(Instituto de Investigación del Servicio Geológico Provincial de Jiangsu, Nanjing, Jiangsu, 210018)
Desde la década de 1980, la economía nacional en la región de Suzhou-Wuxi-Changzhou se ha desarrollado rápidamente, pero la sobreexplotación de los recursos de aguas subterráneas lo ha dañado. Sin un entorno geológico equilibrado, ha provocado una serie de desastres geológicos como hundimientos del suelo, fisuras del suelo y acumulación de agua. En particular, el hundimiento desigual del suelo se ha desarrollado rápidamente y es destructivo. causando inestabilidad e impactos negativos en la sociedad. Este artículo se centra en estudiar el mecanismo de formación de fisuras del suelo para predecir mejor las fisuras del suelo y lograr el propósito de reducción y prevención de desastres.
Palabras clave: Investigación sobre las fisuras del suelo en el área de Suchang
Desde la reforma y apertura, la economía del área de Suchang se ha desarrollado a pasos agigantados y ahora se ha convertido en una de las más áreas desarrolladas en las zonas costeras orientales de mi país. Sin embargo, en comparación con el rápido desarrollo de la construcción económica en la región de Suzhou-Wuxi-Changzhou, la protección del medio ambiente obviamente va a la zaga, especialmente la falta de conciencia sobre la protección del medio ambiente geológico. La sobreexplotación a largo plazo de los recursos de aguas subterráneas ha provocado desastres geológicos regionales por hundimiento de la tierra.
El hundimiento del suelo en el área de Suzhou-Wuxi-Changzhou se produjo principalmente en los últimos 30 años, primero en la ciudad central y luego en los condados y ciudades periféricos, lo que es básicamente consistente con la historia de la explotación de aguas subterráneas. Antes de mediados de la década de 1980, ocurría principalmente en las tres ciudades centrales y en el área de Xixi. Después de mediados de la década de 1980, con la expansión del área de extracción de aguas subterráneas y el repentino aumento de la intensidad minera año tras año, el problema del hundimiento del terreno también se ha expandido rápidamente a la región (Figura 1), y el grado de ocurrencia se ha vuelto cada vez mayor. grave (Tabla 1).
Figura 1 Diagrama de desarrollo y cambio del hundimiento del terreno en Suzhou, Wuchang y Changzhou
El área del hundimiento acumulativo actual superior a 200 mm es de casi 6000 km2, lo que representa la mitad del área total de la llanura de Suchang, y la línea de contorno de 500 mm es continua. Rodeando tres ciudades centrales, cubre un área de más de 1.500 km2.
Al mismo tiempo, en el proceso de hundimiento del terreno regional, debido a la existencia de condiciones geológicas específicas (montañas enterradas en lechos de roca, antiguas terrazas funerarias, distribución desigual de las capas de arena portadoras de agua, etc.) y la minería artificial irrazonable de aguas subterráneas En algunas áreas del área de Suchang, el desastre geológico del hundimiento desigual del suelo se ha desarrollado y se ha manifestado en forma de fisuras en la superficie del suelo. Destruyó edificios terrestres y tuberías subterráneas, afectando gravemente al desarrollo sostenible de la economía local.
Tabla 1 Tabla estadística del desarrollo de hundimiento del terreno y cambios en las áreas de Suzhou, Wuxi y Changzhou
Las fisuras del suelo en el área de Suchang aparecieron por primera vez a finales de los años 1980 y alcanzaron su punto máximo en los años 1990. También se sucedieron uno tras otro a principios de este siglo.
1 Características de distribución y desarrollo de las fisuras del suelo
La distribución y el desarrollo de las fisuras del suelo en el área de Suzhou-Wuxi-Changzhou son regulares en el espacio y el tiempo.
Características de distribución espacial de 1.1
(1) Características planas
Las formas planas de los desastres geológicos de fisuras terrestres en el área de Suchang incluyen líneas lineales, rectas y curvas, salvajes. tipo ganso, etc. Las zonas de falla con un cierto ancho se distribuyen principalmente a ambos lados de la falla principal, generalmente menos de 100 m, y las fisuras del suelo se extienden desde decenas de metros hasta miles de metros.
