汾渭盆地地裂缝成因研究中的若干关键问题

汾渭盆地是我国地裂缝发育最强烈的地区,地裂缝类型多样,成因复杂。本文概述了汾渭盆地地裂缝的分布规律,分析了目前汾渭盆地地裂缝成因研究中存在的主要问题,重点围绕构造型地裂缝的成因问题,提出如下研究思路:通过多学科联合手段,重点研究汾渭盆地地裂缝灾害的分布规律及其与活动构造的分布关系与成生联系,建立构造地裂缝的地质结构模型;将现代物理数值模拟技术与高精度观测技术相结合,分析研究构造活动启动地裂缝灾害的力学机理以及构造作用与抽水作用耦合致裂机理;以GPS观测资料为约束,将汾渭盆地地裂缝的成生与青藏、华北大陆变形的动力学过程联系起来,研究该区地裂缝与现今中国大陆动力学的内在联系,揭示大陆驱动力产生地质灾害的动力学机制与模式。     

采水型地裂缝发育演化模型试验研究

为了研究苏南地区采水型地裂缝成因演化机制,设计建成了抽水与潜山条件大型物理模型系统,运用光纤传感监测技术手段,模拟地裂缝演化进程,并对其分布规律、成因机制做出总结归纳。试验结果表明:（1）模型试验中光纤传感技术能够较为准确地对水位、应力-应变分布等参数进行监测;基于光纤传感技术的模型试验系统为地裂缝研究提供新的方法与手段;（2）岩土体张应力集中区与地裂缝发育位置基本对应,岩土体的张应力集中是判断地裂缝发育阶段的重要标志;（3）通过地裂缝走向玫瑰花图显示,模型平坦区地裂缝发育方向沿排水孔呈放射状分布;而潜山区域地裂缝发育具明显的方向一致性,且与潜山等高线平行;（4）地裂缝分布同时受抽水差异性沉降及潜山形态位置控制。     

西安市反倾向地裂缝成因分析

本文在大量现场调研的基础上，结合室内分析，初步探讨了西安市反倾向地裂缝的成因及其与区内已发育的１１个条地裂缝的关系，从而进一步证实了构造重力扩展机制是形成西安地裂缝的内在原因。     

河北平原地裂缝分布特征及成因机制研究

河北平原是地裂缝地质灾害较发育的地区。通过河北平原地裂缝地质灾害时空分布规律研究,对河北平原地裂缝形成的主要因素及成因机制进行了研究。河北平原地裂缝主要分布在山前冲洪积扇裙区,发育在全新世地层中。地裂缝地质灾害平面形态上可分为直线型、雁列型、锯齿型、折线型和弯曲形。地裂缝地质灾害空间分布上有方向性、群集性和系统性。河北平原地裂缝分布范围呈逐渐扩大的趋势;分布区域从时间上呈逐渐由南向北扩展之势。河北平原从时间上地裂缝发育条数和发育长度随时间各有不同特点。导致河北平原地裂缝发生的主要因素有地震构造、地下水超采和地面塌陷。     

临汾盆地果场地裂缝成因机理分析

地裂缝是临汾盆地主要的地质灾害之一, 自20世纪70年代盆地开始出现地裂缝以来, 至2012年8月共发现86条地裂缝。本文以临汾盆地内部典型地裂缝临汾果场地裂缝为研究对象, 详细地论述了地裂缝发育的地质环境背景。利用野外调查、测量、槽探、钻探和物理勘探等地质手段, 主要研究了地裂缝的发育特征, 包括平面特征、灾害特征、浅部剖面结构特征和深部特征4个方面, 总结了地裂缝的活动规律。发现果场地裂缝平面延伸长, 宽度大, 走向稳定, 灾害严重; 浅表层上宽下窄, 呈喇叭状, 深部结构显示地裂缝下伏隐伏断层, 地裂缝活动受降雨控制。通过分析影响地裂缝形成的各个因素:盆地构造、超采地下水和强降雨, 将果场地裂缝的形成分为3个阶段:孕育阶段、出露阶段和扩展阶段; 最后概化了果场地裂缝的成因机理:构造孕缝、抽水诱缝和降雨扩缝。     

