河北平原断层蠕滑地裂缝成因分析

马学军，杨旭东，贾国欣

（中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，保定 071051）

河北平原断层蠕滑地裂缝成因分析

马学军，杨旭东，贾国欣

（中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，保定 071051）

从20世纪80年代开始至今，河北平原出现了大量地裂缝，致使建筑物和道路交通遭受破坏，给当地人民生命财产带来了严重危害。断层蠕滑型地裂缝因其延伸长、深度大、破坏严重、防治难度大而更应引起重视，断层蠕滑型地裂缝对河北平原地裂缝的研究及防治具有重要意义。笔者在大量野外调查的基础上，从实地调查的800多条地裂缝中选取了两条典型断层蠕滑型地裂缝——隆尧地裂缝、辛-安-深-饶地裂缝，由物探、槽探等综合勘查手段作为验证，初步分析了该类型地裂缝的成因：它们受控于断裂活动，区域内的深部构造活动为地裂缝的形成提供了动力基础。地下水、地表水的活动对地裂缝的地表开启及发展有重要的促进作用。

隆尧地裂缝；辛-安-深-饶地裂缝；断层蠕滑；成因分析

0 引言

地裂缝是地表岩土体在自然和人为因素作用下被破坏，并在地面形成一定长度和宽度裂缝的一种地质现象。当地裂缝对人类生命财产造成伤害时，便成为地质灾害。

河北平原从20世纪60年代开始在邯郸市发现地裂缝，自20世纪80年代后迅速发展。进入21世纪后，随着社会经济建设的飞速发展和科学技术的进步，人类活动对地质环境的影响越来越大，地质环境已经或将要发生深刻变化，地裂缝地质灾害频繁发生。至今，河北平原发生的地裂缝已超过800条，地裂缝延伸几米到几十千米，宽度达0.3～1.2 m，最大垂直延伸超过10 m。本区地裂缝近几年仍呈上升趋势，而其研究程度较低，严重滞后于防灾减灾的需要，需尽快开展本区地裂缝调查、监测与研究，为减灾防灾提供依据。

本文依托华北平原地裂缝调查与防治项目，在区域地质、水文地质、槽探和物探资料基础上，对河北平原典型断层蠕滑地裂缝进行了初步分析。

1 河北平原地裂缝分布特征

1.1 地裂缝的发育现状

河北平原地裂缝早在1963年在邯郸发生。1966年邢台地震和1976年唐山地震后，河北平原地裂缝迅猛发展。1989年已波及39个县市，共出现地裂缝228条。1993年扩大到402条，波及49个县市。1995—1996年河北平原地裂缝已达449条。至2012年共发现地裂缝823条，涉及涿州市、涞水县、望都县、蠡县、河间市、安平县、深州市、饶阳县、文安县、任丘市、柏乡县、隆尧县、大名县等72个县市。

河北平原地裂缝多数分布于农田、林地及村边坑塘、渠道中，在农田耕种及自然坍塌、淤积过程中逐渐被填埋，造成的破坏相对较小。部分地裂缝在发生及发展过程中对房屋、道路、公路、铁路、桥梁及水利设施造成破坏和威胁，给当地人民生命财产带来危害，也给当地社会造成了恐慌，影响社会安定，已经成为河北平原重要的地质灾害之一。

1.2 地裂缝的形态特征

河北平原地裂缝主要分布在山前冲洪积扇区，全新世巨厚的冲积和冲洪积相的亚砂土、亚黏土、黏土和砂层中。规模大小不一，长者几十千米，短者仅几米。

河北平原区内地裂缝平面形态可分为5种类型：直线型、雁列式、锯齿型、交叉或分叉的地裂缝、弧形地裂缝。与地裂缝伴生的有塌陷落水洞，有的呈条带状、串珠状出现，还有的呈带状塌陷坑出现，经实地调查多数地裂缝被掩埋，不见痕迹。

2 地裂缝成因

美国是世界上最早对地裂缝进行研究的国家，学者对地裂缝成因有3种观点：构造成因、地下水开采成因、构造与地下水开采复合成因。

西安地裂缝是我国最典型、危害最大、研究程度最高的地区。对其成因存在不同观点，多数人认为，长期、超量开采地下水起主导作用；少数人持构造成因为主导的观点；第三种观点属折中，认为地裂缝属开采地下水-构造活动复合成因。

