（地质工程专业论文）渭河盆地地裂缝发育规律研究.pdf

摘要 渭河盆地是地裂缝灾害发育十分密集的地区。盆地内现已发现地裂缝1 9 1 条，集中 发育于盆地北缘地泾阳县、盆地中部的西安市区及盆地西侧的大荔县。其成因及发育特 征复杂多样。本文通过野外调查和已有资料收集，重点分析了渭河盆地地裂缝的特征和 发育规律，并依据其危害提出了初步的地裂缝防治措施。 渭河盆地地裂缝从成因上主要分为构造地裂缝和非构造地裂缝两大类。地裂缝的发 育在时间和空间、形态与规模、活动及破坏等方面等具有较强的规律性。主要表现为盆 地的地质环境条件和地裂缝发育的关系密切。地形地貌和地质构造对地裂缝的发育有一 定的控制作用；降雨、人类工程活动等因素对地裂缝裂缝的发育起着诱发和影响作用。 地裂缝的发育在空间上有明显的区域性，表现为盆地东部发育，而西部不发育。断裂带 和地貌界线附近地裂缝发育较为集中，或者地裂缝集中发育于盆地内中小地震较活跃的 区域；地裂缝在时间上的发育受中小震的影响作用明显，表现为地裂缝的出现的高潮在 时间上与中小地震有一定的对应关系，且具有周期性。据初步估算，渭河盆地地裂缝造 成总经济损失超过4 0 亿元，因此，应结合地裂缝的成因类型、诱发因素和破坏对象采 取相应的措施进行防治。 关键词：渭河盆地，地裂缝，特征，发育规律，防治措施 a b s t r a c t w e ir i v e rb a s i ni sav e r yi n t e n s i v ea r e ao ft h ed e v e l o p m e n to fg r o u n df i s s u r e sh a z a r d s t h e r ea 他1 9 1 p i e c e so fg r o u n df i s s u r e sf o u n di nb a s i n m o s to ft h e mw e r ef o u n di nj i n gy a n gc o u n t y - - n o r t ho ft h eb a s i n a n dx i a nc i t y - - m i d d l eo ft h eb a s i na n dd al ic o u n t y - - e a s to ft h eb a s i n t h ec a l l s 伪a n dg r o w i n g c h a r a c t e r i s t i co ft h e ma r e a r ev e r yc o m p l e x t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dg r o w i n gm l e so fg r o u n df i s s u r e s h a z a r d so fw e ir i v e rb a s i nw e r ea n a l y z e dp i v o tt h r o u g hf i e l ds u r v e ya n dd a t ac o l l e c t i o ni nt h i sa r t i c l e a n d t h ei n i t i a lp r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e st h a tb a s e do nt h eh a r mf o rg r o u n df i s s u r e sw e q em a d e t h eg r o u n df i s s u r e so fw e ir i v e rb a s i nd i 、，i d ei n t os t r u c t u r ef i s s u r e sa n dn o n - s t r u c t u r ef i s s u r e s t h e r e h a sas t r o n gr u l e so fc h a r a c t e r i s t i c sr e f e rt ot i m ea n ds p a c e ，f o r ma n ds c a l e ，a c t i v i t i e sa n dd e s t r u c t i o na n d s o0 1 1 i tm a i n l ym a n i f e s t e di nt h ec l o s er e l a t i o n s h i pe n v i r o n m e n t a lb e t w e e ng e o l o g yc o n d i t i o n sa n d g r o w i n go fg r o u n df i s s u r e sh a z a r d so ft h eb a s i n t o p o g r a p h ya n dg e o l o g i c a ls t r u c t u r eo ft h eb a s i nc o n t r o l t h eg r o w i n go ft h eg r o u n