劉 聰 喬建偉 彭建兵 夏玉云 盧全中 周遠(yuǎn)強(qiáng)

(①長(zhǎng)安大學(xué)， 地質(zhì)工程系， 西安 710054， 中國(guó)) (②長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710054， 中國(guó)) (③機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司， 西安 710043， 中國(guó)) (④陜西省特殊巖土性質(zhì)與處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710043， 中國(guó))

0 引 言

地裂縫是一種典型的地質(zhì)災(zāi)害，是由于自然因素和人類活動(dòng)導(dǎo)致地表淺部巖土破裂的地質(zhì)現(xiàn)象，在淺表部一般表現(xiàn)為豎向拉張裂縫或間距垂直位錯(cuò)(Carpenter， 1993； Martin et al.，2010； 喬建偉， 2015a)。地裂縫的水平拉張和垂直位錯(cuò)導(dǎo)致地裂縫沿線房屋墻體開(kāi)裂、公路錯(cuò)斷、管線損壞、農(nóng)田龜裂變形等，進(jìn)而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失并威脅人民生命安全(Wu et al.，2004；Yang et al.，2018)。我國(guó)是世界上地裂縫災(zāi)害最為發(fā)育的國(guó)家之一，至2015年已在全國(guó)28個(gè)省市的4000余處發(fā)現(xiàn)地裂縫5000余條，其主要分布在河北平原、汾渭盆地和蘇錫常地區(qū)(Ye et al.，2015；Zhang et al.，2016； Peng et al.，2020； 喬建偉等， 2020b)。渭河盆地地裂縫最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代的西安市(耿大玉等， 2000)，隨后向西安市和整個(gè)渭河盆地蔓延，至2015年共累計(jì)發(fā)現(xiàn)地裂縫212條。渭河盆地地裂縫主要分布在盆地中南部的西安地區(qū)、盆地北部邊緣口鎮(zhèn)-關(guān)山斷裂沿線的涇陽(yáng)縣和三原縣、盆地東北部的大荔縣以及盆地中部的咸陽(yáng)市，即西安地裂縫群、口鎮(zhèn)-關(guān)山地裂縫帶、渭河地裂縫帶、三原-富平地裂縫帶和大荔地裂縫群(陳志新等， 2007； Peng et al.，2016a； 王衛(wèi)東等， 2016)。根據(jù)盆地的地質(zhì)構(gòu)造特征，發(fā)現(xiàn)地裂縫主要發(fā)育在西安凹陷和固市凹陷的次級(jí)構(gòu)造單元內(nèi)。這些地裂縫導(dǎo)致渭河盆地產(chǎn)生了大量的經(jīng)濟(jì)損失，其中尤以發(fā)育在西安市黃土梁洼分界線的14條地裂縫災(zāi)害最為嚴(yán)重，累計(jì)造成經(jīng)濟(jì)損失約50億元(彭建兵等， 2012； Peng et al.，2016b)。

地裂縫的影響因素眾多，主要有：斷裂蠕滑、地震活動(dòng)、超采地下水、采礦、黃土濕陷和強(qiáng)降雨等(Jachens et al.，1982； Baruni， 1994； Burbey， 2002； Wang et al.，2010， 2016； Pacheco et al.，2013；Youssef et al.，2013)。已有研究結(jié)果表明渭河盆地地裂縫的成因類型主要是構(gòu)造斷裂控制、超采地下水誘發(fā)和表水潛蝕擴(kuò)展(彭建兵等， 2007； 鄧亞紅等； 2013； Peng et al.，2016b， 2018)。斷裂構(gòu)造通?？刂频亓芽p的發(fā)育位置和發(fā)育規(guī)模，如西安地裂縫和富平地裂縫(Peng et al.，2016b； Wang et al.，2019)； 超采地下水誘發(fā)地裂縫，導(dǎo)致地裂縫沿先存斷裂向上擴(kuò)展至地表形成地裂縫(Wang et al.，2008； Bodhu， 2011； 喬建偉等， 2017)； 地裂縫出露地表以后，導(dǎo)致兩側(cè)土體破裂，使?jié)B透系數(shù)急劇增加，成為表水滲透的快速通道，表水入滲過(guò)程中沖刷兩側(cè)土體，從而增加地裂縫的寬度(Ayalew et al.，2004； 喬建偉等， 2015b； Peng et al.，2018； Qiao et al.，2018)。此外，由于渭河盆地廣泛發(fā)育濕陷性黃土，近年來(lái)由于黃土濕陷引起的地裂縫逐漸增多，如三原雙槐樹(shù)地裂縫、澄城縣西白村地裂縫和大荔縣馮村地裂縫(Lu et al.，2019； Zang et al.，2019； Liu et al.，2021)。

