论文推荐｜北京宋庄地裂缝活动特征与成因分析

北京宋庄地裂缝是当前首都地区发育最显著的地裂缝之一，其沿线建筑开裂严重，社会影响突出。本文基于高精度灾害调查、InSAR监测、钻探及多期垂直位移测量，揭示了该地裂缝的地表分布、地层变形与活动规律，并从历史资料、地质背景、地面沉降和地下水动力系统等多角度分析其成因机制。结果表明：（1）宋庄地裂缝呈带状发育3组平行地裂缝，地裂缝带总长7.8km，走向NE45°～NE60°，以西北盘下降和水平拉张为主要活动方式，主灾害点集中于双埠头村、沟渠庄村和大庞村；（2）地裂缝于1976年唐山地震后首次出现，2014—2017年重新活动，2019—2023年为活动高峰期，每年4—8月活动最强；（3）宋庄地裂缝在平面分布上对应了下伏南苑—通县断裂和潮白河故道的走向及位置，地裂缝西北侧地层推测发育有多期古河道；（4）南苑—通县断裂控制了宋庄地裂缝的位置展布，为地裂缝的形成提供了背景条件；潮白河故道进一步强化了地裂缝下伏地层的不均匀性和脆弱性，放大了地裂缝的影响范围；地下水水头下降和短期内的大幅水位波动引发的地面沉降是地裂缝活动的主要诱发因素，相关性分析显示地裂缝活动性与地下水水头、地下水水位变幅均呈显著相关，相关系数分别为：-0.768和0.725。

The Songzhuang ground fissure in Beijing is one of the most prominently developed ground fissures in the current capital region of China，with severe cracking of buildings along its route and significant social impacts. Based on high-precision hazard surveys，InSAR monitoring，drilling，and multi-phase vertical displacement measurements，this study reveals the surface distribution，stratigraphic deformation，and activity regularity of this ground fissure，and analyzes its genetic mechanism from multiple perspectives including historical data，geological background，land subsidence，and groundwater dynamic systems. The results indicate that：（1）The Songzhuang ground fissure develops three groups of parallel fissures in a zonal pattern；the entire fissure zone has a total length of 7.8km，strikingNE45°-NE60°，and takes the subsidence of the northwestern block and horizontal tension as its main activity modes，with main disaster points concentrated in Shuangbutou Village，Gouquzhuang Village，and Dapang Village；（2）The ground fissure first appeared after the 1976 Tangshan Earthquake，reactivated between 2014 and 2017，reached its peak activity from 2019 to 2023，and showed the strongest activity annually from April to August；（3）In terms of planar distribution，the Songzhuang ground fissure corresponds to the strike and location of the underlying Nanyuan-Tongxian Fault and the paleochannel of the Chaobai River；it is inferred that multiple phases of paleochannels have developed in the stratum on the northwestern side of the ground fissure；（4）The Nanyuan-Tongxian Fault controls the positional distribution of the Songzhuang ground fissure and provides the background conditions for the formation of the ground fissure；the paleochannel of the Chaobai River further enhances the inhomogeneity and vulnerability of the stratum underlying the ground fissure and expands the influence range of the ground fissure；land subsidence caused by the decline of groundwater head and significant short-term groundwater level fluctuations is the main inducing factor for the activity of the ground fissure. Correlation analysis shows that the activity of the ground fissure is significantly correlated with both groundwater head and groundwater level fluctuation amplitude，with correlation coefficients of -0.768 and 0.725 respectively.

地裂缝; 活动断裂; 地下水; 地面沉降; 宋庄; 北京

ground fissures; active fault; groundwater; land subsidence; Songzhuang; Beijing

地裂缝是一种致灾性强、隐蔽性高、成因复杂的缓变型地质灾害，在北京市平原区多有发育，其灾害表现为差异沉降造成的房屋、道路、管线等构筑物破坏开裂，严重威胁人民生命财产安全，是城市控制性详细规划中必须考虑的灾害要素。北京市平原区目前发育有五条地裂缝，包括高丽营地裂缝、宋庄地裂缝、顺义地裂缝、庙卷地裂缝和马昌营地裂缝。其中，高丽营地裂缝和顺义地裂缝规模大、发现时间早，研究程度相对较高，属于复合成因地裂缝，这类地裂缝在空间分布上受第四系下伏构造控制，构造两侧第四纪沉积层厚度及空间分布差异是引发地裂缝灾害的内在条件，而长期过量开采地下水是诱发地裂缝灾害的外在诱因^[1-4]。庙卷地裂缝和马昌营地裂缝发育规模较小，目前认为庙卷地裂缝主要受张喜庄断裂控制，而马昌营地裂缝是早期震动液化裂隙在降水或灌溉淋滤作用下导致砂土流失所致^[5]。

