豫北平原地裂缝发育影响因素初步分析

马学军,宋伟,吕凤兰

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，保定　071051)



豫北平原地裂缝发育影响因素初步分析

马学军,宋伟,吕凤兰

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，保定071051)

摘要：通过对豫北平原地裂缝调查，共发现地裂缝48处，部分裂缝在发生及发展过程中对房屋、道路、农田造成破坏和威胁。本文分析了豫北平原地裂缝的发育的时空规律，通过地裂缝和地层岩性、降水、地下水、活动构造、地面沉降、地震等各种影响因素进行了分析，认为本地区地裂缝的形成并非单一因素，而是多种因素共同作用发生。

关键词：豫北平原；地裂缝；影响因素

豫北平原是河南省黄河以北的平原地区，西依太行山，北靠冀中南地区，南至黄河，东连鲁西北地区，包括安阳、鹤壁、济源、焦作、新乡、濮阳、济源等6市，总面积2.5×104km2。

20世纪60年代以来，河南省至少有43个县(市)出现各种类型地裂缝128处[1]。通过实地调查，豫北6市共发现地裂缝48处，部分裂缝在发生及发展过程中对房屋、道路、水利设施造成破坏和威胁。

本文依托中国地质调查局地质调查项目——《华北平原地裂缝调查与防治研究》，在大量野外调查基础上，对该地裂缝的分布特征、影响因素进行了初步研究。

1豫北平原地裂缝概况

河南省地裂缝发生历史久远，史志记载最早的地裂缝发生于公元108年。至925年，全省记载的地裂缝仅有2l处，涉及14个县市。

豫北平原现代地裂缝从20世纪70年代后开始出现。通过本次现场调查共发现地裂缝48处，其中濮阳市25处、安阳市4处、新乡市6处、鹤壁市3处、焦作市10处。

1.1豫北平原地裂缝发育时间分布特征

濮阳市现代地裂缝最早发生在1976年的清丰县城坑李家村和清丰亭附近。1976～1978年南乐县发现2处、清丰县发现9处、濮阳县发现2处、濮阳市发现1处；20世纪90年代濮阳县胡状乡发现5处地裂缝；2000～2012年，濮阳地区发现地裂缝5处。安阳市于1985年在滑县城关镇发现1处，至2012年安阳市滑县又共发现地裂缝3处。

鹤壁市2000～2010年期间发现地裂缝2处，2013年发现地裂缝1处。 新乡市地裂缝于1986年在原阳县发现地裂缝1处，2000～2013年发现地裂缝5处。焦作市1983～1987年在修武县、焦作马庄区共发现地裂缝2处，1996～2000年共发现地裂缝8处。

1.2地裂缝的空间分布特征

1.2.1地裂缝区域分布特征

濮阳市地裂缝在清丰县、南乐县、濮阳县东部等黄河冲积平原区内分布最为密集，主要以20世纪70～80年代为主，近期出现的地裂缝相对较少。

安阳市地裂缝在滑县东部及南部黄河冲积平原区内分布最为密集，新近出现的地裂缝相对较多。鹤壁市地裂缝在鹤壁太行山东麓山前倾斜平原，由于煤矿开采，新近出现的地裂缝相对较多。新乡市地裂缝主要分布在辉县市煤矿开采区。焦作市地裂缝主要分布在焦作市马庄煤矿开采区。

1.2.2地裂缝分布方向特征

豫北平原地裂缝的空间分布、产状形态有如下规律:①方向性：所见地裂缝大体上循NW280°、NW330°、NE30°和NE8O°等固定方向延伸(图1)。②成带性：各条地裂缝横向多由一条主干裂缝和数条伴生地裂缝组成地裂缝带,成带定向延伸，如濮阳县王助乡地裂缝。③区域性：上列各组地裂缝在全区均有发育,而且各处相应裂缝组的发育强弱程度也基本对应,具有明显的区域性特征。