地裂縫研究方法主要包括：地質(zhì)調(diào)查，地質(zhì)測(cè)量，地質(zhì)勘探包括槽探、鉆探和物探，GPS監(jiān)測(cè)，InSAR監(jiān)測(cè)，光纖監(jiān)測(cè)，數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)等方法(趙龍等， 2018； 張誠(chéng)成等， 2019； 常江等， 2020)。地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)測(cè)量用于揭示地裂縫的空間分布、形態(tài)特征和發(fā)育規(guī)模，地質(zhì)勘探用于揭示地裂縫的剖面結(jié)構(gòu)特征，GPS監(jiān)測(cè)、InSAR監(jiān)測(cè)和光纖監(jiān)測(cè)用于確定地裂縫的活動(dòng)速率，數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)主要用于分析地裂縫的成因機(jī)理和成災(zāi)機(jī)制(何國(guó)輝等， 2020)。

圖 1 渭河盆地地質(zhì)概況與研究區(qū)位置圖(據(jù)權(quán)新昌(2005)修改)Fig. 1 Regional setting of Wei River Basin and the location of study area(modified from Quan(2005))

2016年野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)渭河盆地東北部安仁鎮(zhèn)新發(fā)育地裂縫48條，其不僅造成沿線房屋墻體開(kāi)裂、道路錯(cuò)斷和農(nóng)田龜裂變形，還嚴(yán)重威脅大西高鐵的安全運(yùn)營(yíng)。本文首先通過(guò)詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)填圖確定了48條地裂縫的發(fā)育特征，然后選取典型地裂縫作為研究對(duì)象，利用槽探和工程地質(zhì)鉆探揭示了地裂縫的剖面結(jié)構(gòu)特征，最后結(jié)合地球物理勘探結(jié)果分析了地裂縫的成因機(jī)理。

1 地質(zhì)背景

渭河盆地位于汾渭盆地南端，其南倚秦嶺山地，北望峨眉臺(tái)地，西靠甘青塊體，東北端與山西地塹系相連，屬于成熟型盆地(王斌， 2014； 劉林等， 2018)。在周圍塊體的聯(lián)合作用下，渭河盆地內(nèi)部形成了縱橫交錯(cuò)構(gòu)造斷裂，其將渭河盆地分割大小不等、結(jié)構(gòu)不同的次級(jí)塊體，根據(jù)次級(jí)塊體的運(yùn)動(dòng)差異，可將渭河盆地分為3大區(qū)域，即北部斜坡區(qū)、西部隆起區(qū)和南部凹陷區(qū)(權(quán)新昌， 2005； 劉志武等， 2015)。此外，根據(jù)斷塊構(gòu)造和沉積特征的差異，又可將北部斜坡區(qū)進(jìn)一步劃分為乾縣斜坡、蒲城-富平凹陷和韓城凸起，南部凹陷區(qū)進(jìn)一步劃分為固市凹陷、咸陽(yáng)凸起、西安凹陷和驪山凸起(圖 1)。其中西安凹陷和固市凹陷第四紀(jì)松散層沉積厚度最大，盆地內(nèi)第四紀(jì)松散層長(zhǎng)軸走向近似為NEE向。