渭河盆地安仁镇地裂缝基本特征与成因分析

2016年野外地质调查发现渭河盆地东北侧安仁镇发育48条地裂缝,造成沿线房屋墙体开裂、道路错断和农田变形龟裂等,并严重威胁大西高铁安全运营。通过详细的地质调查和地质测绘发现其均位于地貌分界线两侧并发育在双泉-临猗断裂上盘,地裂缝走向为NE60°~80°,按发育位置可将其划分为5组地裂缝。选取典型地裂缝为研究对象,利用槽探和工程地质钻探揭示了地裂缝的剖面结构特征,发现地裂缝导致浅部土体破裂严重,地裂缝错断两侧地层且位错量随深度增加而增加,表现出同沉积断层的性质。在此基础上,对比西安地裂缝并详细分析了安仁镇地裂缝的成因机理,发现构造断裂、地震活动和表水潜蚀是地裂缝形成的主要因素。安仁镇地裂缝成因机理可概化为:构造控缝、地震启缝和表水扩缝。     

西安地裂缝群特征及成因机制研究

本文依据近几年来在西安及其邻区开展地裂缝和活动断裂调查、监测所取得的大量资料,较全面、系统地总结了西安地裂缝的构造特征。在此基础上,提出了西安地裂缝“构造—重力同生机制”的成因观点。并对此进行了地质力学材料模似和数学模似分析研究,从而再现了地裂缝形成及发展演化的全过程。     

山西运城盆地大吕-白张地裂缝的基本特征与成因分析

大吕-白张地裂缝位于山西省运城盆地东南部,已破坏大量沿线的房屋、道路和农田,造成了巨大的经济损失。为探明其基本特征及成因,利用野外实地调查和槽探,基于钻探、地球物理勘探详细地描述了地裂缝的基本特征,包括平面、剖面、近地表和深部4个方面;基于区域应力基底构造分析、断裂构造条件分析和In SAR沉降监测,从孕育环境、断裂控制和抽水诱发等方面分析了地裂缝的成因机理。调查结果显示大吕-白张地裂缝位于中条山断裂和鸣条岗东侧断裂上盘,穿越8个村庄,断续延伸9. 2 km,整体走向NE45°,倾角为70°～85°。地裂缝上宽下窄,两侧地层被不同程度的错断,位错量随着深度的增加而增加,表现出同沉积断层的性质。地裂缝以垂直位错为主,兼具水平拉张,且具有沿走向的活动差异性。大吕-白张地裂缝是在多种因素共同作用下形成的,区域拉张和基底伸展导致基底破裂,为地裂缝的孕育创造了条件;构造断裂控制地裂缝的发育和活动;抽水诱发地裂缝并导致其出露地表;地表水潜蚀扩大地裂缝的活动规模并最终形成现今地裂缝。本文不仅对于运城盆地的防灾减灾具有重大意义,可为该地区的经济建设提供理论支撑。     

江苏常州横林地裂缝成因机理分析

江苏常州横林地裂缝1989年始发,是苏锡常地区最早被发现的地裂缝,整体沿NE向走向,落差100~500mm,裂缝带宽度50~350m,局部地裂缝分布和走向受古潜山控制.地裂缝空间上主要发育于古潜山的边缘及砂层与岩溶接触带,时间上其发展与地下水主采层水位下降速度加快、岩溶水水位低于第Ⅱ承压水水位的阶段相对应.综合分析推断,横林地裂缝是由地下水过度开采、基岩起伏导致的不均匀沉降,以及岩溶土洞等因素共同诱发的,兼具岩溶塌陷型与基岩潜山型特点.     

北京土沟—高丽营地裂缝成因分析

传统观点认为北京土沟—高丽营一线的地裂缝是沿黄庄—高丽营断裂带由地面沉降诱发的复合型地裂缝,且地面沉降在地裂缝位错量中贡献率较大。本文通过对槽探、物化探成果和地裂缝监测数据的综合分析,认为黄庄—高丽营断裂的活动是该地裂缝形成和发育的控制因素和主要动力,地面沉降只是加剧了地裂缝发育规模和加大了活动速率,而非诱发因素,从而得出土沟—高丽营地裂缝属构造型地裂缝这一结论。     

