(一)各种内动力地质灾害的联系与分类排序
我国各种内动力地质灾害,将其与地壳运动特征联系起来分析,就可以大致看出地壳运动的全过程(表3-2)。推动其形成、发生、发展的共同力源主要是地应力。各种内动力灾害都是在地壳运动中,地应力和能量积累、释放的全过程,地壳运动是长期的连续过程,运动速度具有长期相对均匀性,而又具有短期的不均匀突变性。由于地球在宇宙空间运动的规律性(如自转、公转),必然导致内动力地质灾害的复杂性与规律性共存。
表3-2 中国内动力地质灾害的各种活动特征统计一览表
各种内动力地质灾害是现今地壳运动的各种不同表现形式的总效果,它们之间具有成生排序、成生联系,都可以分别划分序次、序幕,大都主要由地应力推动孕育、形成、发生、发展、转化、转变等一系列成生过程……从地质力学观点看问题,它们之间的关系实质就是构造体系概念的延伸,也可以认为它们是现今地壳运动中的成生伴侣,都是现今地壳运动的统一整体(构造体系)的各个组成部分,或者称为地壳运动构造体系中的各个成员,总之,可以基本肯定是具有亲缘成生联系的巨大全球性构造体系的组成部分。由此利用它们之间彼此关系为灾害预测预报打开一条通道,如果应用失误也会增加错报、误报的可能,也表现出事情的两面性[1-10,17-30]。
(二)内动力地质灾害活动发展的趋势性和周期性
地震灾害在我国破坏性严重,历史资料积累丰富,既具有几百年、几十年、几年的周期性,还具有年、月、日的周期性,构成了完整的周期性系列。构造地裂缝活动根据历史资料和建筑物修复记载,具有几百年、几十年、几年的周期性。如果把断层位移测量中的年周期性、月周期性、日周期性与构造地裂缝的已知周期性结合起来考虑,就可以构成一个完整的周期性系列,从而可以看出构造地震的主要成因就是断层活动,二者均具有完整的周期性系列。火山活动在我国近代减弱,现今大都为休眠状态,据记载具有300年左右的周期性活动;但是,国外火山活动史料研究表明,火山活动也具有多种周期性活动特征(表3-2)。
煤瓦斯突出灾害、冲击地压灾害和岩爆灾害已经发现具有十几年、几年、年、月、日等周期性。但由于矿山地下工程灾害缺少长期历史资料的记录和系统整理研究,目前还难以知道是否存在几百年的周期性。坑道形变灾害已知具有年周期性活动特征,其他周期性变化是否存在,目前尚缺少资料。
与周期性并存的是灾害活动发展的趋势性。随着时间的推进,灾害具有明显的增强或减弱趋势性,它们大概并不是简单的周期性重复,而是在周期活动的背景上,又达到了新的空间部位。例如在断层位移测量中,发现在断层两盘作相对椭圆形、“8”字形、波浪形、直线形等年周期性运动的背景上,还具有年趋势性位移(图3-1)。由此说明内动力地质灾害的发展进程,可能存在着螺旋式发展前进的特征,查明和认识这个规律,无疑对于灾害的预测、预报是重要的[17-25]。
(三)活动构造体系对内动力地质灾害分布的控制性
活动构造体系对内动力地质灾害的分布,具有明显的控制性,如中国东部的新华夏系、西部的河西系与青藏反“S”型构造体系,控制了我国主要灾害的分布。而在活动构造带附近则是大多数灾害集中分布点,并形成了不同种类的灾害构造带。同时随着时间进程,灾种的分布具有选择性、重叠性、迁移性、补偿性等[0]1。
1.灾种分布对构造带的选择性
沿着贯穿我国东部的长春-广州活动断裂带,我们可以见到煤瓦斯突出、冲击地压、地下热害的分布具有普遍性。7级以上的地震灾害主要集中该带的华北区段(中段),而华南区段(南段)则没有发生过大震,表明大震分布沿长春-广州带具有分段选择性。又如华南区有4条平行分布的北北东向新华夏系构造带,只有东南沿海带内发生过7级以上的大震,其他3条构造带则无大震,表明大震对类似的构造带存在着明显的选择性和差异性。
2.构造带中多种灾害分布的重叠性
构造带中灾害的分布除了选择性,也还有重叠性。例如长春-广州断裂带中段(即郯庐断裂带的主要部分),重叠发育地裂缝、活动断裂、地震、煤瓦斯突出、冲击地压、地下热害、火山活动、钻孔套损等多种灾害,几乎所有内动力地质灾害,均在该地段重复发育,充分表明了重叠性的特征。但是在华南区湖南西侧的新华夏构造带中,几乎很少发生内动力地质灾害,仅有煤瓦斯突出和少数水库诱发地震灾害。又如东北区内蒙古东侧的新华夏系构造带中,同样也很少发生内动力地质灾害,仅有少数休眠火山分布。这种情况被称为缺失性。