对于河北平原地裂缝成因，目前也尚未达成共识。王景明等［1］认为：京津冀地缝成因有三，数量最多的是非构造因素诱发的构造地裂缝（土层构造节理）；少部分是构造作用而成的构造地裂缝（断层活动）；三是重力和湿陷导致的非构造地裂缝。田级生［2］认为，河北平原地裂缝分为地动型、潜蚀型、胀缩型3种基本类型。郝俊杰［3］认为，地下水漏斗的发生发展是目前河北省平原地区产生地裂缝的最主要原因，地下矿产的开采也是河北省平原地区地裂缝产生的重要原因，线性构造活动带及其次级构造的活动是河北省平原地区产生地裂缝的重要原因。李俊等［4］认为，河北平原地裂缝地质灾害发育主要成因是地质构造和地震，水的活动为诱发因素，地形地貌和土体岩性为影响因素。

笔者通过参加中国地质调查局地质调查项目“华北平原地裂缝地球物理勘查”与“华北平原地裂缝调查与防治研究”，结合前人成果开展了河北平原（面积近70 000 km2）地裂缝调查研究，对河北平原地裂缝有了更深一步了解。笔者认为河北平原地裂缝成因分类应以形成地裂缝的主导因素来划分，将地裂缝划分为非构造类型和构造类型2种，以非构造地裂缝为主。

河北平原的地裂缝主要分布于农田、林地及村边坑塘、渠道中，其规模和造成的破坏相对较小。而构造地裂缝受控于断裂活动，区内深部构造活动为地裂缝的形成提供了动力基础。基底构造蠕滑在表土中产生蠕滑地裂缝，其延伸长、深度大。笔者在大量野外调查的基础上，从实地调查的823条地裂缝中选取了两条典型蠕滑型地裂缝——隆尧地裂缝和辛-安-深-饶地裂缝，由物探、槽探等综合勘查手段作为验证，初步分析了该类型地裂缝的成因。

在活动断裂控制作用下的地裂缝具有反复性。一般来说，地裂缝的发生意味着地壳能量的释放，具有瞬时性和一次性，不具有反复活动，但蠕滑活动断裂构造作用不是一次性将积累的应力、应变和能力进行释放，而是缓慢连续释放，在该种断裂控制下的地裂缝也随着断裂活动的活动而开启和发展。

3 典型断层蠕滑地裂缝成因分析

3.1 邢台市隆尧县周村—毛尔寨地裂缝

隆尧县周村—毛尔寨村地裂缝东西贯穿隆尧县全境，简称隆尧地裂缝（下同），通过现状调查发现，隆尧地裂缝自东良乡周村至千户营乡毛尔寨村，地表出露或隐伏于地下断续出现，长度约为38 km，沿线可以看到地裂缝垂直错动地表，最大错动量达0.4 m。沿线造成上百处民房、道路开裂。

隆尧地裂缝处于华北平原中南部的束鹿断陷盆地内，束鹿断陷盆地呈窄长条形。盆地东侧以新河断裂为界，盆地西缘的宁晋凸起呈斜坡状延伸到盆地之下，以NNE向晋县断裂与西侧的晋县断陷盆地毗邻，北部经NW向衡水断裂与深县断陷盆地相通，南侧与隆尧凸起相连。盆地内部被NW向曹庄南断裂和大曹庄断裂分割，分成束鹿主体凹陷、曹庄横向隆起和南部次凹3部分［5］。

3.1.1 地裂缝平面分布特征

隆尧地裂缝出现在地表的时间有先有后，表现形式不同，具一定的分段性。据其发生时间和形态特征，大致可分为3段（图1）。

图1 隆尧地裂缝分布示意图Fig．1 Distribution map of the Longyao ground fissure

第一段，自周村西至杜村东，长约8 km，呈折线状显现，总体呈NWW向，大部分在2006年浇地时出现，以后每年浇地或大雨均出现地面开裂。地裂缝南侧下降，沉降逐年增加。地裂缝通过周张庄村、南小河村、虎中村，致使50多户居民房屋损坏严重，建筑物均呈现南侧下沉现象。

第二段，自柏舍村西至西店子村东，长约10 km，呈折线状显现，总体SEE向，地裂缝最早于1966年邢台地震时开始出现，当时表现为地裂缝喷砂冒水，几年后自然闭合。自2003年又开始出现细小裂缝，2006年夏季强降雨过后，在西店子村农田内被发现。地裂缝通过西店子村、东店马村，致使20多户居民房屋损坏严重，建筑物破坏也呈现南侧下沉，且有水平错动现象。