df i s s u r e s r a i na n dh u m a ne n g i n e e r i n ga c t i v i t i e sc a ni n f l u e n c eg r o u n df i s s u r e s t h eg r o w i n go fg r o u n df i s s u r e si nt h es p a c em a r kr e g i o n a lp e r f o r m a n c e - - d e v e l o pf o rt h ee a s t e r nb a s i n , b u t n o td e v e l o po ft h ew e s t e r nr e g i o n t h eg r o u n df i s s u r e sa m o r ec o n c e n t r a t e ds e a l t h ef a u l tz o n ea n d b o u n d a r yo ft o p o g r a p h y o rf o c u so nm o r ea c t i v es n l a l la n dm e d i u ms i z e dr e g i o n g r o wi nt i m ei s i m p a c t e do ns m a l la n dm e d i u ms i z e de a r t h - q u a k e i ti sc l e a rt h a tt h ee m e r g e n c eo fg r o u n df i s s u r e si nt h e c l i m a xi nt i m ei si nl i n ew i t ht h es m a l la n dm e d i u ms i z e de a r t h q u a k e ，a n dh a sac y c l i c a l a c c o r d i n gt o p r e l i m i n a r ye s t i m a t e s ，t h et o t a le c o n o m i cl o s s e si nt h ew e ir i v e rb a s i nt ot h eg r o u n df i s s u r e sh a z a r d s c a u s e da r ee x c e s so f 4b i l l i o n s o ，t h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e ss h o u l db em a d ec o m b i n e dt ot h e t y p eo fg r o u n df i s s u r e sh a z a r d sa n dc a u s ea n dd a m a g e k e yw o r d s ：w e ir i v e rb a s i n ；g r o u n df i s s u r e s ，c h a r a c t e r i s t i c s ，g r o w i n gr u l e s ，p r e v e n t i o n a n dc o n t r o lm e a s u r e s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 年月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： ， 撕 年月日 年 月日 长安大学硕士学位论文 1 1 问题的提出及研究意义 第一章绪论 地裂缝是在内外动力作用下岩石和土层发生变形，当力的作用与积累超过岩土层内 部的结合力时，岩土层发生破裂的一种地质现象。在地层深部，地裂缝由于受围压限制 常闭合比较紧密，而在地表则由于其围压作用力减小，又具有一定的自由空间，所以裂 隙一般较宽，表现为裂缝，即地裂缝【1 】。 地裂缝是一种续变式地质灾害，它直接或间接地恶化地质环境、降低地质环境质量、 危害人类和生物圈发展。这种灾害造成各类工程建筑，如城市建筑、生命线工程、交通、 农田和水利设施的直接破坏。该现象在世界上许多国家都有发现，并且其发生频率和灾 害程度逐年加剧，已成为一个新的、独立的地质灾害灾种，引起了地学界的关注。 据史书记载，我国不同历史时期曾多次出现过地裂缝，而现在地裂缝灾害更加肆虐。 众多专家学者多年的研究和实际发现表明，我国地裂缝主要集中在大华北地区冀、晋、 陕、苏、皖、豫7 省，而在这些地区中又以陕西和山西所在的汾渭盆地发育的地裂缝最 为密集和典型。 在渭河盆地两万余平方公里的范围内远至秦汉以前，近至最近几年，地裂缝广泛出 现。它们虽然在出现的时间、地点和活动方式上略有差异，但却具有某些共同特点，反 映了在统一地质环境下的整体活动特点【2 】。 7 0 年代以来，尤其是1 9 7 6 年唐山地震后，渭河盆地2 0 余县( 市) 相继不断地出现地 裂缝，共计7 0 余处，其中以西安市为甚。