(2) Características del perfil
Los perfiles de peligro geológico de las fisuras del suelo en Suzhou, Wuxi y Changzhou generalmente no están claros. En su mayoría, están entrecruzados hacia arriba y hacia abajo en ambos lados. las grietas, con fisuras en el suelo en forma de escarpes o escalonadas que se forman en la superficie, algunas son grietas en forma de "V", el ancho de la grieta en la superficie es generalmente de aproximadamente 2 ~ 80 mm y la profundidad de la grieta visible es generalmente de aproximadamente 20 ~ 40 cm. Después de la excavación del perfil y la medición de las ondas geofísicas de superficie (SWS) del desastre de la falla costa-tierra causado por la Bahía de Shitang en la ciudad de Wuxi, se demostró que la profundidad de la fractura en el perfil de excavación era de 3 m (Figura 2), y la onda superficial Los resultados de la exploración mostraron que ambos lados del estrato cuaternario con la misma falla se ven afectados por cortes de hasta 36 m. Según el análisis de los resultados de la exploración sísmica tridimensional, la profundidad de influencia de las fisuras del suelo puede alcanzar la superficie del lecho rocoso y la profundidad de influencia puede alcanzar entre 60 y 80 m.
(3) Características direccionales
La distribución y el desarrollo de los peligros geológicos de fisuras terrestres en el área de Suchang tienen una direccionalidad obvia, principalmente en dirección noreste o noroeste. También hay algunos desastres de fisuras terrestres distribuidos en un anillo. Después del análisis estadístico de la dirección de desarrollo de las grietas, la dirección no es obvia (Figura 3).
Figura 2 Diagrama esquemático de las causas de las fisuras del suelo en ambos lados de la bahía de Shitang en Wuxi
Figura 3 Diagrama de rosas de la dirección de desarrollo de las fisuras del suelo en la aldea de Zhounan, ciudad universitaria de Changzhou
Características de desarrollo temporal de 1,2
Según las estadísticas del tiempo de desarrollo de fisuras terrestres en el área de Suzhou-Wuxi-Changzhou, existe una clara correlación con el período pico de la desarrollo de desastres por hundimiento del terreno en la zona. Las fisuras del terreno en la zona se originaron en 1989. Durante los siguientes 20 años, se produjeron grietas en el suelo casi todos los años.
El período pico fue la década de 1990, especialmente 1995. Hay 6 fisuras en el suelo en esta área y hay una tendencia a desacelerarse a principios de este siglo.
1.3 Diferentes tipos de fisuras del suelo aparecen bajo diferentes condiciones geológicas del fondo.
Los diferentes entornos geológicos son factores intrínsecos en la generación de fisuras del suelo. Por lo tanto, en áreas donde se desarrollan colinas enterradas, antiguas terrazas enterradas y acantilados de lecho rocoso enterrados, generalmente se desarrollan fisuras lineales del suelo y tienen un cierto grado de extensibilidad, como la zona de fisuras del suelo Changjing-Tanghe-Zhangjing Yangshuli en Jiangyin. . En los sedimentos cuaternarios sobre la capa minera principal de agua subterránea, donde las diferencias de sedimentación son obvias, a menudo se forman fisuras semicirculares del suelo relacionadas con diferencias en la estructura del suelo debido a la influencia de factores de descarga de agua subterránea, como el desastre de la fisura del suelo de Caoqiao en la ciudad de Changzhou. En áreas donde las principales capas de arena que contienen agua en los sedimentos cuaternarios no están desarrolladas o están poco desarrolladas, la gente suele utilizar el método de extracción integral de los acuíferos superior e inferior para extraer recursos de agua subterránea, y luego el nivel del agua subterránea en algunas áreas forma un embudo descendente local, que provoca el gradiente hidráulico en algunas áreas. La caída pronunciada producirá desastres de fisuras anulares del suelo en la superficie, como los desastres de fisuras del suelo en la aldea de Zhounan, ciudad universitaria de Changzhou.