第三段，自东店马村开始一直向北东方向延伸至毛儿寨乡附近，长度大于15 km，呈折线状显现，总体呈NE向，地裂缝多在2006年前后出现，地表可见明显垂直错动现象。

3.1.2 剖面结构特征

为查明隆尧地裂缝发育区地层结构、岩性、工程等特性，在西店子村沿地裂缝开挖了多个槽探，均揭示出地层被错断的现象，以西店子村东探槽为例（图2），地裂缝具有如下特征：①具有一定倾向，裂缝南倾，倾角约70°；②裂缝呈正断层特征，南盘较北盘下降20～30 cm；③垂向错动距离自上而下逐步增大，由20 cm增加至32 cm。探槽揭露的地裂缝断裂面上可以观察到擦痕的存在（图3）。

图2 西店子村东探槽剖面图Fig．2 Trenching profile in the east of Xidianzi village

图3 探槽揭示地裂缝擦痕Fig．3 Scratch of a ground fissure in trench

3.1.3 地裂缝活动及运动特征

隆尧地裂缝早于1966年邢台地震时出现，在经过近40年的“休眠期”后，又显示出活跃的迹象，从整体来看，地裂缝两端地表错动现象不明显。西店子村地裂缝最早自2003年开始活动，至2012年，垂直错动量200～360 mm，水平错动量为40～60 mm。

2011年周张庄村、西店子村地裂缝监测仪显示，2011年8月至2012年5月期间，西店子村及周张庄村地裂缝均有活动迹象。从监测数据来看（表1），地裂缝近期仍处于活跃期。数据显示南小河村地裂缝在监测期间一直处于稳定状态，没有发生活动迹象。这与2012年3月的调查结果相吻合，即西店子村及周张庄村跨地裂缝建筑物裂缝均有变宽现象，南小河村建筑物裂缝基本稳定。

表1 隆尧地裂缝监测结果Tab．1 M onitoring results of the Longyao ground fissure

3.1.4 地裂缝地球物理勘查

2010—2012年在隆尧地裂缝沿线布置了多条浅层地震勘探剖面，以隆尧县西店子村LY01地震解释剖面为例（图4）。断层F1-1位于距测线LY01起点185 m处，断层上断点埋深90～100 m，下断点埋深100～110 m，在中、下更新统底界的垂直断距分别为20 m、25 m，断层已断至第四系（Q）上更新统，但地表未见开裂现象。

图4 隆尧县西店子村LY01地震解释剖面Fig．4 Geological section of shallow seism ic interpretation for line LY01 in Xidianzi village of Longyao County

断层F1-2为正断层，位于距测线LY01起点415 m处，断层上断点埋深90～100 m，下断点埋深100～110 m，在中、下更新统底界的垂直断距分别为20 m、25 m。断层已断至第四系（Q）上更新统，地表可见开裂现象。

3.1.5 地裂缝成因分析

隆尧地裂缝第一段、第二段与隆尧南断裂基本重合，第三段与NE向的毛尔寨断裂走向基本一致（图5）。

图5 隆尧地裂缝与隆尧南断裂的关系Fig．5 Correlation between Longyao ground fissure and south Longyao fault

据彭远黔［6］等资料，隆尧南断裂为邢衡隆起和临清坳陷的边界断裂，为正断层，长约29 km，呈NWW向展布，倾向南，倾角60°～70°，此断裂在第四纪有过活动。隆尧南断裂带主要由两条近EW向的隆尧南一号和二号断裂组成，该断裂在长期的地质时期中一直在活动［7］。地裂缝走向与隆尧南断层走向基本一致，分布位置几乎重合，且都具有南盘相对下降的特征。二者这种在空间展布、现代活动特征上的高度一致表明它们之间具有明显的成生关系。地裂缝是活动断裂长期蠕动，第四纪进一步活动的反映［8］。

由探槽和地震剖面显示，地裂缝垂向错动距离自上而下逐步增大，表明该地裂缝发育过程具有自下而上逐步扩展发育的基本特征，反映了断层面两侧介质体相对运动过程中，上部土层受到牵引作用而发生开裂并逐步向上作递进式扩展的基本发育特征。

多年来，隆尧地区地下水持续超采，从而引起地下水水位持续下降，且下降速度逐年增大。本区地下水水位埋深已经从20世纪70年代末的3～5 m下降到现在的60 m左右。地裂缝各段均于每年雨季的降水过程中或农田灌溉时陆续出现。

综上认为，由于断层蠕滑活动导致上部土层开裂并逐步向上扩展，地裂缝的不同地段，扩展运动强度有所不同，运动强度相对弱一些的地段地裂缝发育相对缓慢，而运动强度相对强一些的地段，裂缝向上扩展速度相应较快并部分出露地表成缝。除此之外，大量超采地下水引起地面变形速度增大，从而加速了地裂缝的发育。

