汾渭盆地地裂缝灾害

图书信息

作者：彭建兵//卢全中//黄强兵著

出版社：科学出版社

定价：498.00

ISBN：9787030516763

出版时间：2017-01-01

分类：图书,行业职业,工业技术,冶金、地质

商品介绍

目录

目录

前言

第1章 汾渭盆地地裂缝形成的大陆动力学背景 1

1.1 大同盆地地裂缝地面沉降形成的地质背景 2

1.1.1 区域构造演化背景 2

1.1.2 深部构造模型 2

1.1.3 基底构造模型 3

1.1.4 第四纪结构模型 4

1.1.5 水文地质结构模型 5

1.1.6 活动构造模型-断层活动 6

1.1.7 地震活动 7

1.1.8 构造应力场 7

1.2 太原盆地地裂缝地面沉降形成的地质背景 8

1.2.1 区域构造演化背景 9

1.2.2 深部构造模型 9

1.2.3 基底构造模型 10

1.2.4 第四系结构模型 11

1.2.5 水文地质结构模型 12

1.2.6 活动构造模型断层活动 13

1.2.7 地震活动 15

1.2.8 构造应力场 15

1.3 临汾盆地地裂缝地面沉降形成的地质背景 15

1.3.1 区域构造演化背景 15

1.3.2 深部构造模型 17

1.3.3 基底构造模型 18

1.3.4 第四系结构模型 19

1.3.5 永文地质结构模型 20

1.3.6 活动构造模型-断层活动 21

1.3.7 地震活动 22

1.3.8 构造应力场 23

1.4 运城盆地地裂缝地面沉降形成的地质背景 23

1.4.1 区域构造演化背景 24

1.4.2 深部构造模型 24

1.4.3 基底构造模型 25

1.4.4 第四系结构模型 26

1.4.5 水文地质结构模型 28

1.4.6 活动构造模型-断层活动 29

1.4.7 地震活动 31

1.4.8 构造应力场 31

1.5 渭河盆地地裂缝地面沉降形成的地质背景 31

1.5.1 区域构造演化背景 32

1.5.2 深部构造模型 33

1.5.3 基底构造模型 35

1.5.4 第四系结构模型 36

1.5.5 水文地质结构模型 37

1.5.6 活动构造模型断层活动 38

1.5.7 地震活动 39

1.5.8 构造应力场 39

第2章 大同盆地地裂缝 41

2.1 地裂缝区域分布规律 41

2.1.1 历史与现状概况 41

2.1.2 地裂缝分布规律 42

2.1.3 地裂缝发育特征及活动性 43

2.2 大同市地裂缝 44

2.2.1 大同市地裂缝分布及特征 44

2.2.2 大同市地裂缝成因分析 47

2.3 大同应县地裂缝 51

2.3.1 应县石庄村地裂缝基本特征 51

2.3.2 应县石庄村地裂缝成困分析 65

第3章 太原盆地地裂缝 74

3.1 地裂缝区域分布规律 74

3.1.1 历史与现状概况 74

3.1.2 地裂缝分布规律 80

3.2 晋中交城文水地裂缝 82

3.2.1 地裂缝概况 83

3.2.2 地裂缝的平面分布特征 85

3.2.3 地裂缝的剖面特征 87

3.2.4 地裂缝的活动特征 94

3.2.5 地裂缝的成因模式 96

3.3 祁县太谷地裂缝 97

3.3.1 地裂缝概况 97

3.3.2 地裂缝的发育特征 101

3.3.3 孕灾条件 109

3.3.4 成因模式 114

3.4 其他地裂缝 115

3.4.1 新胜地裂缝 115

3.4.2 襄垣地裂缝 119

第4章 临汾盆地地裂缝 122

4.1 地裂缝区域分布规律 122

4.1.1 历史与现状概况 122

4.1.2 地裂缝分布规律 125

4.1.3 地裂缝发育特征及活动性 129

4.2 罗云山山前地裂缝 130

4.2.1 地裂缝平面特征及发育情况 131

4.2.2 地裂缝的剖面特征 133

4.2.3 地裂缝的活动特征 137