1.4 Las fisuras del suelo tienen las características del desarrollo sostenible.
Las fisuras del suelo en el área de Suzhou-Wuxi-Changzhou tienen las características de un desarrollo continuo dentro de un cierto período de tiempo. Generalmente aparecen en la temporada de inundaciones o al comienzo de la temporada de lluvias. Una vez formados, continúan cayendo a lo largo de la superficie de la falla y se intensifican, lo que constituye un estado de desarrollo inestable. Según los estudios de campo, todavía hay cinco fisuras terrestres en el área de Suchang que se caracterizan por un mayor desarrollo, 15 fisuras terrestres se encuentran en una etapa de desarrollo relativamente estable y cinco se encuentran en una etapa estable.
Investigación sobre el mecanismo de formación de fisuras del suelo
Los principales factores que afectan la formación de fisuras del suelo en las áreas de Suzhou, Wuxi y Chang son: condiciones geológicas objetivas de fondo (características de ondulación del lecho rocoso superficie, litología del lecho rocoso, antiguas terrazas funerarias, diferencias en la estructura estratigráfica del Cuaternario, características estructurales de los acuíferos, etc.) y los efectos destructivos de la sobreexplotación desordenada y excesiva de los recursos de agua subterránea por parte de los seres humanos con fines de desarrollo económico. Los mecanismos de formación de diferentes tipos de fisuras del suelo son el resultado de la interacción de diferentes factores que influyen en diferentes regiones y diferentes condiciones geológicas de fondo.
2.1 Tipos de cerros enterrados
El hundimiento del terreno se debe principalmente a una combinación de factores externos como las diferencias estratigráficas del Cuaternario en la zona, las antiguas ondulaciones del basamento y la sobreexplotación de las aguas subterráneas. La sobreexplotación a largo plazo del agua subterránea hace que la carga de agua de la arena del acuífero y del depósito subterráneo disminuya, lo que hace que la propia arena del acuífero y la capa de suelo suprayacente liberen agua y se compriman, provocando el hundimiento del suelo cuando las diferencias estructurales de la propia capa de suelo; o la fluctuación de la base sedimentaria y otras condiciones geológicas ambientales son desiguales, se producirá un asentamiento diferencial obvio durante el asentamiento del suelo causado por la compresión del suelo, formando tensión de tracción lateral en el suelo cuando la tensión de tracción lateral alcanza o excede la resistencia a la tracción máxima de; En el suelo, aparecerán grietas en la superficie. Los desastres se manifiestan en forma de desastres (Figura 4).
Figura 4 Modelo geológico de formación de fisuras en el suelo en colinas enterradas en lecho rocoso
2.2 Minería integral de agua subterránea
Existen pozos profundos con minería concentrada cerca de la zona de la fisura Y el volumen de minería es grande. Los acuíferos confinados primario, secundario y terciario se utilizan como recurso hídrico para la minería. Debido al subdesarrollo de los acuíferos confinados ⅱ y ⅲ, los niveles de agua de los acuíferos confinados ⅱ y ⅲ en el área han caído a -60 ~ -70 m. La principal capa minera de los pozos profundos es principalmente el acuífero confinado ⅰ cerca de la superficie. En el contenido de agua del agua subterránea en el área, las capas están conectadas hacia arriba y hacia abajo, especialmente en aguas poco profundas (agua sumergible, confinada I), el nivel del agua cae bruscamente, formando un embudo de caída del nivel del agua local centrado en el pozo profundo (Figura 5). Esto es causado por la deformación por compresión de capas de suelo blando y capas de arena confinadas que contienen agua cerca de la superficie. I La capa de agua confinada tiene las características de enterramiento poco profundo, partículas finas y poca permeabilidad. Bajo la influencia de una fuerte minería, las partículas de sedimento se pierden con el agua subterránea y las partículas de arena se reorganizan para formar una caída pronunciada del nivel del agua en forma de embudo. El gradiente hidráulico es grande, lo que a menudo conduce a desastres geológicos como el asentamiento desigual del suelo.
