徐繼山 彭建兵 盧全中

所謂表生地質(zhì)災(zāi)害，就是在地球表層（主要為第四系物質(zhì)）形成的不良地質(zhì)現(xiàn)象或作用。地球表層（簡(jiǎn)稱“地表”）是巖石（土）圈與大氣圈的交匯地帶，天地相交、陰陽(yáng)轉(zhuǎn)化，自然賦予了地面太多的美好——人類也是這種變化的產(chǎn)物。同樣地，地面也時(shí)刻變化著，或沉、或塌、或裂。隨著人類活動(dòng)加強(qiáng)，人為因素已愈加成為地面變形災(zāi)害的重要原因。正如一幅漫畫所繪，人類正拿著各種“錛鑿斧鋸”，一點(diǎn)點(diǎn)地破壞著這條共渡的船，渾然不覺自己與這條船休戚與共。

地 面 沉 降

地面沉降是一種“慢性病”，慢到人看不見、摸不著?？墒牵?dāng)我們把幾十年來(lái)監(jiān)測(cè)的資料放在一起、做成曲線圖的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，腳下的大地明顯在下沉。世界各地爭(zhēng)先恐后“低調(diào)”起來(lái)，上海沉降2.6米，日本東京沉降4.6米，美國(guó)加州沉降8.5米；沿海地區(qū)已經(jīng)開始進(jìn)入“負(fù)海拔”時(shí)代，長(zhǎng)三角地區(qū)海拔為-2米，這意味著海水可以輕易淹沒上海；華北地區(qū)大于20厘米沉降量的地區(qū)超過7萬(wàn)千米2，占華北平原60%以上[1]，“樓沉沉”“樓歪歪”“樓偏偏”事件屢見于報(bào)端。

地面沉降可造成地基下沉、港口失效、海水倒灌、管線錯(cuò)斷等問題。這使人不得不重新審視腳下的大地，它并不是鐵板一塊——它是含有水及各種資源的地層，取走了資源，就要填補(bǔ)那一份空間，擔(dān)那一部分的“憂”。地面沉降的原因有兩個(gè)方面：構(gòu)造因素和人為因素。構(gòu)造作用造成的每年沉降量只有幾毫米，而地面沉降已經(jīng)達(dá)到十幾到幾十厘米。可見，人為的采煤、抽水作用對(duì)沉降的“貢獻(xiàn)”是占絕大部分的。

現(xiàn)在，我國(guó)已經(jīng)出臺(tái)許多控沉措施，如禁采地下水、回灌地下水、加強(qiáng)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)等。所謂“病去如抽絲”，這種地面慢性病“治療”起來(lái)也是個(gè)“慢”過程。

地 面 塌 陷

地面塌陷是地表巖土體在自然或人為因素作用下，造成向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)發(fā)育條件和作用因素，可以劃分為巖溶塌陷、第四系塌陷和采空塌陷等。

巖溶塌陷是巖溶作用的“劇烈化”，是指在巖溶地區(qū)，下部可溶巖層中的溶洞或上覆土層中的土洞，因自身洞體擴(kuò)大或在自然與人為因素影響下，頂板失穩(wěn)產(chǎn)生塌落或沉陷的現(xiàn)象。它的實(shí)質(zhì)是大氣層與巖石圈假借水的力量而發(fā)生的“戰(zhàn)爭(zhēng)”——是大氣圈（水圈）向巖石圈的“進(jìn)軍”。巖溶塌陷，無(wú)疑造成了大氣圈的局部擴(kuò)張。

可溶性巖包括碳酸鹽、硫酸鹽和鹵素巖（如石鹽），分布廣泛，但巖溶塌陷主要分布于華南大部分地區(qū)以及華北零星地區(qū)。這是因?yàn)榭扇苄詭r見之于地表，就成了地上巖溶；埋之于地下，才能形成塌陷。塌陷不僅出現(xiàn)于陸地，也會(huì)出現(xiàn)在海洋中。如中國(guó)廣西樂業(yè)“天坑群”，在20千米2的區(qū)域內(nèi)，密集排列著28個(gè)天坑，其中的“大石圍”天坑，直徑為420～600米，垂直深度613米，坑底還有原始森林、地下暗河，堪稱超級(jí)“世外桃源”；在中美洲伯利茲外海，有一個(gè)“大藍(lán)洞”，其實(shí)就是一個(gè)海下大型巖溶塌陷——直徑300米，深度125米，像一直巨大深邃的藍(lán)色眼睛注視著天空，吸引著探險(xiǎn)者的到來(lái)。

