临潼—长安断裂带内地裂缝特征

宋彦辉，李忠生，李新生，高虎艳，邓国华，蒋军军

（1.长安大学 地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054；2.西安市地下铁道有限责任公司，陕西 西安 710016；3.广州地铁设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

自20世纪50年代以来，由于我国地裂缝灾害频繁发生，且有愈演愈烈的趋势，我国学者对地裂缝进行了大量、深入的研究。这些研究包括地裂缝的成因机理、活动规律、破坏特征、防护措施等。其中以西安地裂缝的研究开展的最早，研究程度最深，到目前为止，已查明的西安地裂缝达14条之多。据文献［1］，西安地裂缝专指临潼—长安断裂带西北侧（上盘）一组北东走向的地表破裂。但是，随着城市的不断扩张与建设，西安城区范围已扩展至临潼—长安断裂带及以南的城郊区域，在这一区域范围内存在与西安地裂缝发育类似的地形地貌条件，即黄土梁与洼地相间组合的梁洼地貌，其间是否存在地裂缝（或处于隐伏状态的地裂缝）？以及若有地裂缝其活动特征与西安地裂缝有何差异？这些都是西安城市建设急切需要解决的关键问题。本文以西安市地铁沿线地裂缝调查研究为契机，对该区域地裂缝问题进行了相关研究，根据可能出现地裂缝的位置在临潼—长安断裂带内布设了两条勘探剖面［2，3］，并依据地层剖面对地裂缝的存在、地层断距、活动特征等进行了详细分析。

1 临潼—长安断裂带及与地裂缝关系

1.1 临潼—长安断裂带特征

临潼—长安断裂带位于西安凹陷与骊山凸起的交界部位，北起临潼，南至长安区的沣峪口，总体走向北东 35°～45°，局部偏转为 65°～70°，全长约 50km，宽约5～7km，断裂带主要由3条倾向北西的平行正断层组成［4］（图1）。断裂带两侧地貌差异较大，北西侧为渭河阶地区，南东侧为黄土塬区。该断裂以浐河为界分为北东和南西两段，其中南西段地形高差相对较小，阶梯状断层陡坎和黄土陡坎发育，并在组成断裂带的各条断层北侧发育有构造性侵蚀洼地，地形特征表现为梁洼相间排列的地貌格架。

图1 临潼—长安断裂（据文献［4］）Fig.1 Lintong-Chang'an fracture zone

1.2 临潼—长安断裂带与地裂缝关系

目前西安地裂缝主要指临潼—长安断裂带北西盘发育的一系列北东向展布的地表破裂，它们的成因尽管仍有不同的看法与观点，但有证据表明，西安地裂缝与临潼—长安断裂具有统一的构造应力场及力学属性［4-5］，且地裂缝的发育与地貌关系密切，即都发育在黄土梁南侧。图2为西安地裂缝与临潼—长安断裂的构造关系剖面图，图中西安地裂缝的研究已积累了丰富的资料，研究程度较深。但临潼—长安断裂带内地裂缝的研究到目前为止几乎仍为空白。尽管该区位于断裂带内，但仍具有和西安地裂缝类似的地形地貌和构造地质条件，因此具备地裂缝发育的潜在背景。

图2 临潼—长安断裂与西安地裂缝（据文献［5］）Fig.2 Relationship between Chang'an-Lintong fracture zone and Xi'an earth fissures

实际上，临潼—长安断裂带内的地裂缝自很早以前就有发育，如平行断裂带发育的江尹、肖家村、庞村、牛角尖、常家疙瘩、甘寨、二府井等多处地裂缝［4，6］，这些裂缝沿断裂带断续展布，且多在暴雨后出现。从裂缝表现为北盘（上盘）略降的张性特征及沿临潼—长安断裂带展布的特点可推知该类地裂缝应是断裂活动的产物。

本文研究的地裂缝不同于上述由于断裂活动造成的地表破裂，而是类似于临潼—长安断裂以北的西安地裂缝特征，从地层剖面分析裂缝的存在及其活动特点等规律是本文着重阐述的问题。

2 断裂带内黄土剖面特征

2.1 金滹沱剖面

钻探剖面位于临潼—长安断裂带内金滹沱村，并紧临断裂带最北侧的FN断层。地貌上属于黄土台塬向南侧构造剥蚀洼地过渡的斜坡地带，钻探剖面长约300m，共布置钻孔10个，孔深25～35m，均揭穿上更新统及中更新统2层古土壤（S1、S2）。剖面方向近南北向，与地貌走向近直交。图3为揭露的地层剖面。

