第3讲_地面沉降、地裂缝及其研究

1、第三讲第三讲 地面沉降、地裂缝及地面沉降、地裂缝及其研究其研究一、地面沉降及其研究一、地面沉降及其研究二、地裂缝及其研究二、地裂缝及其研究三、地面塌陷及其研究三、地面塌陷及其研究 一、地面沉降及其研究一、地面沉降及其研究1 1、地面沉降的成因、地面沉降的成因2 2、地面沉降的危害、地面沉降的危害3 3、地面沉降的研究与防治、地面沉降的研究与防治1 1、地面沉降的成因、地面沉降的成因 （1）地面沉降的状况）地面沉降的状况 分布：分布：地面沉降主要分布在平原、地面沉降主要分布在平原、盆地的大城市和油气开发区。盆地的大城市和油气开发区。 沉降速度：沉降速度：几几十厘米几几十厘米/年。年。 沉降量：沉

2、降量：几米近十米。几米近十米。 地面沉降分布特征：地面沉降分布特征： （1）大型河流三角洲及沿海平原）大型河流三角洲及沿海平原区区，如上海、天津、沧州等。，如上海、天津、沧州等。 （2）小型河流三角洲区）小型河流三角洲区，如福州、，如福州、湛江、宁波等湛江、宁波等 （3）山前冲洪积扇及倾斜平原区）山前冲洪积扇及倾斜平原区，如北京、保定、郑州等。如北京、保定、郑州等。 （4）山间盆地和河流区）山间盆地和河流区，如西安、，如西安、太原、运城等。太原、运城等。（2）地面沉降的形成机制）地面沉降的形成机制 a.形成的地质条件形成的地质条件 （a）松软的第四纪沉积物）松软的第四纪沉积物 黏土黏土 粉砂质

3、黏土粉砂质黏土 黏土质粉砂黏土质粉砂 粉砂粉砂 细砂细砂 粗砂粗砂 砾石砾石 （b）新构造运动的沉降区）新构造运动的沉降区b.地面沉降的致因地面沉降的致因 （a）过量开采地下水）过量开采地下水 水压力降低，地层压缩，孔隙体积减水压力降低，地层压缩，孔隙体积减小。小。 地面沉降中心与地下水开采漏斗一致。地面沉降中心与地下水开采漏斗一致。 地面沉降等值线与地下水开采漏斗等地面沉降等值线与地下水开采漏斗等值线一致。值线一致。日本日本上海市地面沉降上海市地面沉降 北京市的地面沉降（最大速率）：北京市的地面沉降（最大速率）： 1966年以前：缓慢形成，年以前：缓慢形成，25mm/a。 19661973年

4、，加速，年，加速，10mm/a。 19731981年，快速发展，年，快速发展，50mm/a。 1981年以后，下沉减缓，年以后，下沉减缓，29mm/a。 1966年地下水开采量增加，年地下水开采量增加，70年代中年代中期猛增。期猛增。（b）地下油气开采）地下油气开采 开采油气造成地下压力亏损，引开采油气造成地下压力亏损，引起地面沉降。起地面沉降。 如加州的长滩市的地面沉降量达如加州的长滩市的地面沉降量达9米。我国的大庆、胜利油田都米。我国的大庆、胜利油田都出现地面沉降。出现地面沉降。（c）人类工程）人类工程 地面建筑物增多，负荷过重。地面建筑物增多，负荷过重。 地下隧道。地下隧道。 如意大利的

5、比萨斜塔：如意大利的比萨斜塔： 11731185年，建至年，建至3层，塔发生倾斜。层，塔发生倾斜。 12741284年，建至年，建至7层，塔斜增加。层，塔斜增加。 1350年，塔建成，塔顶偏离中心年，塔建成，塔顶偏离中心1.5m。（d）新构造运动、火山喷发）新构造运动、火山喷发 新构造运动的沉降区。新构造运动的沉降区。 如西安地面沉降区位于西安断陷区，如西安地面沉降区位于西安断陷区，由构造下降占地面沉降量的由构造下降占地面沉降量的3.17。 火山喷发火山喷发 造成地下物质亏损。造成地下物质亏损。2 2、地面沉降的危害、地面沉降的危害 （1）海水入侵，滨海地下水破坏。）海水入侵，滨海地下水破坏。

6、 （2）海岸侵蚀增加，海防投资增加。）海岸侵蚀增加，海防投资增加。 （3）海面上升，港口设施失效。）海面上升，港口设施失效。 （4）城市地下系统遭受破坏。如水）城市地下系统遭受破坏。如水管、下水道等断裂、变形等。管、下水道等断裂、变形等。 （5）地面建筑物破坏。）地面建筑物破坏。 （6）桥墩下沉，河流通航能力下降。）桥墩下沉，河流通航能力下降。3 3、地面沉降的研究与防治、地面沉降的研究与防治 （1）地面沉降原因的研究）地面沉降原因的研究 a.活动断层研究（遥感、物探手段）。活动断层研究（遥感、物探手段）。 b.沉积物特点研究（沉积物成因、岩性、沉积物特点研究（沉积物成因、岩性、岩相，从立体研