1.2.3地裂缝发育形态特征

豫北平原地裂缝平面形态可分为3种。①直线形：直线型地裂缝在豫北平原发育较广泛，地裂缝平直伸展，走向稳定，整条地裂缝无转折或弯曲，在本区内发育长度一般较短。②折线形：平直伸展突然转折后复又平直延伸构成“V”形或“N”形,多由2～3条走向不同的2～3组地裂缝归并而成。折线形地裂缝一般发育长度较长，开裂宽度较大，如濮阳县王助乡和滑县新集村地裂缝。③弧形：地裂缝呈弧形弯曲，本次调查弧形地裂缝发育在煤矿采空区。

图1豫北平原地裂缝走向玫瑰图

2影响因素分析

2.1地形地貌对形成地裂缝的影响

豫北平原地裂缝受地貌因素控制较为明显，地裂缝主要分布在太行山山前与华北平原交接地带，地势相对低洼的洪积扇前、各洪积扇间，各条河流的河漫滩、古河道及湖沼洼地地区。

通过图2可以看出地裂缝在侵蚀-堆积台地分布有3处、山前倾斜平原分布有14处、冲积平原分布有31处，其中23处分布在泛流平原、2处分布在故河道高地、4处分布在决口扇。

图2　地裂缝分布与地貌形态类型关系1.侵蚀剥蚀山地丘陵;2.侵蚀堆积台地；3.山前倾斜平原；4.冲积平原；5.泛流平原；6.古河床高地；7.洼地；8.决口扇；9.地貌分区界线；10.工作区范围；11.地裂缝

2.2岩性条件对形成地裂缝的影响

图3　地裂缝分布与岩土体类型关系1.冲积层;2.风积层；3.冲-洪积层；4.坡-洪积层；5.冰积层；6.冲-洪积层；7.坡-洪积层；8.本溪组、太原组；9.张夏组、馒头组、朱砂洞组(辛集组)；10.潞王坟组；11.聂庄组；12.马家沟组；13.张夏组;14.鹤壁组；15.地层分界线；16.工作区范围；17.地裂缝

豫北平原广泛分布全新统亚砂土及砂层，占整个豫北平原的三分之二，48处地裂缝中有38处分布在该区域；分布在黄河故道附近的全新统风积层中未发现地裂缝；在太行山山前及北部山前岗地的中更新统区域共发现地裂缝10处。由岩性分布来看，区内地裂缝大都分布在亚砂土中，多数分布在亚砂土和亚黏土中，砂及粉细砂中未发育(图3)。豫北平原区地裂缝多数发生在上部是一层厚而较硬的黏土，下部为较松散的砂质土层或黏土、砂土交互层部位，该类土层中初现的地裂缝剖面多表现为上窄下宽的形态，后期经地表水冲刷地表坍塌后演变为上宽下窄的楔形。

2.3水对形成地裂缝的影响

2.3.1降水

豫北平原降雨主要集中在7～9月份，多年平均降水量为536 mm。通过调查发现，地裂缝多发生在大雨、暴雨之后的7～9月份，本次现场调查的地裂缝中有50%以上在强降雨以后出现，发生时间集中在7～9三个月。图4显示，区内近年发生地裂缝频次与多年月平均降水量呈明显的正相关关系。

图4　地裂缝时间分布与多年平均月降雨量对比图

2.3.2地表水的影响

在太行山山前与豫北平原的交接带，分布有多个湖沼洼淀，在这些地区有多条地裂缝产生，说明地表积水、排水不畅和强渗透性径流条件是诱发地裂缝的另一个因素。地表积水在水位差作用下入渗、冲刷、浸润，在局部地貌条件配合下可产生潜蚀作用，或有助于地下水携带的细粒砂向下游和深部运移，可使小缝扩展成大缝，或使隐伏在地表下的地裂缝显现出来。

2.3.3地下水的影响

根据本次地裂缝现状调查的地裂缝现状分布范围结合区内地下水水位埋深(图5)分析，地裂缝在不同水位埋深内都有分布，地下水水位埋深大的区域，地裂缝分布数量较多，地裂缝的平均分布数量与浅层地下水位多年变化值成正相关关系，地裂缝分布密度随地下水位变差值的减少而逐渐变小，浅层地下水埋藏深度越大的地区，发育地裂缝的几率越大，如濮阳地区地裂缝的集中发育。长期超量开采浅层地下水造成水位急剧下降，对地裂缝的产生起一定的主导作用和加速作用，尤其是对生成区域微破裂开启型地裂缝起着很重要的主导作用。

