第3讲_地面沉降、地裂缝及其研究
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• 主要受构造背景的影响，我国大多数 的地裂缝都与构造有关。产生在第四 纪沉积物中。
（2）地裂缝的成因
• a.构造成因 • 特征： • 延伸稳定，分布不受地形、岩性的影
响，可切过陡坎、阶地， • 平面上：折现状、锯齿状、雁行状排
列。 • 剖面上：近于直立、阶梯状、地堑状。
• （a）断裂活动引起
第三讲 地面沉降、地裂缝及 其研究
一、地面沉降及其研究 二、地裂缝及其研究 三、地面塌陷及其研究
一、地面沉降及其研究
1、地面沉降的成因 2、地面沉降的危害 3、地面沉降的研究与防治
1、地面沉降的成因
• （1）地面沉降的状况 • 分布：地面沉降主要分布在平原、
盆地的大城市和油气开发区。 • 沉降速度：几～几十厘米/年。 • 沉降量：几米～近十米。
沉降、冻融作用、干旱作用、盐丘 作用、矿山采空等。
c.地裂缝的分类
• （a）成因分类 • 构造地裂缝 • 非构造地裂缝 • （b）活动强度分类 • 弱活动：<2mm/a。 • 中等活动： 2～20mm/a。 • 强活动： 20～80mm/a。 • 超强活动：>80mm/a。
• （c）活动方式分类 • 垂直升降： • 水平拉张： • 水平扭动： • 超强活动： • （d）活动范围分类 • 线状分布 • 片状分布
• 断层的缓慢蠕滑形成地裂缝，是 构造地裂缝常见的一种。
• （b）地震活动引起 • 地震地裂缝。形成的地裂缝规模比
较大。
• （c）火山活动引起 • 火山喷发前夕何喷发过程中形成。
b.非构造成因
• 特征： • 分布的方向不明显，延伸的长度较
短，剖面多呈弧形、椅状、直立。 • 主要的原因： • 膨胀土作用、黄土湿陷作用、地面
2、地裂缝的危害
地裂缝的主要危害
• 建筑物墙体开裂。 • 地面设施破坏。 • 地下设施损坏。 • 有害气体的溢出。 • 垃圾场污染地下水。 • 农田漏水。
3、地裂缝的调查研究
• （1）地裂缝特征的调查研究
• a.几何特征
• （a）地裂缝的延伸方向。
• （b）地裂缝呈带状，段与段的关系。
• （c）地裂缝的组合特征，如雁行排 列、侧列、Y字组合、树枝组合、 环行组合等。
• （d）地裂缝的产状。
• b.运动学特征
• （a）地裂缝发展的阶段，萌芽期、 发展期、强活动期和超活动期。
• （b）地裂缝活动的周期，与地震相 似，活动期的速率是平静期的数倍。
• （c）地裂缝在剖面和剖面上的位移量。
管、下水道等断裂、变形等。 • （5）地面建筑物破坏。 • （6）桥墩下沉，河流通航能力下降。
3、地面沉降的研究与防治
• （1）地面沉降原因的研究 • a.活动断层研究（遥感、物探手段）。 • b.沉积物特点研究（沉积物成因、岩性、
岩相，从立体研究，钻探、物探）。 • c.地面沉降的速率、面积，沉降量等值线。 • 沉降速度：-dH/dt=k(Po-P) • K－系数；Po－标准地下水压；P－现地下
（d）新构造运动、火山喷发
• 新构造运动的沉降区。 • 如西安地面沉降区位于西安断陷区，
由构造下降占地面沉降量的3.1~7％。
• 火山喷发 • 造成地下物质亏损。
2、地面沉降的危害
• （1）海水入侵，滨海地下水破坏。 • （2）海岸侵蚀增加，海防投资增加。 • （3）海面上升，港口设施失效。 • （4）城市地下系统遭受破坏。如水
• 开采油气造成地下压力亏损，引 起地面沉降。
• 如加州的长滩市的地面沉降量达 9米。我国的大庆、胜利油田都 出现地面沉降。
（c）人类工程
• 地面建筑物增多，负荷过重。 • 地下隧道。 • 如意大利的比萨斜塔： • 1173～1185年，建至3层，塔发生倾斜。 • 1274～1284年，建至7层，塔斜增加。 • 1350年，塔建成，塔顶偏离中心1.5m。
• 地面沉降分布特征：
• （1）大型河流三角洲及沿海平原 区，如上海、天津、沧州等。
• （2）小型河流三角洲区，如福州、 湛江、宁波等