地裂缝所到之处，楼房被撕裂，马路被错开， 管道被切断，农田被毁坏，给城市建设，工农业生产和人民生活带来极大的危害，成为 渭河盆地最为典型的地质灾害之一。 对于地裂缝的发育国内外的专家都有不同程度的研究，但是并没有对典型地区的地 裂缝系统全面的研究。多年来不同部门出于不同的目的，对渭河盆地地裂缝进行了不同 程度的调查，主要侧重研究区地裂缝的特征、成因及危害的描述。对渭河盆地这块地裂 缝极其发育地区的地裂缝发育规律的研究意义重大。 理论上来看，通过对渭河盆地地裂缝发育规律的研究可进一步认识渭河盆地地裂缝 的形成背景；为渭河盆地地球物理模拟实验研究提供条件；为渭河盆地地质灾害的地理 信息系统的建立提供基础；并且可以对地裂缝的成因机制及防治对策研究提供依据。 第一章绪论 实践意义上看，开展地裂缝研究对渭河盆地工程场地评价、城乡建设规划、防灾减 灾技术的形成和完善，以及国民经济的发展有重要的指导意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外地裂缝研究现状 1 9 世纪，英国著名的自然科学家c 莱伊尔曾在他著名的地质学原理一书中， 描述了不同成因的地裂缝。2 0 世纪，随着自然科学和工业建设的发展及地震科学研究和 野外地质调查的深入，世界各地发现的地裂缝越来越多。美国、新西兰、意大利、前苏 联、土耳其、蒙古、墨西哥、智利、瑞士、秘鲁、德国、加拿大等国都出现过多种不同 类型的地裂缝，这些地裂缝使建筑物倒塌，公路、铁路路基断裂，农田龟裂干化，危害 甚重【1 1 。 国外对地裂缝的研究以美国开展的最为广泛，研究程度较深【3 堋。其他国家如土耳 其的安娜托利亚地裂缝、泰国曼谷地裂缝、利比亚萨里尔地裂缝等，尽管近年进行了一 定程度的研究，但研究程度相对较低。 1 9 2 6 年在德克萨斯州的g o o s ec r e e k 油田发现美国的第一条地裂缝。随后，在亚利 桑那的p i c a c h o 盆地发现张裂缝【9 1 。n t7 0 年代，美国地裂缝加速发展，数百处建筑工 程遭到破坏。在此期间，随着地面沉降的加剧，美国西南的6 个州、1 4 个地区都出现了 地裂缝。在9 个受到地裂缝影响的城市中，灾害最严重的是休斯墩、长滩和凤凰城【1 0 】。 美国的现代地裂缝主要集中在位于其国土西南部新构造活动比较活跃的盆地和谷 地中，包括亚利桑j g , n 、加利福尼亚州、内华达州及新墨西哥州等地。而这些地区的伴 随着因长期超采地下水而引发的地面沉降，因此，关于地裂缝成因的认识，集中形成了 三种不同的观点，即构造成因观点、地下水开采成因观点及构造与地下水开采复合成因 观点【l 】。 构造成因观点最早由l e o n a r d 提出，他从地震角度分析了1 9 2 7 年9 月1 2 日出现于 亚利桑那州皮卡乔城附近的地裂缝及与之相距1 3 k m 的e lt i r om i n e 的地面异常破裂的 成因，认为这两处地裂缝现象均与1 9 2 7 年9 月1 2 日出现于亚利桑那州东南部图森城附 近的地震有关。后来其他一些学者也坚持了构造成因观点，但他们的成因机制解释却不 尽相同，其中大多认为构造因素对地裂缝的影响表现为控制性，并不排除其他因素对地 裂缝形成发展的间接影响【1 1 。 地下水开采成因观点是在研究早期被大多数地裂缝研究者所接受的观点，很多人先 2 长安大学硕士学位论文 后提出了不同的成因机理，包括f l e t c h e r 的渗透变形机理、n e a l 的土层失水收缩变形机 理、l o f g r e n 的渗透应力拖曳作用机理、s c h u m a n n 的差异压密变形机理及b o u w e r 的刚 性折裂机理。 霍尔泽尔等人对亚利桑纳州中南部构造盆地地裂缝进行了期研究经过对盆地内地 裂缝的活动性、地质环境资料及地而沉降观测资料的综合分析，认为该区域的构造活功 与地下水开采引起地面沉降是影响地裂缝的形成和活动的两个主要因素，之后，其他学 者在对新墨西哥州，内华达州等地裂缝的系统研究后，对h o l z e r ：的观点给予了充分的肯 定。 美国学者内拉辛汉- t n ，布沃h ，洛格伦b e 等从不同角度所做的模型试验和模拟 试验，结果也反映出地裂缝活动与构造作用、地下水开采、基底形态、地形地貌等因素 有不同程度的联系。多因素以及它们之间相互作用的共同影响对地裂缝活动产生了复杂 的作用机制，有的对地裂缝产生促进作用，有的对地裂缝产生抑制作用。目前。美国地 裂缝研究已开始显示出多学科综合研究特点，在一些重点地区涉及多学科的研究内容【l 】。 至今为止，国外其他一些国家也进行了地裂缝观测和理论研究，总结了当地地裂缝 的发育及影响因素，另外，一些有关地裂缝的预测预报方法也被相继提出，对这些地方 的减灾防灾工作具有重要的指导意义，然而，至于其有效性及实用性还有待进一步验证。 1 2 2 国内地裂缝研究现状 对地裂缝有最早记录的是四千多年前的中国。据历史考证，三苗欲灭时，大约相当 于夏代之前7 0 0 多年的黄帝晚期，约为公元前2 5 5 0 年左右。在墨子非攻一文中， 记录了一次地裂缝的情景：“昔者三苗大乱，天命地坼及泉”。