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麟鲁
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1 JournalofEngineringGeology 工程地质学报 /2012/20(2) 邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析 1 徐继山 12 彭建兵 3 马学军 12 马润勇 3 杨旭东 3 封绍武 1 安海波 (1 长安大学地质工程与测绘学院西安 ) (2 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室西安 ) (3 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心保定 ) 摘要隆尧地裂缝在华北地区是典型表生灾害, 不仅对地表造成了潜蚀塌陷张裂错断龟裂等地质灾害, 而且给当地的农业生产工程建设人民生活造成严重经济损失为揭示其成因, 本文利用地质调查监测与测量槽探物理勘探等方法, 主要研究了隆尧地裂缝的发育特征, 包括平面剖面深部活动 4 个方面, 总结了地裂缝的发育规律, 最后从孕裂环境启裂条件破裂过程等 3 个方面对其成因展开分析通过研究, 本文认为 :(1) 隆尧地裂缝出露于十余个村镇达 30km, 分别向 NWW NEE 方向延伸, 与隆尧断裂高度一致 ; 其活动时间具有周期特征, 可分为开启 - 闭合 - 缓变 - 骤变等 4 个时期 (2) 隆尧地裂缝受控于隆尧断裂, 区域内的深部构造断裂构造构造地貌等条件为地裂缝的形成提供了孕裂环境孕裂过程经历了应力积累破碎带形成 2 个时期 (3) 断裂活动是开裂的动力基础, 地下水抽采地表水入渗是开裂的重要因素 (4) 隆尧地裂缝的开裂过程具有时间和空间上的不均性从目前的勘察和研究情况来看, 隆尧地裂缝活动正处于活跃期关键词地裂缝隆尧断裂华北地块孕裂环境启裂条件中图分类号 :TU472 5 文献标识码 :A CHARACTERISTICANDMECHANISM ANALYSISOFGROUNDFISSURES INLONGYAO,XINGTAI XUJishan 1 PENG Jianbing 12 MA Xuejun 3 MA Runyong 12 YANG Xudong 3 FENG Shaowu 3 ANHaibo 1 (1ColegeofGeologyEngineringandGeomatics,Chang anuniversity,xi an ) (2KeyLaboratoryofWesternMineralResourcesandGeologicalEngineringMinistryofEducation,Xi an ) (3CenterforHydrogeologyandEnvironmentalGeology,CGS,Baoding ) Abstract ThegroundfisuresinLongyaoCountyarethetypicalsurfacedisasterinNorthChinaregion.Theynot onlycausederoding,colapsing,extensionfracturing,faulting,crackingandothergeologicaldisastersonthe earth ssurface,butalsocausedsevereeconomiclosesinthelocalagriculturalproduction,engineeringconstruction andthelivesofthepeople.thispaperaimstorevealtheirgeneticnature.itisbasedongeologicalinvestigation, monitoringand measuring, trenching, physicalexploration. Itstudiesthedevelopmentcharacteristicsofthe Longyaogroundfisures.Theyincludetheplanes,profiles,deepandactivityaspects.Thepapersummarizesthe lawsofgroundfisures.finalythegroundfisuremechanismisanalyzedfromtheircrack pregnantenvironment, crack openingconditionsandcrackingproces.thestudyconcludesthat:(1)longyaogroundfisuresexposeina 收稿日期 : ; 收到修改稿日期 : 基金项目 : 华北平原地裂缝调查与评价 ( ). 第一作者简介 : 徐继山, 主要从事地质灾害研究工作. xuism@126.com

