赵 龙，刘久荣，王 荣，沙 特，邢一飞，罗 勇,2田苗壮，孔祥如，齐鸣欢，王新惠，李玉梅

（1. 北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；2. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029；3. 吉林大学地球科学学院，吉林·长春 130061）

北京宋庄地裂缝分布特征及成因分析

赵 龙1，刘久荣1，王 荣1，沙 特1，邢一飞1，罗 勇1,2田苗壮1，孔祥如1，齐鸣欢1，王新惠1，李玉梅3

（1. 北京市水文地质工程地质大队，北京 100195；2. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029；3. 吉林大学地球科学学院，吉林·长春 130061）

宋庄地裂缝是北京地区新发现的一条地裂缝，近年来宋庄地裂缝快速发育，已经造成了沿线多个村庄的房屋及路面破损，造成重大财产损失。因此，需要调查了解地裂缝展布特征和分布情况，分析形成原因，进而才能提出减缓地裂缝灾害的合理措施，保证地裂缝沿线村民的生命财产安全。本文采用地下水分层监测、水准测量技术结合地球物理探测、钻探技术，对宋庄地裂缝展开详细调查，并结合调查结果分析其形成原因。结果表明，宋庄地裂缝展布北东方向，长度约8.7km。宋庄地裂缝发育受区域地质构造、第四系沉积层厚度控制，长期过量开采地下水是引起地裂缝灾害形成的主要因素。

地裂缝；分布特征；成因分析；差异沉降；地下水

地裂缝是一种十分常见的地质灾害，是指在内外力因素共同作用下，岩石和土层连续性遭到破坏，发生变形，最终导致岩土体结构失衡发生破裂，在地表及建（构）筑物表面形成的裂隙或裂缝[1,2]。相关研究表明地裂缝多形成于地质构造活跃及人为活动明显的平原及盆地地貌单元中[3]。地裂缝作为一种特殊的地质灾害，具有随机性、突发性、隐蔽性和缓变性等特点，可直接或间接地降低环境质量、危害人类和生物圈的发展[4]。

北京由于其处于特殊的地质构造背景加之近年来人类活动加剧，发生了多起地裂缝灾害[5]。主要包括：顺义地裂缝、高丽营地裂、羊房地裂缝和北小营地裂缝，这些地裂缝多发现于北部地区。2016年，在开展地质调查工作过程中在北京东部地区通州发现宋庄地裂缝。由于通州城市副中心建设作为北京重点发展项目，人类活动影响将日益加剧，这可能会很大程度上加剧了地裂缝灾害的发展，同时地裂缝具有突发性、隐蔽性特点，由其所造成的危害和隐患会更加严重[5]。笔者在1:2.5万区域地质调查基础上，结合区域地质构造及地下水动态变化特征，概述了北京通州区宋庄地裂缝的分布特征并对成因进行了浅析。

1 环境地质概况

通州区位于北京市东南部，京杭大运河北端。区域地理坐标北纬3936～4002，东经11632～11656（图1）。气候属暖温带半湿润、半干旱大陆性季风气候区，多年平均气温11.4℃，多年平均降雨量610.0mm[6]。研究区位于通州区东北部宋庄镇，位于北京迭断凹与大兴迭隆起交界处，下伏早、中更新世有活动迹象的南苑-通县断裂。受地质构造及南苑-通县断裂影响，研究区两侧地层松散层沉积厚度差异显著[9]。

第四系冲洪积扇地层为多层韵律的黏性土与砂卵石相间分布由潜水层、承压水层组成，层次多、颗粒细，厚度比较稳定，具体划分为三层承压水及一层潜水。水位降深5m时，单井出水量1000～1500m3/d，浅层水开采深度小于100m，水位埋深15.20m，深层水开采深度为100～300m，含水层富水性较差。研究区地下水开采主要用于农业、工业及生活用水，截止到2014年研究区自备井数量为44座，2014年供水量约为48.693万m3。

2 地裂缝基本特征

宋庄地裂缝展布北东方向，南起小中河向东北延伸，经双埠头村、沟渠村、大庞村至平家疃村，长度约8.7km。地裂缝影响带最宽处达到450m。宋庄地裂缝近3年形成且快速发育。双埠头村南侧林地中沿地裂缝走向上发育有18处地表塌陷点，双埠头村村民房屋墙体及路面共开裂72处，沟渠村村民房屋墙体及路面共开裂31处，大庞村村民房屋墙体及路面共开裂58处，少部分墙体垂向错动明显，平家疃村村民房屋墙体及路面共开裂6处[7]（图2）。