随着时间推移和历史 进步，我们的祖先对地裂缝的观察和记录越来越详细，如太平御览记载，汉惠帝( 公 元前1 9 4 前1 8 8 年) 时西安“五月城中地陷3 0 丈”，文中记录了地裂缝发生的时间、范 围和长度。这些史书的记载，仅仅是浩淼史料中的点滴，已说明地裂缝是一种常见的自 然现象【1 1 】。1 9 7 5 年8 月1 3 日至1 9 7 6 年5 月1 1 日，王景明在1 5 5 6 年华县9 级大地震 震级区华县、渭南、华阴调查时，在渭南老城区开挖的排水沟和新城区的防空洞中，发 现了数百条填充物经考古专家和c 1 4 测定属明代文物的地裂缝，表明这些地裂缝是1 9 5 6 年华县大地震的历史地裂缝【1 2 】。从以上等资料我们可以清楚地看出，地裂缝的存在已有 很长的历史了。 我国地裂缝的研究是从邢台地震( 1 9 6 6 ) 前的场地工程稳定性的调查阶段开始的， 第一章绪论 这个阶段多数人认为地裂主要与土质和水文地质条件变化和气候有关。邢台地震以后， 邢台地震余震预报的成功，地裂缝的研究主要是探索地震前兆，又受到美国帕克菲尔德 地震震前地裂缝的启发，开始了一些地裂缝是否是地震前兆的调查。分别于1 9 6 7 年对 沐阳，1 9 6 8 年对河北平原，1 9 6 9 年对粤琼这些地区的地裂缝的属性进行了鉴别。虽然 这些研究是分散的，孤立的，最终也证明与地震无关，但从另一各方面表明了地裂缝的 研究又进入了一个新的阶段。在此以后，针对较大规模的地裂事件，又进行了多次有组 织的调查。主要针对1 9 7 3 河北永年北部6 0 k m 2 范围内出现的一系列地裂缝、1 9 7 4 - - - 1 9 7 9 年苏鲁皖边区1 4 1 0 4 k i n 2 范围出现的地裂缝、1 9 7 7 - - 1 9 7 8 年西安南北郊地裂缝进行了 调查，调查反映出了这些地区构造应力特征并预测部分地区有发生强震的可能。1 9 7 8 年溧阳地震后，由于1 9 7 9 年华北地裂缝活动再次进入高潮，地裂缝的研究内容已从单 一目的的落实前兆分解成为落实震兆和工程并行。这个时期分别对冀京津区，以及陕晋 和苏鲁豫等地区的地裂缝作了进一步的调查研究，表明有些地裂缝可能与地震有关，其 余很多地裂缝还受其他很多因素的影响。到了1 9 8 9 年大同地震后，由于人们认识到大 多数地裂缝与强震无直接关系，我国的地裂缝研究又转入了多种目的分别进行的阶段。 总的说来，二十世纪国内虽然对地裂缝的研究做出了成果，但是整体看来这些研究 还是较局限的，分散的，调查研究者欠沟通，不够深入。缺乏全面的、综合的、系统的 研究。 进入2 1 世纪，随着国家经济水平的普遍提高，中国各大城市已加快建设步伐，人 类工程活动也日益加剧，地裂缝问题如“雨后春笋”般再次摆在了人们面前，其发展的肆 虐性及破坏的巨大性使人们不得不对其进行更深一步的研究，时至今日，我国对地裂缝 的研究水平在世界上来说较高，所涉及的区域也比较广泛。我国的地裂缝灾害较集中的 分布在由汾渭地堑系、华北平原地堑系、郯庐断裂系和大别山北麓断裂系所组成的大华 北地质构造带上。其中，华北平原、汾渭盆地的地裂缝最具代表性，并且就目前来看， 其研究水平也最高。 2 0 0 6 年，中国地质大学( 北京) 赵忠海结合前人研究成果，对北京地区地裂缝的分 布特征，成因类型提出了较为全面的看法，并且对地裂缝的防治提出了建议。2 0 0 3 年北 京大学李俊等，2 0 0 5 年河北理工学院王景明等，2 0 0 6 河北地矿建设公司李世雄等，分 别对河北地区的分布特征和成因机制等问题的提出了自己的见解。 2 0 0 4 年以来，陕西省地质环境监测总站和长安大学合作，承担了中国地质调查局下 达的西安地区地裂缝调查任务，如今已分别完成了西安地裂缝l ：1 0 0 0 0 地质填图、地 4 长安大学硕士学位论文 下水位动态观测、水准测量、分层标及自动化仪器监测等监测工作与g p s 观测网建设 以及2 0 k i n 的浅层地震勘探工作，进一步查明了西安市地裂缝的发育规律和活动状况。 2 0 0 5 年，长安大学承担了中国地质调查局下达的汾渭盆地典型地区地裂缝地面沉 降监测与防治研究( 1 2 1 2 0 1 0 6 4 1 4 0 3 ) 项目任务，该项目由长安大学彭建兵教授负责， 旨在解决当前地裂缝和地面沉降等地质灾害调查、探测、监测、评价及防治中的一些关 键科学技术问题，迄今为止，以系统性的完成了汾渭盆地精度在1 ：1 0 0 0 0 的地裂缝详 细的调查工作，掌握了汾渭盆地地裂缝的基本情况【m 1 8 1 ，并且对其中的典型地裂缝正通 过深大探槽的开挖揭示其成因及其活动的特征。这些都表明了我国地裂缝的研究正进入 了一个全面系统的研究阶段。 1 3 研究内容及技术路线 本文是依托国土资源大调查项目西部( 汾渭盆地) 地裂缝地面沉降调查与监测 ( 2 0 0 4 1 1 3 0 0 0 2 5 ) ，笔者参与野外调查和室内的资料整理及图件处理工作的基础上完成 的。野外调查集中主要在渭南地区、咸阳地区、西安地区( 西安城区除外) 、宝鸡地区， 包括大荔县、泾阳县、长安区、渭滨区等十二县二市五区。调查行程约4 0 0 0 余千米， 主要调查工作从2 0 0 7 年5 月至2 0 0 7 年1 1 月历时近8 个月。