2 20(2) 徐继山等 : 邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析 161 dozenvilagesofmorethan30kmlong.theyextendtowardsnww andneewhichareconcordantwiththedirec tionoflongyaofaultsystem.theirperiodicitiesareconsistofopening,closing,slowlycrackingandsuddenly crackingperiods.(2)longyaogroundfisuresarecontroledbythefaultszone.theconditionssuchasdeepstruc ture,faultedstructureandstructurallandform providethegroundfisureswithcrack pregnantenvironmentinthe area.thecrack pregnantenvironmenthasthroughthreestages:stresaccumulationandfracturedzoneformation. (3)Faultingisthefoundationofgroundcracking.Thegroundwaterexploitationandsurfaceinfiltrationalsoarethe importantfactors.(4)theprocesoflongyaogroundfisuresisheterogenoustemporalyandspatialy.from the presentinvestigationandstudy,thegroundfisuresareinactiveperiodinthearea. Keywords Ground fisures, Longyao faults, North China block, Crack pregnantenvironment, Crack openingconditions 1 引言地裂缝是一种以地面变形 ( 张裂破坏 ) 为主要特征的地质灾害现象 [1], 在中国汾渭地堑郯庐断裂带大别山北麓断裂系等几个新构造活动区域皆有分布, 因其具有潜在缓变瞬发的特点 [2], 随着工程活动向自然界的拓展, 其灾害表现愈发显露, 尤以华北平原为甚华北平原地裂缝早在 20 世纪 60 年代就已现端倪, 由于科学认识相对于生产实践具有滞后性, 对区域内地裂缝的分布特征活动规律成因机理致灾机制以及评价防治等研究工作尚未得以全面展开, 因而也没有得到系统全新的认识 21 世纪以来, 人类水事活动地下能源资源 ( 煤炭石油天然气等 ) 开采地下及地上空间的拓建内外地质作用和人类工程活动等共同作用, 促使地裂缝灾害调查及研究工作日益突显有关隆尧地裂缝的调查及研究源起于 20 世纪 80 年代 [3], 由于近期发展具有增强态势, 受到越来越多的关注隆尧地裂缝位于华北平原地区, 从发育规模灾害情况来看, 属于典型的巨型地裂缝对于其成因学术界尚存在争议从宏观上看, 华北平原区地裂缝具有分布广泛相对集中的特点 [4], 循其特点进行解释, 存在着 3 种假说, 即地面沉降说地下水抽采说构造成因说 [5] 从细观上看, 地裂缝具有区域的形态的力学的分类 [1], 特定类属地裂缝的发育受到地形地貌土体岩性水体潜蚀构造运动等因素的影响 [3], 其形成机理又有着具体的差异体现宏观研究在于探讨最本质的原因, 而细观研究在于反演最具体的过程与其他区域相比, 隆尧地区发育的地裂缝又具有自身的特征和规律以前关于华北平原地裂缝的成因研究, 以地震说和抽水说最具代表性地震成因说认为, 邢台地震区在地质构造上位于新华夏系华北平原沉降带冀中拗陷的南部 [5], 处于这一地区的隆尧地裂缝正是地震作用的产物然而这一观点并不能解释如下事实 : 其一,1966 年邢台 2 次地震先后发生在皆为 NNE 向的牛家桥邢家湾断裂和艾辛庄断裂, 与隆尧地裂缝的发育方向明显不一致 ; 其二, 根据实际调查发现, 与隆尧地裂缝相对应的断裂为近 EW 向的隆尧断裂, 而非邢台地震的发震断层此外, 邢台地震时期所造成的地裂缝并没有持续影响到近期地下水抽采成因说认为, 地下水位的大幅度下降, 使原来的含水层被疏干, 土颗粒之间失去水浮力的作用, 在土层自重压力作用下产生缓慢沉降 [3] ; 由于平原上的土体一直处于非饱和状态, 而非饱和土体存在大量的结构缺陷部位 [6], 在抽水活动影响下容易造成不均匀沉降, 结果产生地裂缝同样也有 2 个事实与之相左 : 其一, 人类生产活动并非局限在华北地区, 而唯华北等地区出现大面积地面沉降与地裂缝现象 [5] ; 其二, 华北地区地下水位一直很高, 直到 20 世纪 80 年代后期才形成大规模超采 [7], 但是地裂缝的出现要比地下水超采时间要早, 隆尧地裂缝便是其中一例近年来在汾渭地区的监测与研究表明, 汾渭盆地地裂缝与地面沉降不仅仅与地下水过量抽取有关, 最主要的是与其大陆动力学基本背景特征有关 [8] 华北平原是晚第三纪以来形成的断陷盆地, 具有与汾渭盆地相似的区域构造应力场, 其地裂缝的成因有着某种意义上的联系本文在实际勘察的基础上, 结合理论分析探讨其成因机理, 以期为更好地预测预防地质灾害提供科学依据 2 隆尧地裂缝的地质背景隆尧地区地处华北地块核心部位, 为宁晋 - 衡水断凸邢衡隆起临清断陷交接处从板块构造来看, 中国大陆整体处于印度板块欧亚板块与太平洋板块的碰撞挤压环境之中 [9], 自白垩纪末以来, 东