3.2 辛－安－深－饶地裂缝

辛集市中里厢至饶阳县北马村的地裂缝带横贯冀中平原的辛集市、安平县南、深州市北和饶阳县南部，因此被简称为辛-安-深-饶地裂缝（图6）。地裂缝所经之处，农田被毁、民房开裂、道路破坏，给当地人造成一定经济损失。

图6 辛－安－深－饶地裂缝地质构造背景图Fig．6 M ap show ing the background of fault structures relate to Xin－An－Shen－Rao ground fissure

该地裂缝全长36 km，王景明［9］2000年认为该地裂缝为我国最长的现代断层蠕滑型地裂缝，现在取而代之的是隆尧地裂缝。

3.2.1 平面分布特征

野外调查发现，辛-安-深-饶地裂缝线性断续展布，总体走向NE80°，呈略向东南突出的弧形，地裂缝北侧地面微有下降。

地裂缝走向性明显，不受微地貌的影响，径直延伸。地裂缝可分为两段：西段自辛集市中里厢村至辛集市北庞村，1988—1990年之间断续出现，延伸长度约9 km，总体走向NW85°；东段自深州市大贾村至饶阳县屯里村，1990—1994年间断续出现，地裂缝总体走向NE77°。

3.2.2 剖面结构特征

据刘金峰等［10］所挖探槽揭露（图7），地下深1.5～2.0 m处地裂缝宽度仍为0.5～6 cm，马疃村南有一村民往地裂缝中灌水，2 h未能灌满，说明地裂缝连通性好。根据野外调查及访问，辛集市、安平县、深州市地段内地裂缝已有多年未开裂，绝大部分已被掩埋，地表迹象已经不明显。只有饶阳段地裂缝在2006年以后反复开裂过，说明地裂缝西段进入休眠期，东段仍有活跃迹象。

图7 Ⅶ号探槽地裂缝形态及岩性柱状图Fig．7 Form and lithological column of a ground fissure in the trenchⅦ

为了探测地裂缝深部特征，2006年在饶阳县地裂缝上布置了5条地震勘查测线，2010年在辛集市地裂缝上布置了8条地震测线，测线基本覆盖了主要地裂缝出露区域。

地震时间剖面上显示出有断层（F1）存在（图8、图9），断层倾角70°～80°。F1断层与深部无极—饶阳基底断裂相对应，是该断裂不断活动、向上延伸到第四系地层的行迹，深度可达400 m以上。地表分布方向与深部无极—饶阳基底断裂相对应，呈线状分布。沿单一方向发育延伸，分段性发生发展明显，具有断层蠕滑型地裂缝的主要特征［11］。

图8 饶阳102、302测线浅层地震地质解释剖面Fig．8 Geological section of shallow seism ic interpretation for line 102 and 302 in Raoyang

图9 辛集吴王村测线浅层地震地质解释剖面Fig．9 Geological section of shallow seism ic interpretation in W uwang village of Xinji

3.2.3 地裂缝成因分析

1988年，深县断裂西端的中里厢村附近发生3.8级地震，2个月后，一次强降雨出现了地裂缝。1994年，无极—饶阳断裂东端发生了3.9级地震，沿断层新生地裂缝5处，断续延伸24 km。

地裂缝与区内的断裂在位置上吻合较好，但是地表错位不明显。地裂缝的开启和扩展受到下伏隐伏断裂的影响。地裂缝活动与沿线的无极—饶阳断裂、地震活动具有同步性。

地裂缝多出现在雨季和农田灌溉时，水的渗透对隐伏地裂缝两壁土层冲蚀、搬运作用强烈，致使地裂缝扩宽显现，非构造因素无疑加剧了地裂缝出露地表的过程。

4 断层蠕滑地裂缝的防治

由于地壳构造活动引起的地裂缝对建筑物的破坏是不可抗拒的，最有效的防灾措施是以避让为主。各个地区地裂缝的特征和成因不同，地质环境条件不同，因此所采取的防治措施和建筑安全距离也不尽相同。任俊杰［12］等研究了北京顺义区地裂缝并确定了地裂缝带的宽度（平均5 m，最宽12 m）和建筑物破裂带的宽度（平均宽度7～8 m，最大宽度22 m）。陈志新［13］等研究了大同地裂缝，提出地裂缝场地安全避让距离，以主地裂缝为中心，上盘6 m，下盘4 m为避让区（不安全区）；上盘6～25 m，下盘4～15 m为设防区（次安全区）；地裂缝带宽40 m以外为安全区。《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》按结构类别与建筑物重要性类别分别作了不同规定。河北平原地裂缝安全避让距离至今还没有研究，急需针对性地提出合理的避让措施。

