馬玲玲 賀秀全

(山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，山西太原 030024)

0 引言

20世紀(jì)中、后期以來，在山西斷陷盆地的大同、太原、榆次、臨汾、運(yùn)城等大中城市先后出現(xiàn)了地裂縫和地面沉降災(zāi)害，山西斷陷盆地已成為我國乃至全世界地裂縫與地面沉降最發(fā)育、破壞性最強(qiáng)、區(qū)域性特點最典型的地區(qū)之一。

1 山西省地裂縫與地面沉降現(xiàn)狀

1.1 地裂縫

1.1.1 地裂縫分布現(xiàn)狀

山西斷陷盆地地裂縫的出現(xiàn)可謂源遠(yuǎn)流長，早在漢代就有歷史文獻(xiàn)記載，進(jìn)入現(xiàn)代，特別是20世紀(jì)80年代以來，隨著人類活動的不斷加劇，地裂縫迅速發(fā)展。迄今為止，山西省已有26個縣(市、區(qū))發(fā)現(xiàn)地裂縫，地裂縫所經(jīng)之處，地面及地下建筑物遭到嚴(yán)重破壞，尤其是對城市地下鋪設(shè)的供水、供氣和排水系統(tǒng)管網(wǎng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅，給國民經(jīng)濟(jì)、城市建筑及生命線工程造成巨大破壞，據(jù)不完全統(tǒng)計，已造成9億多元的直接經(jīng)濟(jì)損失。調(diào)查統(tǒng)計，山西斷陷盆地共發(fā)現(xiàn)有地裂縫271條(帶)，按照地裂縫的劃分標(biāo)準(zhǔn)，其中小型地裂縫115條(帶)，占42.4%，中型地裂縫66條(帶)，占24.4%，大型地裂縫85條(帶)，占31.4%，巨型地裂縫5條(帶)，占1.8%。規(guī)模最大的為太原盆地祁縣白圭地裂縫帶，總長度達(dá)22.4 km。

1.1.2 地裂縫分布規(guī)律

按照城市統(tǒng)計，大同市地裂縫最為發(fā)育，共發(fā)育地裂縫11條，總長度達(dá)33.4 km，分布于大同城區(qū)的主要地段，不但出現(xiàn)時間早、發(fā)展速度快、規(guī)模大，而且造成的經(jīng)濟(jì)損失及社會影響大。按照地貌單元統(tǒng)計，運(yùn)城盆地地裂縫最為發(fā)育，出現(xiàn)歷史久遠(yuǎn)，而且分布范圍廣，密度大，共有地裂縫99條(帶)，占山西斷陷盆地地裂縫總數(shù)的36.5%;太原盆地共有地裂縫83條(帶)，占山西斷陷盆地地裂縫總數(shù)的30.6%，其中包括規(guī)模最大的祁縣白圭地裂縫帶，總長度達(dá)22.4 km;臨汾盆地共有地裂縫73條(帶)，占山西斷陷盆地地裂縫總數(shù)的26.9%，其他盆地分布地裂縫16條(帶)，占山西斷陷盆地地裂縫總數(shù)的5.9%;以行政區(qū)劃來統(tǒng)計，山西共有26個縣(市、區(qū))出現(xiàn)地裂縫，其中運(yùn)城市有6個縣(市、區(qū))出現(xiàn)地裂縫99條(帶);運(yùn)城市鹽湖區(qū)地裂縫最為發(fā)育，共有地裂縫52條(帶)，占山西地裂縫總數(shù)的19%;晉中市有4個縣(市、區(qū))分布地裂縫67條(帶)，占山西地裂縫總數(shù)的25%;其他市地裂縫分布相對較少。

1.1.3 地裂縫成因類型及特點

地裂縫地域分布特征明顯的表現(xiàn)為與人類經(jīng)濟(jì)活動的密切相關(guān)性，因為地裂縫是地面沉降發(fā)展到一定階段的環(huán)境效應(yīng)，地面沉降又是地下水長期過量開采的結(jié)果，地下水開采量在山西這樣一個經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)來說往往是與經(jīng)濟(jì)總量息息相關(guān)的。從地裂縫出現(xiàn)的時間來看，大多發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)80年代初期，90年代進(jìn)入高發(fā)期，這也反映了在粗放型經(jīng)營狀態(tài)下，地裂縫的產(chǎn)生與地下水開采的關(guān)聯(lián)性。山西地裂縫按照其成因類型基本可分為五類:地質(zhì)構(gòu)造活動型、地質(zhì)構(gòu)造——地面沉降復(fù)合型、地面沉降型、黃土濕陷型、黃河庫岸沉陷型。

