裂縫帶

裂縫帶是地表岩層、土體在自然因素(地殼活動、水的作用等)或人為因素(抽水、灌溉、開挖等)作用下產生開裂，並在地面形成一定長度和寬度的裂縫區域一種地質現象。 ^[1] 

裂縫帶的形成原因複雜多樣。地殼活動、水的作用和部分人類活動是導致地面開裂的主要原因。

凡屬構造性地裂縫都有三向變形位移，即垂直沉降(傾滑)、水平張裂、水平扭動(順扭或反扭)。三向變形中在不同的地裂縫有不同的比值，地震裂縫帶以水平扭動為主，次為傾滑量，張裂量最小；構造地裂縫帶有的以水平位移為主，有的以傾滑為主；城市裂縫帶以沉降為主，張裂次之，水平扭動量最小。地裂縫運動機制是以長期蠕滑運動為主，但也問有短期黏滑機制。裂縫帶有周期性，有活動高潮期，也有活動問歇期，其活動速率有顯著的差異。其中城市地裂縫由於受環境工程地質條件變化的影響，其活動性呈現有季節性週期變化，冬季活動速率大，夏季小，多呈現一年一週期。一個地區的地裂縫，不同的地裂縫有不同的活動速率，同一條地裂縫各段的活動速率有顯著差別，可以分區分段進行評價。地裂縫活動的今後發展趨勢主要是兩端沿走向方向擴展破裂延伸，橫向破裂不明顯。 ^[2] 

在煤礦開採上，岩層破斷後，巖塊仍然排列整齊的區域即為裂縫帶。它位於冒落帶之上，由於排列比較整齊，因此碎脹係數較小。關鍵層破斷塊體有可能形成“砌體梁”結構。垮落帶與裂縫帶合稱“兩帶”，又稱為“導水裂縫帶”，意指上覆岩層含水層位於“兩帶”範圍內，將會導致巖體水通過巖體破斷裂縫流入採空區和回採工作面。 “兩帶”高度和巖性與煤層採高有關，覆巖巖性越堅硬，“兩帶”高度越大。一般情況下，對於軟弱岩層，其“兩帶”高度為採高的9～12倍，中硬岩層為12～18倍，堅硬岩層為18～28倍。準確地確定“兩帶”高度，對解決水體下采煤問題及下解放層開採瓦斯突出煤層有特別重要的意義。 ^[3] 

在滑坡地質災害研究中，由於滑坡體向前、向下移動而產生在滑坡後緣位置的主要裂縫呈斷續狀，隨着發展最終連成一整條裂縫帶。這條裂縫帶又稱主裂縫，它是滑坡發生的標誌。巖質滑坡和土質滑坡的拉脹裂縫形狀不盡相同，巖質滑坡的後緣裂縫呈鋸齒形或直線形，而巖質滑坡的後緣裂縫呈弧形。後緣裂縫的長度、寬度、深度也都因滑坡的移動距離、偏移方向，滑坡體厚度的不同而各有差異。在主裂縫前後還可以見到一些拉張裂縫，前後不同的拉張裂縫所標誌的情況也不同，位於前方的為滑坡體分級解體的標誌，位於後方的標誌的是滑坡後壁上岩土體的鬆動和失穩。

滑坡體的中部和前部的兩側易形成剪切裂縫，其形成原因是滑坡體移動時與兩側的穩定坡體產生的剪切作用。初期的剪切裂縫形狀呈“x”形，且眾多的“X”形裂縫以雁行狀排列。隨着滑坡發育逐漸成熟，最終會在滑坡體兩側各發育成一條剪切裂縫帶。 ^[4] 

地裂縫帶一般產生在第四系鬆散沉積物中，與地面沉降不同，裂縫帶的分佈沒有很強的區域性規律，成因也比較多。地裂縫的特徵主要表現為發育的方向性、延展性和災害的不均一性和漸進性。

①裂縫帶發育的方向性與延展性

裂縫帶中的裂縫常沿一定方向延伸，在同一地區發育的多條裂縫帶延伸方向大致相同。裂縫帶造成的建築物開裂通常由下向上蔓延，以橫跨地裂縫或與其成大角度相交的建築物破壞最為強烈。

地裂縫災害在平面上多呈帶狀分佈。從規模上看，裂縫帶中的多數裂縫的長度為幾十米至幾百米，長者可達幾公里。寬度在幾釐米到幾十釐米之間，最寬者可達1m以上；裂縫兩側垂直落差在幾釐米至幾十釐米，大者可達1m以上，但也沒有垂直落差者。平面上裂縫帶一般呈直線狀、雁行狀或鋸齒狀；剖面上多呈弧線、V形或放射狀。