国外地裂缝研究起步较早，在20世纪20年代美国学者Leonard对Picacho地裂缝进行研究，认为其出现与附近地震相关，最早提出构造成因观点。在50年代至70年代，Flcther、Narasimhan等学者先后研究了地下水开采对地裂缝产生的影响，美国地质学会通过地裂缝、地面沉降监测并结合勘探、试验及理论计算，提出构造与地下水开采复合成因说，成为美国学者的主流观点^[3]。国内地裂缝研究最早起步于20世纪60年代，前期研究主要聚焦邢台地震、唐山地震中伴生的地裂缝灾害。90年代前后，华北平原、汾渭盆地、苏锡常地区地裂缝活动进入活跃期，晏同珍^[6]和易学发等^[7]认为西安市区超采地下承压水导致地面大幅度下沉是西安地裂缝产生和发展的主要原因，长安大学彭建斌团队^[8]通过物理模拟与理论分析，对汾渭盆地地裂缝提出构造活动控制裂缝发育、地下水抽采加剧裂缝扩展等成因理论，建立了“地质-人类活动”耦合致灾模型，并针对高铁、地铁等重大工程设施，探讨地裂缝致灾机理并提出控水避让等减灾技术。万佳威等^[9]认为中国地裂缝的形成发育既受控于地质条件，又与抽水活动动态响应，不同成因的地裂缝在几何形态上具有不同表现，“断层蠕滑”和“抽水活动”是主导中国地裂缝形成的最基本和最重要的两种动力条件。许继山等^[10]认为新沂地裂缝是在构造应力、自重应力、地下水波动等作用下，下沉段受挤压，上升段因抬升而弯裂，从而形成地裂缝。朱锦旗等^[11]认为苏州、无锡、常州地区地裂缝是地面沉降发展到一定阶段后所产生的次生地质灾害，其空间展布及成灾时间与地下水水位、地面沉降、基岩起伏变化以及土层结构差异等因素密切相关。

宋庄地裂缝最早见于唐山地震时期，此后逐渐消退隐伏，于2017年前后再次发现，位于北京城市副中心以北约7km处，既有垂直方向的剪切破坏也有水平方向的拉张破坏。赵龙等^[12]通过地质调查、槽探、钻探等方法认为宋庄地裂缝受灾体主要展现出拉张形变，区域拉张应力场为宋庄地裂缝形成提供内动力条件，构造影响下的第四系沉积厚度差异及地层岩性不均一，为宋庄地裂缝形成提供重要地质背景，而地下水超采引发的土体水平、垂向变形是地裂缝形成的诱发条件。孟振江等^[13]运用有限差分法模拟研究了断层错动和抽水的模型地层的变化响应过程，认为宋庄地裂缝具有三维活动特点，断裂活动引起上盘地层出现明显的竖向位移，而地下水位下降对地裂缝的竖向延伸和水平扩张均有加剧作用。沙特等^[14]通过分布式光纤监测认为宋庄地裂缝发育主要受地层差异沉降影响。刘德成等^[15]调查发现通州区的地裂缝主要发育在古河道或现状河道两岸，多在唐山地震后伴随砂土液化显现，为非构造型地裂缝。综合来看，宋庄地裂缝的以往认识是受构造、地面沉降和地下水动态影响的耦合成因地裂缝，但由于缺乏监测数据支撑，未对地裂缝的活动规律和地下水动态的关系开展深入探讨。

宋庄地裂缝作为北京城市副中心周边一种具有复杂成因和显著破坏性的地质灾害，已造成巨额直接经济损失^[16]，然而现阶段的认识研究基础相对薄弱，特别是发育特征、活动规律和成因机制的分析仍然不够具体充分，难以满足街区层面的控制性详细规划需要。本文在历史资料与已有研究成果基础上，系统阐述了宋庄地区地质环境背景。通过高精度野外地质调查与高分辨率In-SAR监测，精细刻画了地裂缝的地表发育特征。结合钻探工作，剖析了地裂缝下伏地层的结构特征。基于垂向位移监测数据，定量分析了地裂缝的活动性。在此基础上，根据地裂缝的活动特征，从地质环境、地下水动态及区域地面沉降效应等多个维度，系统探讨了宋庄地裂缝发育的主要影响因素。

