咸陽城區地裂縫特征及成因探討

王德耀　劉宇峰

摘要：咸陽地裂縫可分為新生地裂縫和古地裂縫兩種類型，具有走向近NEE與近NNW向兩個方向的特征，以走向近NEE向地裂縫為主，其次為NNW向地裂縫；地裂縫受區域地質構造控制明顯，走向近NEE向地裂縫分布于渭河北岸斷裂帶及其附近，規模相對大，活動性強，危害也較大；走向近NNW向地裂縫受隱伏斷裂控制，其活動性、規模、危害相對較小。地震活動和不合理的地下水開采是咸陽地裂縫形成的誘因，建議咸陽城市建設盡量避開地裂縫通過或可能通過帶，且以建綠地或公園為主。

Abstract： Xianyang ground fissure can be divided into two types： the new ground fissure and the paleo-ground fissure，which have the characteristics of approaching NEE and NNW， and mainly toward the near NEE to the ground fissure. The ground fissures are obviously controlled by regional geological structure， and the near-NEE geosynclinal fractures are distributed in and around the northern bank fault zone of Weihe River， with relatively large modulus， strong activity and great harm. The near-NNW geosynclinal fracture is controlled by hidden faults， and its activity， scale and damage are relatively small. Seismic activity and irrational groundwater exploitation are the inducements for the formation of the Xianyang ground fissures. It is suggested that the construction of Xianyang city should try to avoid the passage of the ground fissures or the possible passage of the belt as much as possible， and to build green space or park primarily.

關鍵詞：咸陽；地裂縫；渭河；活動斷裂

Key words： Xianyang；ground fissures；Weihe River；active fault

中圖分類號：P642.13+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）32-0179-03

0 引言

咸陽城區地處關中沖積平原腹地，基底地質構造復雜，農業開發歷史悠久，人口密集，城市建設強度越來越大，自20世紀90年代就發現有十多處地裂縫[1]，主要分布于東西走向的渭河北岸隱伏活動斷裂即渭河三級階地前緣陡坎附近，地裂縫不僅有現代新生的，也有在漢墓中發現古代的。不論是何時形成的地裂縫，均可使地形變形，建筑開裂，危害極大。目前沿渭河三級階地前緣陡坎附近道路、房地產開發較多，建筑活動頻繁，有城市設施如天然氣管道，加油站等，故關于這一帶地裂縫的成因及預防研究就顯的特別重要。

1 地裂縫分布及特征

咸陽城區根據地裂縫發育時間可分為古地裂縫及新生地裂縫，古地裂縫僅見于漢墓墻磚形成的連續變形開裂，可見延伸相對較短，埋藏深度較大，多已被外來物質充填，開裂面相對顯陳舊，受風化時間較長；新生地裂縫主要見于地表的連續開裂變形，規模相對大，充填少，開裂面相對新鮮，持續變化。

1.1 新生地裂縫

咸陽城區新生地裂縫主要分布于馬泉鎮—吳家堡—任家咀一帶，長約15km，在地貌上表現為高差15-20m的陡坎，也就是渭河地塹中渭河北岸隱伏活動斷裂通過之處。地裂縫不均勻地分布在陡坎南北兩側，寬度約1km，在陡坎附近及以南是主要發育區，從西到東具體主要分布在秦都區馬泉鎮渭店村、趙家村、查田村、安家村、程家村、大泉村、古渡鎮魏家泉村、永安堡村、石斗村、吳家堡村、渭城區渭陽鎮任家咀村。陡坎以北附近主要分布在咸陽師范學院及鐵二十局醫院等地（圖1）。

大多數地裂縫總體走向與陡坎一致，呈NEE走向，介于60°-80°之間，其次是與陡坎接近垂直的地裂縫，其走向NNW，約350°。地裂縫在平面上組合形式多樣，主要為單縫形式，其次為多縫形式，如圖1程家地裂縫主體、魏家泉-石斗村地裂縫主體、安家-查田地裂縫主體、趙家地裂縫及任家咀地裂均為單縫。局部地段的群縫有平行排列、雁行斜列、側接、放射狀排列等多種形式，如安家-查田地裂縫西部呈現三條地裂縫平行排列樣式、咸陽師院地裂縫呈大約350°方向雁行式排列樣式（圖2）。