4.2.4 地裂缝的成因模式 139

4.3 临汾高堆地裂缝 141

4.3.1 地裂缝概况 141

4.3.2 地裂缝的平面特征 141

4.3.3 地裂缝的剖面特征 143

4.3.4 地裂缝的活动特征 145

4.3.5 地裂缝成因模式 146

4.4 临汾北张地裂缝 148

4.4.1 地裂缝概况及分布特征 148

4.4.2 地裂缝的剖面特征 149

4.5 临汾泽掌地裂缝 151

4.5.1 地裂缝概况及分布特征 151

4.5.2 地裂缝的剖面特征 153

第5章 运城盆地及峨眉台地地裂缝 159

5.1 地裂缝区域分布规律 160

5.1.1 历史与现状概况 160

5.1.2 地裂缝的分布规律 160

5.1.3 地裂缝发育特征及活动性 161

5.2 青龙河谷地堑地裂缝 166

5.2.1 平面展布特征 166

5.2.2 地裂缝的破坏特征 167

5.2.3 地裂缝的运动特征 170

5.2.4 剖面结构特征 172

5.3 青龙河谷地堑地裂缝成因分析 176

5.3.1 地裂缝与隐伏断裂的关系 176

5.3.2 地裂缝与深部构造的关系 178

5.3.3 地裂缝与超采地下水的关系 178

5.3.4 地裂缝与表水作用的关系 180

5.4 万荣城关变电站地裂缝 183

5.4.1 地裂缝发展概况及分布 183

5.4.2 地裂缝的破坏特征 183

5.4.3 地裂缝的剖面特征 186

5.5 峨眉台地地裂缝成因分析 188

5.5.1 变电站场地湿陷性 188

5.5.2 墙体和地面拱翘的原因 189

5.5.3 墙体和地面开裂的原因 190

5.5.4 墙体和地面水平错动的原因 190

5.5.5 地裂缝成因模式 190

第6章 渭河盆地地裂缝 192

6.1 地裂缝区域分布规律 192

6.1.1 历史与现状概况 192

6.1.2 地裂缝分布规律 194

6.1.3 地裂缝发育特征及活动性 195

6.2 口镇-关山地裂缝 198

6.2.1 咸阳市泾阳县口镇地震台地裂缝 198

6.2.2 咸阳市泾阳县蒋路乡蒙沟村张家组地裂缝 201

6.2.3 地裂缝的成因机理 205

6.2.4 泾阳地裂缝 206

6.3 三原-富平地裂缝 209

6.3.1 渭南市富平县南社乡亭子村地裂缝 211

6.3.2 咸阳市三原县陵前镇双槐树村地裂缝 215

6.3.3 渭南市富平县美原镇美原村地裂缝 221

6.4 大荔地裂缝 224

6.4.1 地裂缝基本特征 224

6.4.2 地裂缝成因机理分析 229

6.5 咸阳兴平地裂缝 231

6.5.1 咸阳兴平市北吴砖厂地裂缝 231

6.5.2 咸阳兴平市西吴砖厂地裂缝 233

6.5.3 地裂缝的成因机理 233

第7章 汾渭盆地典型地区地面沉降发育规律、成因与防控研究 235

7.1 汾渭盆地地面沉降发育特征 236

7.1.1 汾渭盆地内地面沉降发育总体特征 236

7.1.2 大同市地面沉降发育规律 237

7.1.3 太原盆地地面沉降发育规律 240

7.1.4 临汾盆地地面沉降发育规律 244

7.1.5 运城盆地地面沉降发育规律 246

7.1.6 渭河盆地地面沉降发育规律 249

7.2 太原盆地地面沉降模型研究 251

7.2.1 太原盆地地面沉降研究现状 251

7.2.2 太原盆地地面沉降研究技术路线 253

7.2.3 太原盆地水文地质概念模型 254

7.2.4 三维水土耦合模型 256

7.2.5 水土耦合数值模型 258

7.3 太原盆地地面沉降成因分析 281

7.4 太原盆地地面沉降控制方案 282

7.4.1 现状开采条件下的模型预测 282

7.4.2 方案条件下的模型预测 284

7.4.3 方案二条件下的模型预测 286

7.4.4 方案三条件下的模型预测 288