北京平原区发育多条隐伏断裂，以黄庄—高丽营断裂和南苑—通县断裂为界，自西向东形成京西隆起、北京凹陷和大兴隆起的“两隆一凹”构造格局^[17]。研究区主要发育有南苑—通县中段（平家疃村至南口—孙河断裂），总体走向NE45°～NE50°，断裂面倾向北西，倾角约50°，西北盘下降、东南盘上升，为正断层^[12]。根据断裂两侧地层资料，基岩埋深与第四纪地层沉积厚度在上下盘之间的差异达300～400m，上盘同时代的沉积物具有厚度增大、细粒沉积物层数增多和堆积速率增高等地层学特征。目前研究表明，南苑—通县断裂在晚更新世有明显活动证据，而在全新世以来是否活动仍存在争议^[18]。

宋庄地裂缝自通州区宋庄镇双埠头村向北东延伸至平家疃村，该区域位于潮白河、温榆河冲洪积作用为主形成的冲洪积平原，地势西北低，东南高，坡降较小，在0.1 ‰左右。温榆河干流和潮白河干流分别流经研究区东西两侧，呈夹峙态势^[19，20]。根据《通县志要》（1941年）^[21]、《通县志》（2003年）^[22]、《通县水利志》（1993年）^[23]等资料记载，研究区内曾存在潮白河故道，该条故道在平家疃村以北与现今的潮白河位置基本一致，过平家疃村后转南西行，经大庞村—双埠头村—富豪村至焦庄村南后汇入北运河，潮白河故道在平家疃一带突然向西变迁与下伏的南苑—通县断裂有密切的关系。潮白河的现状河道主要在近代形成。在1912～1939年间，潮白河多次多次于平家疃以北段发生溃堤，形成决口扇，向南夺箭杆而下，形成了如今的潮白河走向，1939年后潮白河不再入北运河，河道常年干涸。1964年，通县政府组织修建潮白河引水渠，并修整潮白河故道形成了如今的中坝河。根据《通县地名志》（1990）^[24]记载，研究区内的双埠头村在元代已成村，以往潮白河在此村东边流过，小中河在此村西边流过，建有两个码头，曾名双码头，明代因北济边关运输而兴盛，酷似小镇，更今名。综上认为，研究区内水系较为发育，自平家疃村至双埠头村一带曾流经潮白河故道，该故道至少于民国时期仍在活跃，从位置上看与现今宋庄地裂缝发育位置较为一致。

首都圈地区历史地震频发，文献有明确记载的6级以上地震就有17次之多^[25]，通州地区曾在1665年和1679年先后遭受强震，史料记录“城堞及东西水关俱塌，民房塌三分之一，正北离城二里，地裂五寸，长百余步，黑水涌出”。1976年唐山大地震后，在大庞村至双埠头村一带形成地裂缝，且伴随多处喷水冒砂和房屋倒塌现象^[26]，其整体走向与现今宋庄地裂缝基本一致。

图1  宋庄地区地质环境与工作部署图

Fig. 1  Geological environment and work deployment map of the Songzhuang area

本次研究聚焦于宋庄地裂缝发育最显著的双埠头村至大庞村段，遵循“由粗到细、由面到线到点”的原则部署工作，以全面查明该地裂缝的发育特征。采用时序InSAR技术解译与高精度地表调查相结合的方法揭示地裂缝沿线地表的形变特征；选取典型灾害点布设钻探揭示地裂缝下伏地层形变特征；沿地裂缝布设短水准剖面并进行多期一等水准测量，揭示地裂缝活动性；基于地裂缝沿线地质背景、地下水动态等分析宋庄地裂缝成因机制。

2.1 InSAR与地表调查

InSAR监测以16景TerraSAR-X SAR影像为数据源，条带模式标称分辨率为3m × 3m，时间跨度为2023年1月至2024年10月。数据处理采用意大利米兰理工大学Perissin等人开发的SARProZ软件实现经典PS-InSAR方法，使用同期10处地表水准点高程数据进行验证，最大误差、最小误差和总体均方根误差（RMSE）分别为1.23mm、0.43mm和0.62mm，拟合优度R2为0.97。为了进一步识别地裂缝沿线的差异沉降情况，选取PS点密集区域生成剖面，并按下式计算地表形变梯度值^[27，28]：

