马玲玲 贺秀全
(山西省地质环境监测中心，山西太原 030024)
0 引言
20世纪中、后期以来，在山西断陷盆地的大同、太原、榆次、临汾、运城等大中城市先后出现了地裂缝和地面沉降灾害，山西断陷盆地已成为我国乃至全世界地裂缝与地面沉降最发育、破坏性最强、区域性特点最典型的地区之一。
1 山西省地裂缝与地面沉降现状
1.1 地裂缝
1.1.1 地裂缝分布现状
山西断陷盆地地裂缝的出现可谓源远流长，早在汉代就有历史文献记载，进入现代，特别是20世纪80年代以来，随着人类活动的不断加剧，地裂缝迅速发展。迄今为止，山西省已有26个县(市、区)发现地裂缝，地裂缝所经之处，地面及地下建筑物遭到严重破坏，尤其是对城市地下铺设的供水、供气和排水系统管网构成严重威胁，给国民经济、城市建筑及生命线工程造成巨大破坏，据不完全统计，已造成9亿多元的直接经济损失。调查统计，山西断陷盆地共发现有地裂缝271条(带)，按照地裂缝的划分标准，其中小型地裂缝115条(带)，占42.4%，中型地裂缝66条(带)，占24.4%，大型地裂缝85条(带)，占31.4%，巨型地裂缝5条(带)，占1.8%。规模最大的为太原盆地祁县白圭地裂缝带，总长度达22.4 km。
1.1.2 地裂缝分布规律
按照城市统计，大同市地裂缝最为发育，共发育地裂缝11条，总长度达33.4 km，分布于大同城区的主要地段，不但出现时间早、发展速度快、规模大，而且造成的经济损失及社会影响大。按照地貌单元统计，运城盆地地裂缝最为发育，出现历史久远，而且分布范围广，密度大，共有地裂缝99条(带)，占山西断陷盆地地裂缝总数的36.5%;太原盆地共有地裂缝83条(带)，占山西断陷盆地地裂缝总数的30.6%，其中包括规模最大的祁县白圭地裂缝带，总长度达22.4 km;临汾盆地共有地裂缝73条(带)，占山西断陷盆地地裂缝总数的26.9%，其他盆地分布地裂缝16条(带)，占山西断陷盆地地裂缝总数的5.9%;以行政区划来统计，山西共有26个县(市、区)出现地裂缝，其中运城市有6个县(市、区)出现地裂缝99条(带);运城市盐湖区地裂缝最为发育，共有地裂缝52条(带)，占山西地裂缝总数的19%;晋中市有4个县(市、区)分布地裂缝67条(带)，占山西地裂缝总数的25%;其他市地裂缝分布相对较少。
1.1.3 地裂缝成因类型及特点
地裂缝地域分布特征明显的表现为与人类经济活动的密切相关性，因为地裂缝是地面沉降发展到一定阶段的环境效应，地面沉降又是地下水长期过量开采的结果，地下水开采量在山西这样一个经济欠发达地区来说往往是与经济总量息息相关的。从地裂缝出现的时间来看，大多发现于20世纪80年代初期，90年代进入高发期，这也反映了在粗放型经营状态下，地裂缝的产生与地下水开采的关联性。山西地裂缝按照其成因类型基本可分为五类:地质构造活动型、地质构造——地面沉降复合型、地面沉降型、黄土湿陷型、黄河库岸沉陷型。
山西断陷盆地地裂缝灾害特征概括起来有以下特点:三维空间的有限性;成灾过程的缓变性和累进性;反复成灾，灾害过程常具有周期性变化;灾害强度分布的非均衡性和非对称性;灾害效应的方向性;另外，地裂缝灾害还具有不可抗拒性，城市灾害重、乡村灾害轻或不构成灾害等特征。
1.1.4 地裂缝灾害的经济损失
经初步估算，山西断陷盆地地裂缝灾害造成的直接损失约为9.3亿元，大同地裂缝地处城市区，造成的直接经济损失最大，约为6.4亿元，占山西断陷盆地地裂缝造成的直接经济损失的68%，单一地裂缝条带造成直接经济损失最大的是太原盆地清徐西边山地裂缝，造成的直接经济损失为1.3亿元，占山西断陷盆地地裂缝造成的直接经济损失的13.7%。统计结果表明，山西地裂缝灾害造成的经济损失及社会影响，明显的表现为城市严重、农村轻的显著特点。
1.2 山西地面沉降现状
20世纪80年代以来，山西断陷盆地的中小城市、农村地下水开发利用量大幅度增加，地面沉降范围也因此从城市向农村扩展，并在区域上连片发展，地面沉降范围扩大。由于下伏基底地形起伏，地面沉降区往往伴生地裂缝，加剧了地面沉降灾害，山西地面沉降主要发生在太原市、大同市及晋中市。太原市、大同市有水准监测资料，其他地方无水准监测资料。