研究區(qū)位于渭河盆地東北側(cè)，包括韓城凸起和固市凹陷的部分地區(qū)，區(qū)內(nèi)第四紀(jì)松散層厚度等值線走向?yàn)镹EE向(圖 1)。研究區(qū)發(fā)育2條活動(dòng)性斷裂：雙泉-臨猗斷裂和韓城-華陰斷裂，其分別是固市凹陷的北側(cè)邊界斷裂和東側(cè)邊界斷裂(圖 2)。雙泉-臨猗斷裂走向NE60°～NEE85°，傾向東南，傾角上陡下緩，屬于元古生代深層地殼斷裂，對(duì)固市凹陷起控制作用，且是黃土臺(tái)塬與渭河沖積平原的分界線(彭建兵等， 1992； 喬建偉， 2018)。韓城-華陰斷裂走向NNE10°～21°，傾向東南，傾角上陡下緩，控制黃河及洛河入渭口的流向，斷開(kāi)第四系100～600m，又是渭河沖積平原和黃河沖積平原的分界線(王景明， 1984； 喬建偉等， 2020a)。固市凹陷是渭河盆地新構(gòu)造活動(dòng)最為強(qiáng)烈的地區(qū)，歷史上發(fā)生過(guò)多次破壞性地震，如1501年朝邑7級(jí)地震和1556年華縣8.25級(jí)地震(杜建軍， 2016)。朝邑地震震中位于大荔縣朝邑鎮(zhèn)，震中烈度為9度，地震不僅導(dǎo)致地表塌陷形成大量地震地裂縫，還導(dǎo)致洛河走向發(fā)生轉(zhuǎn)向(韓恒悅等， 2002)。華縣地震震中位于北緯N： 34.5°，E： 109.8°，震中烈度Ⅺ，地震造成83萬(wàn)人死亡，受災(zāi)面積約28萬(wàn)平方千米，并產(chǎn)生了大量的地裂、地陷、山崩、滑坡等次生地質(zhì)災(zāi)害(侯建軍， 1985； 呂艷等， 2014)； 華縣地震的發(fā)震斷裂為華山山前斷裂，該斷裂為全新世活動(dòng)斷裂，現(xiàn)今活動(dòng)速度約為2.7mm·a-1(馬冀， 2019)。

圖 2 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig. 2 Geological setting of the study areaF1. 雙泉-臨猗斷裂； F2. 韓城-華陰斷裂； F3. 華山山前斷裂

2 地裂縫的發(fā)育特征

野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)安仁鎮(zhèn)地區(qū)48條地裂縫均發(fā)育在雙泉-臨猗斷裂上盤，地裂縫走向?yàn)镹E60°～NEE85°。地裂縫均發(fā)育在地貌分界線兩側(cè)500m以內(nèi)，且地裂縫走向平行于地貌分界線。根據(jù)發(fā)育位置可將地裂縫分為5組，分別是FG1，F(xiàn)G2，F(xiàn)G3，F(xiàn)G4，F(xiàn)G5(圖 3)。各組地裂縫詳細(xì)介紹如下：

FG1地裂縫群均位于渭河二級(jí)階地內(nèi)部次級(jí)凹陷邊界線兩側(cè)100m以內(nèi)，由6條斷續(xù)出露的地裂縫組成。單條地裂縫長(zhǎng)度變化范圍為0.1～1km， 6條地裂縫累計(jì)延伸長(zhǎng)度為2.5km。地裂縫整體走向?yàn)镹E60°～NE75°。地裂縫在地表表現(xiàn)為水平拉張，垂直位錯(cuò)不明顯，最大水平張開(kāi)量約1.2cm。地裂縫導(dǎo)致沿線大量房屋墻體開(kāi)裂(圖 3a)。