式中i为地表形变梯度，a₁与a₂分别为两相邻的西北点和东南点的垂直形变量，L为两点之间的距离。

在InSAR解译基础上，对地裂缝影响最为严重的双埠头村、沟渠庄村和大庞村开展逐户高精度调查，调查面积16km²，共计1955调查点。根据调查结果，宋庄地裂缝灾害现象主要有2种类型：①地裂缝直接出露在地表造成灾害，灾害现象呈强烈线性展布，造成墙体大面积开裂、地面错断、地面土洞等现象，该类现象以垂直剪切型破坏为主，确定为地裂缝主灾害点；②灾害分布于地裂缝两侧，有一定线性关系地表，但是在地表的一定区域内集中出现了灾害现象，造成了地表构筑物一定程度的变形或破坏，破坏程度较上一种类型相对较轻，灾害现象之间具备一定的线性关系，该类现象包含剪切型破坏和拉张型破坏，确定为地裂缝次灾害点。本次调查发现59处主灾害点和337处次灾害点，其他调查点地表未出现灾害现象。

2.2 钻探

在沟渠庄村布设钻孔剖面GP1，剖面长度210m（剖面中心经纬度：116.6883°E，39.9723°N），与地裂缝斜交约40°，共计8眼钻孔，孔深50～100m，全孔取芯并取样开展土工试验，试验内容包含土的常规物理性质试验与压缩试验，依据《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ 11-501）划分地层。

2.3 地裂缝活动性监测

在双埠头村和大庞村布设2组跨地裂缝短水准剖面Z2和Z6，其中Z2长度75m，共14点，与1条地裂缝垂直相交，测量周期为2021年3月至2024年12月，共计测量15次；Z6长度516m，共17点，与2条地裂缝斜交约45°，测量周期为2023年3月至2024年12月，共计测量7次。测量执行《国家一、二等水准测量规范》（GB/T 12897）中一等水准测量精度要求，每公里偶然中误差为± 0.02～0.25mm，每公里全中误差为± 0～0.56mm。此外，于地裂缝上盘部署地下水动态观测井1眼，井深47m，监测层位为37～45m处含水层，采用自动化水位计采集连续监测数据，监测期为2021年1月至2023年12月，用于分析研究地裂缝活动与地下水动态的相关性。

3.1 InSAR解译

基于SAR数据获取的相干点垂直向累计形变结果（图2）表明，宋庄地裂缝沿线沉降量呈阶梯状分布，由东南部的0～5mm向西北逐渐增大至10～20mm。地表灾害调查显示，宋庄地裂缝呈带状分布，主要发育有3组，走向NE40°～NE60°，自西向东编号为：LF1、LF2和LF3。3组裂缝中，LF1和LF2规模较大，在双埠头村至平家疃村一带均有发育，控制了宋庄地裂缝带的发育边界，LF3发育规模较小，仅在沟渠庄村内发育。

图2  区域地表形变与灾害点分布图

Fig. 2  Regional surface deformation and distribution of disaster sites

为研究地裂缝沿线的差异沉降情况，选取PS点密集区域生成沉降梯度剖面，反映地裂缝两侧的梯度变化情况。从图3可以看出，区域最大沉降量约30mm，出现在LF1西北侧，在LF1和LF2地裂缝位置表现出了东南较西北的抬升趋势，梯度曲线在LF1西北侧250m至LF2东南侧50m范围内出现明显起伏，于地裂缝处达到峰值，约为-30cm/km，结果对应了调查揭示的地裂缝带状分布特征：除直接出露地表的反倾开裂型主灾害点外，不均匀地表形变在地裂缝两侧一定范围内广泛存在，造成了不规则形变的次级灾害。