162 JournalofEngineringGeology 工程地质学报 2012 部太平洋板块和菲律宾板块则分别自北东东和南东方向向欧亚大陆俯冲, 大洋板块俯冲引起地幔内高温低波速的熔融或半熔融物质上涌并挤入地壳 [10], 从而在地壳表层与深部造成 2 种不同的作用结果 : 一方面地壳表层受拉而变薄, 发生裂谷型断裂作用, 这样便形成了北西南东向拉张 ;

3 162 JournalofEngineringGeology 工程地质学报 2012 部太平洋板块和菲律宾板块则分别自北东东和南东方向向欧亚大陆俯冲, 大洋板块俯冲引起地幔内高温低波速的熔融或半熔融物质上涌并挤入地壳 [10], 从而在地壳表层与深部造成 2 种不同的作用结果 : 一方面地壳表层受拉而变薄, 发生裂谷型断裂作用, 这样便形成了北西南东向拉张 ; 另一方面太平洋板块在上地幔深处对欧亚板块造成了来自南西西向的挤压,2 方面作用奠定了华北地区地裂缝张裂的力源基础从活动构造来看, 研究区内发育着数条北北东向及近东西向断层, 在平面上成三叉戟状围限着这一区域, 主断裂有 : 太行山前大断裂束鹿断凹东缘断裂束鹿断凹西缘断裂等, 此外还发育着多条次级断裂受板块构造的影响, 华北地区的主压应力方向以北东东南西西方向为主导, 构造应力张量结构以走滑型为主, 兼有一定的正断性 [11], 这在隆尧地区有着更为具体的表现 ( 表 1) 笔者认为, 太行山大断裂断错侏罗纪至第四纪延绵 620km, 长期处于右旋状态, 导致内丘巨鹿断裂 ( 隆尧断裂 ) 的形成 ( 图 1, 箭头所示 ), 为隆尧地裂缝的产生提供了孕裂条件断裂编号表 1 隆尧地区主要活动断裂 Table1 MajoractivefaultsinLongyaoarea 断裂名称产状走向倾向倾角活动性质 F1 临城断裂 NW NE 正断 F2 柏乡断裂 ( 晋县断裂 ) NE40 NW 30 ~40 正断 F3 新河南宫断裂 NNW NEE 正断 F4 巨鹿临西断裂 NW NE 正断 F5 内丘巨鹿断裂 ( 隆尧断裂 ) NWW-NEE SW-SE 正断 F6 明化镇断裂 NE-NEE NW-NNW 正断 F7 鸡泽乡断裂 SN 正断 F8 保定石家庄断裂 NE40 ~45 SE 20 ~25 正断 F9 邯郸断裂 NE10 ~20 SEE 40 ~60 右旋正断 F10 束鹿断凹东缘断裂 NNE NWW 正断 F11 束鹿断凹西缘断裂 NNE SEE 正断从地层条件来看, 该区域属于冲洪积及冰川 - 冰水作用为主形成的山前倾斜平原堆积区, 第四纪地层覆盖厚度可达 300~550m 左右 [12] ( 图 2), 巨厚的覆盖层为地裂缝的致裂应力集中传递释放提供了良好的物理场地层土体主要类型可以分为砂及图 1 隆尧新构造及地裂缝分布图 ( 据河北省地震局,2010) Fig.1 MapshowingneotectonicsandgroundfisuresinLongyao 1. 隆起区 ;2. 平原区 ;3.. 基岩 ;4. 正断层 ;5. 地裂缝 ;6. 扭动断层

20(2) 徐继山等 : 邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析砂质粉土粉土及粉质黏土重粉质黏土及黏土等 3 种类型砂及粉质黏土主要分布在山前及部分河道带, 所占比例较小 ; 重粉质黏土及黏土则主要分布在山前平原与中部平原交接处, 地势较低洼的湖泊地区 [3] 163 系 (3) 不受地形地貌影响该地裂缝能够穿越河流 ( 如小漳河澧河 ) 陡坡, 并保持良好的直线延伸特征图 2

