摘要
平原区隐伏活动断层是我国许多发达城市潜在的致灾地质因素,在地震发生时往往沿活动断层的破坏最为严重,而且断层活动还会诱发地裂缝、坍塌、地面沉降等地质灾害,严重威胁城市地质安全。因此,开展隐伏活动断层的几何位置、运动方式、活动性质及其控灾效应研究具有重要的理论意义和工程实际应用价值。顺义隐伏活动断裂是北京平原区隐伏全新世活动断裂,查清其活动性,揭示其诱发地裂缝、地面沉降等地质灾害的机理,可为首都北京国土空间规划和城市防灾减灾提供地质依据和科学指导。主要研究成果和认识如下:1、北京顺义隐伏活动断裂为全新世活动断裂,走向NE45°,倾向SE,倾角75°。第四纪以来活动性存在明显时空差异:在时间上,全新世以来活动性最强;在空间上,全新世以来顺义隐伏活动断裂南段的活动性较北段强,主要表现为南段孙河一带和北段北小营地带全新世以来垂直活动速率分别为1.90mm/a和0.51mm/a。依据Byerlee断层滑动失稳摩擦准则,定量计算顺义隐伏活动断裂断层面上的剪应力与正应力比值(μ值)均大于0.5,且总体上呈增加趋势,反映断裂活动强度增大。2、顺义地区地裂缝方向主要沿顺义隐伏活动断裂走向展布,影响宽度30~100m不等。地裂缝主要呈拉张兼具顺时针扭动破坏形式,与顺义隐伏活动断裂活动方式一致。2011年以来首都某机场地裂缝变形破坏总体呈加剧趋势,和顺义隐伏活动断裂蠕滑活动性加强相关。2017~2018年首都某机场地裂缝监测显示,水平拉伸位移总体上处于增加状态,剪切变形有缓慢增加趋势,地裂缝呈顺时针扭动变形破坏,地裂缝上盘(南东盘)处于下降趋势,地裂缝的月平均水平拉伸位移变化速率约为1.7mm,其中2018年8月变形量最大,达到15.52mm。3、顺义隐伏活动断裂对顺义地区地裂缝具有控制作用,地裂缝多分布在顺义隐伏活动断裂地表出露处或者其影响范围内,地裂缝的活动方式及活动秩序也和顺义隐伏活动断裂活动性一致,全新世以来顺义隐伏活动断裂南段比北段活动性强,可能是顺义地区地裂缝由北向南扩展的原因。当太平洋板块俯冲作用较强或突变时,中国华北地区近地表东西向纵张作用较强,近地表为东西向拉张效应,顺义隐伏活动断裂活动强度也随之增强,反之减弱。同时地下水抽取、飞机动荷载、第四系沉积压实等也可能诱发地裂缝活动加剧。4、地裂缝三维数值模拟和物理模型试验表明:地裂缝影响带宽度40~70m,在断裂上盘形成凹坑、拉裂缝,在断裂下盘被挤压隆起;机场跑道竖向沉降位移整体呈现自下盘至上盘逐渐增大的趋势,当顺义隐伏活动断裂在基岩正断错动1cm(原型50cm)时,可诱发地表产生0.6cm(原型30cm)正断效应的地裂缝;中跑道下穿道顶部下盘纵向拉应变随竖向位移的逐渐增大而增大,在竖向位移为4cm时达到最大。建议首都某机场地裂缝沿线构(建)筑物最小安全避让距离为距断层上盘50m,下盘20m,同时采用高强度柔性材料、减小盖板尺寸等措施防治地裂缝灾害;开展首都某机场地裂缝变形监测,构建光纤、地应力等动态监测预警系统,为机场安全运营及防灾减灾提供支撑服务。