依据调查结果，总体上看宋庄地裂缝具有如下特征：（1）在调查区内由宋庄地裂缝形成的灾害点展布方向具有一致性，均由西南向北东方向延伸；（2）灾害点分布不是沿着一条直线规则性分布，而是呈面状向北东方向延伸。双埠头村灾害点分布面积较大，向北东方向延伸，灾害点散开面积逐渐变小；（3）宋庄地裂缝造成的灾害点地表和房屋破坏形式具有分段性，双埠头村地表和房屋破坏形式主要以水平拉张为主，局部房屋受扭动破坏影响，而且北侧大庞村以垂直错动为主。

图1 宋庄地裂缝展布及影响带范围Fig.1 The extension and affected scope of Song zhuang ground fissures

图2 宋庄地裂缝灾害点Fig.2 disaster points of Song zhuang ground fissures

3 地裂缝成因浅析

3.1 第四系沉积厚度差异构成地质背景

宋庄地裂缝位于北东向南苑-通县断裂上盘，南苑-通县断裂在垂向400m处形成错段，错断距离约300m，使得两侧地层沉积厚度有较大差异[8]。钻孔资料显示宋庄地裂缝北西侧第四系沉积厚度约为500m，而地裂缝南东侧第四系沉积厚度为290m。第四系沉积厚度较大差异造成宋庄地裂缝两侧地层厚度不均[9,10]（图3）。

图3 宋庄地裂缝两侧典型钻孔第四系沉积厚度对比Fig.3 The comparison chart of thickness of Quaternary deposited in typical borehole at both sides of the Songzhuang ground fissures

相关研究表明，相同的水位降深，可压缩性黏性土厚度越大，沉降量越大，持续的沉降时间越长[12]。通过平原区可压缩性土厚度等值线与地面沉降发育关系同样得出：可压缩黏性土厚度较大且地下水位下降较快的西小营、八仙庄、金盏、通州城区、黑庄户以及南部的小马坊等地区与南北两大沉降区和七个沉降中心高度吻合，因此在北京地区可压缩层厚度制约着地面沉降发育程度[12]。图4为宋庄地裂缝两侧地层中可压缩层厚度统计结果，可以看出ZK1钻孔中可压缩层厚度为231.04m，钻孔ZK2可压缩层厚度为146.28m，ZK1明显大于ZK2。在地质应力或人为活动影响下，可压缩层发生自然固结或释水压缩，可能影响宋庄地裂缝两侧下沉速率及累计下沉厚度，长期的作用下，导致两侧地层受力不均，形成差异形变。因此可压缩层厚度差异为宋庄地裂缝的形成提供了地质背景。

3.2 地下水位持续下降引起地面沉降

宋庄地裂缝位于通州东北部宋庄地区，沿线穿过双埠头、沟渠村、大庞村和平家疃等村落。近年来，村庄人口聚集、房屋和道路等建筑物增多、较大规模的工厂区逐步建成、周边以地下水为水厂和水源地逐具规模。为支撑经济建设和社会发展，宋庄地裂缝沿线开采/超采地下水发展成为该区域主要环境地质问题。

图4 宋庄地裂缝两侧典型钻孔可压缩层厚度Fig.4 The thickness of compressible stratum based on typical borehole at both sides of the Song zhuang ground fissures

宋庄带裂缝沿线经过潮白-蓟运-温榆河地下水子系统，冲洪积扇子区，有四个主要赋水含水层，如图5为宋庄地裂缝沿线某分层地下水监测井2010～2015年间，4层主要含水层水位变化情况。监测结果表明2010～2015年潜水含水层、第一承压含水层水位变化较为平缓，总体水位基本保持稳定。年内含水层水位波动变化，雨季（6～8月）期间水位上升，非雨季水位下降，降雨对地下水补给贡献较大。二三承压含水层总体上处于波动下降阶段，推测第二、三含水层为该区域主要开采目标层，受长期过量开采影响水位下降幅度逐渐增大，截止到2015年第二承压含水层水位降深达11m，第三含水层水位降深达10m。

图5 含水层水位变化曲线Fig.5 Curves of ground water level in aquifers along ground fissure

近年来的地面沉降水准测量成果与平原区地下水动态监测成果、地面沉降监测站内分层标监测与地下水分层监测成果等对比分析同样表明，在地下水位明显下降的地区，地面沉降发展速率明显加快[12]。基于以上分析结果，受水位持续下降影响，宋庄地裂缝沿线地面沉降灾害逐渐加剧。如图6为宋庄地裂缝沿线徐辛庄地面沉降监测点监测结果表明2010～2015年相邻年间沉降差值逐渐增大，表明地面沉降处于持续发育。其中2010～2012年沉降差值变化明显，2012～2015年沉降差值仍然不断增大，但增大幅度较小。