华北平原地下水演变机制与调控

自20世纪70年代以来,华北平原长期的地下水过量开采形成了复杂的地下水降落漏斗,并引发了一系列环境地质问题。为建立区域社会经济发展与地下水资源与环境之间的协调机制,国家973项目"华北平原地下水演变机制与调控"在大量前人研究基础上,进一步分析了近50年来地下水动力场演变特征及其对人类活动的响应,揭示了包气带结构变化影响下包气带水力参数的变化,研究了深层地下水开采引起的地面沉降、咸水移动和资源量转换机理;利用改进的地下水数值模拟技术,建立了2001—2010年华北平原地下水流数值模型,计算了最新的地下水资源量。分析了地下水资源承载力的主要影响因素,进行了华北平原地下水资源承载力定量评价,给出了华北平原地下水的优化调控途径,目前正在以高精度地下水流数值模型为核心,模拟各区的地下水优化调控方案。     

华北平原区域地下水污染评价

华北平原是我国的重要经济区,人口近1.3亿,地下水是其主要供水水源。在工业和生活污染物排放及农业施用化肥农药的影响下,地下水已遭受一定程度的污染。综合分析了地下水污染评价的各种方法后,将单因子污染指数法进行了改进,提出了单指标污染标准指数法。在华北平原开展了野外调查,采集了6 063组地下水样品,每个样品检测34 项指标。采用单因子污染标准指数法对华北平原地下水污染状况进行了评价。结果表明:华北平原35.47%采样点的地下水已受到不同程度污染,以轻污染为主,深层地下水也有一定的污染,但比浅层地下水轻,未受污染的深层地下水占87.14%。单因子污染标准指数法基本解决了区域污染评价指标之间对比问题,能够直接反映区域地下水污染情况,并为有针对性地治理地下水污染提供了依据。     

Groundwater Flow Simulation and its Application in Groundwater Resource Evaluation in the North China Plain,China

The purpose of this study is to establish a 3D groundwater flow modelling for evaluating groundwater resources of the North China Plain.First,the North China Plain was divided into three aquifers vertically through a characterization of hydrogeological conditions.Groundwater model software GMS was used for modeling to divide the area of simulation into a regular network of 164 rows and 148 lines.This model was verified through fitting of the observed and the simulated groundwater flow fields at deep and shallow layers and comparison between the observed and simulated hydrographs at 64 typical observation wells.Furthermore,water budget analysis was also performed during the simulation period(2002-2003).Results of the established groundwater flow model showed that the average annual groundwater recharge of the North China Plain during 1991 to 2003 was 256.68×10~8 m~3/yr with safe yield of groundwater resources up to 213.49×10~8 m~3/yr,in which safe yield of shallow groundwater and that of deep groundwater was up to 191.65×10~8 m~3/yr and 22.64×10~8 m~3/yr respectively.Finally,this model was integrated with proposal for groundwater withdrawal in the study area after commencement of water supply by South-North Water Transfer Project,aiming to predict the changing trend of groundwater regime.As indicated by prediction results,South-North Water Transfer Project,which is favorable for effective control of expansion and intensification of existing depression cone,would play a positive role in alleviation of short supply of groundwater in the North China Plain as well as maintenance and protection of groundwater.     

Stable Isotope Composition of Rainfall,Surface Water and Groundwater along the Yellow River

The intention of this work is to consider the stable isotopic compositions of oxygen and deuterium in rainfall, surface water and groundwater along the Yellow River in the North China Plain (NCP). This demonstrated that the δ18O values in groundwater varied from –10.17 to –6.85‰, with mean value of –8.76‰, and that the δD ranged from –68.7 to –58.0‰, with mean value of –63.4‰, respectively. The δ18O values in surface water varied from –8.36 to 1.32‰, with mean value of –6.8‰, and δD ranged from –64.4 to –35.1‰, with mean value of –57.6‰, respectively. Further, The range of Cl- values of groundwater varied from 5.9 to 340.5 mg/L and that values ranged from 30.1 to 81.9 mg/L in surface water samples and Na+ value changed from 27.4 to 321 mg/L in groundwater, while that in surface water varied from 24.8 to 50.5 mg/L. Most of the points fall below the GMWL?, but are close to the LMWL.? Therefore the results indicated that the groundwaters along the Yellow River were influenced by rainfall in heavy events and surface water.     