图3  地表形变梯度剖面

Fig. 3  Land surface deformation gradient profile

3.2 地表灾害情况

3组裂缝的破坏形式与InSAR解译反映的区域形变特征一致，以西北侧的垂直剪切破坏为主，并伴有水平拉张破坏。主灾害点主要呈反倾式墙体开裂，最大垂直形变量达16cm，水平拉张量达4cm，地表坡度最大可达8°；次灾害点分布于地裂缝两侧100～150m范围内，其破坏形式并不规则，主要表现为地基不均匀沉降引起的地表隆起或墙体开裂，相对主灾害点破坏较轻，裂缝宽度在0.5～2cm。从三条地裂缝的规模来看：LF3地裂缝规模较小，长度为0.11km，仅在沟渠庄村发育；LF1和LF2延续性较好，在三个村内的长度分别为5.04km和4.81km，基本控制地裂缝带两侧边界。从三条地裂缝的发育强度来看：LF1地裂缝发育强度相对较小，地表出露主要集中在大庞村，地表出露长度0.62km，占总长度的12.3%，最大破坏量为11cm；LF2和LF3地裂缝发育强度相对较大，在地表出露长度分别为1.35km和0.11km，总长度占比分别为28% 和100%，最大破坏量为16cm。

2018年，宋庄镇对三个村进行了危房鉴定，依据《危险房屋鉴定标准》（JGJ 125）划分了三个村的危房等级，B级房屋代表个别危险构件，不影响主体；C级房屋代表部分承重结构不达标，构成局部危房；D级房屋代表房屋整体处于危险状态。危房鉴定结果与本次调查结果较为一致，即主灾害点多对应C-D级危房，次灾害点对应的是B-C级危房。值得注意的是，宋庄地裂缝次灾害点的分布范围较以往受构造、地面沉降和地下水动态影响的耦合成因地裂缝更为广泛，在地裂缝带西北侧150m至东南侧100m范围内均有发现。

3.3 钻孔地层特征

GP1剖面位于沟渠庄村南张某家南侧道路上，LF2地裂缝在此出露地表，出露位置在钻孔GP1-6至GP1-7间，地裂缝LF1在钻孔GP1 -1以西50m处通过。此处地层可划分12大层，地表素填土厚度0.9～2.5m，填土以下6～9m处主要为粘质粉土、粉质粘土，局部夹粉砂层，其天然孔隙比为0.71～0.94，粉质粘土层压缩模量为4.3～8.5kPa，判断为全新世沉积层。全新世沉积层以下，粘性土层与砂层交替出现，天然孔隙比为0.51～0.65，粘性土层压缩模量为9.5～20kPa，粘性土层多表现为块状层理且含氧化铁条纹，90～100m深部粘性土可见有机质黑色斑点，砂层多表现为水平波状层理，地层内可见贝壳碎片，整体地层具有明显的河流沉积特征。

从地层分布来看，在0～50m深度范围内地层整体呈漏斗状变形，即中部地层较两侧呈下降趋势。如图5，在LF2两侧15m和30m深度的标志性细砂地层均向东抬升约3m，在15～30m深度的粘土层中出现了多处粉土、粉质粘土等透镜体夹层，具有决口扇和天然堤的沉积相特征，推断该处为古河道侵蚀岸的天然堤体；在剖面西侧接近LF1位置，15m和30m深度的标志性细砂地层均向东下降3～5m，在0～45m深度的粘性土层中出现了多处粉土、粉质粘土等透镜体夹层，具有决口扇和天然堤的沉积相特征，判断此处位置为古河道的侵蚀岸的天然河堤；在剖面中段，地层结构相对均匀平缓起伏不大，根据图6反映的23～25m和35m埋深处粘性土层压缩试验结果，剖面中部压缩模量较两侧更低，推测此处为古河道底部，因细粒沉积、饱水软化造成压缩性强于两侧地层。

图4  地表灾害情况图

Fig. 4  Surface disaster conditions map

图5  地裂缝下伏地层剖面图

Fig. 5  Profile map of the strata underlying the ground fissure

图6  黏性土层压缩模量变化图

Fig. 6  Variation map of compression modulus of cohesive soil layers

结合调查发现的灾害现象，主灾害点主要对应了剖面两侧的决口扇、天然堤沉积位置，综合考虑该处的地质背景，本次研究认为此处地层差异性受南苑—通县断裂和潮白河故道影响，在地下水位变化驱动下地表发生差异性沉降，造成地表民房出现连续的垂直剪切型破坏；次灾害点主要对应了剖面中段河道沉积地层位置，地层的不均匀分布和压缩性强对地表民房地基有一定影响，造成地表民房发生单点式的轻微、不规则开裂。