图5　浅层地下水水位埋深等值线图1.水位埋深0～4 m;2.水位埋深4～8 m;3.水位埋深8～12 m;4.水位埋深12～16 m;5.水位埋深16～20 m;6.水位埋深大于20 m;7.地下水位等值线/m;8.降落漏斗

2.4活动构造对地裂缝的影响

豫北平原第四纪以来的新构造运动控制着第四纪沉积物的沉积环境、成因类型，并且控制着第四纪堆积物的厚度及岩性特征。

在本次调查中共发现5处地裂缝出现在构造附近(图6)，分布在濮阳市清丰县、南乐县、焦作市。

图6　活动断裂和地裂缝分布关系1.汤东断裂；2.汤西断裂；3.郑州-武陟断裂；4.峪河断裂；5.新商断裂；6.长垣断裂；7.聊兰断裂；8.黄河断裂；9.清丰断裂；10.断层；11.工作区范围；12.地裂缝

2.5地震对形成地裂缝的影响

从1975年以来豫北平原大于3.0级的地震次数所绘活动曲线可以看出(图7)。地裂缝活动主要集中在1976～1978年(13处)，由图可以看出豫北平原地裂缝各活动高潮分别滞后地震活动高潮1～2a左右。

2.6地面沉降对形成地裂缝的影响

豫北平原地面沉降主要集中在濮阳市、安阳市、新乡市及其周边地区，沉降量10～60 mm，其他地区地面沉降量相对较小。在新乡-武陟北-安阳及滑县等漏斗区是潜在的地面沉降发生区，其他地区地面沉降量相对较小。

图7地震和地裂缝活动曲线对比图

根据豫北平原地面沉降等值线图(图8)及区内地裂缝分布情况进行初步统计，在不同地面沉降量区均有地裂缝分布，甚至大部分地裂缝发育在非地面沉降区，由此判断地面沉降与地裂缝没有必然联系。

图8　地裂缝分布与地面沉降的关系

3结论

豫北平原地裂缝的成因，并非由单一因素形成，而是多种因素共同作用发生，在某种主导因素下产生地裂缝，在降水、地表水、地下水、地形地貌、土体岩性、地震等条件下加速了地裂缝的形成和发展。

由于当前工作手段较单一，以后的工作中适当补充钻探、物探等勘查工作，深入探讨地裂缝的成因机制。通过探讨豫北平原地裂缝的成因将有助于该地区对地裂缝可能引发的灾害进行预防和治理,具有一定的现实意义。

参考文献

[1]卢积堂.河南地裂缝发生发展及其防治初探[J].河南地质,1997,15(1):71-72.

黄继超，宋高举，孟飞，等.华北平原(豫北平原)地裂缝现状调查成果报告.河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，2013，12：1-83.

李中明，程建强.豫北平原环境水文地质问题分析.地质灾害与环境保护，2003,14(3):20-25.

ANALYSIS OF REASONS FOR LONGYAO GROUND FRACTURE

MA Xue-jun,SONG Wei,LU Feng-lan

(Center for hydrogeology and environmental geology,CGS,Baoding071051,China)

Abstract:According to the ground fissure investigation of Northern Henan Plain , it was found to 48 ground fissures in the ground, Part of the ground fissures damage and threats to houses, roads, farmland in the occurrence and development process. This paper analyzes the spatial and temporal development of the law to Northern Henan Plain ground fissures. According to the analysis of various factors such as the ground fissures and strata lithology, precipitation, groundwater, active tectonics, ground subsidence, earthquake and other factors, it is considered that it is not a single factor to the formation of ground fissures in the Northern Henan Plain, but a variety of factors in common.

Key words：Northern Henan Plain; ground fissure; influence factor

作者简介：马学军(1977-)，男，高级工程师，主要从事水文地质、环境地质等方面的研究。E-mail：maxuejunxj@163.com

中图分类号：P642.26

文献标识码：A

基金项目：中国地质调查局地质调查项目——华北平原地裂缝调查与防治研究(1212011220183)

收稿日期：2015-12-04改回日期：2016-01-17

文章编号：1006-4362(2016)01-0027-05