并从2 0 0 8 年3 月开始了深 大探槽的开挖，这项工作至今还在进行当中。 跟据项目研究内容及论文的选题，确定了本文的研究内容如下： ( 1 ) 分析地裂缝发育的环境地质背景包括气象和水文、地形地貌、地层岩性与地 质构造、新构造运动与地震、岩土体工程条件、水文地质条件和人类工程活动； ( 2 ) 分析总结盆地地裂缝的发育特征，主要包括时空分布特征、平剖面特征、活 动特征、破坏特征； ( 3 ) 研究探讨渭河盆地地裂缝的发育规律； ( 4 ) 提出可行的地裂缝防治措施。 本文的研究路线如下： 5 第一章绪论 图1 1 本文研究技术路线图 6 长安大学硕士学位论文 第二章渭河盆地的地质环境背景 渭河盆地是渭河及其主要支流汇集归入黄河的地域，因而有渭河冲积平原之称。盆 地之东为函谷关、西为散关、南为武关、北为萧关，四关挟持，故又有关中平原之称。 盆地东西长约八百里，春秋战国时属于秦国疆域，历来号称“八百里秦j ij 。 渭河盆地西起宝鸡，东迄黄河，南依秦岭，北傍渭北低山，东西长约4 0 0 k i n ，南北 宽3 0 - - 一8 0 k m ，面积约3 4 0 0 0 k m 2 ，整体似半个弯月。 2 1 气象和水文 2 1 1 气象 渭河流域属大陆性季风气候，四季冷暖、干湿分明。冬季受蒙古高压控制，气候干 燥寒冷，降水稀少：夏季受西太平洋副热带高压影响，湿热多雨。渭河流域多年平均气 温1 0 - 1 3 0 c ，最低月均气温一1 3 0 c ，最高月均气温2 3 - - 2 6 0 c ，气温差介于2 6 - - , 2 8 0 c 。 渭河流域多年平均降水量3 1 1 6 3 x 1 0 8 m 3 ，占全省降水量的2 2 4 。多年平均降雨深 为6 8 3 6 m m ，北岸为4 0 0 - - 7 0 0 m m ，南岸8 0 0 9 0 0 m m 。渭河流域降水量年际变化比较 大，丰水年与枯水年差异悬殊，丰枯水年降水量之比一般可达2 5 倍以上( 表2 1 ) 。 表2 1 渭河流域的降水量统计表( 据张艳玲) 多年平均降 最大 最小 最大降水量与最 站名 年降水量年降水量 水量( r a m ) 年份年份 小降水量之比 ( m m )( m m ) 林家村 7 0 3 69 6 9 41 9 7 53 3 4 61 9 9 52 9 0 魏家堡6 1 0 4 1 1 4 5 71 9 5 82 8 5 21 9 9 84 0 2 咸阳9 3 2 58 5 5 31 9 8 32 5 5 81 9 7 73 3 4 华县 6 3 2 28 0 1 11 9 6 43 l o 21 9 9 52 5 8 降水量年内分配差异也很大，降水量主要集中在7 1 0 月，约占全年降水量的6 0 以上。但年际变化大，且多以暴雨形式集中降落，盛夏气温高，蒸发大，在无雨时段往 往发生严重伏旱，关中东部尤为严重。降水量年内分配的不均匀性和年际变化的剧烈， 给农业生产带来很不利的影响，也是旱涝灾害的主要原因。 2 1 2 水文 渭河是黄河最大的支流，发源于甘肃渭源县乌鼠山，于宝鸡凤阁岭附近流人陕西， 在潼关注入黄河。由西向东贯穿关中平原，南靠秦岭，北至子午岭、黄龙山与陕北黄土 7 第二章渭河盆地的地质环境背景 沟壑区相连。渭河流域在陕西境内有大小支流、溪沟8 0 余条，北岸主要支流有泾河、 洛河、千河、漆水河、石川河、沮河等，水量较丰富，源远流长；南岸支流有黑河、沣 河、灞河、尤河等，河流短小，比降大，汛期河水陡涨陡落，枯季河流干涸( 图2 1 ) 。 渭河干流全长8 1 8 k i n ，陕西省内河长5 0 2 2 k m ，流域面积1 3 4 7 6 6 k m 2 ，其中渭河的集水 面积为6 2 4 4 0 k m 2 ，陕西境内渭河流域集水面积3 3 5 6 0 k r n 2 ，占5 3 。渭河陕西境内水资 源总量为9 9 9 1 3 x 1 0 8 m 3 ，占全省水资源总量的2 2 4 ；人均占有水资源量4 6 6 8 8 3 m 3 ， 是全省人均占有量的3 6 5 ；每公顷平均占有水资源量5 5 5 0 7 2 m 3 ，是全省每公顷平均 占有量4 1 5 。 图2 1 渭河水系图( 据中科院地理所渭河研究组) 渭河流域多年平均年径流量7 5 7 x 1 0 8 m 3 ，多年平均径流深为1 1 2 5 m m ，北岸年径流 量占总径流量的6 0 左右。径流量的年内分配因受降水量年内分配的影响，总的特点是 年径流量6 0 以上集中于汛期的连续最大4 个月内，但出现的月份比降水滞后1 个月， 般为8 d 1 月。1 9 8 8 年8 月，出现3 7 7 0 m 3 s 的洪峰流量。流域泥沙主要来源于北岸 的泾河、石川河和北洛河。多年平均输沙量为3 7 4 0 6 x 1 0 4 t ，其中汛期6 - 9 月为 3 4 1 2 2 x 1 0 4 t ，占全年输沙量的9 1 2 9 。最大年输沙量为1 0 6 0 0 x l o t ( 1 9 6 4 年) 。最小年输 沙量为4 9 7 0 x 1 0 4 t ( 1 9 7 2 年) 。渭河流域的含沙量与输沙率的年内分配集中于汛期，约占 全年的8 3 5 t 1 9 j 。 