Figura 5 Modelo geológico de formación de fisuras en el suelo para la explotación integral de aguas subterráneas
2.3 Diferentes tipos de estructura del suelo
Las estructuras sedimentarias cuaternarias cercanas a la superficie en la fisura del suelo El área de desarrollo es obvia, especialmente debajo de la capa superficial de suelo duro, hay una capa de suelo blando altamente compresible (capa de arcilla limosa) con espesor desigual, y el índice de licuefacción, la proporción de vacíos naturales y el coeficiente de permeabilidad de la capa de arcilla limosa son relativamente grandes. . Cuando llegan años con menos precipitaciones, las condiciones de recarga de agua subterránea son malas. Debido a la sobreexplotación a largo plazo, la carga de agua subterránea cae bruscamente, lo que hace que el suelo blando altamente compresible libere agua con fuerza, lo que genera deformaciones plásticas, lo que provoca un asentamiento continuo del suelo y, en última instancia, induce al suelo. Desastres de fisuras (Figura 6).
Figura 6 Modelo geológico para la formación de fisuras en el suelo con diferentes estructuras de suelo
2.4 Tipos de terrazas enterradas
El mecanismo de formación de fisuras en el suelo es similar al lecho de roca El tipo de colina enterrada se debe principalmente a los efectos combinados de factores externos como antiguas terrazas funerarias o acantilados de lecho rocoso (con características de distribución lineal), diferencias estratigráficas cuaternarias y sobreexplotación de aguas subterráneas en la zona. La sobreexplotación a largo plazo de las aguas subterráneas hace que la carga de agua de la arena del acuífero y de los depósitos subterráneos disminuya, lo que hace que la propia arena del acuífero y la capa de suelo suprayacente liberen agua y se compriman, provocando hundimientos del suelo en el borde de las terrazas enterradas o los acantilados de roca; La compresión del suelo causa características obvias de distribución lineal. El hundimiento diferencial del suelo se manifiesta en forma de desastres lineales de fisuras del suelo en la superficie (Figura 7).
Figura 7 Modelo geológico de formación de fisuras en el suelo de terrazas enterradas
2.5 Tipos kársticos
El mecanismo de formación de este tipo de fisuras en el suelo desarrollado actualmente en Suzhou , áreas de Wuxi y Chang y la formación de fisuras enterradas en el terreno de las colinas. La similitud se debe principalmente a los efectos combinados de factores externos como el levantamiento del lecho rocoso (la litología del lecho rocoso debe ser estratos de piedra caliza con características de sal disuelta), el desarrollo kárstico, las diferencias en los estratos cuaternarios, y sobreexplotación de las aguas subterráneas de la zona. La sobreexplotación a largo plazo de las aguas subterráneas ha provocado que la capa de arena que contiene agua y el nivel del agua subterránea bajen, provocando la liberación de agua y la compresión de la propia capa de arena que contiene agua subterránea y de la capa de suelo suprayacente, provocando hundimientos del suelo en las zonas de desarrollo kárstico; La capa de suelo ha perdido agua y se ha compactado, lo que da como resultado una acumulación suelta superpuesta. El colapso de los objetos inducirá un hundimiento desigual del suelo, especialmente en el borde del colapso kárstico, donde son propensos a ocurrir desastres de fisuras del suelo en forma de anillo (Figura 8).
Figura 8 Modelo geológico de formación de fisuras del terreno kárstico
3 División de áreas propensas a fisuras del terreno según SIG
En la actualidad, los métodos de análisis espacial SIG se han convertido en Cada vez es más popular. Se utiliza en muchos lugares para el análisis y la evaluación cuantitativa o semicuantitativa de entornos geológicos. El estudio de las fisuras del suelo en Suzhou, Wuxi y Changzhou utiliza Arc/Info para simular las características espaciales de las fisuras del suelo de la zona.
Determinación de 3.1 Factores
La división de áreas propensas a desastres por fisuras subterráneas se basa principalmente en la forma ondulada de la superficie del lecho rocoso, las diferencias de espesor en la distribución de los sedimentos cuaternarios, los niveles de agua subterránea y Contenido de agua subterránea. Cinco factores, incluidas las características espaciales de la capa y el hundimiento del suelo, desempeñan un papel obvio en el desarrollo de fisuras del suelo.