4.1 地裂缝活动性

该地地裂缝最早于唐山大地震期间显现，总体位置与分布虽然无法精确定位但与现阶段地裂缝近似，之后在民房翻建、道路铺设等人类活动影响下灾害痕迹逐渐被掩蔽。通过走访当地村民，追溯了近期地裂缝灾害再次显现的时间，当地民房多修建于1990—2005年间，村民反映在2013年前未发现有房屋开裂破损情况，在2013—2014年间LF1灾害现象开始显现，2016—2018年间LF2和LF3灾害现象相继出现，2019年后，三条地裂缝的灾害发育均显著增强。

根据2021年后的短水准剖面垂直位移累计监测结果，宋庄地裂缝表现为西北侧相对东南侧下降的活动特征。如图7（a），Z2剖面跨越LF2地裂缝，累计垂直活动量2021—2024年间逐年递增至27mm，其中2021、2022年活动速率为10mm/a，2023年活动速率为7mm/a，2024年活动并不明显。如图7（b），Z6剖面跨越LF1和LF2两条地裂缝，两处累计垂直活动量在2023—2024年间分别增长至16mm和14.5mm，2023年两处活动速率分别为15mm/a和13mm/a，2024年两处活动速率分别为1mm/a和1.5mm/a。

图7  宋庄地裂缝累计垂直活动量

Fig. 7  Cumulative vertical activity magnitude chart of the Songzhuang ground fissures

为进一步分析地裂缝活动规律，对Z2剖面按季度统计活动量（图8），2021—2023年间，地裂缝活动量在4—8月间活动最为显著，可达4.5～8mm，占单年活动量的64%～80%，其他时间活动量相对并不突出，活动量在2mm以内。

图8  2021-2024年宋庄地裂缝垂直活动规律

Fig. 8  Vertical activity regularity chart of the Songzhuang ground fissures（2021-2024）

综上所述，宋庄地裂缝在2014—2017年间再次发育，逐步形成3条地表裂缝，在2019—2023年间处于活动高峰期，2024年活动有所减弱，年内在二、三季度活动性最强。

4.2 地裂缝成因

在自然界中，地裂缝的成因复杂多样，其形成机制往往具有多因素耦合的特点，且不同成因的地裂缝在表现形式上存在差异。宋庄地裂缝从其发育特征来看，主要有以下特点：一是具有历史可追溯性，最早在唐山大地震后就有相关记录；二是与区域构造有高度重合性，其地表位置与下伏南苑—通县断裂近乎一致；三是地裂缝呈带状发育且影响范围广泛，除了3组主要地裂缝的典型破坏外，地裂缝两侧一定范围内均出现了不同程度的地表变形；四是地裂缝活动性具有周期性特征，在2019—2023年间处于活动高峰期，每年的4—8月份是地裂缝的主要活动周期。因此，分析宋庄地裂缝成因需综合考虑其地质背景和活动规律。

4.2.1 南苑—通县断裂与潮白河故道

从地裂缝空间展布上来看，3条地裂缝与下伏南苑—通县断裂中段在走向上近乎平行，其中LF2位置与断裂基本重合，LF1和LF3分别在断裂上盘和下盘通过。从地裂缝发育特征来看，3条地裂缝的地表破坏主要表现为西北侧相对东南侧的垂直剪切破坏，与断裂的正断层发育特征一致，以往物探工作揭示断裂在其西侧存在次级断裂^[29]，主次断裂的发育模式也符合地表多条裂缝特征。从地裂缝活动性来看，该断裂未错段整个第四系地层，上断点埋深在25～37m左右^[12]，为地裂缝形成提供了应力传递与积累，但断裂自身的活动性无法到达目前地表裂缝7～10mm/a的活动水平。因此，本次研究认为南苑—通县断裂控制了宋庄地裂缝的位置展布，断裂以往活动使得深部地层存在构造破裂面，从而形成抗变形能力的软弱面，加之断裂上下盘第四系松散沉积层厚度相差巨大，加剧了地裂缝场地深部地层的不均匀性，为地裂缝的形成提供了背景条件。

根据历史资料，地裂缝沿线发育有潮白河故道，其发育原因与南苑—通县断裂存在密切关系，本次钻探进一步揭示了在13～50m深度地层潜在多期河道沉积。河道地层厚度在地裂缝通过位置出现了明显起伏变化，而河道内部地层分布极不均匀，同深度粘性土层压缩性较河道两侧更强，更易在外力作用下发生沉降。宋庄地裂缝次灾害点在的地表分布较以往受构造、地面沉降和地下水动态影响的耦合成因地裂缝更为广泛，其分布位置与下伏河道地层沉积存在一定对应关系。因此，本次研究认为潮白河故道的存在进一步强化了地裂缝下伏地层的不均匀性和脆弱性，放大了地裂缝的影响范围。