8 长安大学硕士学位论文 2 2 地形地貌 渭河盆地的基本构造，是由燕山运动末期和喜马拉雅山运动期间的地质构造运动奠 定的。现代地貌尤其是冲积平原地貌的形成发展则是新构造运动、气候变迁和流水侵蚀 堆积共同作用的结果。盆地西窄东阔，状如喇叭。地势从边缘向中央呈阶梯状降低，高 程从海拔7 0 0 m 至3 2 3 m 。本区宏观的地貌格局有山地、山前洪积扇、黄土台塬和河流 阶地四种类型( 图2 2 ) 。 图2 2 渭河断陷盆地带构造地貌略图( 据韩恒悦等) 附注：1 断块山地2 黄土台塬3 推测断层4 洪积台地、洪积扇群5 渭河阶地6 断裂 2 2 1 山地 l 、秦岭山地 秦岭为渭河盆地的南界，山脉走向北西西，向东延伸至蓝田与华山连结，折向北东， 为新生代以来长期隆起侵蚀的断块山地，平均海拔2 0 0 0 m 左右。秦岭山地的上升幅度是 不等量的，总的趋势是西部上升较快，东部较慢，地貌上表现为西高东低。秦岭北坡由 于北仰南倾差异运动的作用，强烈隆起，而渭河断块是南深北浅的簸箕状下陷，便在北 坡形成高差数百米至千米的断崖。在后期流水侵蚀的作用下，又形成许多深邃的峡谷。 2 、北山山地 北山是由寒武、奥陶纪结晶灰岩组成的断续分布的山系，走向从东西到北东。新生 代以来循北东东和北东两组断层活动，山地西北仰起、东南倾斜，表现山势舒缓低矮， 断续相连，以低山为主，一般海拔9 0 0 - - - 1 3 0 0 m 。表明北山山地也是西高东低的趋势， 但与秦岭山地的地势相比有所逊色，也说明北山的构造运动较之为弱。 9 第二章渭河盆地的地质环境背景 3 、骊山山地 骊山为前震旦纪花岗岩、第三纪地层覆盖组成。在地貌上表现为山势北陡南缓，最 高峰仁宗庙紧靠北坡，海拔1 3 0 0 m ，高出渭河平原近9 0 0 m 。北坡陡峭，沟谷深切，山 前洪积扇叠加发育，向渭河延展覆盖在河流阶地上。南坡向秦岭山前倾斜，地形波形起 伏，沟壑纵横交错，即为有名的波状黄土塬区，海拔多在8 0 0 - - 9 0 0 m 之间。 2 2 2 山前洪积扇 二华夹槽南部为华山深大断裂长期活动带，在黄土塬和高阶地缺失的情况下，山前 许多峪口洪积扇普遍发育。自西向东洪积扇交替穿插，形成广阔的洪积扇裙，以较大的 坡降倾向渭河。洪积物质由块石、砂砾和砂质粘土组成，边缘地带随着坡降减少，颗粒 愈来愈细，多为砂、砂砾石夹砂粘土。渭河南北两岸黄土塬的后缘，山前洪积扇裙也很 多见【2 0 1 。 2 2 3 黄土台塬 紧接山麓地带的黄土台塬，为上新世末或早更新世构造运动掀升的断块。 渭河以北的黄土台塬有两级，较高的第二级黄土塬断续分布，自西向东有石家塬、 陵塬、贾村塬、蒲城以北的上王镇及合阳北塬。第一级黄土塬为凤翔、扶风、礼泉、三 原、富平、蒲城、合阳南塬等，它们呈连续分布。由于受黄土塬基底地堑、地垒构造的 控制和活动，塬面常呈现出条状洼地和梁状垄岗。 渭河以北的塬面宽广，最宽可达3 0 k i n 。渭河以南的黄土塬较北岸窄，分布也不连 续。秦岭断块升降幅差大的地段黄土塬消失往往被洪积扇所取代。在渭河盆地的南部， 垂直差异运动比北部强烈，因之塬面的相对高差与塬面的起伏均很大。渭南一带波状塬 和平缓塬高出渭河河床5 0 0 - - 3 0 0 m ；并在这些塬的前缘一带均发现一系列黄土断层。南 部的临潼横岭塬塬面海拔9 0 0 m ，而渭南平缓塬仅海拔7 0 0 m ，两者相差2 0 0 m 。 渭河盆地的黄土塬一般由西向东倾，与盆地的地势相一致，而华县、渭南、临潼等 地的黄土塬塬面却由东向西降低，这些塬面下伏的晚第三纪红色粘土层的顶板标高也由 东向西同步降低。骊山山地断块以西西安附近的黄土塬也存在大致相似的情况。黄土塬 面的这一自东向西渐次降低，反映了华山和骊山山地断块第四纪以来尤其中更新世以来 强烈隆升并向西翘倾的运动特征【2 l 】。 2 2 4 河流阶地 河流阶地是经渭河长期冲击而成。具体又可分如下几种： 1 0 长安大学硕士学位论文 1 、三级阶地 在渭河两岸的分布都不连续。北岸西起石川河，过洛河向东延伸至安仁镇，距离现 代渭河河床较远，约1 5 - - - , 3 0 公里：南岸阶地分布狭窄，二华地区则由于构造运动的影 响，缺失这一级阶地。 2 、二级阶地 在渭河南岸除西安附近较宽外，一般都很狭窄。二华地区零星分布，多与山前洪积 扇复合。阶地海拔3 5 0 - - 一4 2 0 m ，高出渭河平均水位2 0 - - 一4 0 m 。北岸阶地成因复杂，阶地 与泾河冲积一洪积扇、洛河古洪积扇相互穿插复合，形成独特的地貌景观，分布宽度达 2 0 k i n ，是南岸同级阶地宽度的2 - 3 倍。这种南北分布的极不对称的现象，一方面与渭 河断陷盆地南深北浅的构造差异运动有关；另一方面是由于泾河、洛河当时河口大量泥 沙堆积、河流摆动和向南延伸所导致的，从而形成了两个向南的扇形平原。 3 、一级阶地 在渭河两岸带状分布，阶面平坦，海拔3 3 4 - - 3 8 1 m ，高出渭河平均水位5 - - 1 8 m 。 沉积二元结构明显，上部是漫滩相，下部粗颗粒是河床相。交口以西河段相对上升，河 流下切为主，在地貌上表现为基座阶地。