咸阳城区地裂缝特征及成因探讨

王德耀　刘宇峰

摘要：咸阳地裂缝可分为新生地裂缝和古地裂缝两种类型，具有走向近NEE与近NNW向两个方向的特征，以走向近NEE向地裂缝为主，其次为NNW向地裂缝；地裂缝受区域地质构造控制明显，走向近NEE向地裂缝分布于渭河北岸断裂带及其附近，规模相对大，活动性强，危害也较大；走向近NNW向地裂缝受隐伏断裂控制，其活动性、规模、危害相对较小。地震活动和不合理的地下水开采是咸阳地裂缝形成的誘因，建议咸阳城市建设尽量避开地裂缝通过或可能通过带，且以建绿地或公园为主。

Abstract： Xianyang ground fissure can be divided into two types： the new ground fissure and the paleo-ground fissure，which have the characteristics of approaching NEE and NNW， and mainly toward the near NEE to the ground fissure. The ground fissures are obviously controlled by regional geological structure， and the near-NEE geosynclinal fractures are distributed in and around the northern bank fault zone of Weihe River， with relatively large modulus， strong activity and great harm. The near-NNW geosynclinal fracture is controlled by hidden faults， and its activity， scale and damage are relatively small. Seismic activity and irrational groundwater exploitation are the inducements for the formation of the Xianyang ground fissures. It is suggested that the construction of Xianyang city should try to avoid the passage of the ground fissures or the possible passage of the belt as much as possible， and to build green space or park primarily.

关键词：咸阳；地裂缝；渭河；活动断裂

Key words： Xianyang；ground fissures；Weihe River；active fault

中图分类号：P642.13+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）32-0179-03

0 引言

咸阳城区地处关中冲积平原腹地，基底地质构造复杂，农业开发历史悠久，人口密集，城市建设强度越来越大，自20世纪90年代就发现有十多处地裂缝[1]，主要分布于东西走向的渭河北岸隐伏活动断裂即渭河三级阶地前缘陡坎附近，地裂缝不仅有现代新生的，也有在汉墓中发现古代的。不论是何时形成的地裂缝，均可使地形变形，建筑开裂，危害极大。目前沿渭河三级阶地前缘陡坎附近道路、房地产开发较多，建筑活动频繁，有城市设施如天然气管道，加油站等，故关于这一带地裂缝的成因及预防研究就显的特别重要。

1 地裂缝分布及特征

咸阳城区根据地裂缝发育时间可分为古地裂缝及新生地裂缝，古地裂缝仅见于汉墓墙砖形成的连续变形开裂，可见延伸相对较短，埋藏深度较大，多已被外来物质充填，开裂面相对显陈旧，受风化时间较长；新生地裂缝主要见于地表的连续开裂变形，规模相对大，充填少，开裂面相对新鲜，持续变化。

1.1 新生地裂缝

咸阳城区新生地裂缝主要分布于马泉镇—吴家堡—任家咀一带，长约15km，在地貌上表现为高差15-20m的陡坎，也就是渭河地堑中渭河北岸隐伏活动断裂通过之处。地裂缝不均匀地分布在陡坎南北两侧，宽度约1km，在陡坎附近及以南是主要发育区，从西到东具体主要分布在秦都区马泉镇渭店村、赵家村、查田村、安家村、程家村、大泉村、古渡镇魏家泉村、永安堡村、石斗村、吴家堡村、渭城区渭阳镇任家咀村。陡坎以北附近主要分布在咸阳师范学院及铁二十局医院等地（图1）。

大多数地裂缝总体走向与陡坎一致，呈NEE走向，介于60°-80°之间，其次是与陡坎接近垂直的地裂缝，其走向NNW，约350°。地裂缝在平面上组合形式多样，主要为单缝形式，其次为多缝形式，如图1程家地裂缝主体、魏家泉-石斗村地裂缝主体、安家-查田地裂缝主体、赵家地裂缝及任家咀地裂均为单缝。局部地段的群缝有平行排列、雁行斜列、侧接、放射状排列等多种形式，如安家-查田地裂缝西部呈现三条地裂缝平行排列样式、咸阳师院地裂缝呈大约350°方向雁行式排列样式（图2）。