2 Diagrammaticcros sectionofstratuminlongyao 3 隆尧地裂缝的发育特征隆尧地裂缝显性出露于河北省邢台市隆尧县周缘村镇, 自 20 世纪 60 年代以来就有零星分布, 因其发育在农田乡道河渠等非人居区而未得到必要重视自 2003 年以来, 地裂缝活动渐有增强态势, 受到地质灾害调查与防治部门的重要关注当前该地裂缝集中发育于西店子

4 20(2) 徐继山等 : 邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析砂质粉土粉土及粉质黏土重粉质黏土及黏土等 3 种类型砂及粉质黏土主要分布在山前及部分河道带, 所占比例较小 ; 重粉质黏土及黏土则主要分布在山前平原与中部平原交接处, 地势较低洼的湖泊地区 [3] 163 系 (3) 不受地形地貌影响该地裂缝能够穿越河流 ( 如小漳河澧河 ) 陡坡, 并保持良好的直线延伸特征图 2 隆尧地区地层剖面示意图 Fig.2 Diagrammaticcros sectionofstratuminlongyao 3 隆尧地裂缝的发育特征隆尧地裂缝显性出露于河北省邢台市隆尧县周缘村镇, 自 20 世纪 60 年代以来就有零星分布, 因其发育在农田乡道河渠等非人居区而未得到必要重视自 2003 年以来, 地裂缝活动渐有增强态势, 受到地质灾害调查与防治部门的重要关注当前该地裂缝集中发育于西店子东店马等十几个村镇, 从其发育规模 ( 包括长度宽度深度 ) 来看, 属于一条典型的巨型地裂缝, 具有以下特征 : 3 1 平面特征方向性地裂缝从地层深处扩展到地表, 对土体及人工构筑物具有改造作用 [13], 可以形成潜蚀缝塌陷坑张裂纹错断拉断陡坎等表生灾害现象 ( 图 3) 隆尧地裂缝在地表出露长度大于 30km( 仅隆尧县境内 ), 从整体延展趋向来看, 具有很强的方向性主要表现在以下 3 个方面 :(1) 线性分布集中并未出现其他区域所见的断续状入字状小字状雁列状侧羽状等形态结构, 线性出露特征良好, 这说明隆尧地区的应力状态在某种程度上与其他地区不是完全相同的 (2) 与断裂带方向一致地裂缝沿着隆尧断裂 ( 图 1,F5) 分别向 NWW NEE 方向做不同程度的延伸, 仅在局部地区有零星点状或散状分布, 说明该地裂缝与隆尧断裂有着某种共同成因上的联图 3 地裂缝灾害现象 Fig.3 Hazardsofgroundfisures a. 水平错动 ;b. 陡坎 ;c. 塌陷折线性地裂缝自 NWW 到 SEE 穿越周张庄 (N) 南小

