臨潼—長安斷裂帶內地裂縫特征

宋彥輝，李忠生，李新生，高虎艷，鄧國華，蔣軍軍

（1.長安大學 地質工程與測繪學院，陜西 西安 710054；2.西安市地下鐵道有限責任公司，陜西 西安 710016；3.廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

自20世紀50年代以來，由于我國地裂縫災害頻繁發生，且有愈演愈烈的趨勢，我國學者對地裂縫進行了大量、深入的研究。這些研究包括地裂縫的成因機理、活動規律、破壞特征、防護措施等。其中以西安地裂縫的研究開展的最早，研究程度最深，到目前為止，已查明的西安地裂縫達14條之多。據文獻［1］，西安地裂縫專指臨潼—長安斷裂帶西北側（上盤）一組北東走向的地表破裂。但是，隨著城市的不斷擴張與建設，西安城區范圍已擴展至臨潼—長安斷裂帶及以南的城郊區域，在這一區域范圍內存在與西安地裂縫發育類似的地形地貌條件，即黃土梁與洼地相間組合的梁洼地貌，其間是否存在地裂縫（或處于隱伏狀態的地裂縫）？以及若有地裂縫其活動特征與西安地裂縫有何差異？這些都是西安城市建設急切需要解決的關鍵問題。本文以西安市地鐵沿線地裂縫調查研究為契機，對該區域地裂縫問題進行了相關研究，根據可能出現地裂縫的位置在臨潼—長安斷裂帶內布設了兩條勘探剖面［2，3］，并依據地層剖面對地裂縫的存在、地層斷距、活動特征等進行了詳細分析。

1 臨潼—長安斷裂帶及與地裂縫關系

1.1 臨潼—長安斷裂帶特征

臨潼—長安斷裂帶位于西安凹陷與驪山凸起的交界部位，北起臨潼，南至長安區的灃峪口，總體走向北東 35°～45°，局部偏轉為 65°～70°，全長約 50km，寬約5～7km，斷裂帶主要由3條傾向北西的平行正斷層組成［4］（圖1）。斷裂帶兩側地貌差異較大，北西側為渭河階地區，南東側為黃土塬區。該斷裂以浐河為界分為北東和南西兩段，其中南西段地形高差相對較小，階梯狀斷層陡坎和黃土陡坎發育，并在組成斷裂帶的各條斷層北側發育有構造性侵蝕洼地，地形特征表現為梁洼相間排列的地貌格架。

圖1 臨潼—長安斷裂（據文獻［4］）Fig.1 Lintong-Chang'an fracture zone

1.2 臨潼—長安斷裂帶與地裂縫關系

目前西安地裂縫主要指臨潼—長安斷裂帶北西盤發育的一系列北東向展布的地表破裂，它們的成因盡管仍有不同的看法與觀點，但有證據表明，西安地裂縫與臨潼—長安斷裂具有統一的構造應力場及力學屬性［4-5］，且地裂縫的發育與地貌關系密切，即都發育在黃土梁南側。圖2為西安地裂縫與臨潼—長安斷裂的構造關系剖面圖，圖中西安地裂縫的研究已積累了豐富的資料，研究程度較深。但臨潼—長安斷裂帶內地裂縫的研究到目前為止幾乎仍為空白。盡管該區位于斷裂帶內，但仍具有和西安地裂縫類似的地形地貌和構造地質條件，因此具備地裂縫發育的潛在背景。

圖2 臨潼—長安斷裂與西安地裂縫（據文獻［5］）Fig.2 Relationship between Chang'an-Lintong fracture zone and Xi'an earth fissures

實際上，臨潼—長安斷裂帶內的地裂縫自很早以前就有發育，如平行斷裂帶發育的江尹、肖家村、龐村、牛角尖、常家疙瘩、甘寨、二府井等多處地裂縫［4，6］，這些裂縫沿斷裂帶斷續展布，且多在暴雨后出現。從裂縫表現為北盤（上盤）略降的張性特征及沿臨潼—長安斷裂帶展布的特點可推知該類地裂縫應是斷裂活動的產物。

本文研究的地裂縫不同于上述由于斷裂活動造成的地表破裂，而是類似于臨潼—長安斷裂以北的西安地裂縫特征，從地層剖面分析裂縫的存在及其活動特點等規律是本文著重闡述的問題。

2 斷裂帶內黃土剖面特征

2.1 金滹沱剖面

鉆探剖面位于臨潼—長安斷裂帶內金滹沱村，并緊臨斷裂帶最北側的FN斷層。地貌上屬于黃土臺塬向南側構造剝蝕洼地過渡的斜坡地帶，鉆探剖面長約300m，共布置鉆孔10個，孔深25～35m，均揭穿上更新統及中更新統2層古土壤（S1、S2）。剖面方向近南北向，與地貌走向近直交。圖3為揭露的地層剖面。