②裂縫帶災害的非對稱性和不均一性

裂縫帶以相對差異沉降為主，其次為水平拉張和錯動。裂縫帶的災害效應在橫向上由主裂縫向兩側致災強度逐漸減弱，而且地裂縫兩側的影響寬度以及對建築物的破壞程度具有明顯的非對稱性。如大同鐵路分局裂縫帶的南側影響寬度明顯比北側的影響寬度大。同一條裂縫帶的不同部位，裂縫帶活動強度及破壞程度也有差別，在轉折和錯列部位相對較重，顯示出不均一性。如西安大雁塔裂縫帶，其東段的活動強度最大，塌陷災害最嚴重，中段災害次之，西段的破壞效應很不明顯。在剖面上，危害程度自下而上逐漸加強，累計破壞效應集中於地基基礎與上部結構交接部位的地表淺部幾十米深的範圍內。

③災害的漸進性

地裂縫災害是因裂縫帶的緩慢蠕動擴展而逐漸加劇的。因此，隨着時間的推移，其影響和破壞程度日益加重，最後可能導致房屋及建築物的破壞和倒塌。

④裂縫帶災害的週期性

裂縫帶活動受區域構造運動及人類活動影響，因此，在時間序列上往往表現出一定的週期性。當區域構造活動強烈或人類過量抽取地下水時，裂縫帶活動加劇，致災作用增強；反之，則減弱。 ^[1] 

不合理的人類工程活動都有可能加劇或引發地裂縫的活動和發育，即使是構造成因的裂縫帶，也往往是由於人類不合理的工程活動才加速了裂縫帶的開啓和發育，造成對建築物的破壞。因此，加強地裂縫區的工程地質勘察工作，調整對地裂縫產生影響的人類工程活動，可有效地減輕或防止地裂縫災害的產生。

①限制或適量開採地下水。現代化城市的高速發展需要大量地開採地下水，造成地面沉降、塌陷，從而引起部分地表土層開裂，產生環形裂縫；過量開採地下水還可誘發和加劇其他類型的地裂縫活動。如西安、大同的基底斷裂活動裂縫、魯西南一些地區的軟土脹縮裂縫活動和加劇都與地下水的大量開採有關。因此，大城市地區應制訂出合理的地下水開採方案，並積極尋找新的水源，可以有效地緩解和防止地裂縫災害的發生。

②鬆散土層濕陷區疏排地表水。不良土體地區地表滲水會引起或加劇土體中水的潛蝕、沖刷等作用，從而產生或加劇地裂縫活動。因此，避免在不良土體區建造水庫、並注意疏排地表水，是減輕濕陷裂縫災害的有效措施。

③夯實加固地裂縫。對已有的裂縫進行回填、夯實等，改善地裂區土體的性質。

④合理開採地下礦產資源。在地下礦產資源的開採中，適當增大、增多預留保安礦柱，城區應限制開採量和開採區域，可大大減輕礦區地裂縫災害。 ^[5] 

通過沿地裂縫展布區進行詳細的地質調查和地質填圖，分析清徐地裂縫災害的主要特點。根據調查結果，按照通用受災體經濟損失計算方法，折算出地裂縫對清徐造成的直接經濟損失。結果表明：清徐地裂縫災害有如下主要特點：(1).地裂縫災害的衡生性；(2).地裂縫災害的三維破壞；(3).地裂縫破壞的有限性；(4).地裂縫成災過程的漸發性。清徐構造地裂縫造成1 973間房屋嚴重破壞，3 460間房屋中等破壞，4 050間房屋輕微破壞，房屋經濟損失約1.168 65億元；約使1 090餘畝耕地失去了灌溉功能(由水澆地變為旱地或成為荒地)，耕地經濟損失約218萬元；對公路造成三處破壞段，道路經濟損失約870萬元。清徐構造地裂縫帶造成的直接經濟損失約1.278 45億元。 ^[6] 

微地震監測是頁岩氣儲層水力壓裂改造過程中的關鍵配套技術，但目前國內微地震監測技術還不能直觀描繪水力壓裂改造儲層的裂縫網絡。為此，將地面微地震層析成像和細化算法相結合，提出了一種人工壓裂裂縫反演方法——細化地震發射層析成像方法 (TSET)，即將圖像處理中的骨架提取算法引入到地面微地震監測結果中，提取能量最強位置的骨架結構來反演壓裂裂縫的位置及形態。將該方法應用於河南中牟頁岩氣區塊MY1井的水力壓裂微地震監測：(1)對原始微地震數據進行濾波，應用基於Semblance算法的地震發射層析成像(SET)技術對微地震數據進行處理，得到壓裂區域儲層的能量疊加結果 ；(2)採用克里格網格化將能量圖插值為連續的圖像，並對網格化結果進行奇異值分解降噪(SVD)；(3)應用細化算法提取疊加能量圖的骨架結構，得到能直觀顯示的水力壓裂裂縫或裂縫帶成像結果。結論認為：(1)水力壓裂活動可以改變天然裂縫的應力狀態，即激活天然裂縫並在遠離作業井段部位誘發破裂，在壓裂液無法到達的部位形成新的"誘發破裂裂縫"；(2)當壓裂裂縫與天然裂縫方向平行或近於平行時，天然裂縫對人工壓裂裂縫會產生延伸誘導作用，反之則產生屏障阻隔作用。 ^[7]