裂缝带

气象环境学术语

裂缝带是地表岩层、土体在自然因素(地壳活动、水的作用等)或人为因素(抽水、灌溉、开挖等)作用下产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝区域的一种地质现象。有时地裂缝活动同地震活动有关，或为地震前兆现象之一，或为地震在地面的残留变形区域，后者又称地震裂缝带。裂缝带常常直接影响城乡经济建设和群众生活。当这种现象发生在有人类活动的地区时，便可成为一种地质灾害。

定义

裂缝带是地表岩层、土体在自然因素(地壳活动、水的作用等)或人为因素(抽水、灌溉、开挖等)作用下产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝区域一种地质现象。

内容

裂缝带的形成原因复杂多样。地壳活动、水的作用和部分人类活动是导致地面开裂的主要原因。

凡属构造性地裂缝都有三向变形位移，即垂直沉降(倾滑)、水平张裂、水平扭动(顺扭或反扭)。三向变形中在不同的地裂缝有不同的比值，地震裂缝带以水平扭动为主，次为倾滑量，张裂量最小；构造地裂缝带有的以水平位移为主，有的以倾滑为主；城市裂缝带以沉降为主，张裂次之，水平扭动量最小。地裂缝运动机制是以长期蠕滑运动为主，但也问有短期黏滑机制。裂缝带有周期性，有活动高潮期，也有活动问歇期，其活动速率有显著的差异。其中城市地裂缝由于受环境工程地质条件变化的影响，其活动性呈现有季节性周期变化，冬季活动速率大，夏季小，多呈现一年一周期。一个地区的地裂缝，不同的地裂缝有不同的活动速率，同一条地裂缝各段的活动速率有显著差别，可以分区分段进行评价。地裂缝活动的今后发展趋势主要是两端沿走向方向扩展破裂延伸，横向破裂不明显。

在煤矿开采上，岩层破断后，岩块仍然排列整齐的区域即为裂缝带。它位于冒落带之上，由于排列比较整齐，因此碎胀系数较小。关键层破断块体有可能形成“砌体梁”结构。垮落带与裂缝带合称“两带”，又称为“导水裂缝带”，意指上覆岩层含水层位于“两带”范围内，将会导致岩体水通过岩体破断裂缝流入采空区和回采工作面。 “两带”高度和岩性与煤层采高有关，覆岩岩性越坚硬，“两带”高度越大。一般情况下，对于软弱岩层，其“两带”高度为采高的9～12倍，中硬岩层为12～18倍，坚硬岩层为18～28倍。准确地确定“两带”高度，对解决水体下采煤问题及下解放层开采瓦斯突出煤层有特别重要的意义。

在滑坡地质灾害研究中，由于滑坡体向前、向下移动而产生在滑坡后缘位置的主要裂缝呈断续状，随着发展最终连成一整条裂缝带。这条裂缝带又称主裂缝，它是滑坡发生的标志。岩质滑坡和土质滑坡的拉胀裂缝形状不尽相同，岩质滑坡的后缘裂缝呈锯齿形或直线形，而岩质滑坡的后缘裂缝呈弧形。后缘裂缝的长度、宽度、深度也都因滑坡的移动距离、偏移方向，滑坡体厚度的不同而各有差异。在主裂缝前后还可以见到一些拉张裂缝，前后不同的拉张裂缝所标志的情况也不同，位于前方的为滑坡体分级解体的标志，位于后方的标志的是滑坡后壁上岩土体的松动和失稳。

滑坡体的中部和前部的两侧易形成剪切裂缝，其形成原因是滑坡体移动时与两侧的稳定坡体产生的剪切作用。初期的剪切裂缝形状呈“x”形，且众多的“X”形裂缝以雁行状排列。随着滑坡发育逐渐成熟，最终会在滑坡体两侧各发育成一条剪切裂缝带。

特征

地裂缝带一般产生在第四系松散沉积物中，与地面沉降不同，裂缝带的分布没有很强的区域性规律，成因也比较多。地裂缝的特征主要表现为发育的方向性、延展性和灾害的不均一性和渐进性。

①裂缝带发育的方向性与延展性

裂缝带中的裂缝常沿一定方向延伸，在同一地区发育的多条裂缝带延伸方向大致相同。裂缝带造成的建筑物开裂通常由下向上蔓延，以横跨地裂缝或与其成大角度相交的建筑物破坏最为强烈。

地裂缝灾害在平面上多呈带状分布。从规模上看，裂缝带中的多数裂缝的长度为几十米至几百米，长者可达几公里。宽度在几厘米到几十厘米之间，最宽者可达1m以上；裂缝两侧垂直落差在几厘米至几十厘米，大者可达1m以上，但也没有垂直落差者。平面上裂缝带一般呈直线状、雁行状或锯齿状；剖面上多呈弧线、V形或放射状。

