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西安地裂缝的“前世今生”

  大雁塔向西北倾斜近1米。

《太平御览》曾记载地裂缝。

  陕西西安,十三朝古都,地处关中平原,北濒渭河,南依秦岭,中华文明的重要发祥地之一。但我们今天不聊历史,而是来看看困扰古都近100年的地质灾害——地裂缝。

1 历史上的地裂缝

  据史料记载,西安地区历史上至少发生过15次“地裂”现象,其中9次与地震相伴而生,最早是公元前194年(汉朝),“五月城中地陷三十丈,六月地拆家陷死,八月地裂广三十六长百三十丈。”(据《太平御览》)不仅如此,在1556年华县发生8级地震时,《康熙咸宁县志》记载:“西安地裂缝横竖如画。”
  自上世纪50年代至今,西安主城区先后出现了14条呈北东70°左右、带状分布的地裂缝,其分布之广泛,危害之巨大,在国内外城市建设中实属罕见,地裂缝所经之处,地表建筑物开裂坍塌、地下洞室错断塌陷、道路扭曲变形,严重制约了城市建设发展。

2 地裂缝给城市建设出了难题

  西安作为文明古都,有大量的历史文化遗产正在遭受地裂缝的“侵蚀”,以大雁塔为例,由于过量开采承压水,不均匀沉降生成地裂缝,大雁塔一度向西北倾斜近1米,近些年通过封闭塔周围水井,目前大雁塔正逐步往中轴线回返。
  1976年唐山大地震后,在西安建筑科技大学形成的一处地裂缝,此处原为建大的图书馆,原馆拆除后保留了产生地裂缝的部分建筑基址,并在遗址上挂有“原图书馆地裂缝遗址”的牌子。裂缝内长有杂草,长约16.5m,宽约3.5m。此处裂缝为研究内外动力地质作用提供了资料。
  位于西安南二环的长安立交桥自1994年建成投入使用后,由地裂缝导致的错位最大已达40cm,严重影响了桥体稳定性,另外,立交桥下路面也可见明显裂缝,呈北东65°,宽15-30cm(已修补)。
  西安部分处于地裂缝带上的建筑群,因为地裂缝产生的不均匀沉降,普遍出现开裂变形,裂缝呈上宽下窄,并且地裂缝经过的地下设施,在长期拉张应力的作用下,也受到了一定程度的破坏。总的来说,地裂缝给城市建设出了道难题,如何在合理规避裂缝的前提下进行基础建设,还需要科研人员与市政管理人员进一步思考与规划。

3 地裂缝的成因复杂多样

  地裂缝的形成原因复杂多样,地壳活动、水的作用和部分人类活动都可以导致裂缝的产生。
  ①构造成因说
  西安地处临潼-长安断裂带,其为渭河盆地北东向的铲状正断层,错断中心位于西安市东南郊,而如今14条主断裂基本都处于断层上盘(北西盘),受北西-南东向拉张应力作用,上盘的下降诱发一系列次级小断裂,其走向与主断裂相同,倾向与之相反,西安地裂缝就是临潼-长安断裂在新构造时期以来受北西-南东拉伸应力下诱导生成的一系列次级断裂。
  ②地下水成因说
  西安市于1970年以后大量开采承压水(150-300m),由于过量集中开采,地层补给量远小于开采量,城区承压水位不断下降,继而引起大面积差异沉降,沉降两侧岩土体变形超过其极限应变能力而导致地裂缝产生。据统计,西安地裂缝产生部位与承压水位差异下降高幅度地区分布吻合,延伸方向也一致,侧面印证了地下水成因说的可能性。
  ③活断层成因说
  通过对标志层的古土壤层错断断距研究以及浅层地震勘探资料分析,发现断距随着埋深而增加,并且西安地裂缝具有周期性活动的特征,在渭河盆地历史中,地裂缝强烈活动期集中在汉、唐、明三个时期,并且地裂活动和地震活动在时间尺度上极为接近,故有学者认为西安地裂缝是因为现今处于活断层的活跃时期,加之过量开采承压水进一步使断层活化,综合致使地裂缝发生。
  据中科院地质地球所