河北平原中南部地区地裂缝灾害调查研究

河北平原中南部地区地裂缝灾害调查研究【摘要】河北省平原从20世纪80年代开始至今，出现大量地裂缝，使建筑，农业用地遭受破坏，严重影响人民生产生活，给国家造成一定的经济损失。

笔者在总结收集前人调查资料，经过走访村中老者，实际现场调查在石家庄、邢台、邯郸、衡水四市共发现地裂缝131处，并详细勘察，总结地裂缝的发于现状及其诱发因素。

为今后地裂缝治理提供可靠依据。

【关键词】河北地裂缝发育因素发展趋势1 概述从二十世纪八十年代后，尤其进入二十一世纪初，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，地质环境已经发生了变化，伴有地裂缝、地面塌陷等地质灾害频繁发生，日益严重。

河北平原中南部四市共发现地裂缝131处，其中石家庄市16处，衡水市21处，邯郸市34处，邢台市60处。

2 地裂缝长度特征地裂缝的长短、宽窄与深浅可以体现地裂缝的规模。

本区发育的地裂缝规模大小各异。

宽度一般在0.05～0.5m。

地裂缝的切割深度浅者0.2～0.5m，一般为1～3m，深者大于10m。

单条最长者可达62000m，而短者只有数米，以长度来划分地裂缝的规模等级，本区地裂缝可分为：≥1000m（20处）、500～999m（11处）、100～499m（61处）、10～99m（36处）、＜10m（1处）和情况不明1处等六种。

文章总结的131处地裂缝长度统计情况见图3-1。

图2-1 地裂缝长度统计饼状图3 地裂缝空间分布特征四市131处地裂缝总体分布密度呈由西向东、由北向南递减的趋势。

现将各市地裂缝分布特征分述如下：石家庄市地裂缝在鹿泉市东部、正定县北部、藁城市西部、元氏县东部等山前冲洪积倾斜平原区内分布最为密集，以二十世纪七、八十年代出现的早期地裂缝为主，新近出现的裂缝相对较少。

衡水市地裂缝在安平县、武邑县、饶阳县、故城县分布最为密集，本世纪在安平、武邑发现许多地裂缝，地裂缝发育趋势加剧。

邯郸市地裂缝主要分布在永年县西部，其余地区均有零星出现。

以二十世纪七、八十年代出现的早期地裂缝为主，新近出现的地裂缝相对较少。

邢台市地裂缝主要分布在隆尧县和南和县，柏乡县一条裂缝发育长度最长，其余地区均有零星出现。

进入本世纪来以来，地裂缝发育趋势加剧。

4 地裂缝形态特征及成因分析河北省中南部地裂缝主要以直线地裂缝或不规则塌陷坑为主。

其中石家庄、邯郸地裂缝以直线为主，衡水、邢台地裂缝以直线和不规则塌陷坑为主。

其中还有弧形体裂缝、交叉地裂缝、雁列型地裂缝不同规模的发生。

地裂缝分为构造地裂缝和非构造两种，非构造地裂缝又分为膨胀土、黄土湿陷、冻融、干旱等特殊土地裂缝，滑塌、陷落、地震次生灾害等引起的地裂缝。

构造地裂缝仅分为无震和地震地裂缝两种，无震构造地裂缝分为断层蠕滑型和呈面状散布的区域微破裂（节理）开启型地裂缝[3]。

根据王景明（1992）研究表明，20世纪50年代以来，华北区地壳运动明显加剧，尤其在1966年邢台大地震之后，地壳运动加速过程中，变形以弹性、塑性和破裂等变形形式来释放应变，应变表现为非线性变形，表现形式是微裂隙发育，从而引起地壳破裂开启形成地裂缝。