FG2地裂縫群均位于渭河二級(jí)階地內(nèi)部陡坎邊界線南側(cè)100m以內(nèi)，由8條斷續(xù)出露的地裂縫組成。單條地裂縫長(zhǎng)度變化范圍為0.1～1.8km， 8條地裂縫累計(jì)延伸長(zhǎng)度為4.6km。地裂縫整體走向?yàn)镹E70°～NE75°。地裂縫在地表表現(xiàn)為水平拉張，垂直位錯(cuò)不明顯，最大水平張開(kāi)量約1.2cm，但強(qiáng)降雨和灌溉后地裂縫寬度明顯增加，擴(kuò)展成大量陷坑(圖 3b)。

FG3地裂縫群均位于渭河二級(jí)階地與三級(jí)接地分界線兩側(cè)200m以內(nèi)，由13條斷續(xù)出露的地裂縫組成。單條地裂縫長(zhǎng)度變化范圍為0.1～2.4km， 13條地裂縫累計(jì)延伸長(zhǎng)度為6.4km。地裂縫整體走向?yàn)镹E45°～NEE85°。地裂縫在地表表現(xiàn)為水平拉張兼具垂直位錯(cuò)，最大水平張開(kāi)量約1.2cm，最大地表位錯(cuò)量約1cm，但強(qiáng)降雨和灌溉后地裂縫寬度明顯增加，擴(kuò)展成大量陷坑(圖 3c)。

FG4地裂縫群均位于渭河三級(jí)階地與二級(jí)黃土臺(tái)塬交界線兩側(cè)200m以內(nèi)，由13條斷續(xù)出露的地裂縫組成。單條地裂縫長(zhǎng)度變化范圍為0.1～2.1km， 13條地裂縫累計(jì)延伸長(zhǎng)度為6.9km。地裂縫整體走向?yàn)镹E65°～NEE85°。地裂縫在地表表現(xiàn)為水平拉張兼具垂直位錯(cuò)，最大水平張開(kāi)量約1.2cm，最大地表位錯(cuò)量約2cm，地裂縫破壞了沿線大量農(nóng)田、房屋和道路(圖 3d)。

FG5地裂縫群均位于二級(jí)黃土臺(tái)塬與一級(jí)黃土臺(tái)塬交界線南側(cè)500m以內(nèi)，由8條斷續(xù)出露的地裂縫組成。單條地裂縫長(zhǎng)度變化范圍為0.1～2.8km， 8條地裂縫累計(jì)延伸長(zhǎng)度為7.0km。地裂縫整體走向?yàn)镹E65°～NEE85°。地裂縫在地表表現(xiàn)為水平拉張兼具垂直位錯(cuò)，最大水平張開(kāi)量約1.2cm，最大地表位錯(cuò)量約5cm，地裂縫破壞了沿線大量農(nóng)田、房屋和道路(圖 3e)。

綜上所述， 5組地裂縫均位于地貌分界線兩側(cè)500m以內(nèi)且位于雙泉-臨猗斷裂的上盤。地裂縫整體走向?yàn)镹E45°～NEE85°，近似平行于雙泉-臨猗斷裂。各組地裂縫在地表兼具水平拉張和垂直位錯(cuò)，其最大張開(kāi)量基本相同，但最大垂直位錯(cuò)量隨與雙泉-臨猗斷裂距離的增加而減小。對(duì)比西安地裂縫(彭建兵等， 2012)，安仁鎮(zhèn)5組地裂縫也發(fā)育在地貌分界線附近，但地裂縫的水平張開(kāi)量和地表位錯(cuò)量均小于西安地裂縫?；?組地裂縫具有相似的發(fā)育特征，選取FG3地裂縫中的鄭家莊地裂縫為研究案例。鄭家莊地裂縫位于渭河盆地二級(jí)階地與三級(jí)階地分界線南側(cè)50m，地裂縫延伸2.1km，走向?yàn)镹EE85°。