1.2.1 太原市地面沉降概况
太原市地面沉降发现于20世纪50年代，至80年代沉降加剧。据地面沉降二等水准测量点实测资料，1956年～2007年地面沉降范围，北起上兰镇，南至刘家堡乡南代家堡;西起风声河，东至西温庄村;南北长约39 km，东西宽约19 km，地面沉降涉及范围约600 km2，最大沉降中心为吴家堡—大马村一带，吴家堡累计地面沉降量314.8 cm，年均沉降速率6.17 cm/年;大马水准点实测资料，累计沉降 303.5 cm，年均沉降速率 5.95 cm/年，20 世纪90年代以来，沉降范围逐年向盆地边缘和南部扩展，沉降漏斗面积逐年扩大。
太原市地面沉降历史演变划分为4个阶段:1)1956年～1981年为初步形成阶段;2)1981年～1989年为快速发展阶段;3)1989年～2000年为持续急剧扩展阶段;4)2000年～2007年为平稳不均衡发展阶段。根据不同历史时期地面沉降等值线图，太原市目前可划分出2处沉降区，5个沉降漏斗中心。1956年～2007年太原市地面沉降等值线图外围半闭合线仍为100 mm，南北长约45 km，东西宽约18.8 km，沉降面积552 km2。
由于2003年山西省“引黄入晋”工程将黄河水引入太原，同时太原市实施了关井限采措施，老的沉降中心北固碾、万柏林、下元、吴家堡沉降速率明显减缓，取而代之的是小店、武家寨等新的沉降中心正在快速形成。
由于地面沉降造成地面高程降低，地面积水，桥墩下沉，城市地下管道坡度改变，深井管上升，建筑物倾斜倒塌等。如迎新街观测站J34孔井管坐落在深部基岩上，1984年以来，由于地面沉降，井管升高330 mm。南内环桥1988年建成以来，由于地面不均匀下沉，引起桥上、下错动达100 mm，并出现多处裂缝。武家庄村50个宅院(300余间)全部倒塌，90%住房成为危房，90%耕地常年积水无法耕种，20余眼深井全部报废，直接经济损失达2.19亿元。吴家堡村房屋倒塌、裂缝、积水严重，新建筑房屋地基高出地面1.5 m ～2.5 m。
1.2.2 大同市地面沉降概况
大同地面沉降监测结果表明，2006年大同市形成了北部和南部2个沉降区，4个沉降漏斗。2个沉降区1.0 cm闭合线总面积为25.73 km2;北部沉降区沉降漏斗中心位于陈庄一带，1.0 cm闭合线面积为 8.93 km2，1.4 cm 闭合线面积为 4.51 km2，1.8 cm 闭合线面积1.45 km2;南部沉降区1.0 cm 闭合线面积16.83 km2，3个沉降漏斗中心分别为西水磨、大同机车厂、西韩岭。西水磨沉降漏斗1.4 cm闭合线面积 0.23 km2，大同机车厂沉降漏斗1.4 cm闭合线面积为0.56 km2及西韩岭沉降漏斗1.4 cm闭合线面积为2.65 km2。对比几年的沉降速率图，大同市地面沉降的范围在持续向南部扩展，沉降速率为1 cm/年～2 cm/年。
大同市地下水降落漏斗的中心与地面沉降中心基本一致，因而证实了过量开采地下水是产生地面沉降的主要影响因素之一。地面沉降区建筑物损坏，道路、桥涵、地下管道开裂，铁路扭曲变形，造成的损失较大。据不完全统计，大同市地面沉降造成的直接经济损失在2亿元左右。
2 近年来开展的调查、监测工作及防治对策
自20世纪80年代以来，山西省地质环境监测中心、多所科研院校及相关地质单位对地裂缝、地面沉降早已展开过调查与研究，并取得了一系列成果，如《山西断陷盆地地裂缝灾害研究》《地裂缝及其灾害的理论与应用》《大同城市地质勘察研究》《临汾地裂缝的成因及发育环境研究》《内陆新生代断陷盆地区地面沉降机理及模拟——以山西省太原市为例》等。
2.1 地面沉降与地裂缝勘查概况