4.2.2 地下水动态与区域地面沉降

以往多项研究成果表明，地下水动态变化诱发的不均匀地面沉降是地裂缝形成的重要因素^{[2，12，30-34]}，地裂缝两侧地层压缩性、厚度、岩性均存在差异，在水位快速变化的强烈驱动下，这种差异被放大，进而导地裂缝活动性增强。如图9，宋庄地区0～50m和50～100m水位在2019年以前基本处于下降的趋势，2020年后开始小幅回升，期间在2014年、2017年和2019年水位出现大幅下降。进一步联系宋庄地区的地面沉降发育状况，统计2011—2021年间的研究区内地面沉降速率＞40mm/a的面积占比，可得出该地区在2012—2019年间地面沉降发育最为显著，对应了LF1、LF2和LF3三条地裂缝出现及加剧的时间段。

图9  地裂缝活动与地下水动态、地面沉降关系图

Fig. 9  Relationships chart among ground fissure activity，groundwater dynamics，and land subsidence

为了进一步量化地裂缝活动与地下水动态相关性，统计地裂缝上盘50m专项监测井水位动态和地裂缝累计垂直活动量，如图10，地裂缝活跃期发生在2021年3月至8月、2022年4月至8月、2023年3月至7月和2024年4月至8月，期间累计垂直活动量增长明显，对应地裂缝活跃期的地下水水位曲线均呈快速下降趋势，表明地下水水位下降对地裂缝活动具有显著促进作用。

图10  2021-2024年地裂缝垂直活动与水位关系图

Fig. 10  Relationship chart between vertical activity of ground fissures and groundwater level（2021-2024）

采用SPSS27.0数据统计软件将2021—2023年间11组地裂缝活动量与平均水位、水位变幅进行相关性分析，分析方法采用Spearman相关性检验。Spearman相关性检验是一种非参数的秩相关方法，用于衡量两个变量的依赖性，它的特点在于不依赖于数据的分布，对异常值的敏感性低。检验结果主要包含R值和P值，其中R值表示两个变量的相关系数，值域在-1到+1之间，+1表示完全正相关，-1表示完全负相关；P值是用于衡量两个变量之间关系强度的统计显著性，当P＜0.05时，两个变量之间的关系是显著的，具有分析意义。检验结果显示，地裂缝活动量与地下水水位呈显著负相关（R=-0.768**，P＜0.001），与水位变幅呈显著正相关（R=0.725**，P=0.002），说明地下水位下降和短期内水位快速变化对地裂缝活动有加剧作用。

（1）北京宋庄地裂缝呈带状发育3组平行地裂缝，地裂缝带总长7.8km，走向NE45°～NE60°，以西北盘下降和水平拉张为主要活动方式，主灾害点集中于双埠头村、沟渠庄村和大庞村。

（2）宋庄地裂缝最早于1976年唐山地震后显现，2014—2017年间重新活化，并于2019—2023年进入活动高峰期，2024年强度减弱。地裂缝活动具明显年内周期性强弱变化特征，每年4—8月为其最强活动期。

（3）地裂缝的平面分布受下伏南苑—通县断裂控制，并与潮白河故道位置高度吻合。钻探揭示其西北侧地层发育多期古河道沉积，河道内同深度粘性土压缩性显著高于两侧，这种先天性的地层不均一性与脆弱性，为地裂缝的发育与扩展提供了优势场所。

（4）南苑—通县断裂奠定了地裂缝发育的构造背景，潮白河故道加剧了地层的不均匀性并扩大了灾害影响范围，而地下水头下降及其短期大幅波动所引发的不均匀地面沉降，是驱动地裂缝活动的直接诱发因素。相关性分析进一步证实，地裂缝活动性与地下水水位（R=-0.768）及水位变幅（R=0.725）均呈显著相关。

致谢：在成文过程中北京市地质环境监测所地裂缝研究室团队提供了支持，审稿专家提供了宝贵的意见，在此一并表示衷心的感谢。

基金项目：北京市科技计划项目“地下水位上升背景下北京城市地质安全风险监测与防控技术研究”（Z251100004525001）。

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