7.5 地面沉降与地裂缝链生机制——以太原盆地为例 292

7.5.1 地裂缝与地下水开采及地面沉降的关系 292

7.5.2 太原盆地地裂缝的成因机制 296

7.5.3 地裂缝与地下水开采及地面沉降的链生关系 298

第8章 地裂缝三维地震探测新技术及其应用 300

8.1 野外数据采集方法及数据处理 300

8.1.1 采集方法及参数 300

8.1.2 三维地震数据处理 304

8.2 地裂缝反射特征及信息识别 306

8.2.1 振幅法 306

8.2.2 地裂缝增强滤波 308

8.2.3 方差体技术 308

8.2.4 相干体属性 311

8.2.5 瞬时属性 313

8.2.6 气烟囱属性317

8.3 场地地裂缝三维可视化解译与立体结构 318

8.3.1 层位解释成果 319

8.3.2 断层解释成果 319

8.3.3 构造总体解释 325

8.3.4 成果验证 325

第9章 黄土开裂力学机制与地裂缝成因关系 329

9.1 黄土三轴拉伸破裂特性试验 329

9.1.1 裂隙黄土三轴拉伸破裂特性 329

9.1.2 重塑黄土拉伸试验成果分析 336

9.2 平面应变条件下裂隙性黄土剪切带试验 340

9.2.1 黄土的平面应变试验 340

9.2.2 剪切带形成过程及特征 345

9.2.3 黄土在平面应变条件下的局部化变形特征 350

9.3 裂隙性黄土的减压三轴压缩试验 354

9.3.1 试样的制备及试验方法 354

9.3.2 裂隙性黄土的应力应变特征 355

9.3.3 裂隙性黄土的变形特征 358

9.3.4 裂隙性黄土的破坏类型及特征 359

9.4 黄土开裂力学机制与地裂缝成因联系 361

9.4.1 黄土拉伸破裂特性与地裂缝开裂扩展关系分析 361

9.4.2 裂隙黄土剪切破裂特性与地裂缝开裂扩展关系分析 368

第10章 汾渭盆地地裂缝成因机理综合研究 370

10.1 多个盆地地裂缝的群发机制 370

10.1.1 地质背景 370

10.1.2 汾渭盆地地裂缝发育规律 371

10.1.3 汾渭盆地地裂缝群发机制 374

10.2 单个盆地地裂缝的同生机制 378

10.2.1 渭河盆地构造格局与地裂缝发育现状及同生特征 379

10.2.2 渭河盆地地裂缝同生机制 382

10.2.3 讨论与结论 388

10.3 同一构造带地裂缝的共生机制 389

10.3.1 地裂缝的平、剖面组合特征 390

10.3.2 断裂与地裂缝共生模式 397

10.3.3 成因机制的力学分析 400

10.3.4 讨论与结论 404

10.4 抽水作用的地裂缝扩展机制 404

10.4.1 抽水作用地裂缝扩展机制概述 404

10.4.2 无先存断裂张裂型地裂缝 405

10.4.3 无先存断裂剪切型地裂缝 405

10.4.4 有先存断裂型地裂缝 406

10.4.5 西安地裂缝的数值模拟

内容简介

论述了汾渭盆地地裂缝形成的地质背景；通过大量野外调查，系统总结了汾渭盆地地裂缝在拉张盆地区群发、沿活动断裂带集中、顺地貌变异带展布、在地面沉降区出露、在黄土湿陷区散布的发育分布规律；通过各种勘探和监测手段，发现了汾渭盆地地裂缝走向分段、平面分支、垂向分异、剖面分带的立体结构特征，揭示了其垂直位错为主、水平拉裂较小、水平扭动甚微的运动规律以及周期性开裂、分段活动性差异和人类营力增强的活动规律；通过模型试验、数值模拟和理论分析，揭示了地裂缝的区域群发机制、盆地同生机制、断裂共生机制和水动力再生机制，提出了构造控缝、应力导缝、抽水扩缝和浸水开缝的地裂缝成因理论；揭示了工程建(构)筑物在地裂缝活动下的致灾规律，提出了控制采水、合理避让、适应变形、局部加固的减灾技术；研究了高铁与地裂缝相交以及地铁与地裂缝小角度相交时的变形破坏特征及致灾机理，提出了高铁及地铁工程的地裂缝减灾技术体系。