圖 3 安仁鎮(zhèn)地區(qū)地裂縫分布與地質(zhì)勘探布置圖Fig. 3 Distribution and layout of the exploration work in the study areaa. 紅星村地裂縫導(dǎo)致房屋墻體開(kāi)裂； b. 上魯村地裂縫導(dǎo)致地面出現(xiàn)陷坑； c. 辛村地裂縫導(dǎo)致農(nóng)田開(kāi)裂； d. 北龍池地裂縫破壞路面； e. 雷南村地裂縫導(dǎo)致地表開(kāi)裂

圖 4 探槽揭示的地裂縫淺部剖面結(jié)構(gòu)特征Fig. 4 Cross-section of Zhengjia earth fissure revealed by trench

3 地裂縫的剖面結(jié)構(gòu)特征

為揭示地裂縫的剖面結(jié)構(gòu)特征，垂直鄭家莊地裂縫方向分別布設(shè)大型探槽和鉆探剖面(圖 3)。探槽長(zhǎng)20m，寬12m，深11m(圖 4a)，鉆探剖面由7個(gè)深40m鉆孔組成。

3.1探槽揭示的淺部剖面結(jié)構(gòu)特征

探槽揭示主裂縫(f1)兩側(cè)均發(fā)育3套地層，分別是馬蘭黃土、黏土和粉土(圖 4)。主裂縫頂部寬約80cm，向下延伸1m后變?yōu)閮蓷l平行裂縫，間隔約1m，寬度均為1cm； 但延伸至6.5m時(shí)，裂縫寬度又逐漸增加，延伸至9m時(shí)(黏土底部)，裂縫寬度增加至159cm，隨后裂縫寬度又開(kāi)始減小，因此，主裂縫在黏土層的發(fā)育寬度最大。主裂縫導(dǎo)致兩側(cè)地層出現(xiàn)垂直位錯(cuò)，其中馬蘭黃土底部和黏土底部位錯(cuò)量均為120cm(圖 4b)。主裂縫北側(cè)發(fā)育5條寬度大于10cm的次級(jí)裂縫(f2，f3，f4，f5和f6)，而f2，f3和f6裂縫也不同程度錯(cuò)斷黏土層，f2裂縫兩側(cè)黏土層底部垂直位錯(cuò)為60cm， f3裂縫兩側(cè)黏土層底部垂直位錯(cuò)為50cm， f6裂縫兩側(cè)黏土層底部垂直位錯(cuò)為40cm。探槽剖面揭示上部馬蘭黃土層發(fā)育15條地裂縫，中部黏土層發(fā)育17條地裂縫，下部粉土層發(fā)育25條地裂縫，地裂縫的累計(jì)發(fā)育寬度約為18m，因此可推測(cè)地裂縫的破裂帶寬度大于等于18m。地裂縫破裂面粗糙且具有水流痕跡，裂縫充填物顏色較深表明其含水率較大(圖 4c)。此外，探槽北側(cè)粉質(zhì)黏土層內(nèi)裂縫新充填物錯(cuò)斷或再次填充老充填物，表明地裂縫具有多期活動(dòng)性(圖 4d)。

綜上所述，鄭家莊地裂縫淺部破裂嚴(yán)重，裂縫寬度較大，因此可以推測(cè)鄭家莊地裂縫淺部以水平拉張為主，兼具一定的垂直位錯(cuò)，與地裂縫地表活動(dòng)特征相似。

3.2鉆探揭示的深部結(jié)構(gòu)特征

鉆探結(jié)果顯示地裂縫北側(cè)發(fā)育8套地層，而南側(cè)僅發(fā)育7套地層，且所有的地層均被地裂縫錯(cuò)斷，其中第①層馬蘭黃土底部位錯(cuò)量為1.5m，第③層粉土層底部位錯(cuò)量為3.6m，第⑤層粉質(zhì)黏土層底部位錯(cuò)量為7.9m(圖 5a)。因此，地裂縫兩側(cè)地層位錯(cuò)量隨深度增加而增加，表現(xiàn)出同沉積斷層的性質(zhì)。此外，ZK4在深度15m處揭示的地裂縫寬度約1cm，充填灰色黏土，地裂縫傾角約為83°(圖 5b)。