5 164 JournalofEngineringGeology 工程地质学报 2012 图 4 隆尧地裂缝平面展布 Fig.4 MapshowingtheplaneofgroundfisuresinLongyao 1. 地裂缝发育带 ;2. 地裂缝发育点 ;3. 探槽及物探位置 ;4. 地裂缝拐点河虎中柏舍南柏舍永兴尧家庄 (S) 西店子东店马, 切断澧河, 折向 NEE 穿越东店马开河村 (S) 马兰村 (N) 任村 (N) 西清湾, 切断小漳河, 转向 NE 穿越舍落毛儿寨等村, 并向东西两端有一定范围延伸 ( 图 4) 现场调查得知, 地裂缝的线性展露具有 2 个较为明显的折点 : 一个交于澧河 ( 拐点 A), 一个交于小漳河 ( 拐点 B), 使得地裂缝的走向发生 2 次转折, 范围为 60 ~85 2 个拐点皆位于河道东侧, 且拐点 A 的转折角度远大于拐点 B 从折线特征来看, 可以说明 :(1) 河道对地裂缝的走向影响是存在的, 地裂缝的折向往往指向河流的下游方向 ( 或言折点在河道左岸 ), 可能的解释是 : 华北平原新构造具有南弱北强之势, 河道也由南向北摆动演化 [21], 地裂缝的向北转折正是这种演化的响应 ; 另外, 在河道流域底部沉积着一定厚度的细砂粉砂, 也便于形成较大形态的裂缝 ;(2) 地裂缝在走向上受到的作用力是不均一的隆尧地裂缝自西向东发育, 其破裂力自西向东也呈迁移趋势张扭性地裂缝的张扭性是从地裂缝在地表的力学破坏迹象反映出来的, 隆尧地裂缝具有张裂性和左旋性的特点其张裂的特性表现在地表塌陷路面破裂房屋拉裂等现象地表张裂形态可延伸至深部, 张裂宽度由浅自深变小, 呈现一定的剖面特征, 可见其引张力受到深部构造的控制隆尧地裂缝具有左旋的特点, 其证据有二 :(1) 受灾区墙体出现沿地裂缝走向左旋错动的形态 ( 图 3a), 墙体破裂错距达 6cm;(2) 受灾区路面破坏具有一定的力学形迹 ( 图 5), 根据格里菲斯强度理论, 地面裂纹将沿着与最大拉应力成直角的方向扩展, 地裂缝活动呈左旋走滑特征图 5 隆尧地裂缝左旋走滑特征 Fig.5 Left lateralslipofgroundfisuresinlongyao 3 2 剖面特征探槽揭示了地裂缝的剖面特征 ( 图 6 图 7), 地裂缝近地表铅直曲折纵向延伸, 剖面呈上宽下窄形状, 地表裂缝出露宽约 30cm, 至探槽底部变窄为 2cm 地裂缝的主体倾向为 SW190, 倾角为 85, 向深部延伸呈直立状态, 与隆尧断裂产状基本一致该条地裂缝错开上下两盘地层, 北盘相对上升, 南盘相对下降, 地表错动量为 10~15cm 左右, 为正断层性质这与内丘巨鹿断裂 ( 隆尧断裂 ) 相一致, 推测裂缝与深部断层相接隆尧断裂为华北平原拗陷区内邢衡隆起与临清拗陷的边界 ( 图 2), 断裂长约

20(2) 徐继山等 : 邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析 165 29km, 在第四纪有过活动 [14] 从而可以初步推断, 隆尧地裂缝是隆尧断裂在深部活动的地表显现当然, 这一点还需要深部揭示的进一步佐证在细部上, 清理出的裂缝面上可见清晰的擦痕 ( 图 8), 显示地裂缝具有明显的剪扭特征图 8 东店马村西探槽地裂缝擦痕 Fig.

(2) 破碎带的存在由地震剖面图 9b 与地震剖面图 9c 解译到反射波组 T3~T5 地段中断, 推测在这一深度范围 ( 即 350~660m) 有破碎带的存在地裂缝在地表的位置 ( 图 9b 箭头所示 ) 与该破碎带在垂向上具有对应关系, 或说明该破裂带的存在为地裂缝的孕育提供了破裂基础结合上述特点,

6 20(2) 徐继山等 : 邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析 km, 在第四纪有过活动 [14] 从而可以初步推断, 隆尧地裂缝是隆尧断裂在深部活动的地表显现当然, 这一点还需要深部揭示的进一步佐证在细部上, 清理出的裂缝面上可见清晰的擦痕 ( 图 8), 显示地裂缝具有明显的剪扭特征图 8 东店马村西探槽地裂缝擦痕 Fig.8 Striaofgroundfisuresintrench inthewestofdongdianma 3 3 深部特征图 6 西店子村西地裂缝探槽剖面 Fig.6 TrenchprofileofgroundfisuresinthewestofXidianzi 1. 表土 ;2. 粉土 ;3. 粉质黏土 ; 4. 地裂缝及填土 ;5. 地层编号 ;6. 地裂缝产状为揭示隆尧地裂缝断层的深部特点及两者之间的关系, 在隆尧县西店子村布置了浅层地震勘探剖面 ( 图 4), 对解译结果分析如下 ( 图 9a~c): (1) 断层埋深通过对比 4 组地震时间剖面图, 均可确定反射波组被错断现象, 推测断层埋深位置随区域的不同亦有不同, 大概在 140~670m 之间, 这说明断层活动有向地表进一步发展趋势 (2) 破碎带的存在由地震剖面图 9b 与地震剖面图 9c 解译到反射波组 T3~T5 地段中断, 推测在这一深度范围 ( 即 350~660m) 有破碎带的存在地裂缝在地表的位置 ( 图 9b 箭头所示 ) 与该破碎带在垂向上具有对应关系, 或说明该破裂带的存在为地裂缝的孕育提供了破裂基础结合上述特点, 可以推测深部断层的长期缓慢活动造成了上部某个深度地层的破碎, 在自然和人类工程活动耦合的地质活动共同作用的影响下 [15], 最终在地表显现成缝 3 4 活动特征构造地裂缝的长期活动多具有周期性, 中期活动多具有脉动性, 短期活动常具有跳动衰减休止表 2 反射波速度 Table2 Speedofreflectedwave 图 7 东店马地裂缝探槽剖面 Fig.7 TrenchprofileofgroundfisuresinDongdianma 1. 表土 ;2. 人工填筑土 ;3. 粉土 ;4. 粉质黏土 ; 5. 地裂缝及填土 ;6. 节理 ;7 地层编号 ;8. 地裂缝产状层位 /ms 速度 /m s -1 推测地层 T 黏土层 T 泥质砂层 T 粉砂层 T 粗砂层 T 砂砾层