加速地裂缝活动的影响因素（地下水过量开采）是可以控制的，限制开采地下水，亦能减缓地裂缝活动［14］。

另外，还应重视对地裂缝的长期监测工作，通过观测资料的长期积累，了解地裂缝活动的时空特点，以进一步分析其成因，为地裂缝灾害的减灾防灾提供可靠的依据。

5 结论

断层蠕滑型地裂缝在一定程度上反映了断层近期的活动性，在现今一定时间段内有可能继续发展。尤其隆尧地裂缝至今仍有明显活动迹象，在今后一段时间内，地裂缝仍将继续发展。由于该地裂缝两端活动性不明显，亦即隆尧南断层活动的差异性和不均衡性，易造成地应力高度集中，或者在某些地段给地震的发生创造条件，或者地裂缝向两端继续延伸，希望有关部门加以重视和研究。

河北平原是地裂缝的多发区，其危害的严重性已引起各方重视。探讨河北平原构造地裂缝将有助于推进对地裂缝形成机理和防治的进一步研究。

［1］ 王景明，倪玉兰，刘金峰，等.河北省地裂缝灾害与成因分析［J］.中国地质灾害与防治学报，1994，5（增刊）：98-102.

［2］ 田级生，王庆录.河北平原地裂缝形成机制与防治［J］.河北省科学院学报，2003，20（3）：187-192.

［3］ 郝俊杰.河北省平原地区地裂缝的成因分析［J］.河北地质矿产信息，2000（3）：8-9.

［4］ 李俊，刘金峰，莫多闻.河北平原地裂缝的分布规律及成因初探［J］.水土保持研究，2003，10（3）：62-65.

［5］ 河北省地震局.1966年邢台地震［M］.北京：地震出版社，1986：89-92.

［6］ 彭远黔，杨家亮，何春贵，等.隆尧临城间4.7级地震考察［J］.华北地震科学，2002，20（4）：56-59.

［7］ 地震地质大队一队二班.一九六六年邢台大震构造背景初步总结［R］.1976.

［8］ 马学军，宋伟，王洪磊，等.隆尧地裂的成因［J］.地质灾害与环境保护，2011，22（3）：43-46.

［9］ 王景明.地裂缝及其灾害的理论与应用［M］.西安：陕西科学技术出版社，2000：418-420.

［10］ 刘金峰，梁少春，赵文强，等.河北平原辛-安-深地裂缝成因探讨［J］.中国地质灾害与防治学报，1996，7（3）：66-72.

［11］ 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心.华北平原地裂缝地球物理勘查成果报告［R］.2008.

［12］ 任俊杰，张世民，唐荣余.北京顺义地裂缝带的活动特征及减灾措施［J］.城市地质，2007，2（1）：33-38.

［13］ 陈志新，刘玉海，倪万魁，等.大同市地裂缝场地破坏强度分带与建筑物安全距离的确定［J］.中国地质灾害与防治学报，1994，5（增刊）：339-344.

［14］ 陈志新.地裂缝成灾机理及防御对策［J］.西安工程学院学报，2002，24（2）：18-20，25.

Genesis Analysis of Fault Creep Type Ground Fissures in the Hebei Plain

MA Xue-jun，YANG Xu-dong，JIA Guo-xin
（Center for Hydrogeology and Environmental Geology，China Geological Survey，Baoding 071051，China）

A lot of ground fissures have occurred in Hebei Plain since 1980s.Some of them have extensive damage to the buildings and roads，and have serious damage to the people’s life and property.The fault creep type ground fissures are characterized by long stretch，great depth，serious destruction，and difficult prevention and control.It is suggested thatmore attention should be paid to the fault creep type ground fissureswhich have important significance in the research and control of ground fissures in Hebei Plain.Based on wide filed investigations，two typical fault creep type ground fissures（the Longyao and Xin-An-Shen-Rao）are selected from more than 800 ground fissures.The genesis is preliminary analyzed according to the comprehensive method of geophysical prospecting，trenching and other exploration.It is proposed that the fault creep type ground fissures are controlled by fault activities of study area；the deep tectonic activities provide dynamic foundation for the formation of ground fissures；the activities of ground and surface water promote the opening and development of ground fissures.

Longyao ground fissure；Xin-An-Shen-Rao ground fissure；fault creep；genesis analysis

P694

：A

：2095-8706（2015）08-0048-07

（责任编辑：常艳）

2015-08-19；

2015-11-20。

中国地质调查局“华北平原地裂缝调查与防治研究（编号：1212011220183）”项目资助。

马学军（1977—），男，高级工程师，主要从事水文地质、环境地质调查等方面的研究工作。Email：maxuejunxj＠163.com。