3.2 Modelo de evaluación
La expresión de datos del modelo de evaluación basado en SIG es:
Colección de métodos tecnológicos de investigación y monitoreo de peligros geológicos
Entre ellos: I——índice de riesgo, que representa el resultado de la superposición del efecto integral de varios factores influyentes
wi——el peso del factor I
ci—; —el peso del factor I Asignación cuantitativa;
n-el número de factores que influyen.
3.3 Procedimiento de evaluación
El proceso de zonificación de la distribución espacial de fisuras del terreno asistido por SIG se muestra en la Figura 9.
La superposición espacial en Arc/Info es en realidad la superposición de capas, y todo el análisis espacial se basa en mapas digitales. Después de muchos ajustes, el modelo de zonificación de evaluación de fisuras del suelo en el área de Suchang es: I = 0,33 × c lecho rocoso + 0,12 × c sistema cuaternario + 0,19 × c nivel de agua subterránea + 0,16 × c acuífero + 0,2 × c hundimiento del suelo.
Los resultados de la evaluación se clasifican cualitativamente según la puntuación total del factor de impacto de mayor a menor. En principio, la clasificación refleja la gravedad del desastre actual y se llevan a cabo las estadísticas del área correspondiente. Consulte la Tabla 2 para obtener datos estadísticos.
Figura 9 Proceso de evaluación del riesgo de fisuras terrestres basado en SIG
Tabla 2 Resultados de la evaluación y resultados estadísticos de cada departamento comercial
3.4 Los desastres por fisuras terrestres en todos los niveles son propenso a ocurrir Análisis de los antecedentes geológicos del área
Se puede ver en los resultados de la evaluación que las áreas de desastre geológico y las áreas potencialmente peligrosas de fisuras terrestres en Suchang se distribuyen principalmente en la sección oriental de Qishuyan, Changzhou y la sección occidental de Huangdai, condado de Wuxian. El basamento cuaternario en este bloque está elevado en lados opuestos y la profundidad de enterramiento de la superficie del lecho rocoso es pequeña. Su rango de fluctuación está justo dentro de la profundidad de desarrollo de las capas de arena acuífera presurizada ⅱ y ⅲ. Condiciones ambientales geológicas para desastres por fisuras terrestres. Sin embargo, los antecedentes geológicos de los diferentes niveles de áreas varían de un lugar a otro.
3.5 División de áreas propensas a desastres por fisuras terrestres
De acuerdo con los resultados de operación del modelo anterior y la comprensión actual, en función de la forma ondulada de la superficie del lecho rocoso (colinas enterradas y enterradas rocas escarpadas), basándose en la distribución y las diferencias de espesor de los sedimentos cuaternarios y los límites lineales con cambios obvios en el espesor de las capas de arena que contienen agua por presión de poro (principalmente límites de canales de ríos antiguos), los principios para dividir áreas propensas a fisuras del suelo Los desastres han sido determinados preliminarmente. Se han delineado preliminarmente seis áreas propensas a desastres geológicos de fisuras terrestres y áreas que pueden tener peligros ocultos de desastres geológicos de fisuras terrestres (Figura 10).
(1) Área propensa a desastres geológicos de fisuras terrestres de Henglin
Con la ciudad de Henglin como centro, a lo largo de la línea estructural NE, al suroeste de Hutangqiao, Mahang, Qishuyan, se ve afectada por Jiangnan La zona específica controlada por la falla cubre un área de unos 30 km2.
(2) Zona propensa a desastres geológicos por fisuras en el suelo del puente Hengshan.
El puente Hengshan está ubicado frente a la montaña Fangmao, donde la superficie del lecho rocoso cambia de exposición a pendiente. Se especula que acantilados ocultos controlan el antiguo cauce del río del Pleistoceno medio, y el hundimiento del suelo en ambos lados es obviamente desigual, lo que la convierte en un área propensa a fisuras y desastres.
(3) La costa del lecho rocoso en el lado sur del antiguo canal del río Wuxi-Suzhou es propensa a sufrir desastres geológicos debido a fisuras en el suelo.