• （3）山前冲洪积扇及倾斜平原区， 如北京、保定、郑州等。
• （4）山间盆地和河流区，如西安、 太原、运城等。
（2）地面沉降的形成机制
• a.形成的地质条件
压、地下水质、地下水回灌。
• c.建筑物和其它设施因地面沉降破坏 监测。
• d.预测地面沉降速度、幅度、范围和 可能的危害。
• GIS、GPS、InSAR等技术的应用。
二、地裂缝及其研究
1、地裂缝的成因 2、地裂缝的危害 3、地裂缝的调查研究
1、地裂缝的成因
• （1）中国地裂缝的分布 • 分布广泛，在西北、华北、长江流域
水压
• d.地下水开采量，地下水位变化， 地下水位等值线。
• e.油气开采分析。 • f.地下和地面工程分析。
• （2）地面沉降灾害的调查研究 • a.地面建筑物的损坏，倾斜、下沉、
墙壁破裂、桥梁破坏。
• b.地下工程破坏，通讯管道、自来水 管、下水管线等变形、损坏等。
• c.海防设施的破坏和加固。 • d.城市洪水灾害。 • e.城市资源破坏，如淡水资源、港口
• （a）松软的第四纪沉积物
• 黏土 粉砂质黏土 黏土质粉砂
•
粉砂 细砂 粗砂
砾石
• （b）新构造运动的沉降区
b.地面沉降的致因
• （a）过量开采地下水 • 水压力降低，地层压缩，孔隙体积减
小。 • 地面沉降中心与地下水开采漏斗一致。 • 地面沉降等值线与地下水开采漏斗等
值线一致。
日本
上海市地面沉降
资源、土地资源等。
• （3）地面沉降的治理 • a.节约用水，改变水源。 • b.调整地下水开采层次，开采季节。 • c.地下水人工回灌。 • d.加工地下工程。 • e.地基加固工程。 • f.避开活动断层。
• （4）地面沉降的监测 • a.大地水准测量。 • b.地下水开采量、地下水位、地下水
• 北京市的地面沉降（最大速率）： • 1966年以前：缓慢形成，2～5mm/a。 • 1966～1973年，加速，10mm/a。 • 1973～1981年，快速发展，50mm/a。 • 1981年以后，下沉减缓，29mm/a。
• 1966年地下水开采量增加，70年代中 期猛增。
（b）地下油气开采
• 主要受构造背景的影响，我国大多数 的地裂缝都与构造有关。产生在第四 纪沉积物中。
（2）地裂缝的成因
• a.构造成因 • 特征： • 延伸稳定，分布不受地形、岩性的影
响，可切过陡坎、阶地， • 平面上：折现状、锯齿状、雁行状排
列。 • 剖面上：近于直立、阶梯状、地堑状。
• （a）断裂活动引起
第三讲 地面沉降、地裂缝及 其研究
一、地面沉降及其研究 二、地裂缝及其研究 三、地面塌陷及其研究
一、地面沉降及其研究
1、地面沉降的成因 2、地面沉降的危害 3、地面沉降的研究与防治
1、地面沉降的成因
• （1）地面沉降的状况 • 分布：地面沉降主要分布在平原、
盆地的大城市和油气开发区。 • 沉降速度：几～几十厘米/年。 • 沉降量：几米～近十米。
沉降、冻融作用、干旱作用、盐丘 作用、矿山采空等。
c.地裂缝的分类
• （a）成因分类 • 构造地裂缝 • 非构造地裂缝 • （b）活动强度分类 • 弱活动：<2mm/a。 • 中等活动： 2～20mm/a。 • 强活动： 20～80mm/a。 • 超强活动：>80mm/a。
• （c）活动方式分类 • 垂直升降： • 水平拉张： • 水平扭动： • 超强活动： • （d）活动范围分类 • 线状分布 • 片状分布
• 断层的缓慢蠕滑形成地裂缝，是 构造地裂缝常见的一种。
• （b）地震活动引起 • 地震地裂缝。形成的地裂缝规模比
较大。
• （c）火山活动引起 • 火山喷发前夕何喷发过程中形成。
b.非构造成因
• 特征： • 分布的方向不明显，延伸的长度较
短，剖面多呈弧形、椅状、直立。 • 主要的原因： • 膨胀土作用、黄土湿陷作用、地面
2、地裂缝的危害
地裂缝的主要危害
• 建筑物墙体开裂。 • 地面设施破坏。 • 地下设施损坏。 • 有害气体的溢出。 • 垃圾场污染地下水。 • 农田漏水。
3、地裂缝的调查研究
• （1）地裂缝特征的调查研究
• a.几何特征