7 166 JournalofEngineringGeology 工程地质学报 2012 图 9 西店子村浅层地震时间剖面 Fig.9 TheseismicprofileinXidianzi 和反向运动的特征 [1] 隆尧地裂缝从成因来看属于构造型地裂缝, 其活动特征表现在如下方面 ( 表 3):(1) 活动时间隆尧地裂缝始现于 1966 年 3 月邢台里氏 6 8 级地震, 震后地裂缝很快闭合此后, 地裂缝经过缓慢的发育过程, 偶见地表出露现象至 2003 年以后, 地裂缝开始集中群发, 发展至

8 20(2) 徐继山等 : 邢台市隆尧地裂缝发育特征及成因分析 167 今, 具有剧烈活动趋势经过现场统计和测量, 近年来地裂缝水平活动速率约 1 0cm a -1, 垂直活动速率约 3 5~4 0cm a -1 (2) 活动位置地裂缝的出现及活动的位置也有迁移的特点, 按照时间排序, 依次为陈墩村滏阳河附近马栏村崔庄西店子西店子两侧, 表现出从西东两侧向中心发育, 然后从中心再向两侧扩展出现的规律 (3) 活动阶段按照地裂缝活动时间位置及破坏烈度, 可以将其发展过程划分为开启 - 闭合 - 缓变 - 骤变等 4 个阶段, 先期断裂的活动造成深部地裂缝,1966 年邢台地震作用重新开启并使裂缝扩展到地表, 地震应力释放之后, 裂缝随之闭合, 至 20 世纪 80 年代以后进入缓慢变化时期,2000 年以来地下水抽采活动加大, 地裂缝活动进入骤变阶段 4 隆尧地裂缝的成因分析 4 1 孕裂环境地裂缝活动特征反映出致裂因素 ( 如土性岩性内应力外应力 ) 之间的联系性, 而非孤立的局部性 [16] 所谓孕裂环境, 是指地裂缝发生的局部条件, 重点是地裂缝发生地段的深部构造断裂构造和构造地貌 3 个方面孕裂环境可以分成 2 个时期 : (1) 应力积累期晚于 NE 向或 NNE 向的太行山断裂, 中新世以来,NNE 向的太行山山前深大断裂在 NW-SE 向挤压后开始松弛, 太行山与华北平原的垂直差异运动变成主题 [12] 在这一背景下,EW 向隆尧断裂应力累积持续增强由于覆盖层的厚度以及土体性质, 断层活动对覆盖其上的地层造成的剪切应力具有一定缓冲作用, 导致其破裂的应力是一个逐渐积累的过程 (2) 破裂带的形成隆尧断裂是正断左旋走滑活动性质, 垂向和横向上的剪切力导致破裂应力在断层上部某个深度持续累积, 在地震活动等骤发作用的条件下, 最终导致破裂带的形成, 地裂缝偶有地表显现, 但未形成规模 4 2 启裂条件相关物探资料表明, 破裂带距地表有一定的深度, 只有当应力活动应变积累地震活动抽水作用地表水渗入等某个或某几个条件成熟之后, 才得以显现成缝从实地勘察来看, 隆尧地裂缝的启裂与应力作用和抽水作用两个因素相关性最大, 其中断裂活动导致的应力持续累积作用是基础, 抽水作用对土体的持力能力的破坏作用是重要因素根据物探资料的揭示结果, 由于断层持续活动, 加之上覆土体性质而产生差异沉降 [17], 造成深部断层附近拉应力集中, 从而造成破碎带的形成 ( 图 9b 图 9c 椭圆范围 ), 这为地裂缝的开启奠定了基础隆尧断裂具有正断左旋活动的特征, 断层的先期活动或者后期持续微弱的活动为地裂缝的形成提供了动力来源 [18], 导致拉应力区的扩展, 甚至是破碎带的形成此外, 地表水对土体具有渗透冲刷侵蚀的作用, 形成了裂缝的外在条件 4 3 开裂过程从实地勘察以及历史统计结果 ( 表 3) 来看, 隆尧地裂在平面上的发展具有先从两端发育再由中心向两侧扩展的规律可能的解释是 : 裂缝扩展规表 3 隆尧地裂缝历史活动统计 Table3 Groundfisures actinginlongyaoinhistory 位置时间走向条数长度 /m 特征危害陈墩村明朝久旱, 隆平地裂长七里阔三丈农田陷裂隆尧多沿滏阳河分布, 为 1966 年里氏 6 8 级地震造成喷砂冒水桥梁错断马栏村 NE 宽 70cm, 隐伏裂缝久旱逢雨开裂农田陷裂崔庄 SN EW ~ 两组相交, 宽 30~65cm, 深 8m 西店子 2003 夏 NWW SEE 雨后出现, 裂缝宽度很小西店子 NWW SEE 2500 横跨 2 镇 3 村隆尧 NWW SEE 4a 时间垂直错动 20cm, 水平错动 6cm 房墙开裂房屋开裂农田陷裂房屋开裂农田陷裂房屋开裂农田陷裂 [1,15] 据王景明