依托野外工作和大量水文地质和大量资料的基础上，对石家庄、衡水、邢台和邯郸四个地区地裂缝形态特征、形成机制进行了简单分析。

四个地区地裂缝主要以区域微破裂开启型地裂缝为主，尤其表现在邢台、邯郸地区。

在邢台地区分布多条断层蠕滑型地裂缝。

在四个地区出现不同规模的非构造因素引起的地裂缝，为采空区塌陷引起。

5 地裂缝影响因素分析华北平原地裂缝形成因素是十分复杂的，总体而言，地裂缝分类按形成地裂缝的主导因素分为两大类，即非构造地裂缝和构造地裂缝。

构造地裂缝主要是由于自然内应力作用为主形成的地裂缝；非构造地裂缝主要是由于人类活动作用为主和自然外营力作用为主形成的地裂缝。

首先分析各因素对地裂缝形成的影响，从而研究地裂缝的诱发因素。

5.1地形地貌对形成地裂缝的影响地裂缝主要分布在太行山山前河北平原交接地带以及山前平原与中部平原交接部位，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。

断层蠕滑型的构造裂缝分布基本不受地貌单元的限制，上述地貌单元界线是当地断裂活动的痕迹，而断层蠕滑型构造地裂缝又常是这些断裂蠕滑的形迹，所以构造地貌的边界常常控制断层蠕滑型的分布。

此外，利于地表水集中而加速下渗的地貌部位，常是较多地裂缝产生的地方，在山前地带产生的地裂缝，主要与地表水（河流）流域带相伴生，一般沿河流展布。

5.2岩性条件对形成地裂缝的影响地层岩性对地裂缝的发生、发展的影响主要反映在两个方面：一是作为传递构造应力、应变的介质，不同的应力条件发生地裂缝的可能性强度和规模，在很大程度上取决于场地的地层。

二是不同性质的土层对诱发地裂缝的响应程度存在明显差异。

土质条件对地裂缝发育的程度、宽度和外貌景观都有一定的影响，地层岩性是地裂缝在地表大量显示的重要条件。

根据笔者研究发现河北平原山前及部分河道的砂及轻亚砂土分布面积较小；亚粘土和轻亚粘土分布面积较大，约占全部面积的五分之三。

重亚粘土主要分布山前平原与中部平原交接部位及地势低洼的湖沼地区。

地裂缝大都分布在亚砂土、亚粘土和粘土中，砂及轻亚粘土中次之，粘土中较少。

5.3地表水和地下水对形成地裂缝的影响5.3.1地表水的影响根据笔者访问当地农民，发现地裂缝多发生在大雨、暴雨之后的6～9月份，基本与汛期相符，说明降雨加速了地裂缝的形成。

例如本次现场调查的地裂缝中有一半以上发生在强降雨以后，尤其集中在7、8、9三个月。

地裂缝的发生部位在河沼滨地区比较集中外，其次也与地表水流域带其它地带相伴生。

在太行山山前与中部平原的交接带，分布有多个湖沼洼淀，在这些地区都有多条地裂缝产生，地裂缝与地表水的伴生性说明地表积水、排水不畅和强渗透性径流条件是诱发地裂缝的主要因素之一。

地裂缝与地表水的伴生，说明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。

5.3.2地下水的影响当地下水被大量开采时，引起地下水位大幅度下降，在一定范围内形成漏斗，因此改变了地下水的径流状态，使水力坡度和水流速度增大，水流对二元结构土层中的疏松细粒产生冲蚀、潜蚀、掏空作用，在原含水层土体内沿节理裂隙形成隐伏土洞和地裂缝。

根据地裂缝分布，结合区内地下水水位埋深（图4-3、图4-4）分析，地裂缝发育范围广泛，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，调查区内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。

