地面沉降是由多种动力地质因素特别是人类活 动因素所引起的工程动力地质作用。这种作用的后 果无论对城市环境或各种类型工程建筑物的稳定都 是不利的。该问题的严重性已愈来愈引起有关学科 专家的重视。因而近年来人们已把地面沉降问题列 为工程地质学及环境地质学的重要课题加以研究。
主要危害
(1)沿海地区沉降使地面低于海面，受海水侵袭；
(2) 开采石油
开采石油是人工抽取地下液体的另一种重要形式， 在某些埋藏较浅的半固结砂岩含油层中，抽取石油可引 起砂岩孔隙液压的下降，未完全固结的砂岩在上覆岩层 自重压力作用下继续固结，引起采油区地断下降。典型 实例是美国长滩威明顿油田，该地区含油气层位于地下 600－1500m深度内，自1926－1968年期间共钻2800口 油井，采出油气5.2×109m3，其地面总沉降量达9.0m， 使油田设施遭到严重破坏。经向油层注水(1.75×105m3 ／d)后沉降停止并有少量地面回弹。 (3) 开采水溶性气体
近代河流冲积环境模式： 以河流中下游高弯度河流沉积相为主。 属于这种模式的河流常处于现代地壳沉降带中，河床迁 移频率高，因而沉积物特征为多旋回的河床沉积土－－ 下粗上细的粗粒土和泛原沉积土，并以细粒粘性土为主 的多层交错叠置结构。
我国东部许多河流冲积平原如长江中下游，黄淮海平原、 松嫩平原等均属于此种类型。
4.88
－1955
3.96
1926－1954
9
1926－1968
拉斯维加斯
500
凤凰城
310
1
1935－1963
3
1952－1970
休斯顿－ 加尔维斯顿
10000
巴吞鲁日
500
7560
42
波河三角洲
800
30
1－2
0.3 7.5 ＞0.25
1943－1969
1934－1965 1890－1957 1953－1960
图10－7 宁波断陷盆地剖面图(据沈孝宇等)
1－亚粘土；2－淤泥质亚粘土；3－亚砂土； 4－粉土质砂砾；5－砂±；6－砂砾土；7－砂砾岩；8－凝灰岩
三. 地面沉降的形成机制
1 承压水位降低所引起的应力转变及土层的压密 位于末固结或半固结疏松沉积层地区内的大城市， 因为潜水易于污染往往开发深层的承压水作为工 业及生活用水的水源。 在孔隙承压含水层中，抽汲地下水所引起的承压 水位的降低，必然要使含水层本身和其上、下相 对含水层中的孔隙水压力随之而减小。根据有效 应力原理可知，土中由覆盖层荷载引起的总应力 是由孔隙中的水和土颗粒骨架共同承担的。
日本新隅因开采水溶性天然气——甲烷而持续地 大量抽水，导致开采层地下水位下降及含气层的压缩， 产生了大幅度的地面沉降。
自l9世纪末以来，随着世界范围内人类工程活动强 度和规模的不断增大，在许多具备适宜的地质环境的地区 陆续出现了地面下沉现象。在诸多实例中由于人类抽取地 下液体的工程活动而引起的地面沉降的情况最为普遍。意 大利的威尼斯城是最早被发现因抽取地下水而产生地面沉 降的城市。之后，日本、美国、墨西哥、中国、欧洲和东 南亚一些国家中的许多位于沿海或低平原上的城市地区， 由于抽取地下液体的工程活动，均先后出现了较严重的地 面沉降问题。表10-1列出了世界各典型地面沉降地区的沉 降量值、速率、诱发因素及已采取的治理措施等一般概况。
人类活动因素
人类活动因素是诱发高速率地面沉降的重要因 素。在诸多人类活动因素中对地面沉降的发生和发展 关系最为密切的因素是抽取地下液体的活动。由于各 种形式的抽取地下液体而导致地面沉降的实例，几乎 占当前世界范围内地面沉降全部事例的绝大部分。由 于这种情况下的地面下沉是逐渐演变的，其后果往往 在已明显地表现为灾害之后才被认识，因而其危害性 也最大。抽液活动包括以下几种典型情况：
以三层结构条件下单层抽水的情况为例，对抽水过 程中土层中应力的转变及土层的固结问题进行具体 分析。
由于透水性能的显著差异，上述孔隙水压力减 小，有效应力相应增大的过程，在砂层和粘土层中 的表现是截然不同的。在砂层中这一过程基本上标 志着固结进展程度的应力转换线逐渐地向最终边界 线推进(图1)，而粘土层中孔隙水压力达到AB线(与 降低后的承压水位相平衡的孔隙水压力线)所需的时 间，正如模型试验(图2)所表明的，往往需要几个月、 几年甚至几十年(取决于土层厚度和透水性)。这样， 在承压水位降低后，直到应力转变过程(也就是固结 过程)最终完成之前的相当长的一段时间里，粘土层 中始终不同程度地存在有高于和新的承压水位相平 衡的孔隙水压力，这部分孔隙水压力通常被称为剩 余孔隙水压力或超孔隙水压力。
10-1
表
世 界 各 地 地 面 沉 降 概 况
地
国
州或省市
名
东京
大阪 日
九州
本 尼崎
加州
美
内华达州 国
亚利桑那州
得克萨斯州
墨西哥 意大利
路易斯安那州 墨西哥城