山西斷陷盆地地裂縫災(zāi)害特征概括起來有以下特點:三維空間的有限性;成災(zāi)過程的緩變性和累進(jìn)性;反復(fù)成災(zāi)，災(zāi)害過程常具有周期性變化;災(zāi)害強(qiáng)度分布的非均衡性和非對稱性;災(zāi)害效應(yīng)的方向性;另外，地裂縫災(zāi)害還具有不可抗拒性，城市災(zāi)害重、鄉(xiāng)村災(zāi)害輕或不構(gòu)成災(zāi)害等特征。

1.1.4 地裂縫災(zāi)害的經(jīng)濟(jì)損失

經(jīng)初步估算，山西斷陷盆地地裂縫災(zāi)害造成的直接損失約為9.3億元，大同地裂縫地處城市區(qū)，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失最大，約為6.4億元，占山西斷陷盆地地裂縫造成的直接經(jīng)濟(jì)損失的68%，單一地裂縫條帶造成直接經(jīng)濟(jì)損失最大的是太原盆地清徐西邊山地裂縫，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為1.3億元，占山西斷陷盆地地裂縫造成的直接經(jīng)濟(jì)損失的13.7%。統(tǒng)計結(jié)果表明，山西地裂縫災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失及社會影響，明顯的表現(xiàn)為城市嚴(yán)重、農(nóng)村輕的顯著特點。

1.2 山西地面沉降現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代以來，山西斷陷盆地的中小城市、農(nóng)村地下水開發(fā)利用量大幅度增加，地面沉降范圍也因此從城市向農(nóng)村擴(kuò)展，并在區(qū)域上連片發(fā)展，地面沉降范圍擴(kuò)大。由于下伏基底地形起伏，地面沉降區(qū)往往伴生地裂縫，加劇了地面沉降災(zāi)害，山西地面沉降主要發(fā)生在太原市、大同市及晉中市。太原市、大同市有水準(zhǔn)監(jiān)測資料，其他地方無水準(zhǔn)監(jiān)測資料。

1.2.1 太原市地面沉降概況

太原市地面沉降發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，至80年代沉降加劇。據(jù)地面沉降二等水準(zhǔn)測量點實測資料，1956年～2007年地面沉降范圍，北起上蘭鎮(zhèn)，南至劉家堡鄉(xiāng)南代家堡;西起風(fēng)聲河，東至西溫莊村;南北長約39 km，東西寬約19 km，地面沉降涉及范圍約600 km2，最大沉降中心為吳家堡—大馬村一帶，吳家堡累計地面沉降量314.8 cm，年均沉降速率6.17 cm/年;大馬水準(zhǔn)點實測資料，累計沉降 303.5 cm，年均沉降速率 5.95 cm/年，20 世紀(jì)90年代以來，沉降范圍逐年向盆地邊緣和南部擴(kuò)展，沉降漏斗面積逐年擴(kuò)大。

太原市地面沉降歷史演變劃分為4個階段:1)1956年～1981年為初步形成階段;2)1981年～1989年為快速發(fā)展階段;3)1989年～2000年為持續(xù)急劇擴(kuò)展階段;4)2000年～2007年為平穩(wěn)不均衡發(fā)展階段。根據(jù)不同歷史時期地面沉降等值線圖，太原市目前可劃分出2處沉降區(qū)，5個沉降漏斗中心。1956年～2007年太原市地面沉降等值線圖外圍半閉合線仍為100 mm，南北長約45 km，東西寬約18.8 km，沉降面積552 km2。

由于2003年山西省“引黃入晉”工程將黃河水引入太原，同時太原市實施了關(guān)井限采措施，老的沉降中心北固碾、萬柏林、下元、吳家堡沉降速率明顯減緩，取而代之的是小店、武家寨等新的沉降中心正在快速形成。

由于地面沉降造成地面高程降低，地面積水，橋墩下沉，城市地下管道坡度改變，深井管上升，建筑物傾斜倒塌等。如迎新街觀測站J34孔井管坐落在深部基巖上，1984年以來，由于地面沉降，井管升高330 mm。南內(nèi)環(huán)橋1988年建成以來，由于地面不均勻下沉，引起橋上、下錯動達(dá)100 mm，并出現(xiàn)多處裂縫。武家莊村50個宅院(300余間)全部倒塌，90%住房成為危房，90%耕地常年積水無法耕種，20余眼深井全部報廢，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.19億元。吳家堡村房屋倒塌、裂縫、積水嚴(yán)重，新建筑房屋地基高出地面1.5 m ～2.5 m。