根據圖3，場地地層自上而下（由新到老）為：

（1）黃土（Qeol3）：褐黃色，可塑，大孔結構，含蟲孔，偶見蝸牛殼及鈣質結核，土質均勻。

（2）古土壤 S1（Qel3）：褐紅色，可塑—硬塑，團粒結構，含白色鈣質條紋，底部富含鈣質結核。土質致密，較均勻。

（4）古土壤 S2（）：褐紅色，以可塑為主，具蟲孔，含鈣質薄膜，層底多鈣質結核，土質較均勻。

從圖中明顯可看出，作為黃土地層中標志層的古土壤層（S1、S2）出現了明顯的不連續及錯斷現象，其剖面特征與西安地裂縫類似，表明臨潼—長安斷裂帶內也存在類似西安地裂縫的活動特征。

剖面顯示，古土壤S1（）的底面出現地層不連續，其中南側鉆孔（鉆孔6）揭露的層底標高比北側鉆孔（鉆孔5）低4.52m，除去地層界線的自然坡度外，兩者的錯距仍有2.5m。但該層層頂界線并未被錯斷，而是呈現連續沉積的特點。同時剖面上自鉆孔6以南，古土壤S1（）層的厚度明顯增大。

和古土壤S1（）地層相比，S2（）地層的錯距更大，兩相鄰鉆孔內該層層底高差達8.52m，除去巖性界線的自然坡度外，層底深度仍相差4.7m。同時，剖面上該層以上的黃土層（）厚度在6號孔及以南顯著增厚。

另外，鉆探剖面揭示出場地地下水位埋深存在突變現象。5號鉆孔及以北勘探孔均未見地下水（孔深均大于28m，圖3鉆孔深度有略），而南側所有鉆孔地下水埋深均穩定在相對標高-23.0m左右。表明剖面上地下水位產生了突然的跳躍，兩側水位差至少大于5.0m，這一現象在橫跨西安地裂縫的剖面中經常出現，這種水位跳躍特征也從另一方面指示出隱伏破裂構造（地裂縫）的存在，盡管這一現象到目前為止尚未見到有進行深入研究和探討的報道。

上述地層界線及厚度變化特征以及水位變化均反映出在鉆孔5與鉆孔6之間存在地裂活動，其活動特點與西安地裂縫具有相似性。

圖3 金滹沱地層剖面Fig.3 Stratigraphic section in Jinhutuo village

2.2 杜陵路剖面

杜陵路剖面位于西安市長安路與杜陵路十字以北的長安路上，東距金滹沱剖面約2.6km，其地貌及構造位置與金滹沱剖面相同。該鉆探剖面長度超過1km，向北越過臨潼—長安斷裂帶最北側的FN斷層，向南延伸至構造剝蝕洼地的最低處。其中隱伏破裂帶附近發現異常后對鉆探剖面進行了加密。鉆探孔深一般20～30m，同樣揭穿了上更新統及中更新統2層古土壤（S1、S2）。剖面方向近南北，揭露的黃土地層層序與金滹沱剖面完全相同（圖4）。

從圖4可以看出，與金滹沱剖面相比，杜陵路剖面S1（）古土壤層頂、層底均呈連續沉積，隱伏裂縫兩側地層厚度也無變化。古土壤層S2（）在裂縫兩側產生了明顯位錯，并且上盤同樣表現出地層增厚的特征。與之相對應，S2（）層之上的中更新統風積黃土（）也表現為上盤地層相對增厚。其中S2（）古土壤層下盤厚度為4.4～4.8m，上盤厚度5.2～5.5m。地層錯距約2.6m。

與金滹沱地層剖面類似，杜陵路剖面也揭示出地下水位的跳躍現象，其中南側鉆孔（33、34、35）地下水位埋深標高約442.0m，而北側勘探孔在均未見地下水（圖4），兩側地下水位高差至少大于2.0m。

另外，值得提出的是，地層剖面揭露的臨潼—長安斷裂也反映出該斷裂的北側斷層FN并未錯斷上更新統古土壤S1（）及其上的風積黃土（）。其活動與斷裂帶內的隱伏地裂縫具有同期性。

3 斷裂帶內地裂縫活動歷史與期次

分析上述地層剖面，可以較合理地推演斷裂帶內地裂縫的活動期次（由于剖面僅揭穿中更新統古土壤，故活動歷史的分析僅限于中更新世以來）。

在區域伸展背景下，由于臨潼—長安斷裂的北降南升活動，使得在斷裂帶內及斷裂帶上盤出現次生拉張應力場，并且這種拉張應力一直伴隨臨潼—長安斷裂的活動而存在。在這種拉張應力場作用下，受地形地貌等因素的控制，形成了一系列與斷裂近平行的北東向展布的地裂縫。這些地裂縫的構造活動受臨潼—長安斷裂帶的控制，并與渭河盆地的沉積作用同期發生，因而其表現出同沉積斷層的特征。圖3、圖4均反映出這一特點，無論是上更新統古土壤S1（），還是中更新世形成的風積黃土及S2（）古土壤，均表現出下降盤（上盤）對應地層增厚的現象。