第四系塌陷是地面水動(dòng)力條件改變，而誘發(fā)地表土層塌陷的現(xiàn)象。這是因?yàn)椤暗谒南怠笔亲罱刭|(zhì)時(shí)期（第四紀(jì)）期間形成的堆積物，如黃土、河道沖積土等，它們往往具有多孔結(jié)構(gòu)，松散而軟弱，極易被水侵蝕（如黃土陷穴、古河道塌陷等）。

采空塌陷則是由人類活動(dòng)所主導(dǎo)的一種災(zāi)害，由于地下礦體（煤、石膏礦等）被采出，懸空的上覆地層發(fā)生彎曲變形、破壞，從而導(dǎo)致地表陷落。

地面塌陷就像“定時(shí)炸彈”一樣，影響著區(qū)域內(nèi)的建（構(gòu)）筑物，造成房屋、道路、礦山、水庫(kù)、堤防等工程的破壞，同時(shí)也造成了土地資源的損毀。治理它們，就像“排雷”工作，找準(zhǔn)原因，才能對(duì)癥下藥。

地 裂 縫

地裂縫是一種地表破裂，但是并非所有的地上裂縫都叫“地裂縫”，因它要求具有一定的規(guī)模和特定的形態(tài)。它能夠造成斷裂（即破裂）、錯(cuò)動(dòng)（垂直方向或水平方向）和塌陷[2]，使地表變得崎嶇破碎，使地基變得不穩(wěn)當(dāng)。論其成因，既有地質(zhì)作用因素，又有人為活動(dòng)因素。最近越來(lái)越多的研究表明，人類的影響在加大，構(gòu)造只是告訴地表在哪里“裂”，而人類活動(dòng)卻讓這數(shù)百年、數(shù)千年的過程，幾乎變成了“一瞬間”。

同屬一片大地，古人也見識(shí)過它的身影、領(lǐng)略過它的威力。在《太平御覽》中就記載了一個(gè)故事——“黃帝亡則地裂”[3]。據(jù)說(shuō)，在黃帝（有熊氏）時(shí)期（公元前2598年），天下發(fā)生地裂，預(yù)示著黃帝將亡。后人奇怪，為什么把黃帝的命運(yùn)與地裂聯(lián)系在一起呢？這是因?yàn)楣湃苏J(rèn)為黃帝是土命，“以土德王，應(yīng)地裂而陟”。不過，能和帝王相提并論的“地裂縫”，規(guī)模一定小不了，至少也有十幾公里至幾十公里長(zhǎng)?？茖W(xué)地講，黃帝開創(chuàng)了“穿井”取水法（地下水），從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[4]，間接改變了河北平原地下水的賦存狀態(tài)，這或許是地裂縫的起因。

在古代典籍中，類似這樣的記載還有很多，然而這些豐富的現(xiàn)象記錄并沒有孕育出中國(guó)古典地質(zhì)學(xué)科，這是很值得思考的。第一次具有科學(xué)意義的記載，始于萊伊爾（C. Lyell）的《地質(zhì)學(xué)原理》（1830年）一書，書中描述了多種不同類型的地裂縫，如干旱地裂縫、沉降地裂縫、地震地裂縫、火山地裂縫等[5]。現(xiàn)代地裂縫的研究始于1926年，研究者在美國(guó)西南盆地的皮卡喬地區(qū)發(fā)現(xiàn)地裂縫，并推測(cè)它是斷層錯(cuò)動(dòng)造成的[6]。

從世界范圍看，地裂縫主要分布在人類活動(dòng)劇烈的平原、盆地區(qū)域，在北美西緣、歐洲中部、非洲東北、亞洲大部，都有集中分布。如美國(guó)西南部地區(qū)、冰島北部板塊邊界區(qū)域、沙特阿拉伯地區(qū)，有些是斷層活動(dòng)引起的，有些是地下水、石油開采引起的，有些則是地震、火山等構(gòu)造作用引起的。

在全球地裂縫中，西安地裂群是最壯觀的，也是最有魅力的。西安地裂縫，就像老人額上深深的皺紋一樣，刻畫在這座古城的大街小巷。14條地裂縫等間距、平行地分布在這片大地上。一下火車，你就站在第4條上了。從北往南走，幾乎每穿一條街道，你就會(huì)跨越一條地裂縫。你經(jīng)過繁忙的長(zhǎng)安立交，橋下就是第6條縫；你身在繁華的小寨，腳下就伏著第7條縫；大雁塔恰壓在第8條上，在唐代建成30年后就塌了一回（現(xiàn)在的大雁塔是多次修繕而成的），或許身為設(shè)計(jì)者的玄奘并不知道其中的原委。

仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)所有的裂縫均在臨潼—長(zhǎng)安斷裂以北，且出奇地平行，它們是怎么形成的呢？許多人都提出了不同的看法。彭建兵院士和他的團(tuán)隊(duì)研究了半個(gè)世紀(jì)，提出了一個(gè)“三層樓”模型：上地幔隆升→基底伸展→上部蓋層響應(yīng)[7]，即熔融的上地幔物質(zhì)向上隆起，基底做伸展運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)上面的蓋層發(fā)生破裂，這些破裂貫通到地表，就形成了一條條地裂縫?？梢?，這個(gè)模型很好地解釋了地裂縫和斷層的伴生關(guān)系。

解釋成因的目的在于防治。地裂縫已經(jīng)成為這個(gè)城市的一部分，考驗(yàn)著設(shè)計(jì)者的智慧，地鐵、高橋、管線的建設(shè)，都面臨著前所未有的世界難題。早在1300年前的唐代（公元707年），義凈和尚就受到“不倒翁”的啟發(fā)，將小雁塔設(shè)計(jì)成半球狀基座，雖然它立于第5條縫和第6條縫之間，又歷經(jīng)了幾十次地震（最大的為1556年關(guān)中地震，8級(jí)），卻毫發(fā)未傷?，F(xiàn)代修建的長(zhǎng)安立交橋，也建在地裂縫上，因?yàn)椴恢赖亓芽p具體在哪里開裂，工程師們采取了“化整為零”的方法，將“橋身—橋墩”分割成若干塊，這樣無(wú)論地裂縫怎么活動(dòng)，也只能破壞一段，而修建一段的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于整體。同樣，地鐵隧道也不可避免地貫通那些“地裂縫”們，地裂縫隨時(shí)都在活動(dòng)，勢(shì)必會(huì)造成隧道的錯(cuò)斷，這對(duì)高速運(yùn)行的機(jī)動(dòng)車組，無(wú)疑是極大的威脅。工程師們?cè)凇盎麨槎巍钡幕A(chǔ)上，采用“以柔克剛”的方式，將隧道段與地裂縫結(jié)合地更加柔和，從而使隧道安然通過地裂縫。可見，災(zāi)害本身并不可怕，因?yàn)槿丝倳?huì)有無(wú)窮的智慧。

結(jié) 語(yǔ)

以上介紹了三種表生地質(zhì)災(zāi)害，有構(gòu)造因素，也有人為（工程活動(dòng)）因素，我們不禁要問，是誰(shuí)在主導(dǎo)著大地？如何才能讓地表“安穩(wěn)”下來(lái)？在《易經(jīng)》“否”卦中，有這么一句話，“有命，無(wú)咎，疇離祉。”這就是告誡人類，一分耕耘，一分收獲；取之一分，也要還之一分。人類與自然是一對(duì)共生關(guān)系，作為萬(wàn)物之靈長(zhǎng)的人類，更要以“感恩者”和“照看者”的態(tài)度對(duì)待自然，這樣才能實(shí)現(xiàn)“人—地”共長(zhǎng)安。

[本文相關(guān)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金專項(xiàng)項(xiàng)目（42042054）、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（2020YB20、2018ZX06）、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2019YJSJG011）、地質(zhì)工程專業(yè)國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)項(xiàng)目、江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目的資助。]

[1]何慶成， 劉文波， 李志明. 華北平原地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè). 高校地質(zhì)學(xué)報(bào)， 2006（02）： 195-209.

[2]徐繼山. 華北陸緣盆地地裂縫成因機(jī)理研究. 西安： 長(zhǎng)安大學(xué)， 2012：1.

[3]王景明. 地裂縫及其災(zāi)害的理論與應(yīng)用. 西安： 陜西科學(xué)技術(shù)出版社， 2008： 10.

[4]黃崇岳. 水井起源初探——兼論“黃帝穿井”. 農(nóng)業(yè)考古， 1982（2）： 130-135.

[5]C Lyell. Principles of geology. London： William Clowes， 1830： 415-420.

[6]R J Leonard. An earth fissure in Southern Arizona. The Journal of Geology， 1929， 37： 765-774.

[7]彭建兵， 等. 西安地裂縫. 北京： 科學(xué)出版社， 2013.

關(guān)鍵詞：地表 地質(zhì)災(zāi)害 地面沉降 地面塌陷 地裂縫 ■