地裂缝在居民区主要表现为水泥地面的微裂缝纹或小裂缝，缝宽一般为0.1-2cm，向下开挖1-2m深有的可见地裂缝的宽度可达20-30cm，在农田内地裂缝一般表现为下陷的地峡，地峡宽度从数公分到1m，下陷深度达20-30cm，少数地方出现陷穴或落水洞。

地裂缝地面延伸不长，呈追踪状、锯齿状，变化大，单条地裂缝连续出露长度最小者不足1m，最长者有130m，地面变形表现为带状连续状变化，有的长度可达1km，如大泉地裂缝和安家—查田地地裂缝。在剖面上地裂缝可探深度可达20m，其产状较陡，介于30-1080m，地裂缝通过之处有的表现为地面变形，有的表现为房屋开裂，建筑物破坏。

地裂缝活动主要以水平拉张为主，其裂开面粗糙、不平整，锯齿状宽窄不一，一般呈追踪状延伸，且延伸不远，在砖墙往往顺砖缝追踪发育，偶有切断砖块现象，在水泥地面呈树枝状、雁行状发育，在农田相对平直，易成地峡状[1]。

咸阳师院地裂缝（图2）就是新生地裂缝的典型代表，其处于渭河北岸隐伏活动断裂以北，发育于咸阳师院与师院附中交界处，向南断续延向铁二十局，师院院内在老图书馆和老校医务室旧平房上表現最为清楚，总体上呈群缝出现方向为330°-350°左右，缝宽介于1-20mm之间，单缝延伸不长。介于1-4m，多在砖墙中沿缝呈追踪式发育，无切断砖的现象，有一定的延续性，在房屋前水泥地面也可见2条地裂缝，而且还是在墙柱前，长不足1m，表现为自房柱向外裂缝宽度由10mm逐渐尖灭，其次为西侧道路上，也有地裂缝发育，呈NNW向的树枝状发育，两侧道缘也有，以前这里也有小的陷落，现已用水泥填补，据说本条路多次修补，笔者观察时前方正在局部补水泥路面。

2006年2月9日晚8点14分，伴随响声师院5号家属楼出现众多裂缝变成危楼，居民陆续搬出最终拆除。该家属楼以前就有裂缝，据老住户讲地下管道漏水并多次维修。笔者观察开裂后的情况发现，楼体中出现的众多裂缝方向性强，和老图书馆的地裂缝方向基本一致，但5号家属楼处于前述老图书馆NNE约100m处，老图书馆地裂缝按走向延伸不到此，若二者为同一成因，则属于同一地裂缝带，并呈雁行式分布，漏水也可能是地裂缝破坏输水管道所致。

1.2 古地裂缝

古地裂缝主要分布于渭河北岸隐伏活动断裂以北的渭河三级阶地之上，由于时间长，风化破坏和人类活动影响，古地裂缝现象不十分典型。2006年3月，咸阳师院科技苑大楼开挖地基发现一座大型汉代积沙墓，咸阳市文物考古研究所对该处工地进行考古勘探，据专家介绍，该墓是一座大型多室墓，平面大致呈“甲”字形，由墓道、耳室、墓室和陪葬坑组成。墓葬东西走向，全长25.4m、总深度14m。根据推算墓道的复原长度为46m，墓道底面平滑坚硬。笔者现场观察砖砌墓道有两条地裂缝通过，第一条是走向和墓道近乎平行，大约东西方向，地裂缝通过南北走向的墙体时，能切断二分之一的砖块，地裂缝紧闭，其余是追踪砖缝，地裂缝宽数毫米到2cm，缝内有黄土充填，不新鲜，地裂缝通过处，可见部分砖块有变形，还有小块的变形碎砖块，裂缝面陡立；第二条是走向和墓道近乎垂直的地裂缝，大约350°方向，明显可见顺地裂缝砖块有下陷现象，变形斜倾的砖面与正常水平砖面形成20°交角，裂缝面通过处，砖块移位、变形，剥落，裂缝面陡立，从充填物和砖裂缝看不新鲜，显年代久远之状（图3）。