1.2.2 大同市地面沉降概況

大同地面沉降監(jiān)測結(jié)果表明，2006年大同市形成了北部和南部2個沉降區(qū)，4個沉降漏斗。2個沉降區(qū)1.0 cm閉合線總面積為25.73 km2;北部沉降區(qū)沉降漏斗中心位于陳莊一帶，1.0 cm閉合線面積為 8.93 km2，1.4 cm 閉合線面積為 4.51 km2，1.8 cm 閉合線面積1.45 km2;南部沉降區(qū)1.0 cm 閉合線面積16.83 km2，3個沉降漏斗中心分別為西水磨、大同機(jī)車廠、西韓嶺。西水磨沉降漏斗1.4 cm閉合線面積 0.23 km2，大同機(jī)車廠沉降漏斗1.4 cm閉合線面積為0.56 km2及西韓嶺沉降漏斗1.4 cm閉合線面積為2.65 km2。對比幾年的沉降速率圖，大同市地面沉降的范圍在持續(xù)向南部擴(kuò)展，沉降速率為1 cm/年～2 cm/年。

大同市地下水降落漏斗的中心與地面沉降中心基本一致，因而證實了過量開采地下水是產(chǎn)生地面沉降的主要影響因素之一。地面沉降區(qū)建筑物損壞，道路、橋涵、地下管道開裂，鐵路扭曲變形，造成的損失較大。據(jù)不完全統(tǒng)計，大同市地面沉降造成的直接經(jīng)濟(jì)損失在2億元左右。

2 近年來開展的調(diào)查、監(jiān)測工作及防治對策

自20世紀(jì)80年代以來，山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心、多所科研院校及相關(guān)地質(zhì)單位對地裂縫、地面沉降早已展開過調(diào)查與研究，并取得了一系列成果，如《山西斷陷盆地地裂縫災(zāi)害研究》《地裂縫及其災(zāi)害的理論與應(yīng)用》《大同城市地質(zhì)勘察研究》《臨汾地裂縫的成因及發(fā)育環(huán)境研究》《內(nèi)陸新生代斷陷盆地區(qū)地面沉降機(jī)理及模擬——以山西省太原市為例》等。

2.1 地面沉降與地裂縫勘查概況

先后開展的勘查項目有:《山西省地面沉降與地裂縫調(diào)查》《山西盆地地裂縫地面沉降調(diào)查與監(jiān)測》《山西省太原市地面沉降勘查》《山西省清徐地裂縫勘查》，勘查手段包括調(diào)查、物探、槽探、遙感解譯、監(jiān)測等，通過調(diào)查、勘探與監(jiān)測，基本查明了山西盆地地裂縫、地面沉降分布規(guī)律，對地裂縫、地面沉降成因進(jìn)行了研究，提出了地裂縫、地面沉降災(zāi)害防治對策及防治技術(shù)，服務(wù)了地方城市及國家重大工程建設(shè)。

2.2 地裂縫、地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

2.2.1 地面沉降監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)

全省共建設(shè)地面沉降監(jiān)測水準(zhǔn)點270個，GPS觀測墩14個，水準(zhǔn)線路單程總長約830 km，總控制面積約1 080 km2。另外，太原市吳家堡分層標(biāo)，由于城市道路建設(shè)已經(jīng)被破壞，正在重建中。其中大同市地面沉降監(jiān)測網(wǎng)，由86個水準(zhǔn)點、6個GPS觀測墩組成，控制面積約220 km2，水準(zhǔn)線路單程總長約200 km;太原市地面沉降監(jiān)測水準(zhǔn)控制網(wǎng)，由102個水準(zhǔn)點、8個GPS觀測墩組成，水準(zhǔn)線路單程總長約380 km，控制面積約560 km2;臨汾市地面沉降監(jiān)測水準(zhǔn)控制網(wǎng)由82個水準(zhǔn)點組成，控制了臨汾市平原地區(qū)，控制面積約300 km2，水準(zhǔn)線路單程總長約250 km。

2.2.2 地裂縫監(jiān)測網(wǎng)建設(shè)