由此可以看出，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。

地裂缝发育主要受浅层地下水影响较大，深层地下水位变化对地裂缝的影响相对较小。

5.4地震形成地裂缝的影响根据资料总结：1966年邢台地震以后地裂缝活动明显增强，并逐渐北移。

1973年在永年，1976年在赵县，1979年在正定，1981年发展到平原中北部的博野、大城等地。

地裂缝活动形成4-5年一次的周期性规律。

其高潮年分布是1966、1971、1981、1986、1991年(参见图4-5)。

三十年以来地震活动的次数是逐年降低的。

对照地裂缝活动周期的高潮年和地震活动的高潮年。

可以看出河北平原地裂缝各活动高潮分别滞后地震活动高潮1-2年。

这种滞后性反映了两者有密切的成生联系。

即地震发生后，使土层深处密闭的构造节理开启，但没有连通到地表。

在经过强降雨或浇地形成积水渗透时，将已开启的节理缝与地表连通形成地裂缝。

部分成群地裂缝伴随近场中小地震出现。

位于中小地震活动较为频繁的但震源较浅的地区，在中小地震和震群近场区域微破裂最易开启，多演化成近地表的隐伏地裂缝。

若遇集中降雨或浇地，这些隐伏地裂缝成群显现出来。

因此这些地裂缝常滞后于中小震活动一定时间。

5.5地面沉降对形成地裂缝的影响5.5.1地面沉降区地裂缝分布特征研究区内地面沉降量较大的区域主要集中在衡水市周边及其邢台市的南宫、平乡一带，地面沉降量1261～1314mm，其他地区地面沉降量相对较小。

对河北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，地面沉降量在800～1314mm衡水桃城区、饶阳、武强、武邑、枣强及广宗、平乡、鸡泽等县市，其地裂缝分布没有明显增加，地面沉降量100～400mm的隆尧县境内，分布有31处地裂缝，而在地面沉降量较小的<400mm的区域地裂缝分布数量也较多。

由此可以看出，地裂缝分布数量与地面沉降量没有明显的相关关系，反而是地面沉降量较小甚至是地面上升的邯郸山前一线，地裂缝发育数量也较多。

5.2.5地面沉降对形成地裂缝的影响通过地面沉降形成的主要原因是深层的第四系粘性土释水压缩，导致地表缓慢下降。

一方面地面沉降速度缓慢，且在地表表现为区域性的连续缓慢变形，与地裂缝在地表表现出的突变性不同，因此河北平原地面沉降不是该区地裂缝形成的主要影响因素。

但是由于过量抽取地下水使土层固结，地面沉降加剧了地表第四系土层活动量，使由于构造形变而成的地裂缝，加速形成和发展，并对其垂直变形产生一定影响。

所以说地面沉降，对地裂缝的出现和加速发展起到了一定的诱发和促进作用，当然地裂缝的形成也促进了地面不均匀沉降的增强。

在某些情况下，地裂缝与地面沉降是一种共存、伴生、共同发展的地质现象。

6 结论本次研究走访研究区地裂缝，详细记录了地裂缝的发生时间。

地裂缝研究区面积共计27334km2（石家庄6798km2、衡水8817km2、邯郸7296km2、邢台8677km2），共调查地裂缝131处。

河北中南部平原区总体分布呈现由西向东、由北向南递减趋势。

并且地裂缝大体走向分为近SN、NW、EW和EN四组。

石家庄市地裂缝在鹿泉市东部、正定县北部、藁城市西部、元氏县东部等山前冲洪积倾斜平原区内分布最为密集。

衡水市地裂缝在安平县、武邑县、饶阳县、故城县分布最为密集。

邯郸市地裂缝主要分布在永年县西部，其余地区均有零星出现，并且，邯郸地裂缝以20世纪80年代出现的早期地裂缝为主，近期出现的地裂缝较少。

邢台市地裂缝主要分布在隆尧县和南和县，柏乡县一条裂缝发育长度最长，其余地区均有零星出现，近些年来地裂缝发育加剧。

本次研究区内地裂缝的发生以构造成因为主，多反应为断层蠕滑型地裂缝和区域微破裂地裂缝。

研究区断层蠕滑型地裂缝的特征垂直错动量大，呈条带状或线状分布。

一般长而宽，可出现水平扭错、垂直落差和张裂三向位移。