• （a）地裂缝的延伸方向。
• （b）地裂缝呈带状，段与段的关系。
• （c）地裂缝的组合特征，如雁行排 列、侧列、Y字组合、树枝组合、 环行组合等。
• （d）地裂缝的产状。
• b.运动学特征
• （a）地裂缝发展的阶段，萌芽期、 发展期、强活动期和超活动期。
• （b）地裂缝活动的周期，与地震相 似，活动期的速率是平静期的数倍。
• （c）地裂缝在剖面和剖面上的位移量。
管、下水道等断裂、变形等。 • （5）地面建筑物破坏。 • （6）桥墩下沉，河流通航能力下降。
3、地面沉降的研究与防治
• （1）地面沉降原因的研究 • a.活动断层研究（遥感、物探手段）。 • b.沉积物特点研究（沉积物成因、岩性、
岩相，从立体研究，钻探、物探）。 • c.地面沉降的速率、面积，沉降量等值线。 • 沉降速度：-dH/dt=k(Po-P) • K－系数；Po－标准地下水压；P－现地下
（d）新构造运动、火山喷发
• 新构造运动的沉降区。 • 如西安地面沉降区位于西安断陷区，
由构造下降占地面沉降量的3.1~7％。
• 火山喷发 • 造成地下物质亏损。
2、地面沉降的危害
• （1）海水入侵，滨海地下水破坏。 • （2）海岸侵蚀增加，海防投资增加。 • （3）海面上升，港口设施失效。 • （4）城市地下系统遭受破坏。如水
• 开采油气造成地下压力亏损，引 起地面沉降。
• 如加州的长滩市的地面沉降量达 9米。我国的大庆、胜利油田都 出现地面沉降。
（c）人类工程
• 地面建筑物增多，负荷过重。 • 地下隧道。 • 如意大利的比萨斜塔： • 1173～1185年，建至3层，塔发生倾斜。 • 1274～1284年，建至7层，塔斜增加。 • 1350年，塔建成，塔顶偏离中心1.5m。
• 地面沉降分布特征：
• （1）大型河流三角洲及沿海平原 区，如上海、天津、沧州等。
• （2）小型河流三角洲区，如福州、 湛江、宁波等
• （3）山前冲洪积扇及倾斜平原区， 如北京、保定、郑州等。
• （4）山间盆地和河流区，如西安、 太原、运城等。
（2）地面沉降的形成机制
• a.形成的地质条件
压、地下水质、地下水回灌。
• c.建筑物和其它设施因地面沉降破坏 监测。
• d.预测地面沉降速度、幅度、范围和 可能的危害。
• GIS、GPS、InSAR等技术的应用。
二、地裂缝及其研究
1、地裂缝的成因 2、地裂缝的危害 3、地裂缝的调查研究
1、地裂缝的成因
• （1）中国地裂缝的分布 • 分布广泛，在西北、华北、长江流域
水压
• d.地下水开采量，地下水位变化， 地下水位等值线。
• e.油气开采分析。 • f.地下和地面工程分析。
• （2）地面沉降灾害的调查研究 • a.地面建筑物的损坏，倾斜、下沉、
墙壁破裂、桥梁破坏。
• b.地下工程破坏，通讯管道、自来水 管、下水管线等变形、损坏等。
• c.海防设施的破坏和加固。 • d.城市洪水灾害。 • e.城市资源破坏，如淡水资源、港口
• （a）松软的第四纪沉积物
• 黏土 粉砂质黏土 黏土质粉砂
•
粉砂 细砂 粗砂
砾石
• （b）新构造运动的沉降区
b.地面沉降的致因
• （a）过量开采地下水 • 水压力降低，地层压缩，孔隙体积减
小。 • 地面沉降中心与地下水开采漏斗一致。 • 地面沉降等值线与地下水开采漏斗等
值线一致。
日本
上海市地面沉降
资源、土地资源等。
• （3）地面沉降的治理 • a.节约用水，改变水源。 • b.调整地下水开采层次，开采季节。 • c.地下水人工回灌。 • d.加工地下工程。 • e.地基加固工程。 • f.避开活动断层。
• （4）地面沉降的监测 • a.大地水准测量。 • b.地下水开采量、地下水位、地下水
• 北京市的地面沉降（最大速率）： • 1966年以前：缓慢形成，2～5mm/a。 • 1966～1973年，加速，10mm/a。 • 1973～1981年，快速发展，50mm/a。 • 1981年以后，下沉减缓，29mm/a。
• 1966年地下水开采量增加，70年代中 期猛增。
（b）地下油气开采