地裂縫在居民區主要表現為水泥地面的微裂縫紋或小裂縫，縫寬一般為0.1-2cm，向下開挖1-2m深有的可見地裂縫的寬度可達20-30cm，在農田內地裂縫一般表現為下陷的地峽，地峽寬度從數公分到1m，下陷深度達20-30cm，少數地方出現陷穴或落水洞。

地裂縫地面延伸不長，呈追蹤狀、鋸齒狀，變化大，單條地裂縫連續出露長度最小者不足1m，最長者有130m，地面變形表現為帶狀連續狀變化，有的長度可達1km，如大泉地裂縫和安家—查田地地裂縫。在剖面上地裂縫可探深度可達20m，其產狀較陡，介于30-1080m，地裂縫通過之處有的表現為地面變形，有的表現為房屋開裂，建筑物破壞。

地裂縫活動主要以水平拉張為主，其裂開面粗糙、不平整，鋸齒狀寬窄不一，一般呈追蹤狀延伸，且延伸不遠，在磚墻往往順磚縫追蹤發育，偶有切斷磚塊現象，在水泥地面呈樹枝狀、雁行狀發育，在農田相對平直，易成地峽狀[1]。

咸陽師院地裂縫（圖2）就是新生地裂縫的典型代表，其處于渭河北岸隱伏活動斷裂以北，發育于咸陽師院與師院附中交界處，向南斷續延向鐵二十局，師院院內在老圖書館和老校醫務室舊平房上表現最為清楚，總體上呈群縫出現方向為330°-350°左右，縫寬介于1-20mm之間，單縫延伸不長。介于1-4m，多在磚墻中沿縫呈追蹤式發育，無切斷磚的現象，有一定的延續性，在房屋前水泥地面也可見2條地裂縫，而且還是在墻柱前，長不足1m，表現為自房柱向外裂縫寬度由10mm逐漸尖滅，其次為西側道路上，也有地裂縫發育，呈NNW向的樹枝狀發育，兩側道緣也有，以前這里也有小的陷落，現已用水泥填補，據說本條路多次修補，筆者觀察時前方正在局部補水泥路面。

2006年2月9日晚8點14分，伴隨響聲師院5號家屬樓出現眾多裂縫變成危樓，居民陸續搬出最終拆除。該家屬樓以前就有裂縫，據老住戶講地下管道漏水并多次維修。筆者觀察開裂后的情況發現，樓體中出現的眾多裂縫方向性強，和老圖書館的地裂縫方向基本一致，但5號家屬樓處于前述老圖書館NNE約100m處，老圖書館地裂縫按走向延伸不到此，若二者為同一成因，則屬于同一地裂縫帶，并呈雁行式分布，漏水也可能是地裂縫破壞輸水管道所致。

1.2 古地裂縫

古地裂縫主要分布于渭河北岸隱伏活動斷裂以北的渭河三級階地之上，由于時間長，風化破壞和人類活動影響，古地裂縫現象不十分典型。2006年3月，咸陽師院科技苑大樓開挖地基發現一座大型漢代積沙墓，咸陽市文物考古研究所對該處工地進行考古勘探，據專家介紹，該墓是一座大型多室墓，平面大致呈“甲”字形，由墓道、耳室、墓室和陪葬坑組成。墓葬東西走向，全長25.4m、總深度14m。根據推算墓道的復原長度為46m，墓道底面平滑堅硬。筆者現場觀察磚砌墓道有兩條地裂縫通過，第一條是走向和墓道近乎平行，大約東西方向，地裂縫通過南北走向的墻體時，能切斷二分之一的磚塊，地裂縫緊閉，其余是追蹤磚縫，地裂縫寬數毫米到2cm，縫內有黃土充填，不新鮮，地裂縫通過處，可見部分磚塊有變形，還有小塊的變形碎磚塊，裂縫面陡立；第二條是走向和墓道近乎垂直的地裂縫，大約350°方向，明顯可見順地裂縫磚塊有下陷現象，變形斜傾的磚面與正常水平磚面形成20°交角，裂縫面通過處，磚塊移位、變形，剝落，裂縫面陡立，從充填物和磚裂縫看不新鮮，顯年代久遠之狀（圖3）。