根据图3，场地地层自上而下（由新到老）为：

（1）黄土（Qeol3）：褐黄色，可塑，大孔结构，含虫孔，偶见蜗牛壳及钙质结核，土质均匀。

（2）古土壤 S1（Qel3）：褐红色，可塑—硬塑，团粒结构，含白色钙质条纹，底部富含钙质结核。土质致密，较均匀。

（4）古土壤 S2（）：褐红色，以可塑为主，具虫孔，含钙质薄膜，层底多钙质结核，土质较均匀。

从图中明显可看出，作为黄土地层中标志层的古土壤层（S1、S2）出现了明显的不连续及错断现象，其剖面特征与西安地裂缝类似，表明临潼—长安断裂带内也存在类似西安地裂缝的活动特征。

剖面显示，古土壤S1（）的底面出现地层不连续，其中南侧钻孔（钻孔6）揭露的层底标高比北侧钻孔（钻孔5）低4.52m，除去地层界线的自然坡度外，两者的错距仍有2.5m。但该层层顶界线并未被错断，而是呈现连续沉积的特点。同时剖面上自钻孔6以南，古土壤S1（）层的厚度明显增大。

和古土壤S1（）地层相比，S2（）地层的错距更大，两相邻钻孔内该层层底高差达8.52m，除去岩性界线的自然坡度外，层底深度仍相差4.7m。同时，剖面上该层以上的黄土层（）厚度在6号孔及以南显著增厚。

另外，钻探剖面揭示出场地地下水位埋深存在突变现象。5号钻孔及以北勘探孔均未见地下水（孔深均大于28m，图3钻孔深度有略），而南侧所有钻孔地下水埋深均稳定在相对标高-23.0m左右。表明剖面上地下水位产生了突然的跳跃，两侧水位差至少大于5.0m，这一现象在横跨西安地裂缝的剖面中经常出现，这种水位跳跃特征也从另一方面指示出隐伏破裂构造（地裂缝）的存在，尽管这一现象到目前为止尚未见到有进行深入研究和探讨的报道。

上述地层界线及厚度变化特征以及水位变化均反映出在钻孔5与钻孔6之间存在地裂活动，其活动特点与西安地裂缝具有相似性。

图3 金滹沱地层剖面Fig.3 Stratigraphic section in Jinhutuo village

2.2 杜陵路剖面

杜陵路剖面位于西安市长安路与杜陵路十字以北的长安路上，东距金滹沱剖面约2.6km，其地貌及构造位置与金滹沱剖面相同。该钻探剖面长度超过1km，向北越过临潼—长安断裂带最北侧的FN断层，向南延伸至构造剥蚀洼地的最低处。其中隐伏破裂带附近发现异常后对钻探剖面进行了加密。钻探孔深一般20～30m，同样揭穿了上更新统及中更新统2层古土壤（S1、S2）。剖面方向近南北，揭露的黄土地层层序与金滹沱剖面完全相同（图4）。

从图4可以看出，与金滹沱剖面相比，杜陵路剖面S1（）古土壤层顶、层底均呈连续沉积，隐伏裂缝两侧地层厚度也无变化。古土壤层S2（）在裂缝两侧产生了明显位错，并且上盘同样表现出地层增厚的特征。与之相对应，S2（）层之上的中更新统风积黄土（）也表现为上盘地层相对增厚。其中S2（）古土壤层下盘厚度为4.4～4.8m，上盘厚度5.2～5.5m。地层错距约2.6m。

与金滹沱地层剖面类似，杜陵路剖面也揭示出地下水位的跳跃现象，其中南侧钻孔（33、34、35）地下水位埋深标高约442.0m，而北侧勘探孔在均未见地下水（图4），两侧地下水位高差至少大于2.0m。

另外，值得提出的是，地层剖面揭露的临潼—长安断裂也反映出该断裂的北侧断层FN并未错断上更新统古土壤S1（）及其上的风积黄土（）。其活动与断裂带内的隐伏地裂缝具有同期性。

3 断裂带内地裂缝活动历史与期次

分析上述地层剖面，可以较合理地推演断裂带内地裂缝的活动期次（由于剖面仅揭穿中更新统古土壤，故活动历史的分析仅限于中更新世以来）。

在区域伸展背景下，由于临潼—长安断裂的北降南升活动，使得在断裂带内及断裂带上盘出现次生拉张应力场，并且这种拉张应力一直伴随临潼—长安断裂的活动而存在。在这种拉张应力场作用下，受地形地貌等因素的控制，形成了一系列与断裂近平行的北东向展布的地裂缝。这些地裂缝的构造活动受临潼—长安断裂带的控制，并与渭河盆地的沉积作用同期发生，因而其表现出同沉积断层的特征。图3、图4均反映出这一特点，无论是上更新统古土壤S1（），还是中更新世形成的风积黄土及S2（）古土壤，均表现出下降盘（上盘）对应地层增厚的现象。

