大同市地裂縫災害分析及防治

馬玲玲

(山西省地質環境監測中心，山西太原 030024)

0 引言

地裂縫災害是地質災害的一種，它的發育具有滯后性和持續性，并有繼續發展的可能或趨勢，因此絕不可忽視。近年來，大同市高樓林立，居民生活在供水、供熱及供氣等配套設施方面也有了很大改觀。隨之而來的地裂縫災害日趨嚴重，成為大同市內的主要地質災害。據不完全統計，其災害造成的直接經濟損失約63 849萬元，可見地裂縫災害已嚴重影響大同市區及周邊的社會和經濟發展，同時對當地人民群眾的生命財產也構成了威脅。

1 地裂縫分析

1)地裂縫發育現狀。大同市地裂縫最早發現于1983年，當時長不足5 km，其后日益加劇，至1990年形成長10.5 km的地裂縫帶，1994年發展到24 km，截止到2008年已發展到11條，總長度達33.4 km的地裂縫帶，其規模有巨型、大型、中型，以大型為主，其中中型地裂縫2條，占18%，大型地裂縫8條，占73%，巨型地裂縫1條，占9%。規模最大的為南郊鑿井隊地裂縫(f3)，總長度達5.5 km，最短為柴油機廠地裂縫(f11)，長度0.8 km。

除上述11條地裂縫以外，大同機車廠生產車間亦出現了地裂縫，其地裂縫非構造成因，而是由于人防工程進水黃土濕陷形成的，此次暫不列入討論范圍。

2)地裂縫特征。大同市區11條地裂縫分布及其主要特征詳見表1。

表1 大同地裂縫主要特征統計表

地裂縫特征概述:

a.從平面展布上看，地裂縫是由主裂縫及其伴生的次級裂縫組成的地裂縫帶。上盤次級裂縫(35條)多于下盤(23條);活動強度上盤大于下盤;上盤影響寬度大于下盤。

b.地裂縫線性延伸方向性強，大同市發育的11條地裂縫，走向都在NE30°～80°范圍內，且優勢方位NE50°左右，與大同市區斷裂構造主體方向一致。

c.地裂縫在走向上各段活動程度具有差異性，強發育段地裂縫連續，活動程度大，影響寬度大，建筑物破壞嚴重。

d.從剖面上看，活動量較大的次級裂縫，傾角一般在60°～70°，向下延伸與主裂縫相交，由地面至深處，其活動有上弱下強、上寬下窄的特點。

e.根據對11條地裂縫的觀測，具有明顯的三維活動特征，并呈現垂直沉降量＞水平張量＞水平扭量，其比值為垂直沉降量∶水平張量∶水平扭量 =10∶6∶1。

3)地裂縫成因分析。大同地裂縫的產生主要是由于地下水超采引起的，地質構造因素主要控制地裂縫的走向。

a.地質因素。區域地質構造線與大同市地質構造線方向一致，優勢方位在NE50°左右，可見大同市地質構造受控于區域地質構造，而地裂縫的發育優勢方位亦為NE50°左右，且各條地裂縫均有下伏斷層，其對應如下:房子村斷層對應機車廠地裂縫、322醫院地裂縫、文化里地裂縫、南郊鑿井隊地裂縫、振華街地裂縫、周家店地裂縫;新添堡斷層對應于新添堡地裂縫;白馬城斷層對應于鐵路分局地裂縫。由此可見，大同市地裂縫的發育與大同市下伏斷層有著密切的關系，地質構造控制著地裂縫的發展方向。

b.人為因素。隨著大同市建設的快速發展，人為地加重了對地下水的開采。地下水超采，導致地下水位下降，形成地下水位降落漏斗區，隨著地下水超采的加劇，降落漏斗不斷擴展，隱伏斷層活動也隨之加劇，從而產生地裂縫。大同市多數地裂縫分布在地下水漏斗區邊緣地帶。1983年和1984年間，由于地下水位下降，大同機車廠漏斗區和城西漏斗區形成，同一時期，機車廠地裂縫(f1)與鐵路分局地裂縫(f7)形成;20世紀80年代末，地下水超采加劇，地下水位大幅下降，導致城西漏斗區向北東方向擴張，與此同時，1989年先后出現了322醫院地裂縫帶(f5)、文化里地裂縫帶(f4)、南郊鑿井隊地裂縫帶(f3)以及振華街地裂縫(f8)。據調查結果統計，大同市地裂縫活動的63%是由于地下水開采造成的，這說明了引發地裂縫災害的主要誘因是地下水超采。

4)地裂縫導致建筑物成災的機理分析。地裂縫導致建筑物成災有兩種情況:

a.墻裂地也裂:建筑物或構筑物墻面破裂，地面上也能找到相應的地裂縫存在。這種墻體的破壞往往是地裂縫活動引起的。

b.地裂墻不裂:對于結構施工質量高的建筑物或構筑物，其相對應的地面已經開裂，但建筑物或構筑物墻體未見開裂。這種情況出現的原因可能是:構造地裂縫發生初期，發生的地裂縫上下盤沒有水平錯位和垂直位移，只有張開，僅造成建筑物的地基懸空。

據國家地震局地質研究的調查研究資料，以下是對該區地裂縫成災機理的分析:

根據淺部物探、化探、槽探、地面變形測量、房屋開裂調查，查明大同鐵路分局地裂縫以垂直升降為主，水平引張為輔，兼左旋，屬左旋張性正斷層。表現為南盤相對下降、北盤上升、張性開裂兼左旋扭動。因此，分布在地裂縫帶上的建筑物將呈三維空間破壞:即受到垂直升降、水平拉張、左旋扭動力的共同作用。

5)地裂縫災害造成的經濟損失。根據1992年西安地質學院在《大同城市地質勘察研究》項目調查結果測算，大同地裂縫造成的建筑物破壞損失為832萬元/km，目前大同地裂縫總長度為33.4 km，以此計算損失約為27 789萬元;大同地裂縫避讓帶寬度為24 m，故造成的土地破壞面積為1 202畝，以30萬元/畝地價考慮，土地破壞造成的經濟損失約為36 060萬元，由此得出大同市地裂縫地質災害總經濟損失約63 849萬元。

2 防治對策

1)為解決大同市地下水超采、城市供水緊張的問題，必須盡快尋找新的供水水源;2)對地裂縫發育區要限制繼續增鑿新井，以減輕其對地裂縫附加災害作用;3)在規劃有地裂縫通過的地區時，必須嚴格實施避讓原則;4)建筑物、構筑物結構及強度設計，必須考慮地裂縫的危害，特別是管線工程，跨越地裂縫必須使用抗變形結構;5)城市規劃與建設必須考慮地裂縫災害的影響因素。

3 結語

大同市區地裂縫災害的形成、發展大多是由人為因素誘發的，主要是多年過量超采地下水引發隱伏斷層活動而引起的。所以本區應加大地下水超采的管理力度，以減輕地裂縫災害對大同市區經濟建設和農業生產的危害。

［1］王景明.地裂縫及其災害的理論與應用［M］.西安:科學技術出版社，2000.

［2］武 強，姜振泉，李云龍.山西斷陷盆地地裂縫災害研究［M］.北京:地質出版社，2003.

［3］楊艷萍.大同市平原區地形變初步研究報告［R］.太原:山西省地礦局環境地質總站，1991.

［4］賀秀全.山西省地面沉降與地裂縫調查報告［R］.太原:山西省地質環境監測中心，2009.

［5］陳 亮.大同市市區及周邊平原區地下水動態分析報告(2003～2007)［R］.太原:山西省地質勘查局二一七地質隊，2008.