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2 地裂缝形成机理分析

2.1 区域地质构造的控制

咸阳城区地处汾渭地堑构造带之渭河地堑，横跨近东西走向的渭河北岸隐伏活动断裂，西接走向NE-SE泾河-灞河断裂带[2]，形成渭河北岸隐伏活动断裂以北的咸礼凸起，以南的西安凹陷，泾河-灞河断裂带以西的固市凹陷，地貌上表现为咸阳塬南及东面均为陡坎，象用刀切的蛋糕，且各个块体高低不平。东西走向的渭河北岸隐伏活动断裂规模极大，从宝鸡到渭南数百公里长，控制了渭河平原中部的地貌，表现为一大的陡坎，且各处高低不同，该断裂为一基底断裂隐伏于第四系之下，南倾，为一高角度正断层，已经历了多期构造活动，已切穿第四系覆盖层，属于活动性断裂，在咸阳沿本断裂分布有一系列泉水，如从西向东有马跑泉、大泉、小泉、魏家泉等低温泉；国家地震局第二测量大队在1970-1988年对该断裂带进行了地形变形测量，结果是形变速率为3-4.1mm/a；NE-SE泾河-灞河断裂带在地貌上表现为泾河、灞河，断裂控制了河流流向和河道形态。另外还有长安-咸阳隐伏断裂穿过咸阳，这些皆构成咸阳地裂缝的地质背景。

渭河北岸隐伏活动断裂是咸阳地裂缝形成的控制性断裂，在咸阳表现为渭河二级阶地与三级阶地的分界，咸阳地裂缝主要沿此断裂及附近分布，绝大多数地裂缝的走向与本断裂走向一致，二者位置近乎重合者多，向南有零星平行于此断裂的地裂缝，向北有零星平行和垂直于此断裂的渭河三级阶地面的古地裂缝。

近南北向或NNW向的各时期地裂缝基本平行，这和三级阶地阶坡及前缘或咸阳二道塬面南缘附近自然沟谷走向基本一致，如大的沟谷有新兴路坡、吴家堡坡，塔尔坡及其众多的小冲沟，笔者认为这种有规律性的排列是受基底构所控制，推测与泾河—灞河或长安—咸阳断裂有关。

2.2 地震活动的诱发

据咸阳秦都地震办张靠社研究，1970年1月1日到2010年7月31日，40年间关中共发生地震1107个，对震中用经纬度定位后，明确发生在各断裂上或次一级的小断裂上的地震共计1011个，占全部地震的91.33%；在“陕西省活动断裂及地震震中分布图”和“陕西关中地区断裂分布图”上找不到断裂的地震共计96个，占全部地震的8.67%。渭河断裂40年来共发生地震105个，其中ML1.0级以下18个，ML1.0-1.9级57个，ML2.0-2.9级23个，ML3.0级以上7个。最大地震是1998年1月5日咸阳渭城区正阳镇5.2级，也是关中地区自1970年以来的最大震级地震。渭河断裂上的地震在地理分布上有明显分段丛集特点，其中从杨凌到咸阳市区就是一段（26个），2008.5.12汶川地震后，从5月14日到2010年7月，该断裂共发生地震60个，其中2008年17个，2009年36个，2010年7个，是该断裂自1970年以来最明显的丛集时段，年平均频次是汶川地震前年频次的12倍。这明显是受汶川地震直接影响的结果，也是关中渭河地堑对汶川地震的最早响应。

从以上不难看出，绝大部分地震的发生都是由构造断裂活动引起的，构造断裂是地震释放地应力和能量的主要通道，在地应力和能量的释放过程中就会产生断裂两侧地形变化，故地震是地裂缝发生的主要诱因，据唐山工程学院王景明教授在咸阳北边泾阳杨赵-龙泉断裂观察，1984沿此断裂的蒙家沟村南发生地震时，边震边裂，由小后大，发展成沿断裂密集成带的地裂缝[3]。像渭河北岸断裂这类地堑构造类型断裂是以张应力变形为特点，从而多引起平行于主断裂的地裂缝，由于南侧下降盘活动强，变形大，故与断裂走向一致的地裂缝多在断层南侧出现，而NNW向地裂缝是受基底构造所控制，在地震活动的诱发下所引起，且相对远离渭河北岸断层。另外也可以看出渭河北岸断裂活动间歇性特点明显，这也是咸阳古今地裂缝周期性形成的原因。