4 地裂縫成因分析

安仁裂縫與西安地裂縫具有相似的發(fā)育特征和深部結(jié)構(gòu)特征，但淺部結(jié)構(gòu)特征相差較大。如西安地裂縫和安仁地裂縫走向均與構(gòu)造斷裂平行且均出露在地貌分界線兩側(cè)且地裂縫均與下部隱伏斷裂相連，但安仁地裂縫淺部寬度較大且次級(jí)裂縫發(fā)育較多，而西安地裂縫寬度隨深度增加而減小且次級(jí)裂縫發(fā)育較少(彭建兵等， 2012； Peng et al.，2016a)。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)勘探揭示的安仁鎮(zhèn)地裂縫發(fā)育特征和剖面結(jié)構(gòu)特征，并結(jié)合地球物理勘探結(jié)果，對(duì)安仁地裂縫的成因進(jìn)行詳細(xì)分析。

4.1構(gòu)造斷裂控制地裂縫

圖 5 鉆探揭示的地裂縫深部結(jié)構(gòu)特征Fig. 5 Cross-section of Zhengjia earth fissure revealed by drilling

研究區(qū)位于鄂爾多斯臺(tái)地東南緣與汾渭地塹的接壤地帶。瞿偉等(2011)和崔篤信等(2016)通過(guò)GPS分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)現(xiàn)今變形以NNW-SSE的拉張應(yīng)力為主。任雋(2012)通過(guò)分析遠(yuǎn)震體波波形資料發(fā)現(xiàn)該區(qū)莫霍面深度等值線為NEE向，且莫霍面深度向南逐漸加深，至研究區(qū)南側(cè)秦嶺造山帶的莫霍面深度可達(dá)53.1km。任雋(2012)通過(guò)地震勘探揭示研究區(qū)所在的固市凹陷基底埋深為南深北淺、南斷北超的箕狀形態(tài)，凹陷南側(cè)秦嶺山前基底埋深3.3km，北側(cè)黃土臺(tái)塬南側(cè)基底埋深2.8km。圖 2結(jié)果表明研究區(qū)地震反射層等值線走向也為NEE向，且地震等值線埋深向南逐漸增厚，如研究區(qū)北側(cè)雙泉鎮(zhèn)地震等值線埋深約1000m，而南側(cè)朝邑鎮(zhèn)地震等值線埋深增加至2400m。圖 1結(jié)果表明研究區(qū)第四紀(jì)松散層厚度等值線走向也為NEE向，且第四紀(jì)松散層厚度向南逐漸增加，如研究區(qū)雙泉-臨猗斷裂北側(cè)黃土臺(tái)塬第四紀(jì)松散層厚度最小近為100m，而研究區(qū)南側(cè)朝邑鎮(zhèn)第四紀(jì)松散層厚度則增加至600m。綜上所述，研究區(qū)內(nèi)莫霍面埋深等值線、基底埋深等值線、地震等值線和第四紀(jì)松散層等值線走向均為NEE向，即研究區(qū)的地殼結(jié)構(gòu)控制了其基底構(gòu)造和第四紀(jì)松散層的埋藏深度和發(fā)育厚度。

圖 6 淺層地震揭示的地質(zhì)構(gòu)造圖(據(jù)喬建偉等(2020a)修改)Fig. 6 Geological structure revealed by shallow seismic(Qiao et al.，2020a)