7、究，钻探、物探）。岩相，从立体研究，钻探、物探）。 c.地面沉降的速率、面积，沉降量等值线。地面沉降的速率、面积，沉降量等值线。 沉降速度：沉降速度：-dH/dt=k(Po-P) K系数；系数；Po标准地下水压；标准地下水压；P现地下现地下水压水压 d.地下水开采量，地下水位变化，地下水开采量，地下水位变化，地下水位等值线。地下水位等值线。 e.油气开采分析。油气开采分析。 f.地下和地面工程分析。地下和地面工程分析。 （2）地面沉降灾害的调查研究）地面沉降灾害的调查研究 a.地面建筑物的损坏，倾斜、下沉、地面建筑物的损坏，倾斜、下沉、墙壁破裂、桥梁破坏。墙壁破裂、桥梁破坏。 b.地下工程破坏

8、，通讯管道、自来水地下工程破坏，通讯管道、自来水管、下水管线等变形、损坏等。管、下水管线等变形、损坏等。 c.海防设施的破坏和加固。海防设施的破坏和加固。 d.城市洪水灾害。城市洪水灾害。 e.城市资源破坏，如淡水资源、港口城市资源破坏，如淡水资源、港口资源、土地资源等。资源、土地资源等。 （3）地面沉降的治理）地面沉降的治理 a.节约用水，改变水源。节约用水，改变水源。 b.调整地下水开采层次，开采季节。调整地下水开采层次，开采季节。 c.地下水人工回灌。地下水人工回灌。 d.加工地下工程。加工地下工程。 e.地基加固工程。地基加固工程。 f.避开活动断层。避开活动断层。 （4）地面沉降的监

9、测）地面沉降的监测 a.大地水准测量。大地水准测量。 b.地下水开采量、地下水位、地下水地下水开采量、地下水位、地下水压、地下水质、地下水回灌。压、地下水质、地下水回灌。 c.建筑物和其它设施因地面沉降破坏建筑物和其它设施因地面沉降破坏监测。监测。 d.预测地面沉降速度、幅度、范围和预测地面沉降速度、幅度、范围和可能的危害。可能的危害。 GIS、GPS、InSAR等技术的应用。等技术的应用。二、地裂缝及其研究二、地裂缝及其研究1 1、地裂缝的成因、地裂缝的成因2 2、地裂缝的危害、地裂缝的危害3 3、地裂缝的调查研究、地裂缝的调查研究1 1、地裂缝的成因、地裂缝的成因 （1）中国地裂缝的分布）

10、中国地裂缝的分布 分布广泛，在西北、华北、长江流分布广泛，在西北、华北、长江流域都有较广泛的分布。域都有较广泛的分布。 主要受构造背景的影响，我国大多主要受构造背景的影响，我国大多数的地裂缝都与构造有关。产生在数的地裂缝都与构造有关。产生在第四纪沉积物中。第四纪沉积物中。（2）地裂缝的成因）地裂缝的成因 a.构造成因构造成因 特征：特征： 延伸稳定，分布不受地形、岩性的影延伸稳定，分布不受地形、岩性的影响，可切过陡坎、阶地，响，可切过陡坎、阶地， 平面上：平面上：折现状、锯齿状、雁行状排折现状、锯齿状、雁行状排列。列。 剖面上：剖面上：近于直立、阶梯状、地堑状。近于直立、阶梯状、地堑状。 （a

11、）断裂活动引起）断裂活动引起 断层的缓慢蠕滑形成地裂缝，是断层的缓慢蠕滑形成地裂缝，是构造地裂缝常见的一种。构造地裂缝常见的一种。 （b）地震活动引起）地震活动引起 地震地裂缝。形成的地裂缝规模比地震地裂缝。形成的地裂缝规模比较大。较大。 （c）火山活动引起）火山活动引起 火山喷发前夕何喷发过程中形成。火山喷发前夕何喷发过程中形成。b.非构造成因非构造成因 特征：特征： 分布的方向不明显，延伸的长度较分布的方向不明显，延伸的长度较短，剖面多呈弧形、椅状、直立。短，剖面多呈弧形、椅状、直立。 主要的原因：主要的原因： 膨胀土作用、黄土湿陷作用、地面膨胀土作用、黄土湿陷作用、地面沉降、冻融作用、干