9 168 JournalofEngineringGeology 工程地质学报 2012 模主要取决于地震波应力与裂缝应力状态的耦合, 依据费马原理裂缝从裂端附近开裂 [19] 地裂缝的形成是一种长期的结果, 而非短期的突发的现象 [20], 隆尧地裂缝从裂端分别沿 NWW SEE 向向中心扩展, 或现于地表或隐于地下, 经过长期缓慢的发展, 汇聚到某一区域 ( 西店子 - 东店马附近 ), 造成剪应力汇聚, 从而形成一个新的破裂点从剖面特征看, 裂缝从深部开始, 拉应力增加到土体的受力极限时破裂开始形成, 逐渐发展成深部的破裂带, 在地下水抽采地表水渗入条件下, 破裂向上发展成地裂缝 5 结论 (1) 隆尧地裂缝线性断续出露于十余个村镇达 30km, 分别向 NWW NEE 方向延伸, 与隆尧断裂高度一致 ; 该条地裂缝具有走向延伸折线分布正断错动左旋走滑等特点, 其活动时间具有周期特征, 可分为开启 - 闭合 - 缓变 - 骤变等 4 个时期 (2) 隆尧地裂缝受控于隆尧断裂, 区域内的深部构造断裂构造构造地貌等条件为地裂缝的形成提供了孕裂环境从演化阶段来看, 孕裂过程经历了应力积累破碎带形成 2 个时期 (3) 隆尧地裂缝的启裂与应力作用和地表水入渗 2 个因素相关性最大, 其中断层的先期活动或者后期持续微弱的活动为地裂缝的形成提供了动力来源, 抽水作用地表水入渗对土体具有持续的破坏作用, 是地裂缝形成的外在条件 (4) 从实地勘察以及历史统计结果来看, 隆尧地裂缝的开裂过程, 在平面上具有先从两端发育, 再从中心向其两侧扩展的规律 ; 在剖面上具有自下而上扩展的规律从剖面特征看, 裂缝从深部开始, 在内外条件成熟的基础上向地表发展 (5) 地裂缝的发育受着内外动力地质多重因素作用的影响, 对其做出准确预测是困难的, 但从目前的勘察情况来看, 隆尧地裂缝活动正处于活跃期, 建议加强观测与防治参考文献 [1] 王景明. 地裂缝及其灾害的理论与应用 [M]. 西安 : 陕西科学技术出版社,2000,1~191. Wang Jingming.Theory ofground Fisures Hazards and Its Application.Xi an:scienceandtechnologypresofshaanxi, 2000,1~191. [2] 王卫东. 西安地裂缝形成的区域稳定动力学背景研究 [D]. 西安 : 长安大学,2009. Wang Weidong.Study on the RegionalStability Dynamical Background in theformingofxi an Ground Fisures.Xi an: Chang anuniversity,2009. [3] 李俊, 刘金峰, 莫多闻. 河北平原地裂缝的分布规律及成因初探 [J]. 水土保持研究,2003,10(3):62~65. LiJun,LiuJinfeng,MoDuowei.Distributionandoriginoftherifts inhebeiplain.researchofsolandwaterconservation,2003,10 (3):62~65. [4] 李昌存. 河北平原地裂缝研究 [D]. 北京 : 中国地质大学, 2003,2~32. LiChangcun.Studyon theground Fisuresin HebeiPlain. Beijing:ChinaUniversityofGeosciences,2003,2~32. [5] 李世雄, 李守定, 郜洪强. 河北平原地裂缝分布特征及成因机制研究 [J]. 工程地质学报,2006,14(2):178~183. LiShixiong,LiShouding,Hao Hongqiang.The distribution charactersandoriginmechanicsofgroundfisureshazardinhebei plain.journalofengineeringgeology,2006,14(2):178~183. [6] 孙强, 杨继红, 秦四清, 等. 河北平原地裂缝产生的微观机理研究 [J]. 