先后开展的勘查项目有:《山西省地面沉降与地裂缝调查》《山西盆地地裂缝地面沉降调查与监测》《山西省太原市地面沉降勘查》《山西省清徐地裂缝勘查》，勘查手段包括调查、物探、槽探、遥感解译、监测等，通过调查、勘探与监测，基本查明了山西盆地地裂缝、地面沉降分布规律，对地裂缝、地面沉降成因进行了研究，提出了地裂缝、地面沉降灾害防治对策及防治技术，服务了地方城市及国家重大工程建设。
2.2 地裂缝、地面沉降监测网络建设
2.2.1 地面沉降监测网建设
全省共建设地面沉降监测水准点270个，GPS观测墩14个，水准线路单程总长约830 km，总控制面积约1 080 km2。另外，太原市吴家堡分层标，由于城市道路建设已经被破坏，正在重建中。其中大同市地面沉降监测网，由86个水准点、6个GPS观测墩组成，控制面积约220 km2，水准线路单程总长约200 km;太原市地面沉降监测水准控制网，由102个水准点、8个GPS观测墩组成，水准线路单程总长约380 km，控制面积约560 km2;临汾市地面沉降监测水准控制网由82个水准点组成，控制了临汾市平原地区，控制面积约300 km2，水准线路单程总长约250 km。
2.2.2 地裂缝监测网建设
全省在断陷盆地中共19条(带)典型地裂缝建设监测水准点82个。其中大同市地裂缝监测网点共埋设水准点36点，短水准剖面2条(水准点26个)，水准对点5对(水准点10个)，另有地裂缝监测站1处;太原盆地地裂缝监测网点建设共布设短水准剖面5条，埋设水准标石32点;临汾市地裂缝监测网点建设共埋设水准标石4点(水准对点2对);运城盆地地裂缝监测网点建设共埋设水准标石10点，短水准剖面1条，水准对点2对。
2.2.3 缓变形地质灾害防治措施
目前，山西省全面开展了地质灾害危险性评估制度，缓变形地质灾害防治效果明显。在大、中城市采取关井压采、引黄河水代替地下水等措施，大幅度减少了地下水的开采量，水位持续回升，对地裂缝分布的场地主裂缝带实行建筑避让，在建设项目中采取工程防治措施等。
3 地质调查服务于地方城市建设及国家重点建设工程
山西省开展的地裂缝与地面沉降调查与监测工作，一直致力于为城市规划发展和为国家重大工程建设提供技术支持。在太原市长风商务区建设及大同市城市道路改造、城中村改造建设工程中，针对建设工程项目区地面沉降、地裂缝发育情况，提出了地裂缝和地面沉降的防治对策和技术手段。地方政府认真听取并采纳了本项目组对工程建设地质灾害的防治意见，减轻了地裂缝、地面沉降对建设工程的影响。2009年，2010年在地裂缝监测网点建设过程中，针对国家重点工程大同—西安高速铁路规划线路跨越构造地裂缝情况，在临汾市高堆村、运城市五曹村、祁县白圭村、东炮村分别布设了地裂缝监测短水准剖面及水准对点，以长期监测高铁线路所经区段地裂缝活动情况，为大西高铁的正常施工及安全运营提供了科学依据及技术保障。
4 结语
山西地裂缝地面沉降研究，查明了山西断陷盆地地裂缝、地面沉降分布规律，建立了太原市、大同市、临汾市地面沉降监测水准控制网以及部分典型地裂缝监测网，获取了大量的监测数据。但在取得众多成果的同时，依然存在一些问题，地面沉降地裂缝监测网络体系不健全;地裂缝、地面沉降处于不断发展中，需要及时关注;地裂缝、地面沉降监测资料序列短，不能掌握其活动规律;地裂缝、地面沉降成因机制研究不够深入。由此，对今后工作提出一些建议:
1)应在山西断陷盆地选择规模大、代表性强的地裂缝进行研究，对其成因机理、致灾特点进行了深入研究，对发展趋势做出预测。如大同盆地应县石庄地裂缝、太原盆地清徐县西边山地裂缝带、祁县白圭地裂缝带、临汾盆地高堆地裂缝带、运城盆地半坡地裂缝带等。
2)应列专题进行山西断陷盆地地裂缝与地面沉降经济损失评估。
3)进一步完善地面沉降监测网络体系，在大同、太原分别建设一组地面沉降监测分层标，建立太原市地面沉降基岩标。
4)晋中市、运城市地面沉降严重，应加快建立水准监测网。
5)建议国家地调局尽快制定有关地裂缝、地面沉降勘查的技术规范。
［1］贺秀全.山西省地面沉降与地裂缝调查报告［R］.山西省地质环境监测中心，2009.
［2］武 强.山西断陷盆地地裂缝灾害研究［M］.北京:地质出版社，2003.