2.3 地下水的影响

地下水的变化对于地裂缝的变化有一定的影响，局部可能具有决定的作用。咸阳城市自20世纪50年代开始自备井抽取下水，井群自然形成建城区、3530厂-玻璃厂自备井开采区及彩电、西橡水源地等开采区，大量开采的结果浅层和深层承压水水头降低，研究表明部分水头变化与地裂缝的变化速度与趋势基本保持一致，这是因为地下水水头下降，土颗粒孔隙压力减小或消失，为保持力的平衡，土颗粒发生移动以填补消失的一部分孔隙水压力，由于这种力的传递是由下而上传到地面就引起地面陷落，形成漏斗[4]，在漏斗北部边缘与渭河断裂接壤部分由于引张拉伸作用则形成与近东西向地裂缝，咸阳城区现有不同规模、不同层次的开采漏斗，如市建成区漏斗和彩虹漏斗等。

另外咸阳城区北高南低，为城市防洪安全需要，还有围绕老的咸阳城区西、北、东三面修建有防洪渠这一特殊的城市设施，防洪渠象人的眉毛一样保护着咸阳老城区这颗“眼睛”，北部段的防洪渠地处渭河三级阶地前缘，距渭河北岸断裂较近，走向与渭河北岸断裂走向基本一致，吴家堡与咸阳师院地裂就分布在其两侧，防洪渠虽然长期水量不大，但经常有水，在2000年以前是自然河道，无砌护，2000年以后为了美化环境做了涵洞，长期地表水下渗补给下水，必然会影响防洪渠两侧地下水位变化，进而诱发渭河三级阶地前缘地裂缝的发展。

3 总结

综上所述，咸阳地裂缝可分为新生地裂缝和古地裂缝两种类型，具有走向近NEE与近NNW向两个方向的特征，以走向近NEE向地裂缝为主，次为NNW向地裂缝；地裂缝是受区域地质构造控制，走向近NEE向地裂缝分布于渭河北岸断裂带及其附近，受活动断裂的控制和影响大，这个方向的地裂缝规模相对大，活动性强，危害也较大，走向近NEE向地裂缝受隐伏断裂控制，其活动性、规模、危害相对较小，但局部破坏或破坏引起的次生危害更大，如咸阳师院5号家属楼断裂前曾曝地基下有渗水，并有维护，这可能与地裂缝破坏地下水管有关，推测是地裂缝及其所引起的次生危害共同作用的结果。

地震活动是形成咸阳地裂缝的主要诱因，其次为地下水不合理开采。地裂缝要以预防为主，能避让尽量避让。在咸阳以近东西向为主地裂缝通过区，即渭河三级阶地前缘与二级阶地后缘所形成的陡坎南北附近，2000年前没有大的建筑物，只有一些传统的村落，以土窑和民居房屋为主，稍显荒凉、落后。后来由于城市的快速发展，现在在这一带大兴土木，高楼小区一个接一个兴起，部分将陡坎推为平地作为大楼地基，有的修有加油站、天燃气贮存站、医院。虽然这一带地裂缝勘察未发现，或没有活动，但由于有地裂缝形成的地质背景和活动周期，最好不要大兴土木，可建成城市公园或绿化带，为城市服务。

在地下水的开发中，要合理布局，在保证地下水循环平衡的条件下合理开采，同时充分利用引黑工程，并随着引汉入渭南水北调工作的推进，咸阳的地下水就会进入一个相对稳定的时期，咸阳地裂缝地质灾害就会进一步减少。

参考文献：

[1]咸阳市国土资源局.咸阳市区区地裂缝调查报告[R].2003.

[2]陕西省地质矿产局.陕西省区域地质志[M].北京：地質出版社，1990.

[3]王景明，陈树强.陕西泾阳地裂缝灾害及成因分析[J].水土保持学报，1989，3（1）：31-36.

[4]于国新.咸阳地裂缝成因分析[J].安全与环境工程，2006，13（3）：1-4.