3.1 金滹沱剖面

金滹沱地層剖面（圖3）顯示，晚更新世古土壤S1（）地層的頂面連續，裂縫兩側無明顯錯斷跡象，表明晚更新世晚期以來該區域相對穩定，地裂縫活動趨緩或停止。同時由于該層底界有明顯錯斷，表明晚更新世早期以前曾有顯著活動。根據地層剖面裂縫兩側對應地層的錯距及相應地層的厚度變化可知：

圖4 杜陵路地層剖面Fig.4 Stratigraphic section in Du ling Road

（1）S2（）古土壤的厚度在地裂縫上盤略有增厚，總體上與下盤地層厚度相差較小，表明對應這一地層的形成時期（中更新世中期），地裂縫的活動幅度較小；

（3）晚更新世早期形成的古土壤S1（）在裂縫上盤厚度變大，底部界線與裂縫下盤產生錯斷，而頂部界線連續，無明顯錯斷跡象。表明地裂縫的地質活動一直延續到晚更新世早期。

（4）自晚更新世晚期以來，地裂縫活動趨緩或停止。黃土沉積在裂縫兩側無明顯差異。

3.2 杜陵路剖面

杜陵路地層剖面（圖4）所反映的地裂縫活動與金滹沱剖面總體上一致。但活動幅度卻較金滹沱為弱。

（1）中更新統古土壤S2（）及其上的中更新統風積黃土（）的厚度在下降盤均有增厚，生長指數均為1.15左右，表明地裂縫的活動自中更新世中期至晚更新世早期處于一種相對均衡的緩慢蠕動變形；

（2）由于上更新統古土壤及以上地層沉積連續，未發生地層錯斷，故自晚更新世早期以來，杜陵路剖面所在地區地裂縫未發生活動。

綜上所述，臨潼—長安斷裂帶內的兩個地層剖面均揭示出地裂縫的存在，并顯示出地裂縫的地質歷史活動性特征。結果表明，兩個地層剖面所反映的地裂縫活動規律具有總體一致性，但又有活動強弱程度的差別。其中金滹沱剖面所在位置地裂縫活動持續時間及強度均大于杜陵路剖面。這也與臨潼—長安斷裂活動性東強西弱的規律相對應。

4 結論

（1）臨潼—長安斷裂是由三條近平行展布的北東向斷層構成的北傾張性斷裂帶，每相鄰兩條斷層的間距約2～3km，它們構成階梯狀的斷層組合。勘探及調查表明，斷裂帶內存在與斷層反傾的隱伏破裂構造（地裂縫）。

（2）根據已有勘探、調查成果，隱伏破裂構造一般發育在斷裂帶內黃土臺塬向南側構造剝蝕洼地過渡的斜坡地帶，這一特征與西安地裂縫發育在梁洼地貌的洼地北側極為相似。

（3）根據臨潼—長安斷裂帶內的地層勘探剖面，斷裂帶內的隱伏破裂構造特征也與西安地裂縫類似，其產生與構造活動受臨潼—長安斷裂的控制。

（4）根據斷裂帶內的金滹沱地層剖面及杜陵路地層剖面，隱伏破裂構造的活動主要發生在晚更新世以前，晚更新世晚期以來，地層沉積連續，無明顯活動跡象。

（5）靠近臨潼—長安斷裂帶西段的杜陵路地層剖面所反映的地裂縫活動強度要小于金滹沱剖面所在地區，這也與臨潼—長安斷裂活動性東強西弱的規律相對應。

［1］DBJ 61-6-2006，西安地裂縫場地勘察與工程設計規程［S］.DBJ 61-6-2006，Specification for site investigation and engineering on Xi'an ground fractures［S］.

［2］長安大學工程設計研究院.西安市地鐵四號線工可階段沿線地裂縫勘察報告［R］.2011：1-16.Engineering Design and Research Institute of Chang'an University.Survey report of ground fissures along Xi'an subway line 4［R］.2011：1-16.

［3］長安大學工程設計研究院.西安市城市快速軌道交通二號線詳細勘察階段沿線地裂縫勘察報告［R］.2007：1-20.Engineering Design and Research Institute of Chang'an University.Survey report of ground fissures along Xi'an city rapid raid transit line 2 detail investigation phase［R］.2007：1-20.

［4］李永善，等.西安地裂及渭河盆地活斷層研究［M］.北京：地震出版社，1992：38-39.LIYongshan，et al.Research on ground fissures in Xi'an region and active faults in Weihe Basin［M］.Beijing：Earthquake Press，1992：38-39.

［5］張家明，等.西安地裂縫研究［M］.西安.西北大學出版社，1990：64-68.ZHANG Jiaming，et al.Research on Xi'an Ground Fissure［M］.Xi'an：Northwest University Press，1990：64-68.

［6］彭建兵，張駿，蘇生瑞，等.渭河盆地活動斷裂與地質災害［M］.西安：西北大學出版社，1992：128-135.PENG Jianbing，ZHANG Jun，SU Shengrui，et al.Active faults and geological hazards in Weihe basin［M］.Xi'an：Northwest University Press，1992：128-135.