上海 中
天津 国
台湾
点 具体地点
沉降面积 最大沉降速率 最大沉降量
（km2）
（cm/a）
（m）
发生沉降的 主要时间
江东及城北工业区
290
佐贺县
工程地质学
资环学院 吴道祥
第十章 地面沉降工程地质研究
一、概述
地面沉降：指地面高程的降低，均指地壳表面某一局部范围内 的总体下降运动。
特点：以缓慢的、难于察觉的向下垂直运动为主，只有少量的 或基本没有水平向的位移，可能影响的平面范围可大至几千平方公 里。在某些实例中地面沉降是一种自然动力地质现象，而在多数实 例中这种现象是由人类活动所引起的，常以地壳表层一定深度内岩 土体的压密固结或下沉为主要形式。近年来的研究成果表明，地面
(1) 持续性超量抽取地下水 在松散介质含水系统中长期的、周期性的开采地下
水，当开采量超过含水系统的补给资源(即动储量)限额 时，将导致地下水位的区域性下降，从而引起含水砂层 本身的压密以及其顶底部一定范围内饱水粘性土层中的 孔隙水向含水层运移(即越流作用)。在渗流的动水压力 和土层孔隙水排出所相当之附加有效应力作用下，粘土 层发生压密固结，从而综合影响导致了地面沉降。
沉降产生于特定的地质环境中并受到多种诱发因素的制约和影响。
诱因：引起地面沉降的因素包括自然地质因素和人类工程活动 因素两大类。地面沉降可以由单一因素诱发，而在许多情况下是由 几种因素综合作用的结果。在诸因素中，人类工程活动因素常起着 重要的作用。
它包括地壳近期下降运动、地震、火山运动等。 由地壳运动所引起的地面下降是在漫长的地质历史时 期中缓慢地进行的，其沉降速率较低，一般不构成灾 害性后果。例如我国天津地区第四纪以来的地壳年平 均沉降速率约为0.17－0.2mm，近期的年平均下降速率 为1－2mm。但是在地壳沉降区内的不同地点下降速率 并非完全一致，常常表现出相对不均一性。 (2) 地球外营力作用 它包括溶解、氧化、冻融等作用。地下水对土中 易溶盐类的溶解，土壤中有机组分的氧化，地表松散 沉积物中水分的蒸发等，均可能造成土体孔隙率或密 度的变化，促进土体自重固结过程而引起地面下降。
市区及郊区
10.1
7300
21.6
台北盆地
2
2.667 1.76 1.70
1921－1987 1959－1983 1963－
备注
开 发 地 下 水
开采石 油
抽 取 地 下 水
开采石 油 抽 取 地 下 水
由于地面沉降与人类工程活动有着直接的联系， 它常常产生于具备了特定地质环境的工业化和城市 化地区，给这些地区的社会经济发展、城市建设、 环境保护和人类生活带来危害。
二、地面沉降的地质环境（续2）
近代三角洲平原沉积环境模式： 三角洲位于河流入海地段，介于河流冲积平原与滨海大陆架 的过渡地带。 其沉积结构具有由陆源碎屑——以中细砂为主夹有机粘土与海 相粘性土交错叠置的特征。
我国长江三角洲主体部分属于建设性三角洲，并继续向外淤积 扩展形成广阔的三角洲平原。位于其上的上海、常州、无锡等 城市地面沉降的发生和发展均受这种地质环境模式的控制。
天 津 市 地 面 沉 降
西 安 市 地 面 沉 降
上个世纪90年代以来，由于采取限采、禁采地下 水和回灌地下水等措施，上海、嘉兴、宁波等地沉 降速度趋缓，但总体沉降范围却在迅速扩展。如杭、 嘉、湖的沉降正向整个平原蔓延，长江三角洲地区 的地面沉降在区域上有连成一片的趋势。苏锡常地 区的沉降速度也在加大，苏州市自1949年以来累计 地面沉降600毫米的面积已达180平方公里，常州 43平方公里，无锡59.5平方公里。地面沉降最严重 的是上海，其次是苏锡常，再次是杭嘉湖。40年来， 上海市因地面沉降的直接经济损失达2900亿元，其 中潮损1755亿元，涝损848亿元，安全高程损失 189亿元。
88
白石平原
圣克拉拉流域 圣华金流域 洛斯贝诺斯 －开脱尔曼市 邱拉里华兹科 长滩市威明顿油田
600 9000 2330
32
19.5 16.3 20
21 46.0 40
＞30 71
4.23
1892－1968
2.8
1925－1968
1954－1965
3.1
3.90
1915－1967
8.55
1935－1968
二、地面沉降的地质环境（续3）
断陷盆地沉积环境模式 ：
一般位于三面环山，中部以断块下降为主的近代活动性 地区。盆地下降过程中，不断接受来自周围剥蚀区的碎 屑物质，堆积了多种成因的粒度不均一的沉积层。沉积 物结构受断陷速率和节奏的控制。按其地理位置可分为 两种类型。
二、地面沉降的地质环境（续4）
上海市地面沉降使桥墩错位
二、地面沉降的地质环境
地面沉降一般发生在未完全固结成岩的近代沉积地 层中，其密实度较低，孔降度较高，孔隙中常为液体所 充满。地面沉降过程实质上是这些地层的渗透固结过程 的继续。