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2 地裂縫形成機理分析

2.1 區域地質構造的控制

咸陽城區地處汾渭地塹構造帶之渭河地塹，橫跨近東西走向的渭河北岸隱伏活動斷裂，西接走向NE-SE涇河-灞河斷裂帶[2]，形成渭河北岸隱伏活動斷裂以北的咸禮凸起，以南的西安凹陷，涇河-灞河斷裂帶以西的固市凹陷，地貌上表現為咸陽塬南及東面均為陡坎，象用刀切的蛋糕，且各個塊體高低不平。東西走向的渭河北岸隱伏活動斷裂規模極大，從寶雞到渭南數百公里長，控制了渭河平原中部的地貌，表現為一大的陡坎，且各處高低不同，該斷裂為一基底斷裂隱伏于第四系之下，南傾，為一高角度正斷層，已經歷了多期構造活動，已切穿第四系覆蓋層，屬于活動性斷裂，在咸陽沿本斷裂分布有一系列泉水，如從西向東有馬跑泉、大泉、小泉、魏家泉等低溫泉；國家地震局第二測量大隊在1970-1988年對該斷裂帶進行了地形變形測量，結果是形變速率為3-4.1mm/a；NE-SE涇河-灞河斷裂帶在地貌上表現為涇河、灞河，斷裂控制了河流流向和河道形態。另外還有長安-咸陽隱伏斷裂穿過咸陽，這些皆構成咸陽地裂縫的地質背景。

渭河北岸隱伏活動斷裂是咸陽地裂縫形成的控制性斷裂，在咸陽表現為渭河二級階地與三級階地的分界，咸陽地裂縫主要沿此斷裂及附近分布，絕大多數地裂縫的走向與本斷裂走向一致，二者位置近乎重合者多，向南有零星平行于此斷裂的地裂縫，向北有零星平行和垂直于此斷裂的渭河三級階地面的古地裂縫。

近南北向或NNW向的各時期地裂縫基本平行，這和三級階地階坡及前緣或咸陽二道塬面南緣附近自然溝谷走向基本一致，如大的溝谷有新興路坡、吳家堡坡，塔爾坡及其眾多的小沖溝，筆者認為這種有規律性的排列是受基底構所控制，推測與涇河—灞河或長安—咸陽斷裂有關。

2.2 地震活動的誘發

據咸陽秦都地震辦張靠社研究，1970年1月1日到2010年7月31日，40年間關中共發生地震1107個，對震中用經緯度定位后，明確發生在各斷裂上或次一級的小斷裂上的地震共計1011個，占全部地震的91.33%；在“陜西省活動斷裂及地震震中分布圖”和“陜西關中地區斷裂分布圖”上找不到斷裂的地震共計96個，占全部地震的8.67%。渭河斷裂40年來共發生地震105個，其中ML1.0級以下18個，ML1.0-1.9級57個，ML2.0-2.9級23個，ML3.0級以上7個。最大地震是1998年1月5日咸陽渭城區正陽鎮5.2級，也是關中地區自1970年以來的最大震級地震。渭河斷裂上的地震在地理分布上有明顯分段叢集特點，其中從楊凌到咸陽市區就是一段（26個），2008.5.12汶川地震后，從5月14日到2010年7月，該斷裂共發生地震60個，其中2008年17個，2009年36個，2010年7個，是該斷裂自1970年以來最明顯的叢集時段，年平均頻次是汶川地震前年頻次的12倍。這明顯是受汶川地震直接影響的結果，也是關中渭河地塹對汶川地震的最早響應。

從以上不難看出，絕大部分地震的發生都是由構造斷裂活動引起的，構造斷裂是地震釋放地應力和能量的主要通道，在地應力和能量的釋放過程中就會產生斷裂兩側地形變化，故地震是地裂縫發生的主要誘因，據唐山工程學院王景明教授在咸陽北邊涇陽楊趙-龍泉斷裂觀察，1984沿此斷裂的蒙家溝村南發生地震時，邊震邊裂，由小后大，發展成沿斷裂密集成帶的地裂縫[3]。像渭河北岸斷裂這類地塹構造類型斷裂是以張應力變形為特點，從而多引起平行于主斷裂的地裂縫，由于南側下降盤活動強，變形大，故與斷裂走向一致的地裂縫多在斷層南側出現，而NNW向地裂縫是受基底構造所控制，在地震活動的誘發下所引起，且相對遠離渭河北岸斷層。另外也可以看出渭河北岸斷裂活動間歇性特點明顯，這也是咸陽古今地裂縫周期性形成的原因。