12、旱作用、盐丘沉降、冻融作用、干旱作用、盐丘作用、矿山采空等。作用、矿山采空等。c.地裂缝的分类地裂缝的分类 （a）成因分类）成因分类 构造地裂缝构造地裂缝 非构造地裂缝非构造地裂缝 （b）活动强度分类）活动强度分类 弱活动：弱活动：80mm/a。 （c）活动方式分类）活动方式分类 垂直升降：垂直升降： 水平拉张：水平拉张： 水平扭动：水平扭动： 超强活动：超强活动： （d）活动范围分类）活动范围分类 线状分布线状分布 片状分布片状分布2 2、地裂缝的危害、地裂缝的危害地裂缝的主要危害地裂缝的主要危害 建筑物墙体开裂。建筑物墙体开裂。 地面设施破坏。地面设施破坏。 地下设施损坏。地下设施损坏。

13、有害气体的溢出。有害气体的溢出。 垃圾场污染地下水。垃圾场污染地下水。 农田漏水。农田漏水。3 3、地裂缝的调查研究、地裂缝的调查研究 （1）地裂缝特征的调查研究）地裂缝特征的调查研究 a.几何特征几何特征 （a）地裂缝的延伸方向。）地裂缝的延伸方向。 （b）地裂缝呈带状，段与段的关系。）地裂缝呈带状，段与段的关系。 （c）地裂缝的组合特征，如雁行排）地裂缝的组合特征，如雁行排列、侧列、列、侧列、Y字组合、树枝组合、字组合、树枝组合、环行组合等。环行组合等。 （d）地裂缝的产状。）地裂缝的产状。 b.运动学特征运动学特征 （a）地裂缝发展的阶段，萌芽期、）地裂缝发展的阶段，萌芽期、发展期、强活

14、动期和超活动期。发展期、强活动期和超活动期。 （b）地裂缝活动的周期，与地震相）地裂缝活动的周期，与地震相似，活动期的速率是平静期的数倍。似，活动期的速率是平静期的数倍。 （c）地裂缝在剖面和剖面上的位移）地裂缝在剖面和剖面上的位移量。量。 （d）地裂缝的垂直运动量最大，水）地裂缝的垂直运动量最大，水平拉张量次之，扭动量最小。平拉张量次之，扭动量最小。（2）地裂缝的地质背景调查）地裂缝的地质背景调查 a.新构造运动特征调查。新构造运动特征调查。 b.地貌特征调查。地貌特征调查。 c.沉积物特征的调查。沉积物特征的调查。 d.地下水特征调查。地下水特征调查。（3）地裂缝调查的方法）地裂缝调查的方

15、法 a.遥感的方法：区域地质、地貌研究。遥感的方法：区域地质、地貌研究。 b.地质的方法：不同比例尺填图，平地质的方法：不同比例尺填图，平面和立体。面和立体。 c.地球物理方法：地震勘探、低频电地球物理方法：地震勘探、低频电磁法等。磁法等。 d.地球化学方法：氡气测量。地球化学方法：氡气测量。 e.钻探的方法：探明第四纪沉积物、钻探的方法：探明第四纪沉积物、水文地质等。水文地质等。（4）地裂缝的防治和监测）地裂缝的防治和监测 a.防治防治 控制人为因素的诱发作用，建筑物控制人为因素的诱发作用，建筑物避让地裂缝。地基的处理（加固、避让地裂缝。地基的处理（加固、断层置换法、局部浸水法）断层置换法、

16、局部浸水法） b.监测监测 预测、预报地裂缝发展方向、速度预测、预报地裂缝发展方向、速度位移量及可能的危害范围。位移量及可能的危害范围。三、地面塌陷及其研究三、地面塌陷及其研究1 1、地面塌陷的成因、地面塌陷的成因2 2、地面塌陷的危害、地面塌陷的危害3 3、地面塌陷的研究、地面塌陷的研究1 1、地面塌陷的成因、地面塌陷的成因 （1）自然因素）自然因素 岩溶塌陷、地震塌陷、暴雨塌陷等。岩溶塌陷、地震塌陷、暴雨塌陷等。 （2）人为因素）人为因素 矿山塌陷、工程塌陷等矿山塌陷、工程塌陷等2 2、地面（岩溶）塌陷、地面（岩溶）塌陷的危害的危害 如如1981年年5月月8、9日在美国佛罗里达日在美国佛罗里达州：州： 形成直径形成直径100m的塌陷坑，居民楼、商的塌陷坑，居民楼、商业楼、游泳池损坏，损失业楼、游泳池损坏，损失200万美元。万美元。3 3、地面塌陷的研究、地面塌陷的研究 （1）岩溶塌陷特征和分布规律调查）岩溶塌陷特征和分布规律