北京土沟—高丽营地裂缝成因分析

郭 萌，王 荣，王海刚，姜 媛，刘明坤，田 芳

（1.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195；2.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195）

北京土沟—高丽营地裂缝成因分析

郭 萌1，王 荣2，王海刚2，姜 媛2，刘明坤2，田 芳2

（1.北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195；2.北京市水文地质工程地质大队，北京 100195）

传统观点认为北京土沟—高丽营一线的地裂缝是沿黄庄—高丽营断裂带由地面沉降诱发的复合型地裂缝，且地面沉降在地裂缝位错量中贡献率较大。本文通过对槽探、物化探成果和地裂缝监测数据的综合分析，认为黄庄—高丽营断裂的活动是该地裂缝形成和发育的控制因素和主要动力，地面沉降只是加剧了地裂缝发育规模和加大了活动速率，而非诱发因素，从而得出土沟—高丽营地裂缝属构造型地裂缝这一结论。

地裂缝；成因；构造型地裂缝；不均匀沉降

0 前言

在进行北京地面沉降调查和北京规划新城勘查中，发现北京许多地方发育有地裂缝，并已经对道路、房屋等构（建）筑物造成了严重的破坏。调查中还发现许多地裂缝是沿活动断裂发育的。因此，普遍认为地裂缝的成因是：由于活动断裂两侧的第四系地层岩性及厚度的差异，使地下水开采造成的地面沉降在断层两侧出现沉降差，从而在地表形成地裂缝，属复合型地裂缝[1]。

随着勘察和研究工作的深入，通过在北京地面沉降监测研究、北京规划形成前期区域工程地质勘查、未来科技城地裂缝专项勘查等项目中采用多种物探、钻探、槽探及监测等手段在对黄庄—高丽营等活动断裂和地裂缝关系的研究成果对上述结论有了进一步的新认识。

地裂缝作为地质灾害类型之一，已对北京城市规划建设造成了严重影响，同时也威胁到了人们的生命财产安全。要避免地裂缝场地在今后建设中发生新的损失，有效地利用宝贵的土地资源，就必须合理地防治地裂缝灾害。然而，不同成因的地裂缝采取的防治措施不同。因此，正确的判定地裂缝的成因类型是选择地裂缝防治措施的重要依据。

1 关于地裂缝成因类型的划分

地裂缝泛指地表岩土体中产生的一种线性破裂现象。地裂缝的种类很多，分类的方法也很多，这里我们根据成因不同将地裂缝分为构造地裂缝、非构造地裂缝和复合型地裂缝。

（1）构造地裂缝

构造地裂缝是指由地球内动力地质作用产生的地裂缝，它的形成与断层、地震作用和区域应力场有直接关系[2]。因此，构造地裂缝又可分为地震地裂缝和断层地裂缝。通常把大地震过程中产生的地裂缝称为地震地裂缝；因断层长期活动作用而形成的地裂缝称为断层地裂缝。这种地裂缝具有明显的方向性，统一的活动方式和与断层走向的一致性以及下部与活断层直接相连或受到下伏活断层的控制等特征。总之，构造地裂缝由于是地球内动力地质作用产生的，属不可抗力。因此，防治措施以避让为主。

（2）非构造地裂缝

非构造地裂缝是指由各种外动力地质作用产生得地裂缝，这种地裂缝种类繁多、成因各异。主要有滑坡、崩塌地裂缝；塌陷地裂缝；特殊土变异地裂缝；不均匀沉降地裂缝；冻胀、干旱地裂缝等。这类地裂缝根据其成因采取相应的工程措施是可以进行治理的。

（3）复合型地裂缝

复合型地裂缝是指由内、外动力地质作用，共同作用产生的地裂缝。其特点必须是内外动力共同作用，缺一不可。内动力往往作为控制因素，而外动力往往作为诱发因素。笔者认为起加剧或加速作用的都不能算作是共同作用。区别在于，如果没有加剧或加速这类作用地裂缝也会产生。而如果没有诱发因素则不会产生地裂缝。这种类型的地裂缝可以采取控制诱发因素来进行防治。

2 土沟—高丽营地裂缝构造成因的论据

（1）土沟—高丽营地裂缝具有备了构造地裂缝的所有特征

①地裂缝具有明显的方向性并与断层走向一致

在平面分布上：（见图1）从图中可以看出，土沟—高丽营地裂缝，沿西王路、唐自头、肉鸡厂、土沟和八仙别墅分布，有明显的线性特征；其走向与黄庄—高丽营断裂带的走向基本一致，并具有明显的方向性。

图1 地裂缝发育位置图

②具有统一的活动方式

从单点破坏特征来看，西王路，经唐自头村、京承高速路，穿土沟村、北七家卫生院直至八仙别墅一线地裂缝带上，住房墙体及墙基地坪开裂均表现为东南侧下降，西侧相对上升且有水平扭动，呈现右旋特征，与黄庄—高丽营断裂东南盘下降，西北盘上升，呈正断的性质相一致。见照片1。

照片1 地裂缝破坏建筑物图

③地裂缝下部与断裂相连

通过多种物化探手段相结合的多条综合剖面探测，查清了地裂缝和活动断裂由基岩至浅表地层的空间展布状态。可见地裂缝与下部构造断裂面呈明显的重接复合关系，表明该地裂缝与黄庄—高丽营断裂直接相连。