精彩内容

第1章 汾渭盆地地裂缝形成的大陆力学背景

汾渭盆地构造带是中国大陆内一条重要的拉张断陷带，属鄂尔多斯地块的东缘断陷盆地带，北起山西大同市，南达陕西宝鸡市，全长1200km，宽30~60km，总体呈北北东向，平面上呈“S”型展布。该构造带西邻鄂尔多斯地块，东邻华北地块，南抵秦岭构造带，北接阴山构造带，由一系列沉积盆地和隆起块体组成（图1.1）。其中发育地裂缝的盆地白北而南分别为大同盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地和渭河盆地五个盆地。这些盆地具有如下相似的构造特征：一是各个盆地均受两侧边界断裂控制，这些盆缘断裂主要为北东东向、北东向和北北西向，盆地内部还发育大量的北西向、东西向、北北东向和北东向活断层。二是受上述不同方向断裂的分割，各盆地基底破碎、形态复杂，在巨厚的古近系和新近系沉积物下面隐伏着许多古潜山，古潜山两侧多受活动断裂控制，形成隐伏的地垒或隆起。多组断裂相互穿插错动时，由于活动强烈程度的差异，又形成次一级的地堑或地垒。三是盆地新构造活动十分强烈，但具有差异性，各盆地控盆边界断裂和控制盆内次级块体差异运动的边界活动断裂始终在活动中，沿这些断裂带先后发生过8级以上大震2次、7.0~7.9缀地震6次、6.0~6.9级地震26次。四是各盆地的沉陷白上新世持续至今，因此第四系松散沉积层厚度大，达600—1300m，但在盆山交界带的沉陷幅度差异较大，均是盆地一侧深，山地一侧浅，反映盆底面或控盆断裂面具明显的倾斜特征，断块具明显的掀斜运动特征。五是各盆地的上地幔普遍隆起，地壳厚度较两侧山地减薄近lOkm，中地壳普遍发育低速一高导软弱层。显然，盆地上地幔的隆起、基底的破碎、断裂的发育与活动、松散堆积层巨厚等特殊地质条件为地裂缝的群发奠定了有利的地质基础。

图1.1汾渭盆地区域构造图

1.1 大同盆地地裂缝地面沉降形成的地质背景

1.1.1 区域构造演化背景

燕山运动是整个侏罗纪、白垩纪期间广泛发育于我国的重要构造运动，在山西表现为三期五幕。它们使之前沉积的地层褶皱、隆起，并形成一些山间盆地，同时伴随有强烈的岩浆活动。中期二幕之后，地壳运动逐渐趋于缓和，助马堡沉积后地壳全面升起，左云组、助马堡组产状极为平缓，基本未发生褶皱变动。喜马拉雅运动包括三个主要构造幕，第一幕发生在始新世末期至渐新世初期；第二幕开始于中新世初期；第三幕从更新世至今。

在大同地区，繁寺玄武岩是喜马拉雅第一幕的产物。在大同盆地区，有大量的上新世玄武岩喷出（如黄花苓玄武岩），以及中部一系列盆地的开始出现和接受沉积是喜马拉雅运动第二幕的表现。早更新世至全新世，各山区不均衡上升，形成很多朔夷平面或阶地，盆地不均衡下降，接受了巨厚的沉积，局部地区还有火山喷发形成了大同火山群，是喜马拉雅运动第三幕的产物。新近纪初，南北向顺扭加强，从而诱导出强大的北西一南东向拉张应力，使北东向、北北东向和北东东向三组断裂进一步追踪拉张，沿着这些断裂发生了断块陷落，形成了大同断陷盆地，并开始了新生代沉积，从而进入大同断陷盆地成熟发展时期。