②裂缝带灾害的非对称性和不均一性

裂缝带以相对差异沉降为主，其次为水平拉张和错动。裂缝带的灾害效应在横向上由主裂缝向两侧致灾强度逐渐减弱，而且地裂缝两侧的影响宽度以及对建筑物的破坏程度具有明显的非对称性。如大同铁路分局裂缝带的南侧影响宽度明显比北侧的影响宽度大。同一条裂缝带的不同部位，裂缝带活动强度及破坏程度也有差别，在转折和错列部位相对较重，显示出不均一性。如西安大雁塔裂缝带，其东段的活动强度最大，塌陷灾害最严重，中段灾害次之，西段的破坏效应很不明显。在剖面上，危害程度自下而上逐渐加强，累计破坏效应集中于地基基础与上部结构交接部位的地表浅部几十米深的范围内。

③灾害的渐进性

地裂缝灾害是因裂缝带的缓慢蠕动扩展而逐渐加剧的。因此，随着时间的推移，其影响和破坏程度日益加重，最后可能导致房屋及建筑物的破坏和倒塌。

④裂缝带灾害的周期性

裂缝带活动受区域构造运动及人类活动影响，因此，在时间序列上往往表现出一定的周期性。当区域构造活动强烈或人类过量抽取地下水时，裂缝带活动加剧，致灾作用增强；反之，则减弱。

防治措施

不合理的人类工程活动都有可能加剧或引发地裂缝的活动和发育，即使是构造成因的裂缝带，也往往是由于人类不合理的工程活动才加速了裂缝带的开启和发育，造成对建筑物的破坏。因此，加强地裂缝区的工程地质勘察工作，调整对地裂缝产生影响的人类工程活动，可有效地减轻或防止地裂缝灾害的产生。

①限制或适量开采地下水。现代化城市的高速发展需要大量地开采地下水，造成地面沉降、塌陷，从而引起部分地表土层开裂，产生环形裂缝；过量开采地下水还可诱发和加剧其他类型的地裂缝活动。如西安、大同的基底断裂活动裂缝、鲁西南一些地区的软土胀缩裂缝活动和加剧都与地下水的大量开采有关。因此，大城市地区应制订出合理的地下水开采方案，并积极寻找新的水源，可以有效地缓解和防止地裂缝灾害的发生。

②松散土层湿陷区疏排地表水。不良土体地区地表渗水会引起或加剧土体中水的潜蚀、冲刷等作用，从而产生或加剧地裂缝活动。因此，避免在不良土体区建造水库、并注意疏排地表水，是减轻湿陷裂缝灾害的有效措施。

③夯实加固地裂缝。对已有的裂缝进行回填、夯实等，改善地裂区土体的性质。

④合理开采地下矿产资源。在地下矿产资源的开采中，适当增大、增多预留保安矿柱，城区应限制开采量和开采区域，可大大减轻矿区地裂缝灾害。

影响与应用

通过沿地裂缝展布区进行详细的地质调查和地质填图，分析清徐地裂缝灾害的主要特点。根据调查结果，按照通用受灾体经济损失计算方法，折算出地裂缝对清徐造成的直接经济损失。结果表明：清徐地裂缝灾害有如下主要特点：(1).地裂缝灾害的衡生性；(2).地裂缝灾害的三维破坏；(3).地裂缝破坏的有限性；(4).地裂缝成灾过程的渐发性。清徐构造地裂缝造成1 973间房屋严重破坏，3 460间房屋中等破坏，4 050间房屋轻微破坏，房屋经济损失约1.168 65亿元；约使1 090余亩耕地失去了灌溉功能(由水浇地变为旱地或成为荒地)，耕地经济损失约218万元；对公路造成三处破坏段，道路经济损失约870万元。清徐构造地裂缝带造成的直接经济损失约1.278 45亿元。

裂微地震监测中的裂缝成像方法

微地震监测是页岩气储层水力压裂改造过程中的关键配套技术，但目前国内微地震监测技术还不能直观描绘水力压裂改造储层的裂缝网络。为此，将地面微地震层析成像和细化算法相结合，提出了一种人工压裂裂缝反演方法——细化地震发射层析成像方法 (TSET)，即将图像处理中的骨架提取算法引入到地面微地震监测结果中，提取能量最强位置的骨架结构来反演压裂裂缝的位置及形态。将该方法应用于河南中牟页岩气区块MY1井的水力压裂微地震监测：(1)对原始微地震数据进行滤波，应用基于Semblance算法的地震发射层析成像(SET)技术对微地震数据进行处理，得到压裂区域储层的能量叠加结果；(2)采用克里格网格化将能量图插值为连续的图像，并对网格化结果进行奇异值分解

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