图3-1 断层面上两盘相对位移运动的四种年周期性形状矢量轨迹线图
3.内动力灾害活动在构造带之间的迁移性
地震活动的迁移性,已经积累了很多资料,并为大家所熟悉。又如1959～1988年中国主要构造地裂缝灾害的活动,具有明显的往复迁移性。它们在华北地区附近展布,在1963～1967年间,地裂缝活动自西往东迁移,即自陕西往山西、河北、山东迁移活动;平静间隔7年后,1974～1978年间,又反过来自东往西迁移活动,即自山东往河北、山西、陕西作迁移活动;再平静间隔4年后,1982～1988年间,再又自西往东作迁移活动,即又自陕西往山西、河北、山东依次迁移活动,表明具有反复往返的迁移特征。
4.各种内动力地质灾害在活动构造带中的补偿性与同步性
前述灾害的重叠性和缺失性主要是指空间分布上的补偿与同步的特征之一。这里所述补偿性与同步性,主要是指不同灾种之间,在时空分布上补偿关系或同步关系。以陕西西安地区为例,西安地裂缝群的发育活动高潮与全国6.5级以上大震活动高潮、西安热水井自喷、西安微震活动增强等在时间上具有明显的同步对应关系,在1976年前后全国出现的大震期间,陕西、山西汾渭断陷地堑历史强地震带中,则没有出现过5级以上的地震,而地裂缝则较普遍强烈活动,西安地裂缝也达到活动高潮,显示了区域性时空的同步补偿关系。同时西安地区的微震密集地段与地裂缝发育地段不重合,也显示了时空的同步补偿关系,可能系由不同灾害活动方式释放地应力和能量,使之趋向于各自的平衡状态[10,26]。
又如中国大陆东部,自1949年以来,大于等于7.0级大震具有两个活动幕:①1954～1957年为活动幕(3年),之后为平静期(9年);②1966～1977年活动幕(11年),其后已经平静32年(至2009年),目前尚未结束。地震与煤瓦斯突出基本上呈现负向补偿对应关系,即地震平静期中,出现煤瓦斯突出高潮,如:①1960年前后出现一次突出高潮;②1975～1981年(6年)又出现突出高潮,大致都在大震平静幕,再平静10年(1981～1991年),再次出现连续18年尚无结束迹象的特大突出高潮;至2005年表现该高潮进入峰值状态,分别在2005年和2009年各发生三次特大矿难(表3-3;图3-2):
表3-3 2005年与2009年华北区和东北区出现突出矿难高潮表
2005～2009年突出特大矿难平均每年接近2次,2000～2004年每年平均约为1次由此表明,2000年起进入高潮,2005～2009年进入高潮峰值状态;何时结束,目前尚难确定。同时,表明新的大震活跃期仍有往后推迟的到来的迹象。这就是内动力地质灾害互动补偿发展的又一例证。
图3-2 中国大陆东部1949年以来≥7.0级大地震与煤瓦斯突出重大矿难互补对应关系分析
5.内动力地质灾害的分区性
我国境内各种内动力地质灾害常受活动构造体系分布的控制,沿着活动构造带经常灾害集中成带;而在带间相对稳定的块中,灾害往往星散出现,灾害也经常相对较轻。它们具有明显的分区性和分带性。
(四)人为活动对内动力地质灾害的影响
随着世界人口的增长,资源开发速度迅速发展,人为工程活动不仅规模大,工程活动深度也在不断增加。由此引发矿山工程灾害、地下工程灾害等,诸如坑道形变灾害、钻孔套损灾害、煤瓦斯突出灾害、冲击地压灾害、岩爆灾害、矿山诱发地震、地下热害等的严重程度也在不断呈现增长的趋势。
人为地面工程活动改变了地质环境状态,经常诱发内动力地质灾害的发生发展。诸如水库诱发地震灾害,井孔注水诱发地震灾害等。
应该引起充分重视的是,人类活动诱发的内动力地质灾害,从广度上或者从危害程度上,有时甚至大大超过内动力作用灾害,在某些情况下可以超过若干倍。例如西安地裂缝灾害,据研究结果表明:地面沉降的叠加,导致地裂缝急剧的垂直位移和拉张,使所有坐落在其上的建筑物均遭损坏。经过测量分析,人类过量抽取地下水引起的地面沉降量与构造沉降量之比近9:1。可见人类工程活动的影响之大。因此,合理开展工程活动,已经成为减灾、防灾的重要环节,保护和改善地质环境对减灾、防灾具有特别重要的意义[10]。