此外，喬建偉等(2020a)通過(guò)淺層地震揭示研究區(qū)內(nèi)發(fā)育5條埋藏較淺的隱伏斷裂，其均位于雙泉-臨猗斷裂上盤，其中南側(cè)的4條隱伏斷裂均位于地貌分界下部，且與地表裂縫相對(duì)應(yīng)(圖 6)。鉆探結(jié)果表明鄭家莊地裂縫與隱伏斷裂相連，具有同沉積斷層的性質(zhì)。因此，可以推測(cè)安仁鎮(zhèn)5組地裂縫均與下部隱伏斷裂相連，其發(fā)育位置受隱伏斷裂控制。上述淺層地震揭示的5條隱伏斷裂走向平行于雙泉-臨猗斷裂。考慮到雙泉-臨猗斷裂為上陡下緩的正斷裂，據(jù)此推測(cè)安仁鎮(zhèn)發(fā)育的5條隱伏斷裂均為雙泉-臨猗斷裂的次級(jí)斷裂，這些次級(jí)斷裂錯(cuò)斷第四紀(jì)松散層，構(gòu)成現(xiàn)今安仁鎮(zhèn)地裂縫的“原型”。

根據(jù)以上研究成果建立研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖如圖 7所示。從圖 7可知，在區(qū)域NNW-SSE向持續(xù)拉張應(yīng)力作用下，研究區(qū)雙泉-臨猗斷裂上盤產(chǎn)生5條同傾的次級(jí)同沉積斷裂，這些同沉積斷裂不僅控制研究區(qū)的地貌與微地貌特征，還控制了研究區(qū)新近系與第四紀(jì)地層的發(fā)育深度和發(fā)育厚度； 這些次級(jí)同沉積斷裂延伸至第四紀(jì)地層形成隱伏破裂面，其構(gòu)成現(xiàn)今安仁地裂縫的“原型”，并控制安仁鎮(zhèn)地裂縫的發(fā)育位置。

圖 7 研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig. 7 Tectonic map of research area

4.2地震活動(dòng)形成地裂縫

圖 8 地震烈度等值線圖Fig. 8 Seismic intensity contour of earthquakesa. 1501年朝邑地震地震烈度等值線圖； b. 1556年華縣地震地震烈度等值線圖

Sarkar(2004)提出地震活動(dòng)產(chǎn)生的拉張應(yīng)力是地裂縫形成的重要因素。固市凹陷是渭河盆地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和地震活動(dòng)最為頻發(fā)的地區(qū)，文獻(xiàn)記載顯示1501年7級(jí)朝邑地震和1556年8.25級(jí)華縣地震導(dǎo)致震區(qū)地表破裂并形成大量地裂縫(馬冀， 2019)?，F(xiàn)有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)朝邑地震和華縣地震烈度等值線長(zhǎng)軸方向均為NEE向(呂艷等， 2014； 李高陽(yáng)等， 2018)，震中烈度分別為Ⅸ度和Ⅻ度。安仁鎮(zhèn)地裂縫發(fā)育區(qū)分別處于朝邑地震的Ⅸ度華縣地震的Ⅹ度區(qū)，均屬于地震破裂嚴(yán)重區(qū)，且安仁鎮(zhèn)地裂縫走向近似平行于地震烈度等值線長(zhǎng)軸方向(圖 8)。鄭家莊地裂縫探槽結(jié)果顯示主裂縫不僅導(dǎo)致黏土層出現(xiàn)120cm的垂直位錯(cuò)，還導(dǎo)致黏土層產(chǎn)生159cm的水平拉張，裂縫破裂面較粗糙(圖 4c)，破裂形狀為鋸齒狀(圖 4)，表明地裂縫為拉斷破壞； 此外，主裂縫下盤地層破裂嚴(yán)重，發(fā)育多條次級(jí)裂縫，其中下盤發(fā)育的3條寬度大于10cm的次級(jí)裂縫(f2，f3和f6)的垂直位錯(cuò)隨與主裂縫距離的增加而減小，表明其具有地震地裂縫破裂特征。

因此，本文推測(cè)固市凹陷區(qū)歷史上的地震作用產(chǎn)生的水平拉張應(yīng)力是安仁鎮(zhèn)地裂縫的動(dòng)力來(lái)源，其導(dǎo)致雙泉-臨猗斷裂上盤的5條次級(jí)斷裂上部土層產(chǎn)生拉斷破壞，從而形成地裂縫。