断陷在自己的发展过程中大体经历了上新世充填超覆和第四纪披盖两个阶段。上新世时期，在以拉张应力为主的作用下，断陷不断沉降，上新世保德初期主要是填平补平补齐式的沉积。当时水域范围主要在后所凹陷较深部位接受沉积。上新世静乐期，大同盆地经历了一个较长时期的下降沉积，大同盆地在此时形成了一个较大的湖盆地。上新世之后本区发生了强烈的构造运动，上新世湖盆已基本消亡（黄花梁陷隆缺失上新世以前的沉积）。第四纪时期，大同盆地开始了全面沉降，峙峪组披盖了大同断陷盆地一切凸起和断陷。早更新世大同断陷盆地沉陷为湖。更新世初期地壳上升，桑干河切穿了湖盆地，开始以河流冲积和边山洪积物的沉积，直至全新世形成了大同断陷盆地的现今地貌形态。

1.1.2 深部构造模型

大同盆地下部的上地幔隆起与地表新斯陷地理位置相同，构造形态相反。新断陷之下的莫霍面为走向北东-北东东的长条状隆起，其埋深40km左右，隆起幅度2—4km，两侧斜坡东陡西缓。同样，该地区重力异常等值线展布方向以北东-北东东向为主，即深部重力低，中间重力高，反映了上地幔相对隆起和莫霍面隆起一致，与新断陷盆地大致成镜像反映。

桑干新断陷的居里等温面-航磁下界消磁面埋深16~20km，是地热资源的集中分布区，位于新断陷之下：中地壳上部有厚5~6km的低速高导层，该层向北西、南东两侧山区，高导层逐渐变薄，以至消失，山区仅为低速层。低速-高导层与居里等温面-航磁下层消磁面位置基本一致。低速高导、高温层位相对隆起地带，其形成的高温塑性软弱带使新断陷边部的铲式大断裂角度变缓，作用消失，以至形成滑脱面，此部位中地壳层也相应变薄。

由上述深部构造特征可以看出，大同盆地的深部构造格局可概化为上地幔上隆、中地壳流展、上地壳拉张的模型，如图1.2所示。

图1.2大同盆地深部构造模型

上地幔隆起，导致中地壳低速-高导层的水平流展，诱发了上地壳伸展并沿着已有破裂面拉张开裂，形成了盆地边缘铲式正断裂（如口泉断裂），为基底构造的拉伸破裂奠定了基础，同时在浅地表产生了附加的水平拉张应力，为地裂缝的形成提供了区域拉张环境。

1.1.3 基底构造模型

除大同盆地边界由活动断裂控制外，在盆地内部还发育许多活动断裂，它们大多数为北东向，也有北西向。这些断裂或是盆地边缘断裂向盆地延伸，或是与盆地迈缘断裂交切。由于这些断裂在新生代都有明显活动，使盆地内部形成许多次一级的地块，而每个地块的埋藏深度、运动方向和倾斜角度都不同，构成一些小的地垒与地堑，如图1.3所示。

大同盆地呈北北东走向，边缘铲式断裂对整个断陷盆地起控制作用。大同盆地内部还存在一些与盆地边缘活动断裂平行、垂直或斜交的隐伏断裂，这些断裂将盆地底部基岩切割为多个断块，形成盆地内部许多次一级凸起与凹陷构造。由上述分析可见，大同盆地基底起伏明显，伸展断裂发育，断块分割明显，隆起凹陷相间，表现m拉张应力作用下的断裂伸展活动、断块掀斜下陷成盆的伸展构造特征，因此，大同盆地的基底为基底伸展、断块掀斜的构造模型（图1.4），有利于地裂缝的生成。

