關于豫北平原地裂縫展布特征探討

孟 飛，高 歡

（1.河南省地質礦產勘查開發局第二地質環境調查院，河南 鄭州 450003；2.河南省地質礦產勘查開發局第二地質礦產調查院，河南 鄭州 450001）

0 前言

回溯20 世紀70 年代，豫北平原地裂縫就已經被發現并證實其大量存在，但受制于當時的科學認識與生產實踐融合存在普遍的滯后性。自21 世紀初，隨著我國社會經濟的長足發展，人類工程活動影響程度不斷加大，導致豫北地裂縫活動強度持續增強，已逐漸成為我國地裂縫發育及影響程度較大的地區之一。豫北地裂縫已經造成了城市建筑、生命線工程、交通、農田水利設施的直接破壞，使當地居民的生活環境惡化。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。結合現有的研究數據和現場裂縫的調查結果，明確地裂縫的分布特征，有利于發現豫北地裂縫的展布規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

從豫北平原區地裂縫延伸的方向可以得出，不同區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方向，且在膨脹發育的過程中始終保持該方向的規律性。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，主要形成于1970 年～1991 年[2]。豫北地區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地裂縫較為典型；上述地裂縫在豫北平原區均有分布，發育強弱程度亦基本對應，具備明顯的地域性特點。

1.2 地裂縫展布的密度特征

地裂縫的形成與發育與多種因素相關聯在一起，其中既有內動力作用，又同時具備外動力作用如斷裂活動、基底活動、地下水抽采、表水入滲、強降雨、采空坍塌等，這些因素對地裂縫的孕育與各個階段的發育具有自身的影響與貢獻。

一般情況下，區域內活動斷裂與地裂縫活動的相關度與密度影響最大，其次抽水及灌溉作用、地表水滲入等因素相關度較低。地裂縫在活動斷裂沿線或附近區域內和活動斷裂的交匯地區較為常見，且其發育強度及密度與周邊的斷裂活動速率基本相吻合，有明顯的地域性特點。滑縣—濮陽—南樂縣一帶，周邊構造活動強度較高，與之對應的區帶內地裂縫發育程度明顯高于其他地區；濮陽縣胡狀鄉地區位于內黃隆起與東明斷陷交匯地區，新構造運動十分活躍，則該地區的地裂縫發育程度也十分明顯。

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，故整體上呈現出復雜性的特征。其密度的復雜性可以表現在群體發育、單條發育成因兩個方面。對于某一特定地裂縫來說，其發育過程中伴隨著孕裂、啟裂、成裂不同階段上的劃分，影響地裂縫發育的構造因素、介質因素、水體因素、人為因素（如地下水抽采）等多種作用相互作用，在不同時間段內發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，成因上的機理與模式也各不相同。根據前人研究已知可造成地裂縫現象的作用有：古河道演化效應、斷裂的蠕滑地表響應效應、工程活動災變效應、地下水抽采效應、地面差異沉降效應、地震的開裂效應等。故而豫北平原地裂縫的形成與發展是多種因素的共同作用下綜合影響的結果。

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

表1 地裂縫分布密度統計表

2 豫北平原地裂縫平面展布特征

根據現狀已查明地裂縫的相關組合受力方式，可將豫北平原區域發育的地裂縫平面性特征作為單一體系進行相應分析研究。將地裂縫分布區單一體系形態細劃歸為直線型、平行多字型、折現型和弧線型四種形態。

2.1 直線型展布特征

在裂縫的細微部分中，形成無數個小的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，最后演變為直線形與鋸齒狀地面裂縫。

圖1 直線型地裂縫平面形態

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。主要原因為地裂縫往往受制于活動斷裂控制，繼承其扭動特征。

2.3 弧型展布特征

由一個或若干個弧形裂縫組成，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，局部塊段點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螺旋形。這一型式多發生在地下礦業開采形成的采空區周邊。

2.4 折線型展布特征

在某一區域內，地裂縫逐漸呈對稱狀展開，逐漸展布為弧頂狀及雙翼狀的地裂縫形態，發育特性體現為具有一定的折向。

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出的相關特征，平面與剖面形態必然具有某種程度上的聯系。

3.1 楔體型

其裂縫于地面主要剖面形態為上寬下窄，中間摻雜且包含地表物質的楔形形態。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。楔型結構地裂縫在水平面形態上伴隨產生規模較大的地面塌陷坑，無形之中又加劇了地裂縫災害的影響程度。

究其主要原因為兩點：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、溝渠為種植業發展而進行的相關灌溉、城市建設及農業發展而進行的覆土回填等人類活動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、粉質粘土及粉砂土，地下水和地表農業灌溉活動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在豫北平原區地裂縫中最為常見。

圖2 濮陽縣胡狀鄉地裂縫剖面

3.2 雁列型

從豫北平原地裂縫剖面形態上看，雁列型地裂縫排列形態主要呈現在主裂縫與次級裂縫之間，也可呈現于相互次級裂縫之間。造成上述現象的主要原因有二。首先，主次地裂縫之間普遍具有較強的關聯性，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為雁列形態，其近地表多呈直立狀。如安陽市周邊地區的地裂縫，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

此外地裂縫在相關剖面上的形態還存在其他不同類型，如串珠狀、細毛狀、結環狀、樹枝狀及復雜的組成形態。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聯，而位于中深部的地裂縫又承受著周邊土體巖石對它施加的壓力，其穩定形態及結構取決于周邊圍壓情況，越接近地表，圍壓越小，到達地表時其圍壓幾近于無，從而為該地區地裂縫的形成創造出了相應空間，故豫北平原地裂縫的展布地表形態也因此不同。同時地裂縫的剖面形態也會跟隨水平面形態變化而產生相應變化，進一步演化為更復雜的形態結構。

4 結論

通過上述豫北平原區域地裂縫展布特征分析研判，可得出以下結論：

1）在研究區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）豫北平原區域地裂縫平面展布可劃為直線型、平行多字型、折現型和弧線型四種平面形態。

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