圖 9 安仁鎮(zhèn)地裂縫成因機(jī)理示意圖Fig. 9 Earth fissure formation process of earth fissures in Anren county

4.3表水潛蝕擴(kuò)展地裂縫

野外地質(zhì)調(diào)查顯示，強(qiáng)降雨和灌溉后安仁鎮(zhèn)地裂縫的寬度顯著增加，在地表表現(xiàn)為串珠狀陷坑或沖溝(圖 3b和3c)。探槽結(jié)果顯示地裂縫發(fā)育區(qū)上部為馬蘭黃土，其具有典型的水敏性和易潛蝕性，主裂縫在地表馬蘭黃土中的寬度較大且隨深度增加而減小； 此外地裂縫充填物含水量較高且具有多次充填現(xiàn)象。因此，本文推測(cè)強(qiáng)降雨或灌溉后的表水沿著已有破裂面向下入滲并沖刷兩側(cè)土體導(dǎo)致地表裂縫寬度增加，表水滲透過(guò)程中攜帶上部土體細(xì)顆粒并充填下部裂縫。

4.4安仁鎮(zhèn)地裂縫成因過(guò)程

綜上所述，現(xiàn)今安仁鎮(zhèn)地裂縫是構(gòu)造隱伏斷裂、地震活動(dòng)和表水潛蝕的耦合作用結(jié)果。安仁鎮(zhèn)地裂縫成因過(guò)程可分為以下3個(gè)階段： (1)在NNW-SSE的持續(xù)拉張作用下，雙泉-臨猗斷裂上盤產(chǎn)生5條同傾的次級(jí)正斷層，次級(jí)正斷層隨固市凹陷的持續(xù)沉積而不斷向上生長(zhǎng)，并控制研究區(qū)的地貌特征與第四紀(jì)地層沉積厚度，其錯(cuò)斷第四紀(jì)松散層，形成構(gòu)造破裂面，是安仁鎮(zhèn)地裂縫的“原型”，控制安仁鎮(zhèn)地裂縫的發(fā)育位置和展布方向(圖 9a)； (2)地震作用下，淺地表形成的拉張應(yīng)力導(dǎo)致隱伏斷裂上部地層破裂并形成地裂縫(圖 9b)； (3)強(qiáng)降雨和灌溉后，表水沿已有裂縫向下入滲并沖刷潛蝕兩側(cè)地層，導(dǎo)致地表裂縫寬度增加，形成地表陷坑或沖溝(圖 9c)。

5 結(jié) 論

通過(guò)詳細(xì)的野外調(diào)查查明了安仁鎮(zhèn)地裂縫的發(fā)育特征，利用地質(zhì)勘探揭示了典型地裂縫的剖面結(jié)構(gòu)特征，對(duì)比西安地裂縫討論了安仁鎮(zhèn)地裂縫的成因機(jī)理，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)安仁鎮(zhèn)地裂縫均發(fā)育在地貌分界線附近且位于雙泉-臨猗斷裂上盤，地裂縫整體走向?yàn)镹E45°～NEE85°，近似平行于雙泉-臨猗斷裂，根據(jù)地裂縫發(fā)育位置可將其分為5組。各組地裂縫在地表兼具水平拉張和垂直位錯(cuò)，其最大張開(kāi)量基本相同，但最大垂直位錯(cuò)量隨與雙泉-臨猗斷裂距離的增加而減小。

(2)地裂縫導(dǎo)致淺部地層破裂嚴(yán)重，發(fā)育多條次級(jí)裂縫，地裂縫在淺部兼具水平拉張和垂直位錯(cuò)，其垂直位錯(cuò)量隨深度增加而減小，具有同沉積斷裂性質(zhì)。

(3)構(gòu)造斷裂、地震活動(dòng)和表水潛蝕是安仁鎮(zhèn)地裂縫的主要影響因素，地裂縫的形成過(guò)程可分為3個(gè)階段：構(gòu)造控縫、地震成縫和表水?dāng)U縫。