2.3 地下水的影響

地下水的變化對于地裂縫的變化有一定的影響，局部可能具有決定的作用。咸陽城市自20世紀50年代開始自備井抽取下水，井群自然形成建城區、3530廠-玻璃廠自備井開采區及彩電、西橡水源地等開采區，大量開采的結果淺層和深層承壓水水頭降低，研究表明部分水頭變化與地裂縫的變化速度與趨勢基本保持一致，這是因為地下水水頭下降，土顆粒孔隙壓力減小或消失，為保持力的平衡，土顆粒發生移動以填補消失的一部分孔隙水壓力，由于這種力的傳遞是由下而上傳到地面就引起地面陷落，形成漏斗[4]，在漏斗北部邊緣與渭河斷裂接壤部分由于引張拉伸作用則形成與近東西向地裂縫，咸陽城區現有不同規模、不同層次的開采漏斗，如市建成區漏斗和彩虹漏斗等。

另外咸陽城區北高南低，為城市防洪安全需要，還有圍繞老的咸陽城區西、北、東三面修建有防洪渠這一特殊的城市設施，防洪渠象人的眉毛一樣保護著咸陽老城區這顆“眼睛”，北部段的防洪渠地處渭河三級階地前緣，距渭河北岸斷裂較近，走向與渭河北岸斷裂走向基本一致，吳家堡與咸陽師院地裂就分布在其兩側，防洪渠雖然長期水量不大，但經常有水，在2000年以前是自然河道，無砌護，2000年以后為了美化環境做了涵洞，長期地表水下滲補給下水，必然會影響防洪渠兩側地下水位變化，進而誘發渭河三級階地前緣地裂縫的發展。

3 總結

綜上所述，咸陽地裂縫可分為新生地裂縫和古地裂縫兩種類型，具有走向近NEE與近NNW向兩個方向的特征，以走向近NEE向地裂縫為主，次為NNW向地裂縫；地裂縫是受區域地質構造控制，走向近NEE向地裂縫分布于渭河北岸斷裂帶及其附近，受活動斷裂的控制和影響大，這個方向的地裂縫規模相對大，活動性強，危害也較大，走向近NEE向地裂縫受隱伏斷裂控制，其活動性、規模、危害相對較小，但局部破壞或破壞引起的次生危害更大，如咸陽師院5號家屬樓斷裂前曾曝地基下有滲水，并有維護，這可能與地裂縫破壞地下水管有關，推測是地裂縫及其所引起的次生危害共同作用的結果。

地震活動是形成咸陽地裂縫的主要誘因，其次為地下水不合理開采。地裂縫要以預防為主，能避讓盡量避讓。在咸陽以近東西向為主地裂縫通過區，即渭河三級階地前緣與二級階地后緣所形成的陡坎南北附近，2000年前沒有大的建筑物，只有一些傳統的村落，以土窯和民居房屋為主，稍顯荒涼、落后。后來由于城市的快速發展，現在在這一帶大興土木，高樓小區一個接一個興起，部分將陡坎推為平地作為大樓地基，有的修有加油站、天燃氣貯存站、醫院。雖然這一帶地裂縫勘察未發現，或沒有活動，但由于有地裂縫形成的地質背景和活動周期，最好不要大興土木，可建成城市公園或綠化帶，為城市服務。

在地下水的開發中，要合理布局，在保證地下水循環平衡的條件下合理開采，同時充分利用引黑工程，并隨著引漢入渭南水北調工作的推進，咸陽的地下水就會進入一個相對穩定的時期，咸陽地裂縫地質災害就會進一步減少。

參考文獻：

[1]咸陽市國土資源局.咸陽市區區地裂縫調查報告[R].2003.

[2]陜西省地質礦產局.陜西省區域地質志[M].北京：地質出版社，1990.

[3]王景明，陳樹強.陜西涇陽地裂縫災害及成因分析[J].水土保持學報，1989，3（1）：31-36.

[4]于國新.咸陽地裂縫成因分析[J].安全與環境工程，2006，13（3）：1-4.