交口以东，属于凹陷构造区，河段相对下沉， 河流堆积为主，属于上叠的堆积阶地。 4 、河漫滩 渭河两岸河漫滩犬牙交错，海拔3 2 8 - 3 8 4 m 。二华地区因长期受到黄河迪水倒灌的 作用，河漫滩上叠在一级阶地上，在地貌上表现为与阶地之间的高差很小，愈近河口愈 小，甚至缓坡过渡，界线不清【2 0 1 。 总的说来，渭河盆地的山地、洪积扇、黄土振和河谷阶地呈东西向展布，且自盆地 两侧向中心呈阶梯状排列，其间的界线多为与盆地基底断裂相对应的陡坎【2 2 1 。 2 3 地层岩性与地质构造 2 3 1 地层岩性 渭河盆地发育在鄂尔多斯台地与秦岭褶皱带交界的部位，其地层系统分属于华北和 秦岭两大地层区，出露的新生界以前的地层从老到新有太古界、中晚元古界、寒武一奥 陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系。前新生界及花岗岩构成了 盆地基底并出露于盆缘山地，巨厚的新生界形成了辽阔的渭河平原。下面主要介绍新生 界以后的地层，主要地层自老至新筒述如下： 第二章渭河盆地的地质环境背景 1 、第三系( n ) ：分布于自鹿塬、同仁塬、横岭塬以及骊山周边地带，分老第三系 和新第三系，依次围绕断山向西、南、东成扇状分布，近骊山者老，远骊山者新。大多 数掩埋于平原之下，其上为第四系覆盖，仅在深切沟谷或山地边缘见及。 2 、第四系( q ) ：广布全区，岩性以黄土和砂砾卵石为主，成因类型复杂，以风积、 冲洪积，湖积为主，另有冰水、坡积、滑塌堆积。第四系与下伏第三系为不整合接触。 由于原始地形崎岖不平，使第四系沉积厚度差别极大，由西北而东南增厚。盆地沉积中 心处的户县、固市等处，第四系厚度最大，一般为7 0 0 , - 、- , 8 0 0 m ，极者达1 3 0 0 m 。河谷区 一般均大于4 0 0 m ，黄土原区一般厚l o o - - 3 0 0 m 或小于l o o m 。 ( 1 ) 下更新统三门组( q 1 ) ：大部分伏于平原地丧之下，仅在河谷等局部地段出露地表， 按成困可划分为三类： 三门组河湖相( q l 。) ：主要出露在本区东南部华县一渭南一带二道原区的深切河 答内；在西部的宝鸡、蔡家坡及北部的蒲城、大荔、合阳等地也有少量出露。钻孔揭露 平原区顶部埋深3 9 9 - - 7 1 5 m 不等，沉积厚度1 0 8 - 5 0 8 m 。岩性上部多为未成岩的灰白 色砂层及粘土；下部固结成岩，为灰白色砂岩、粉砂岩和泥岩互层。标准剖面为渭南沈 河张家坡一芦家壕剖面。 三门组风积相( q 4 l 。) ：一般分布于较高的黄土原、梁、峁区黄土沉积的下部或深 切沟谷底部。为黄土状堆积，时代与“午城黄土”相当。岩性为黄、淡黄、红或淡褐色黄 土状砂质土或亚粘士，夹有胶结坚硬的板状钙质结棱多层，井有多层红褐色古土壤，代 表性剖面为毛西村山羊坡，厚1 2 , , 9 0 m 。本套地层与三门组河湖相地层的上部为同期异 相沉积。 - f l 组冰水相( q g l 。) ：出露于蓝田公王岭、渭南小峪寺沟等诃谷出口处。岩性为 一套灰白色泥、砂砾石层。砾石成分主要为石英岩、花岗岩、片麻岩等，呈棱角状或次 棱角状，大小混杂，分选差且常见擦痕。厚1 0 - - - 3 0 m 。 ( 2 ) 中更新统泄湖组( q 2y ) ：分布在塬、梁、峁区，并覆盖在渭河及其一、二级支流 的高阶地上。岩性为浅灰褐色较疏松无层理的黄土，夹多层红褐色古土壤，时代与“离 石黄土”相当，代表性剖面为蓝田猿人下颌骨发现地点陈家窝子剖面，以泄湖组中第八 层古土壤为界可分为上、下两部分。 泄湖组下部风积层：主要见于蓝田公王岭，相当于“下离石黄土”，岩性为较致密 状的黄土状砂性粘土，含8 - 9 层古土壤，层间距离小，颜色较暗，色褐红，底部从未 风化，磨圆和分选较好的底砾岩与下伏地层不整台接触，层内有蓝田猿人化石，测得年 1 2 长安大学硕士学位论文 龄为距今1 1 0 万年。 泄湖组上部风积层：出露于蓝田泄湖镇北原区沟谷中，相当于“上离石黄土”。岩 性为棕黄、褐黄、浅褐色黄土状砂质粘土，厚2 0 - - - 8 6 m ，夹7 8 层古土壤，以第五层 古土壤厚度最大，由相距数十厘米的相接近的三条古土壤组成，通称“红三条”，厚度为 4 - - - 6 m 。 ( 3 ) 上更新统乾县蛆( q 3 ) ：成因类型复杂，有风积、洪积和冲积等，代表性剖面为 乾县大北沟水库剖面。 乾县组风积相：分布于河流二缎阶地以上各地貌单元中，秦岭北缘山前洪积扇上 也有覆盖，相当于“马兰黄土”。黄土色淡灰黄、疏松，具大孔隙和垂直节理，台大量钙 质结核，夹l 2 层古土壤，厚6 - - 2 0 m 。风成砂分布于大荔沙苑一带，厚l o - 3 0 m 。 乾县组洪积相：见于秦岭山前洪积扇，岩性为砂质粘土及砾石，漂石荨，分选极 差，厚8 , - 一3 0 m 。 乾县组冲积相：分布在渭河及其较大支流的二级阶地下部，岩性为粘质砂土、砂 质粘士及砂、砂砾卵石层。 ( 4 ) 全新统( q 4 ) ：主要为现代河流冲积、洪积层和山前洪积坡积，分布于河流一级 阶地及河漫滩、山前冲拱积扇上，原边为重力滑塌堆积。 