后演變?yōu)橹本€形與鋸齒狀地面裂縫。

圖1 直線型地裂縫平面形態(tài)

2.2 平行多字型展布特征

該地裂縫是指具有一定方向的裂縫，多條裂縫呈大雁型、近似等間距排列，與地裂縫的整體走向形成若干的夾角。主要原因?yàn)榈亓芽p往往受制于活動(dòng)斷裂控制，繼承其扭動(dòng)特征。

2.3 弧型展布特征

由一個(gè)或若干個(gè)弧形裂縫組成，弧形的凸緣趨近于相同方向，單條地裂縫收斂方向具有一定的指向性。群體弧形地裂縫可相交于許多點(diǎn)，局部塊段點(diǎn)的位置各自指向自身的收斂端或前段，或者則沿著一定方向形成突出的弧線，后者相繼的弧形排列成為一個(gè)螺旋形。這一型式多發(fā)生在地下礦業(yè)開采形成的采空區(qū)周邊。

2.4 折線型展布特征

在某一區(qū)域內(nèi)，地裂縫逐漸呈對(duì)稱狀展開，逐漸展布為弧頂狀及雙翼狀的地裂縫形態(tài)，發(fā)育特性體現(xiàn)為具有一定的折向。

3 豫北平原地裂縫剖面特征

地裂縫的剖面特征為地面以下地裂縫于垂直方向上呈現(xiàn)出的相關(guān)特征，平面與剖面形態(tài)必然具有某種程度上的聯(lián)系。

3.1 楔體型

其裂縫于地面主要剖面形態(tài)為上寬下窄，中間摻雜且包含地表物質(zhì)的楔形形態(tài)。一般為0.5 m～3.1 m 的深度不等，開口寬度為0.3 m～1.0 m 的楔形裂縫，并于深部逐漸減小朝向。楔型結(jié)構(gòu)地裂縫在水平面形態(tài)上伴隨產(chǎn)生規(guī)模較大的地面塌陷坑，無形之中又加劇了地裂縫災(zāi)害的影響程度。

究其主要原因?yàn)閮牲c(diǎn)：其一，淺層地表（距地表1 m 左右）最易受到自然條件、人為條件的干擾，自然降雨、溝渠為種植業(yè)發(fā)展而進(jìn)行的相關(guān)灌溉、城市建設(shè)及農(nóng)業(yè)發(fā)展而進(jìn)行的覆土回填等人類活動(dòng)加劇了地裂縫在地表上部的形成；其二，豫北平原上部地層巖性主要為松散的耕植土、粉土、粉質(zhì)粘土及粉砂土，地下水和地表農(nóng)業(yè)灌溉活動(dòng)易在粉砂土地層形成潛蝕空腔，而以上作用是形成楔體型地裂縫的根本因素之一。該種地裂縫剖面形態(tài)在豫北平原區(qū)地裂縫中最為常見。

圖2 濮陽縣胡狀鄉(xiāng)地裂縫剖面

3.2 雁列型

從豫北平原地裂縫剖面形態(tài)上看，雁列型地裂縫排列形態(tài)主要呈現(xiàn)在主裂縫與次級(jí)裂縫之間，也可呈現(xiàn)于相互次級(jí)裂縫之間。造成上述現(xiàn)象的主要原因有二。首先，主次地裂縫之間普遍具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，裂縫之間距離相近且呈平行向依次排列；其次，主裂縫的周邊的各條次級(jí)裂縫，在主裂縫的上下盤皆有分布，造成破裂面在剖面上多表現(xiàn)為雁列形態(tài)，其近地表多呈直立狀。如安陽市周邊地區(qū)的地裂縫，主次裂縫之間的間距約為1.2 m～3.2 m，二者近地表于0.8 m～2.0 m 左右呈楔體狀展布。

3.3 其它型態(tài)

此外地裂縫在相關(guān)剖面上的形態(tài)還存在其他不同類型，如串珠狀、細(xì)毛狀、結(jié)環(huán)狀、樹枝狀及復(fù)雜的組成形態(tài)。特別需要指出的是，豫北平原地裂縫水平面展布特征與其剖面特征普遍存在程度不同的關(guān)聯(lián)，而位于中深部的地裂縫又承受著周邊土體巖石對(duì)它施加的壓力，其穩(wěn)定形態(tài)及結(jié)構(gòu)取決于周邊圍壓情況，越接近地表，圍壓越小，到達(dá)地表時(shí)其圍壓幾近于無，從而為該地區(qū)地裂縫的形成創(chuàng)造出了相應(yīng)空間，故豫北平原地裂縫的展布地表形態(tài)也因此不同。同時(shí)地裂縫的剖面形態(tài)也會(huì)跟隨水平面形態(tài)變化而產(chǎn)生相應(yīng)變化，進(jìn)一步演化為更復(fù)雜的形態(tài)結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

通過上述豫北平原區(qū)域地裂縫展布特征分析研判，可得出以下結(jié)論：

1）在研究區(qū)域地裂縫的宏觀分布特性有明顯的方向性，和地裂縫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體大于南部的特征。

2）豫北平原區(qū)域地裂縫平面展布可劃為直線型、平行多字型、折現(xiàn)型和弧線型四種平面形態(tài)。

3）豫北平原區(qū)域地裂縫災(zāi)剖面形態(tài)可分為楔體型、雁列型等，其中以楔體型最為常見。