大同市地裂缝成因分析

大同市地裂缝成因分析

摘要：大同市1983年发现地裂缝，至今已发现地裂缝11条，造成的经济损失

达8729万元。地裂缝地质灾害不仅制约着当地的经济发展，而且威胁着广大人

民群众的生命财产安全。本文对大同市裂缝的基本特征及成因类型进行了初步分析，并提出防治措施建议。

1、引言

地裂缝是指受自然或人为作用的影响，岩体或土体直达地表的现状开裂现象。地裂缝是地质灾害中地面变形灾害之一，不仅降低环境质量，制约经济发展，而

且危害人民生命财产安全，因此，查明地裂缝的分布及成因类型，对有效开展减灾、防灾、避灾工作具有重要意义。

2、大同市地裂缝概况和发育特征

（1）大同市地裂缝概况

大同市地裂缝最早发现于1983年，多数始发于1989年以后，2000年前后地裂缝活动最为强烈，地裂缝的影响范围不断扩大，大同市城区的许多房屋被毁，2010年之后地裂缝活动总体趋于缓和。大同市地裂缝主要集中分布在平城区，巨型、大型、中型、小型均有，但以大型为主。大同市地裂缝基本情况见表1。

表1 大同市地裂缝基本情况统计表

（2）地裂缝的发育特征

①地裂缝的成带性

地裂缝带实际上由多条地裂缝组合而成，一般宽10-30m，局部地带可达

40m。地裂缝在平面上形态多种多样，有羽状排列、树枝状、网格状、直线状、

锯齿状和波状等多种形态。

②地裂缝的方向性

大同市发育的地裂缝走向都在NE26°-80°，优势方位在NE34°-70°。对于单个

地裂缝带而言，各具有稳定的方向性，一般走向的差异小于10°，地裂缝带具有

稳定延伸方向的地裂缝集合体。

③地裂缝带的横向差异性

地裂缝带一般由一条地裂缝和若干条次级裂缝组成，主裂缝延伸长、连续性好，在同一个断面上其张开量、下降量、扭动量最大，次裂缝次之。

3、地裂缝成因分析

大同市境内的地裂缝为内动力和外动力相互促进、综合作用的结果，其形成

演化主要受地质构造、新构造运动、地层岩性、地下水超采等因素的影响。其中

地层岩性是地裂缝形成的物质基础，基底断裂构造、新构造运动是地裂缝形成的

主导因素，属内动力；在原有地裂缝的基础上，地下水超采诱发并加剧了地裂缝

的发生、发展，并促使地裂缝向地表进一步延伸，属外动力。下面对地裂缝成因

进行详细分析说明。

（1）新构造运动和基底构造是形成大同市地裂缝的主导因素。

新构造运动主要是指新生代以来的地壳垂直升降运动。大同盆地是新生代断

陷盆地，盆地外部为新构造运动隆起区（基岩山区），剥蚀作用强烈；盆地的内

部属新构造运动下降区，堆积作用强烈，发育有巨厚层的第四系松散堆积物。大

同盆地的构造应力场以北西—南东向拉张作用为主，在拉张作用下，盆地的边界

形成了控制大同盆地基本形态的口泉断裂、六棱山断裂等边山断裂，伴随主断裂

同时发生的，还有一系列走向北东、北北东的次一级断裂，如水峪断裂、泉寺头

断裂等，其总体延伸方向与构造应力场方向垂直，为北东—南西向。区域构造应

力的拉张作用，使得第四系岩土层遭到破坏、破裂，从而形成新的构造地裂缝。

大同盆地基底断裂构造十分发育，这些基底断裂走向大多为NE向，优势方

位在NE50°左右，与大同市区域地质构造线方向一致。盆地中绝大部分地裂缝与

基底断裂从空间展布上（如地裂缝位置、走向等），有着明显的对应性。如房子

村断裂对应机车厂地裂缝、文化里断裂对应于机电公司地裂缝、文化里地裂缝；

新添堡断层对应于新添堡地裂缝、南郊凿井队地裂缝；322医院断裂对应322医

院地裂缝。基底老断裂处于活动性强烈的现代应力场中，有利于继续活动，延伸

到地表即形成继承性地裂缝。

（2）大同盆地地裂缝发展历史与新构造运动活跃期具有关联性

通过对大同盆地地裂缝发生时间的统计发现，地裂缝的发生年份并不是均匀

分布的。其中1980年以前未见地裂缝产生，1981-1985年3条，1986-1990年4条，1991-1995年4条，1996-2000年1条，2001-2005年2条，2005年以后未发

现新的地裂缝。根据以上统计可知，大同盆地地裂缝主要发生在1981—2004年

之间。1989年10月和1991年3月大同—阳高发生的两次群震，证明进入80年

代后该区地壳处于能量释放过程，是新构造运动的活跃期。而地裂缝作为能量释

放的另一种重要形式，恰好在这前后集中出现。说明大同盆地地裂缝的发展史与

新构造运动活跃期之间的关联性较好。

（3）人类工程活动造成地下水超采是地裂缝发展、扩大的主要诱发因素。

自20世纪80年代以来，人类工程活动对水资源的需求不断增加，在大同市

区周边相继建设了城北、城西、城南等多个水源地，地下水开采量连续超过允许

开采资源量。1984年超采0.36倍；1999年至2004年，超采0.73-0.84倍；2011

年开采量达峰值为2.059亿m3，超采1.27倍；2011年以后，随着引黄工程的实

施和政策性限采，地下水开采量逐渐减少，至2015年开采量与1984年基本持平。地下水的超采对地裂缝的影响主要表现在：当抽取地下水时，土体中的孔隙水被

疏干，孔隙水压力减小，土颗粒承受的有效自重压力相对增大，地下水位以上的

被疏干土层被压缩，体积缩小，其结果是引起地面下沉。当地面沉降不均匀，使

地应力增大到一定程度，就会引起土体剪切破坏，形成新的地裂缝。地面沉降若

通过已有裂缝时，使原有的地裂缝活动加剧，也可促使隐伏地裂缝向地表进一步

延伸。大同市地下水超采区范围北起孤山、南到落里湾至北村一线、东至周士庄-

倍加皂-党留庄乡一带、西近盆地边界，而大同市地裂缝均位于超采区范围内。

大同市地裂缝始发于1983年，当时累计长度不足5km；其后地裂缝活动日

益加剧，1990年已形成累计长10.5km的地裂缝带，1994年发展到24km，至2004年，累计长度达35km，经综合分析，可以发现地裂缝发展历史与大同市地

下水超采历史基本一致。

4、大同市地裂缝的危害

大同市地裂缝所经之处，造成地面及地下各类建筑物开裂，路面破坏，地下

供水、输气管道错断，一些著名文物古迹的安全受到危及，如在大同市区的铁路

分局、文化里、振华街等10多处居民住宅区，地表裂缝最宽处达到了0.1m。由

于地表不均匀下沉，不少新建房屋地基破坏，墙体开裂，变成了危房。地裂缝给

大同市城市建设和地下生命线工程造成损坏和不良社会影响，而且不仅带来经济