全省在斷陷盆地中共19條(帶)典型地裂縫建設(shè)監(jiān)測水準(zhǔn)點82個。其中大同市地裂縫監(jiān)測網(wǎng)點共埋設(shè)水準(zhǔn)點36點，短水準(zhǔn)剖面2條(水準(zhǔn)點26個)，水準(zhǔn)對點5對(水準(zhǔn)點10個)，另有地裂縫監(jiān)測站1處;太原盆地地裂縫監(jiān)測網(wǎng)點建設(shè)共布設(shè)短水準(zhǔn)剖面5條，埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石32點;臨汾市地裂縫監(jiān)測網(wǎng)點建設(shè)共埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石4點(水準(zhǔn)對點2對);運(yùn)城盆地地裂縫監(jiān)測網(wǎng)點建設(shè)共埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石10點，短水準(zhǔn)剖面1條，水準(zhǔn)對點2對。

2.2.3 緩變形地質(zhì)災(zāi)害防治措施

目前，山西省全面開展了地質(zhì)災(zāi)害危險性評估制度，緩變形地質(zhì)災(zāi)害防治效果明顯。在大、中城市采取關(guān)井壓采、引黃河水代替地下水等措施，大幅度減少了地下水的開采量，水位持續(xù)回升，對地裂縫分布的場地主裂縫帶實行建筑避讓，在建設(shè)項目中采取工程防治措施等。

3 地質(zhì)調(diào)查服務(wù)于地方城市建設(shè)及國家重點建設(shè)工程

山西省開展的地裂縫與地面沉降調(diào)查與監(jiān)測工作，一直致力于為城市規(guī)劃發(fā)展和為國家重大工程建設(shè)提供技術(shù)支持。在太原市長風(fēng)商務(wù)區(qū)建設(shè)及大同市城市道路改造、城中村改造建設(shè)工程中，針對建設(shè)工程項目區(qū)地面沉降、地裂縫發(fā)育情況，提出了地裂縫和地面沉降的防治對策和技術(shù)手段。地方政府認(rèn)真聽取并采納了本項目組對工程建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害的防治意見，減輕了地裂縫、地面沉降對建設(shè)工程的影響。2009年，2010年在地裂縫監(jiān)測網(wǎng)點建設(shè)過程中，針對國家重點工程大同—西安高速鐵路規(guī)劃線路跨越構(gòu)造地裂縫情況，在臨汾市高堆村、運(yùn)城市五曹村、祁縣白圭村、東炮村分別布設(shè)了地裂縫監(jiān)測短水準(zhǔn)剖面及水準(zhǔn)對點，以長期監(jiān)測高鐵線路所經(jīng)區(qū)段地裂縫活動情況，為大西高鐵的正常施工及安全運(yùn)營提供了科學(xué)依據(jù)及技術(shù)保障。

4 結(jié)語

山西地裂縫地面沉降研究，查明了山西斷陷盆地地裂縫、地面沉降分布規(guī)律，建立了太原市、大同市、臨汾市地面沉降監(jiān)測水準(zhǔn)控制網(wǎng)以及部分典型地裂縫監(jiān)測網(wǎng)，獲取了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)。但在取得眾多成果的同時，依然存在一些問題，地面沉降地裂縫監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系不健全;地裂縫、地面沉降處于不斷發(fā)展中，需要及時關(guān)注;地裂縫、地面沉降監(jiān)測資料序列短，不能掌握其活動規(guī)律;地裂縫、地面沉降成因機(jī)制研究不夠深入。由此，對今后工作提出一些建議:

1)應(yīng)在山西斷陷盆地選擇規(guī)模大、代表性強(qiáng)的地裂縫進(jìn)行研究，對其成因機(jī)理、致災(zāi)特點進(jìn)行了深入研究，對發(fā)展趨勢做出預(yù)測。如大同盆地應(yīng)縣石莊地裂縫、太原盆地清徐縣西邊山地裂縫帶、祁縣白圭地裂縫帶、臨汾盆地高堆地裂縫帶、運(yùn)城盆地半坡地裂縫帶等。

2)應(yīng)列專題進(jìn)行山西斷陷盆地地裂縫與地面沉降經(jīng)濟(jì)損失評估。

3)進(jìn)一步完善地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，在大同、太原分別建設(shè)一組地面沉降監(jiān)測分層標(biāo)，建立太原市地面沉降基巖標(biāo)。

4)晉中市、運(yùn)城市地面沉降嚴(yán)重，應(yīng)加快建立水準(zhǔn)監(jiān)測網(wǎng)。

5)建議國家地調(diào)局盡快制定有關(guān)地裂縫、地面沉降勘查的技術(shù)規(guī)范。

［1］賀秀全.山西省地面沉降與地裂縫調(diào)查報告［R］.山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測中心，2009.

［2］武 強(qiáng).山西斷陷盆地地裂縫災(zāi)害研究［M］.北京:地質(zhì)出版社，2003.