工程地质学报,2008,16(2):201~205. SunQiang,Yang Jihong,Qin Siqing,etal..Micro structural analysisofthe ground fisures in Hebeiplains.Journalof EngineeringGeology,2008,16(2):201~205. [7] 费宇红, 苗晋祥, 张兆吉, 等. 华北平原地下水降落漏斗演变及主导因素分析 [J]. 资源科学,2009,31(3):394~399. FeiYuhong,Miao Jinxiang,Zhang Zhaoji,etal.Analysison evolutionofgroundwaterdepresionconesanditsleadingfactorsin northchinaplain.resourcesscience,2009,31(3):394~399. [8] 彭建兵, 范文, 李喜安, 等. 汾渭盆地地裂缝成因研究中的若干关键问题 [J]. 工程地质学报,2007,15(4):433~440. PengJianbing,FanWen,LiXi an,etal.somekeyquestionsin theformationofgroundfisuresinthefen WeiBasin.Journalof EngineeringGeology,2007,15(4):433~440. [9] 谢富仁, 崔效锋, 赵建涛, 等. 中国大陆及邻区现代构造应力场分区 [J]. 地球物理学报,2004,47(4):654~662. XieFuren,CuiXiaofeng,ZhaoJiantao,etal.Regionaldivisionof therecenttectonicstresfieldinchinaandadjacentareas.chinese JournalofGeophysics,2004,47(4):654~662. [10] 徐长芳. 中国大陆壳内与上地幔高导层成因及唐山地震机理研究 [J]. 地学前缘,2003,10( 增刊 ):101~111. XuChangfang.Thecauseofformationoftheuppermantleand crusthighconductivelayersinchinesemainlandandthestudyof Tangshanearthquake.EarthScienceFrontiers,2003,10(S): 101~111. [11] 杨理华, 李钦祖. 华北地区地壳应力场 [M]. 北京 : 地震出版社,1980,88~91. YangLihua,LiQinzu.TheCrustalStresFieldinNorthChina. Beijing:SeismologicalPres,1980,88~91. [12] 陈望和, 倪明云. 河北第四纪地质 [M]. 北京 : 地质出版社, 1987,(11):4~68. Chen Wanghe,NiMingyun.Quaternary Geology in Hebei.

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;2 ;3 15 ;4 10 ;5 9 ;6 104 ;7 6 1 ( ) Fig.1 Outlinemapoffaultsystem &structureunitsinqudifaultednosearea(withtectonicseting) a. ;b. ( 2-a) 2

;2 ;3 15 ;4 10 ;5 9 ;6 104 ;7 6 1 ( ) Fig.1 Outlinemapoffaultsystem &structureunitsinqudifaultednosearea(withtectonicseting) a. ;b. ( 2-a) 2 36 3 2017 5 GeologicalScienceandTechnologyInformation Vol.36 No.3 May 2017 doi:10.19509/j.cnki.dzkq.2017.0304,,,. [J].,2017,36(3):27-32. 1, 2, 1, 1, 3 1, (1., 257000;2. ( ), 430074; 3. ( ), 266580) :,