誰主沉浮大地

徐繼山 彭建兵 盧全中

所謂表生地質災害，就是在地球表層（主要為第四系物質）形成的不良地質現象或作用。地球表層（簡稱“地表”）是巖石（土）圈與大氣圈的交匯地帶，天地相交、陰陽轉化，自然賦予了地面太多的美好——人類也是這種變化的產物。同樣地，地面也時刻變化著，或沉、或塌、或裂。隨著人類活動加強，人為因素已愈加成為地面變形災害的重要原因。正如一幅漫畫所繪，人類正拿著各種“錛鑿斧鋸”，一點點地破壞著這條共渡的船，渾然不覺自己與這條船休戚與共。

地 面 沉 降

地面沉降是一種“慢性病”，慢到人看不見、摸不著。可是，當我們把幾十年來監測的資料放在一起、做成曲線圖的時候，就會發現，腳下的大地明顯在下沉。世界各地爭先恐后“低調”起來，上海沉降2.6米，日本東京沉降4.6米，美國加州沉降8.5米；沿海地區已經開始進入“負海拔”時代，長三角地區海拔為-2米，這意味著海水可以輕易淹沒上海；華北地區大于20厘米沉降量的地區超過7萬千米2，占華北平原60%以上[1]，“樓沉沉”“樓歪歪”“樓偏偏”事件屢見于報端。

地面沉降可造成地基下沉、港口失效、海水倒灌、管線錯斷等問題。這使人不得不重新審視腳下的大地，它并不是鐵板一塊——它是含有水及各種資源的地層，取走了資源，就要填補那一份空間，擔那一部分的“憂”。地面沉降的原因有兩個方面：構造因素和人為因素。構造作用造成的每年沉降量只有幾毫米，而地面沉降已經達到十幾到幾十厘米。可見，人為的采煤、抽水作用對沉降的“貢獻”是占絕大部分的。

現在，我國已經出臺許多控沉措施，如禁采地下水、回灌地下水、加強重點監測等。所謂“病去如抽絲”，這種地面慢性病“治療”起來也是個“慢”過程。

地 面 塌 陷

地面塌陷是地表巖土體在自然或人為因素作用下，造成向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質現象。根據發育條件和作用因素，可以劃分為巖溶塌陷、第四系塌陷和采空塌陷等。

巖溶塌陷是巖溶作用的“劇烈化”，是指在巖溶地區，下部可溶巖層中的溶洞或上覆土層中的土洞，因自身洞體擴大或在自然與人為因素影響下，頂板失穩產生塌落或沉陷的現象。它的實質是大氣層與巖石圈假借水的力量而發生的“戰爭”——是大氣圈（水圈）向巖石圈的“進軍”。巖溶塌陷，無疑造成了大氣圈的局部擴張。

可溶性巖包括碳酸鹽、硫酸鹽和鹵素巖（如石鹽），分布廣泛，但巖溶塌陷主要分布于華南大部分地區以及華北零星地區。這是因為可溶性巖見之于地表，就成了地上巖溶；埋之于地下，才能形成塌陷。塌陷不僅出現于陸地，也會出現在海洋中。如中國廣西樂業“天坑群”，在20千米2的區域內，密集排列著28個天坑，其中的“大石圍”天坑，直徑為420～600米，垂直深度613米，坑底還有原始森林、地下暗河，堪稱超級“世外桃源”；在中美洲伯利茲外海，有一個“大藍洞”，其實就是一個海下大型巖溶塌陷——直徑300米，深度125米，像一直巨大深邃的藍色眼睛注視著天空，吸引著探險者的到來。

第四系塌陷是地面水動力條件改變，而誘發地表土層塌陷的現象。這是因為“第四系”是最近地質時期（第四紀）期間形成的堆積物，如黃土、河道沖積土等，它們往往具有多孔結構，松散而軟弱，極易被水侵蝕（如黃土陷穴、古河道塌陷等）。

采空塌陷則是由人類活動所主導的一種災害，由于地下礦體（煤、石膏礦等）被采出，懸空的上覆地層發生彎曲變形、破壞，從而導致地表陷落。

地面塌陷就像“定時炸彈”一樣，影響著區域內的建（構）筑物，造成房屋、道路、礦山、水庫、堤防等工程的破壞，同時也造成了土地資源的損毀。治理它們，就像“排雷”工作，找準原因，才能對癥下藥。

地 裂 縫

地裂縫是一種地表破裂，但是并非所有的地上裂縫都叫“地裂縫”，因它要求具有一定的規模和特定的形態。它能夠造成斷裂（即破裂）、錯動（垂直方向或水平方向）和塌陷[2]，使地表變得崎嶇破碎，使地基變得不穩當。論其成因，既有地質作用因素，又有人為活動因素。最近越來越多的研究表明，人類的影響在加大，構造只是告訴地表在哪里“裂”，而人類活動卻讓這數百年、數千年的過程，幾乎變成了“一瞬間”。

同屬一片大地，古人也見識過它的身影、領略過它的威力。在《太平御覽》中就記載了一個故事——“黃帝亡則地裂”[3]。據說，在黃帝（有熊氏）時期（公元前2598年），天下發生地裂，預示著黃帝將亡。后人奇怪，為什么把黃帝的命運與地裂聯系在一起呢？這是因為古人認為黃帝是土命，“以土德王，應地裂而陟”。不過，能和帝王相提并論的“地裂縫”，規模一定小不了，至少也有十幾公里至幾十公里長。科學地講，黃帝開創了“穿井”取水法（地下水），從事農業生產[4]，間接改變了河北平原地下水的賦存狀態，這或許是地裂縫的起因。