Esta zona se extiende de noroeste a sureste, comenzando desde Jiaxiang, Xishan en el oeste, aproximadamente a lo largo del canal Beijing-Hangzhou en el sureste y extendiéndose a través de la ciudad de Wuxi hasta Huguan, Suzhou. Esta zona es propensa a fisuras terrestres y desastres geológicos en el área de Suzhou-Wuxi-Changzhou. Las dos fisuras terrestres en Jiaxiang y Maocunyuan que se han descubierto hasta ahora se encuentran en esta zona.
(4) El límite sur del antiguo canal del río Jiangyin es un área propensa a desastres geológicos de fisuras terrestres.
Distribuido entre Yanqiao, Chang'an, Houqiao y Anzhen en Xishan hay un levantamiento de bloque de falla de lecho rocoso. Bajo su influencia, se especula que las colinas y acantilados enterrados se desarrollan en áreas donde las condiciones geológicas ambientales cambian mucho. De hecho, son áreas donde es probable que se produzcan grietas en la región. Las fisuras del suelo en Qinxiang, Yanqiao, Tanghe, Shitangwan, Changjing y otros lugares se encuentran en esta área.
Figura 10 Mapa de zonificación de áreas propensas a desastres geológicos de fisuras terrestres en el área de Suchang
(5) Área propensa a desastres geológicos de fisuras terrestres de Dongting
En Xishan New Town (Los resultados de la exploración en el área donde se formaron fisuras en el suelo en los suburbios occidentales de Dongting) muestran que puede estar relacionado con colinas residuales en forma de isla, colinas enterradas o factores estratigráficos poco profundos, pero la causa desencadenante todavía está relacionada con la sobreexplotación de Clase II. aguas subterráneas confinadas.
(6) Zona propensa a desastres geológicos por fisuras terrestres de Zhangjiagang Tangqiao.
En Tangqiao, Tangshi, Xizhang y otras ciudades del sureste de Zhangjiagang, las señales indican que el hundimiento del suelo es grave pero desigual, y han aparecido catastróficas fisuras en muchos lugares.
(7) Compruebe las zonas propensas a desastres geológicos de fisuras terrestres de Qiaoqiao.
El intervalo en forma de cinturón situado en la parte noreste de la llanura del Piamonte en el lado oeste de la montaña trasera ya se ha producido en muchos lugares y tiene tendencia a desarrollarse aún más.
4 Contramedidas para la prevención y el control de desastres por fisuras terrestres
Los desastres geológicos como el hundimiento del suelo y las fisuras del suelo han restringido seriamente el desarrollo económico y social sostenible del área de Suchang, y se requieren medidas efectivas. Se deben tomar medidas para prevenirlas y controlarlas. La prevención y el control de desastres geológicos deben implementar la política de combinar prevención y prevención, y de acuerdo con las regulaciones nacionales y provinciales sobre prevención y control de desastres geológicos, fortalecer aún más el liderazgo, generar conciencia, planificación científica, fortalecer la gestión y reducir las pérdidas causadas por desastres geológicos. al mínimo. De la investigación aprendimos que el desastre de fisuras del terreno en esta área es principalmente una forma de catástrofe después de un severo hundimiento del terreno, por lo que lo más fundamental es controlar el hundimiento del terreno. En áreas con hundimiento severo del terreno, se deben estudiar en profundidad varios factores que influyen para hacer una evaluación científica y razonable de la tendencia de desarrollo desigual del hundimiento del terreno.
Especialmente en áreas inicialmente designadas como propensas a desastres geológicos, como fisuras en el suelo, la construcción urbana y la construcción de proyectos de ingeniería también deben incluirse como uno de los posibles desastres geológicos, y se deben realizar evaluaciones de riesgo cuidadosas. En las zonas de desastre donde se han producido fisuras en el suelo, es necesario descubrir las causas, delimitar con precisión las zonas peligrosas, establecer puntos de seguimiento e implementar medidas específicas para evitarlas.
5 Conclusión
Los resultados de la investigación de este artículo son la cristalización del trabajo colectivo del equipo del proyecto delta del Instituto de Estudios Geológicos de Jiangsu. ¡Me gustaría expresar mi más sincero agradecimiento a todos los profesores y colegas que participaron en este proyecto!