3.1 金滹沱剖面

金滹沱地层剖面（图3）显示，晚更新世古土壤S1（）地层的顶面连续，裂缝两侧无明显错断迹象，表明晚更新世晚期以来该区域相对稳定，地裂缝活动趋缓或停止。同时由于该层底界有明显错断，表明晚更新世早期以前曾有显著活动。根据地层剖面裂缝两侧对应地层的错距及相应地层的厚度变化可知：

图4 杜陵路地层剖面Fig.4 Stratigraphic section in Du ling Road

（1）S2（）古土壤的厚度在地裂缝上盘略有增厚，总体上与下盘地层厚度相差较小，表明对应这一地层的形成时期（中更新世中期），地裂缝的活动幅度较小；

（3）晚更新世早期形成的古土壤S1（）在裂缝上盘厚度变大，底部界线与裂缝下盘产生错断，而顶部界线连续，无明显错断迹象。表明地裂缝的地质活动一直延续到晚更新世早期。

（4）自晚更新世晚期以来，地裂缝活动趋缓或停止。黄土沉积在裂缝两侧无明显差异。

3.2 杜陵路剖面

杜陵路地层剖面（图4）所反映的地裂缝活动与金滹沱剖面总体上一致。但活动幅度却较金滹沱为弱。

（1）中更新统古土壤S2（）及其上的中更新统风积黄土（）的厚度在下降盘均有增厚，生长指数均为1.15左右，表明地裂缝的活动自中更新世中期至晚更新世早期处于一种相对均衡的缓慢蠕动变形；

（2）由于上更新统古土壤及以上地层沉积连续，未发生地层错断，故自晚更新世早期以来，杜陵路剖面所在地区地裂缝未发生活动。

综上所述，临潼—长安断裂带内的两个地层剖面均揭示出地裂缝的存在，并显示出地裂缝的地质历史活动性特征。结果表明，两个地层剖面所反映的地裂缝活动规律具有总体一致性，但又有活动强弱程度的差别。其中金滹沱剖面所在位置地裂缝活动持续时间及强度均大于杜陵路剖面。这也与临潼—长安断裂活动性东强西弱的规律相对应。

4 结论

（1）临潼—长安断裂是由三条近平行展布的北东向断层构成的北倾张性断裂带，每相邻两条断层的间距约2～3km，它们构成阶梯状的断层组合。勘探及调查表明，断裂带内存在与断层反倾的隐伏破裂构造（地裂缝）。

（2）根据已有勘探、调查成果，隐伏破裂构造一般发育在断裂带内黄土台塬向南侧构造剥蚀洼地过渡的斜坡地带，这一特征与西安地裂缝发育在梁洼地貌的洼地北侧极为相似。

（3）根据临潼—长安断裂带内的地层勘探剖面，断裂带内的隐伏破裂构造特征也与西安地裂缝类似，其产生与构造活动受临潼—长安断裂的控制。

（4）根据断裂带内的金滹沱地层剖面及杜陵路地层剖面，隐伏破裂构造的活动主要发生在晚更新世以前，晚更新世晚期以来，地层沉积连续，无明显活动迹象。

（5）靠近临潼—长安断裂带西段的杜陵路地层剖面所反映的地裂缝活动强度要小于金滹沱剖面所在地区，这也与临潼—长安断裂活动性东强西弱的规律相对应。

［1］DBJ 61-6-2006，西安地裂缝场地勘察与工程设计规程［S］.DBJ 61-6-2006，Specification for site investigation and engineering on Xi'an ground fractures［S］.

［2］长安大学工程设计研究院.西安市地铁四号线工可阶段沿线地裂缝勘察报告［R］.2011：1-16.Engineering Design and Research Institute of Chang'an University.Survey report of ground fissures along Xi'an subway line 4［R］.2011：1-16.

［3］长安大学工程设计研究院.西安市城市快速轨道交通二号线详细勘察阶段沿线地裂缝勘察报告［R］.2007：1-20.Engineering Design and Research Institute of Chang'an University.Survey report of ground fissures along Xi'an city rapid raid transit line 2 detail investigation phase［R］.2007：1-20.

［4］李永善，等.西安地裂及渭河盆地活断层研究［M］.北京：地震出版社，1992：38-39.LIYongshan，et al.Research on ground fissures in Xi'an region and active faults in Weihe Basin［M］.Beijing：Earthquake Press，1992：38-39.

［5］张家明，等.西安地裂缝研究［M］.西安.西北大学出版社，1990：64-68.ZHANG Jiaming，et al.Research on Xi'an Ground Fissure［M］.Xi'an：Northwest University Press，1990：64-68.

［6］彭建兵，张骏，苏生瑞，等.渭河盆地活动断裂与地质灾害［M］.西安：西北大学出版社，1992：128-135.PENG Jianbing，ZHANG Jun，SU Shengrui，et al.Active faults and geological hazards in Weihe basin［M］.Xi'an：Northwest University Press，1992：128-135.