以综合物探剖面1为例，见图2。可控源KⅠ测线测试结果反映深部基岩错动的状况，反演电阻率断面结果显示，受断裂控制基岩埋深表现为西部浅，东部变深。浅层地震ZI测线测试结果反映深部第四系地层状态，在地裂缝和断裂发育位置处同相轴有明显错断，存在断点。地质雷达L1测线测试结果反映浅部地层状态，在地裂缝发育处有探测异常带。氡气探测反映浅表地层状态，从氡气测量D1线结果可知，在地表地裂缝发育处附近该剖面出现多处氡异常区，是其背景值的7倍左右，氡异常最为突出。

照片2 11号探槽地层错动

图2 综合物探剖面1解译图

综合剖面1组探测线南侧开挖的11号探槽内地层有明显错动（见照片2），且错动直达地表。在探测线北侧华都肉鸡场围墙上有明显的墙体开裂现象，可见该处地裂缝是基底断裂活动在地表浅部的延伸，地裂缝与下部构造断裂面呈明显的重接复合关系。

④地裂缝受下伏活断层和内动力地质作用的控制

通过西王路地裂缝监测站2009年的监测资料表明，该地裂缝上下盘地表位错量达18mm[4]。与黄庄—高丽营断裂一样表现为上盘下降的正断层特征。与断裂有统一的活动方式。特别是在今年3月11日日本发生的大地震时，该地裂缝产生了突变。三维地表位移监测结果显示，日本大地震前后，黄庄—高丽营断裂地表变形在水平扭动、水平拉张和垂直方向均有异常变化。地震发生的3月11日1时至19时，水平扭动位移了5.3mm，水平拉张位移1.58mm，垂直位移0.11mm，其中11时至17时变化最大（图3），相对最大值达到8.89mm。是2010年日平均变化速率的2650倍，10倍，4.4倍，充分说明该地裂缝是在地球的内动力作用下产生的。

图3 西王路地裂缝3月11日水平扭动和水平拉张变化曲线图

综上所述，通过大量探槽、物化探综合剖面解译成果和监测数据分析结果，都反映出土沟—高丽营地裂缝的特征与构造地裂缝的特征完全一致。是内动力地质作用的产物，所以，笔者认为土沟—高丽营地裂缝的成因类型应该属于构造地裂缝。

（2）土沟—高丽营地裂缝不是地面沉降诱发的

①地面沉降不可能产生水平错动

通过西王路地裂缝监测站监测资料表明，该地裂缝不仅存在垂直位移，也存在着水平位移。而北京地面沉降是由过量开采地下水使地层产生压缩变形而产生的，不可能产生水平位移，所以可以断定该地裂缝不是由地面沉降诱发的。

②地面沉降产生的位错量远远小于地裂缝的位错量

利用八仙庄地面沉降监测站分层监测结果，计算得到该地区的主要沉降层的比单位变形量，结合场区内C206地下水监测孔的年水位变幅和勘查孔揭露的地层情况，计算场区内2009年地裂缝两侧的差异沉降量。

通过计算得到，工作区内在主要地下水开采层范围内，上盘2009年沉降量为6.73mm，下盘2009年沉降量为1.17mm，2009年沉降差为5.56mm，占地裂缝位错量的30%，远远小于地裂缝的实测位错量，所以地面沉降不是产生地裂缝的主要因素，也不是诱发因素，只是在一定程度上了加剧了地裂缝的发育规模和活动速率。

综上所述，土沟—高丽营地裂缝的特征与构造地裂缝的特征完全一致，地面沉降也不是地裂缝的诱发因素。所以，笔者认为土沟—高丽营地裂缝的成因类型属于构造地裂缝。

3 结论

（1）通过大量勘查工作和地面沉降、地裂缝监测数据的分析，土沟—高丽营地裂缝为构造地裂缝。

（2）判定地裂缝成因的目的是为了选择防治措施。构造地裂缝的防治以避让为主，非构造地裂缝在查明成因后可以采取相应的工程治理措施进行防治。复合型地裂缝可以采取控制诱发因素的措施加以防治。因此，土沟—高丽营地裂缝的防治措施应以避让为主。

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Discussion on the Origin of Tugou-Gaoliying Ground Fissure

GUO Meng1，WANG Rong2，WANG Haigang2，JIANG Yuan2，LIU Mingkun2，TIAN Fang2

(1.Beijing Geology Prospecting and Developing Bureau, Beijing 100195; 2. Hydrogeology and Engineering Geology Team of Beijing, Beijing 100195)

It is known that Tugou-Gaoliying ground fissure is a composite one, which extends over Huangzhuang-Gaoliying fracture. Land subsidence plays a significant role in inducing the fissure and dislocation mainly. This paper puts forward that Huangzhuang-Gaoliying fracture plays a leading role in the formation and development of the ground fissure. Ground fissure is not the inducement, which just intensifies the scale and rate of ground fissure. Consequently, Tugou-Gaoliying ground fissure belongs to a kind of structural ground fissures.

Ground fissure; Origin; Structural ground fissure; Inhomogeneous subsidence

P642.27

A

1007-1903（2013）02-0005-04