全新统下部冲积层( q 4 h 1 ) ：分布于渭河及支流一级阶地上，下部为沙、砂卵石夹 薄层砂质粘土、粘质砂土，上部为砂质粘士和砂砾卵石厦黄土状砂质粘土，可见一层黑 垆土。 全新统下部洪积层( q 4 l p l ) ：组成秦岭山前一级洪积扇群，部分见于嗣河一、二、 三阶地上。岩性为褐黄、灰黄色砂质粘土、砂砾卵石、碎石、漂石等互层堆积，无明显 层次，蓐5 - - - 7 0 m 不等。 全新统上部冲积层( q 4 2 a 1 ) ：分布于各河流的漫滩及河床上，岩性为黄色的沙、砂 砾卵石及粘质士砂土、砂质粘土层，厚2 - - - 3 8 m 。 全新统上部洪积层( q 4 2 p 1 ) ：沿秦岭山前和骊山山前呈带状分布，覆于全新统下部 洪积层上，组成最新洪积锥，岩性为褐黄、棕黄色砂砾石、漂石、砂质粘土层，庳5 2 2 m 。 全新统滑坡滑塌堆积( q 4 圳) ：沿黄土原边分布，堆积物主要为黄土、古土壤、钙质 结核及砂砾石等的混杂体2 1 。 1 3 第二章渭河盆地的地质环境背景 2 3 2 地质构造 渭河盆地地处中国重要的大地构造分界位置上，北接鄂尔多斯台地，甫邻秦岭褶皱 带，东缘为山西隆起带，西端与鄂尔多斯西南边界弧形断裂束相接。盆地东部与河南灵 宝盆地、三门峡盆地相连，与山西地堑系一起，共同构成一个三叉状形态，统称为“汾 渭地堑系”或“汾渭裂谷系”与苏联的贝加尔裂谷遥相对应，是亚洲大陆新生代典型裂陷 构造盆地之一。 由于渭河盆地地处四个不同构造单元的交接过渡部位，加之又受整个汾渭裂陷带整 体活动的影响，其构造属性十分微妙，构造格局十分复杂。 1 、盆地边缘构造特征 渭河盆地南北边缘以发育强烈的挤压构造为显若特征。 盆地北缘紧邻鄂尔多斯地块。该地块是元古代中岳运动( 约1 7 0 0 m a 前) 所固化的华 北大陆型地壳的一部分，古生代为海相沉积，中生代末期开始抬升，第三纪以河湖相沉 积为主，第四纪为巨厚的黄土所覆盖。内部构造活动较微弱，多以北东向平缓褶曲为主。 周边挤压构造发育，褶曲强烈，局部可见倒转或推覆构造，并伴随多组逆冲断裂的发育。 北缘挤压构造带经历了两次挤压变形，加里东期主要表现为东西向展布的强烈褶皱 变形【2 3 1 ，形成一系列南倾北倒的大型不对称紧闭倒转褶皱和同产状向北逆冲的叠瓦状断 层带，组成自南而北逆冲的强烈构造变形带，其间发育以冲断带及其所夹之褶皱组合层 组成的叠瓦状叠置的构造岩片。 燕山期构造运动仍以同方向挤压变形为主，它使加里东挤压构造带改造，迭加变形， 加剧其变形强度，但更主要是形成宽缓褶皱和新断层，并使北缘挤压变形带向北扩展。 由此可见，北缘挤压构造带具有两个鲜明的特点。其一，挤压构造带内无古老结晶 基底岩系卷入，也无显著岩浆活动；其二，挤压构造带的构造变形自南而北由强变弱， 变形规模由大到小，变形类型由低角度的逆掩断裂到开阔平缓褶皱，明显反映构造应力 由强到弱的消减规律。这些特征是鄂尔多斯块体周缘挤压构造带的普遍特征，因此又与 盆地南缘挤压带相区别。 盆地南邻的秦岭造山带是挟持于华北与扬子两大地块之间的大陆山链，曾经历过多期 构造变形，显示出强烈的挤压变形特征，构成了渭河盆地南缘长3 0 0 k m 余，宽1 5 - - - 2 k i n 、 呈东西向延伸的挤压构造带。该带主要发育在前寒武系古老变质岩系及燕山期花岗岩体 中，构造形迹以断层、挤压片理化带及碎裂岩，糜棱岩的形式表现出来【2 4 1 。空间上则集 中分布在华山山脉的北麓及秦岭北坡。 1 4 长安大学硕士学位论文 该带的华山北麓段，其主要构造形迹发育在太华群各类片岩、片麻岩及混合岩中， 表现为片理化带、糜棱岩化带，在华山火车站的华山岩体中可见宽5 0 , l o o m 的强烈糜 棱岩化带；蓝田桥峪口处太华群片麻岩逆冲推覆在燕山期花岗岩之上，形成宽达1 5 3 0 m 的挤压破碎带。 渭河盆地南北缘基岩区，除发育明显的挤压构造带外，还发育一些拉张构造形迹。 这是由于自第三纪开始，区域构造应力由近南北挤压转变为近南北向的拉张，并出现两 种构造效应：一是原有的压扭性断层多转化为张扭性正断层，并沿这些正断层形成一系 列斜列式的小断陷，这些现象在盆地北缘表现较明显；二是先存压扭性断裂反向倾滑转 为正断层，它们不仅明显控制着后期盆地的形成和发展，而且控制着盆缘形态，如秦岭 北坡和华山山前断层一线形成峭壁、悬谷及断层三角面等。 2 、盆地内部构造特征 与盆地边缘的挤压环境不同，盆地内部主要为拉伸构造环境，因北不论从地壳结构， 基底还是到盖层构造，均主要表现为伸展构造体制，并主要表现出如下几个显著特征。 ( 1 ) 特殊的地壳结构 盆地的莫霍面在总体上为一拱起带，莫霍面埋深不足4 0 k i n ，西安附近仅3 4 k i n 。向 两侧山地，葜霍面深度明显增加。地壳可分为下地壳( 麻粒岩) 、中地壳( 低逮一高导 混合型层) 和上地壳( 沉积岩、变质岩和侵入岩) ，县有典型的上凹下凸的镜象关系。 ( 2 ) 明显的基底岩相分区 盆地基底以渭河断裂为界分为南北两区，北区为下古生界分布区，南区为太古界、 元古界和花岗岩混台区。以长安一临潼断裂为界，南区叉分为两个小区，西区为元古界 岩相区，东区为太古界岩相区和花岗岩区。 ( 3 ) 典型的伸展构造体制 渭河盆地的断裂构造普遍组合成“r 型对偶系列，即伸展断裂系