华北平原河道地下调蓄与利用潜力

长期超采地下水形成的华北平原浅层含水层疏干空间是利用河道进行地下调蓄增加地下水补给的有利场所。在野外调查基础上,根据水文地质条件、地下水动态资料和地表水观测统计分析得出:华北平原主要水系永定河、大清河、子牙河和漳卫南运河等河段具有良好的人工地下调蓄潜力;在相同地下水水位埋深条件下,干涸河道的渗漏率明显大于有底水条件的渗漏率,河道在无底水条件下,当地下水埋深大时,渗漏率较大;山前平原主要水系的砂层裸露及浅埋型可调蓄区面积4 703.13 km2,现状可利用调蓄库容66.28×108m3;以不引起陆表生态环境负效应为原则,拟定上限约束深度4 m,计算得出大型冲洪积扇区主要河道带现状可利用地下调蓄库容42.59×108m3,可供调节水量22.83×108m3/a,地下水补给量增加14.82×108m3/a。     

华北平原地下水演化地史特征与时空差异性研究

近万年以来华北平原地下水演化经历了百年、千年尺度的早全新世增雨、中全新世多雨和晚全新世干旱频发过程,地下水净补给与降水、蒸发及径流之间水分通量随之变化,并且在时空上呈现明显的差异性.基于全新世以来华北平原浅部地下水循环演化过程中水昔均衡,280~350 mm年降水量是阈值.当小于该阈值时,地下水系统旱现负均衡;现阶段不是区域地下水净补给最少时期,而是处于全新世多年平均水平.目前,华北平原区域地下水位不断下降是人类耗用地下水的强度远超过自然水循环的更新能力所致,急需规范人类用水行为.     

全新世以来华北平原层圈间水循环演化过程与区域地下水演变周期性

该文阐述全新世以来大气圈、岩石圈、生物圈与水圈之间水文循环过程中水分通量的演化规律,揭示了近百年来人类活动对层圈之间水分通量变化的干扰作用,并依据全新世时期千年尺度和百年尺度水文循环演化的特点,分析和预测了华北平原区域地下水演变的周期性和未来30~50 a趋势.     

人类活动影响下华北平原地下水环境的演化与发展

本文是研究华北平原第四系地下水系统在自然条件关叠加人为因素影响的地下水动力场和地下水水水化学场演化与发展的综合性环境地学课题的成果。主要研究地下水民带气与外部环境要素间物质与能量的传输；地下水地球化学环境演化规律；华北平原地下水超量开采区的地下水系统循环系统及其演变规律和地下水环境演化预测。     

华北平原气候时空演变特征

地下水是华北平原主要的供水水源,大气降水入渗补给又是该区地下水的主要补给,因此研究气候时空演变特征对于深入剖析气候变化对其地下水资源的影响具有重要意义。依据中国18个地面气候站1951-2011年逐日气候观测资料,剖析华北平原气候时空演变特征。结果表明:华北平原近60年最低气温显著升高,最高气温基本稳定,平均气温明显升高;空间上呈由西南向东北逐渐降低、由沿海向内陆增高的趋势。降水量总体呈逐渐减少趋势,空间上由山前向滨海逐渐减弱后增强;对比分析典型极端丰枯水年的降水分布特征,不同降水年空间分布差异显著。水面蒸发量整体呈下降趋势,空间上南、北部大于中部。华北平原气候总体向暖干化方向发展,两次突变主要发生在20世纪60年代中期和70年代初。气候变化和人类活动是影响地下水资源的两个重要因素,极端气候则加强了对地下水的影响。因此,定量区分气候变化与人类活动对地下水的影响是有待进一步深入探讨的问题。     

华北东部平原浅层高矿化弱渗透地下水的开发技术示范研究

开发利用华北东部低海拔平原浅层弱渗透含水层地下水,是挖掘水土资源潜力与提高光热生物环境资源利用水平的关键问题。通过借鉴国内外经验和现场勘查设计施工,在天津、沧州、衡水和济阳等地成功建立了"抽咸换淡辐射井"、"河水-雨洪水-潜水循环利用井"、"虹吸连通增采井"等不同类型示范工程,取得了在低成本条件下的良好效果。这既解决了淡水、微咸水、甚至是咸水地区的农业灌溉用水问题,也使浅层咸水大规模改造利用成为可能,为合理开发利用水土资源开辟了一条可行的途径。