图1.3大同盆地基底构造分区示意图

图1.4大同盆地基底构造模型

1.1.4 第四系结构模型

大同盆地新生代沉积相可分为湖泊沉积相、河流沉积相、三角洲沉积相、冲积扇沉积相、风成沉积相和斜坡沉积相等几种类型。与地裂缝关系密切的新生界第四系地层包括以下几类。

(1)下更新统泥河湾组(Q．n)：在盆地中广泛发育，但在边山及丘陵地带缺失。

(2)中更新统离石组(Q：1)：于边山及丘陵地带分布且m露较为广泛。

(3)上更新统(Q，)：许家窑组(Q，x)，广布于大同盆地内部及其边山地带，在基岩山地的沟谷中也有发育；马兰组(Q，m)，主要分布于边山地带的梁坡上，在基岩山地中的一些低缓梁坡地段也时见零星残存；峙峪组(Q，s)，该组地层分布广泛，它基本上组成了当今所见大同盆地的表层堆积。

(4)全新统(Q。)：主要分布于大同盆地地表和边山，以及基岩山地地区的沟谷中，通常多组成现代河流的河床、漫滩及I级阶地堆积，另外在基岩山地中的某些低缓梁坡地带，有时可见零星分布。

由上述第四纪地层结构和基底构造格局可概化出大同盆地第四系结构模型，如图1.5所示，且具有以下特征：

(1)第四系继承了新近系沉积格局，说明第四纪时期，大同盆地的地表仍处于开放的拉张环境，并具有继承性的沉降特点。

(2)大同盆地巨厚的粉质黏土夹砂层，为地面沉降的发生提供了有利的地层条件，又为地裂缝的发育提供了介质条件。

图1.5大同盆地第四系结构模型图

1.1.5 水文地质结构模型

盆地内松散层厚度一般数百米，在凹陷处松散层可达1000N1500m。主要含水层埋藏深度在200m以上，多为150m以上，以中、上更新统洪积、冲积的砂砾石层为主。含水层类型包括洪积倾斜平原孔隙含水层、冲湖积平原孔隙含水层和河谷阶地孔隙含水层等不同地貌单元含水层。图1.6为大同盆地孑L隙水系统剖面示意图。

图1.6大同盆地孔隙水系统剖面示意图

1．含水层；2．弱透水层；3．地下水位；4．垂向补给；5．垂向排泄；6．侧向补给；7．含水层时代；8．断层

地下水的补给，总的来说来白降水人渗。大同盆地地下水运动规律，大体上受河系控制，桑干河及其支流几乎贯穿全境，大同盆地及周围山区地下水径流排泄方向与桑干河的地表水系状况基本一致。盆地松散层孔隙水的补给来源有两种，一为垂向补给；二为侧向补给。盆地内地下水总的运动趋势由洪积倾斜平原向盆地中心运动。盆地中部冲湖积平原地下水，主要接受大气降水垂直人渗补给，部分为侧向洪积倾斜平原地下水径流补给，有些地带地表水体（包括河、渠）和灌溉回渗补给占一定比例。

根据对大同盆地孔隙水含水层结构和地下水补径排特征的分析，可以概化出大同盆地水文地质结构模型，如图1.7所示，且具有如下特征：

(1)大同盆地主要含水层埋藏以中、上更新统洪积、冲积的砂砾石层为主，划分为包气带水、潜水和承压水。

(2)大同盆地松散层孔隙水补给主要来白大气降水的人渗和山丘区的地下径流。

(3)盆地内地下水总的运动趋势由洪积倾斜平原向盆地中心运动。

(4)超采地下水形成降落漏斗，导致地面沉降，在地面沉降边缘容易产生地裂缝。

图1.7大同盆地水文地质结构模型

1.1.6 活动构造模型-断层活动

本区活动构造极为发育，有北东（北东东）向、北北东向、北西向、近南北向和近东西向几组，其中控制盆地发育的为北东（北东东）向和北北东向两组，这两组活动断裂的规模优选，主要是盆地西缘的口泉断裂、盆地南缘的恒山断裂和六棱山断裂，以及盆地北缘的阳高一天镇断裂等（图1.8）。

大同盆地活动断裂具有如下特征：

(1)北东向活动断裂为张性倾滑正断层，断裂两侧差异升降运动明显；断裂的分段性特征明显。个别断裂具有一定的右旋走滑分量。

(2)北北东向活动断裂为右旋剪切断裂，其中恒山北麓活动断裂有明显分段性，该组断裂全新世以来活动性有所加强。