3.3 差异沉降引发地裂缝

图6 徐辛庄地面沉降监测点2010～2015年相邻年间沉降量差值变化曲线Fig.6 The curve related to difference of adjacent subsidence from 2010 to 2015 at point of subsidence monitoring in Xuxinzhuang

受到前期构造影响，宋庄地裂缝北西侧地层第四系厚度大于南东侧，统计结果显示宋庄地裂缝北西侧可压缩层厚度也远大于南东侧。地层多为正常固结或超固结土，自然固结压缩作用较为缓慢，宋庄地裂缝沿线区域范围内近期未发生重大地质构造，且宋庄地裂缝近期形成，并快速发展。因此综合以上初步分析认为，人类活动尤其地下水超采对地面沉降贡献程度较大。在地下水长期处于超采的背景下，地下水位持续下降，在有效应力的作用下，两侧压缩量产生明显差异，形成差异沉降[11]。随着差异沉降增加，应力集中在软弱地区并释放，导致软弱区土体破裂形成地裂缝（图7）。

图7 地层差异产生不均匀沉降诱发地裂缝示意Fig.7 Schematic diagram of ground fissure caused by stratigraphic differences

4 结论及建议

（1）宋庄地裂缝南起小中河北向东北延伸至平家疃村潮白河以西，长度约8.7km，最大地裂缝影响带450m，宋庄地裂缝近3年形成且快速发育。宋庄地裂缝灾害点展布方由西南向北东方向延伸；分布面积向北东方向延伸逐渐减小；灾害点地表和房屋破坏形式具有分段性。

（2）宋庄地裂缝地质灾害受两种因素控制，沉积物厚度差异是宋庄地裂缝形成的地质背景；长期地下水过量开采引起地下水位持续下降引发差异沉降是宋庄地裂缝形成主要原因，因此，宋庄地裂缝的防治应从控制地下水开采为主要出发点。

（3）宋庄地裂缝的形成对通州副中心形成不利的地质环境，建议有关部门对地裂缝影响明显的大庞村、沟渠庄村、双埠头村等区域制定防灾应急预案，建立地裂缝预警预报体系，完善地裂缝监测设施；在地裂缝发育范围内及周边加快市政供水管网覆盖，限制居民和工业使用地下水，减少地下水开采，减缓地裂缝发展趋势。

（References）

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[12] 北京市水文地质工程地质大队. 北京市地面沉降监测年度报告[R]. 2015. Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology. The annual report of Beijing land subsidence monitoring[R]. 2015.

Distribution characteristics and cause analysis of Songzhuang ground fissures in Beijing

ZHAO Long1, LIU Jiu-Rong1, WANG Rong1, SHA Te1, XING Yi-Fei1, LUO Yong1,2, TIAN Miao-Zhuang1, KONG Xiang-Ru1, QI Ming-Huan1, WANG Xin-Hui1, LI Yu-Mei3
(1. Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology, Beijing 100195, China; 2. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Science, Beijing 100029, China; 3. College of Earth Science, Jilin University, Jilin Changchun 130061, China)

The Songzhuang ground fissures were recently found in the Beijing area. Ground fissures, which have rapidly developed in recent years, pose a great destructive risk to many houses and roads along the fissures. To reduce the risk caused by these fissures, an investigation into the distribution characteristics of ground fissures and an analysis of the factors causing ground fissures and their mechanisms must be conducted. An integrated investigation program was designed, including the multilayer monitoring of groundwater, leveling, geophysical exploration, and boreholes, with the aim to delineate the distribution of disasters and to identify the main causes of ground fissures. The results indicate that the ground fissures were extended in the NE direction, with a length of 8.7 km. Ground fissures were caused by differential subsidence, and the development of the ground fissures were mainly controlled by the thickness of the regional geological structure and the distribution of Quaternary deposits. The super-pumping of groundwater is the main factor that gives rise to disasters caused by ground fissures.

ground fissure; distribution characteristics; cause analysis; differential settlement; groundwater

P642.26

：A

：2095-1329(2017)02-0035-04

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.009

2017-03-06

修回日期: 2017-06-03

赵龙(1990-),男,硕士,助理工程师,主要从事地质灾害调查与监测.

电子邮箱: zszhaolong0123@yeah.net

联系电话: 010-51560334

北京市科技计划课题56130(Z131100 0022);北京市自然科学基金项目(8162043);北京市地面沉降监测系统年运行费项目(PXM2015-158305-000011;PXM2016-158305-000004);基于北斗卫星的地面沉降监测(121211220184);通州城市副中心地区重大地质问题调查与评价项目地面沉降专题(PXM2016-158203-000008)