在古代典籍中，類似這樣的記載還有很多，然而這些豐富的現象記錄并沒有孕育出中國古典地質學科，這是很值得思考的。第一次具有科學意義的記載，始于萊伊爾（C. Lyell）的《地質學原理》（1830年）一書，書中描述了多種不同類型的地裂縫，如干旱地裂縫、沉降地裂縫、地震地裂縫、火山地裂縫等[5]。現代地裂縫的研究始于1926年，研究者在美國西南盆地的皮卡喬地區發現地裂縫，并推測它是斷層錯動造成的[6]。

從世界范圍看，地裂縫主要分布在人類活動劇烈的平原、盆地區域，在北美西緣、歐洲中部、非洲東北、亞洲大部，都有集中分布。如美國西南部地區、冰島北部板塊邊界區域、沙特阿拉伯地區，有些是斷層活動引起的，有些是地下水、石油開采引起的，有些則是地震、火山等構造作用引起的。

在全球地裂縫中，西安地裂群是最壯觀的，也是最有魅力的。西安地裂縫，就像老人額上深深的皺紋一樣，刻畫在這座古城的大街小巷。14條地裂縫等間距、平行地分布在這片大地上。一下火車，你就站在第4條上了。從北往南走，幾乎每穿一條街道，你就會跨越一條地裂縫。你經過繁忙的長安立交，橋下就是第6條縫；你身在繁華的小寨，腳下就伏著第7條縫；大雁塔恰壓在第8條上，在唐代建成30年后就塌了一回（現在的大雁塔是多次修繕而成的），或許身為設計者的玄奘并不知道其中的原委。

仔細觀察，你會發現所有的裂縫均在臨潼—長安斷裂以北，且出奇地平行，它們是怎么形成的呢？許多人都提出了不同的看法。彭建兵院士和他的團隊研究了半個世紀，提出了一個“三層樓”模型：上地幔隆升→基底伸展→上部蓋層響應[7]，即熔融的上地幔物質向上隆起，基底做伸展運動，帶動上面的蓋層發生破裂，這些破裂貫通到地表，就形成了一條條地裂縫?？梢姡@個模型很好地解釋了地裂縫和斷層的伴生關系。

解釋成因的目的在于防治。地裂縫已經成為這個城市的一部分，考驗著設計者的智慧，地鐵、高橋、管線的建設，都面臨著前所未有的世界難題。早在1300年前的唐代（公元707年），義凈和尚就受到“不倒翁”的啟發，將小雁塔設計成半球狀基座，雖然它立于第5條縫和第6條縫之間，又歷經了幾十次地震（最大的為1556年關中地震，8級），卻毫發未傷?，F代修建的長安立交橋，也建在地裂縫上，因為不知道地裂縫具體在哪里開裂，工程師們采取了“化整為零”的方法，將“橋身—橋墩”分割成若干塊，這樣無論地裂縫怎么活動，也只能破壞一段，而修建一段的成本遠遠小于整體。同樣，地鐵隧道也不可避免地貫通那些“地裂縫”們，地裂縫隨時都在活動，勢必會造成隧道的錯斷，這對高速運行的機動車組，無疑是極大的威脅。工程師們在“化整為段”的基礎上，采用“以柔克剛”的方式，將隧道段與地裂縫結合地更加柔和，從而使隧道安然通過地裂縫?？梢?，災害本身并不可怕，因為人總會有無窮的智慧。

結 語

以上介紹了三種表生地質災害，有構造因素，也有人為（工程活動）因素，我們不禁要問，是誰在主導著大地？如何才能讓地表“安穩”下來？在《易經》“否”卦中，有這么一句話，“有命，無咎，疇離祉?！边@就是告誡人類，一分耕耘，一分收獲；取之一分，也要還之一分。人類與自然是一對共生關系，作為萬物之靈長的人類，更要以“感恩者”和“照看者”的態度對待自然，這樣才能實現“人—地”共長安。

[本文相關研究得到國家自然科學基金專項項目（42042054）、中國礦業大學教學研究項目（2020YB20、2018ZX06）、中國礦業大學研究生教育教學改革研究與實踐項目（2019YJSJG011）、地質工程專業國家一流專業建設點項目、江蘇高校優勢學科建設工程項目的資助。]

[1]何慶成， 劉文波， 李志明. 華北平原地面沉降調查與監測. 高校地質學報， 2006（02）： 195-209.

[2]徐繼山. 華北陸緣盆地地裂縫成因機理研究. 西安： 長安大學， 2012：1.

[3]王景明. 地裂縫及其災害的理論與應用. 西安： 陜西科學技術出版社， 2008： 10.

[4]黃崇岳. 水井起源初探——兼論“黃帝穿井”. 農業考古， 1982（2）： 130-135.

[5]C Lyell. Principles of geology. London： William Clowes， 1830： 415-420.

[6]R J Leonard. An earth fissure in Southern Arizona. The Journal of Geology， 1929， 37： 765-774.

[7]彭建兵， 等. 西安地裂縫. 北京： 科學出版社， 2013.

關鍵詞：地表 地質災害 地面沉降 地面塌陷 地裂縫 ■