三位一体监测网实时监控华北地面沉降

摘要：在中国地质调查局和各地政府支持下，华北平原初步建成覆盖全区的地面沉降立体监测网，通过监测提升了对地面沉降成因机理和变化规律的认识，为地面沉降防控提供了科学、详细的数据。

1.项目概况

华北平原包括北京市、天津市、河北省、山东省鲁北平原和河南省豫北平原，共计约14.0万km²,地面沉降严重影响了该区的可持续发展。2003—2014年，中国地质调查局先后部署开展了“华北平原地面沉降调查与监测”、“华北平原地面沉降监测与防治研究”和“全国地面沉降地裂缝调查”项目，由中国地质环境监测院组织实施。各地政府十分重视地面沉降的防控工作，加大了地面沉降调查监测与防控方面的投人。在中国地质调查局和地方政府的支持下，基本建成了覆盖全区的地面沉降动态监测网络，为地面沉降机理研究与防控提供了坚实的数据支持。

2.成果简介

(1)初步建成包括地表、空中及地下多种监测手段构成的地面沉降立体监测网络。华北平原地面沉降监测网主要由基岩标和分层标、地下水监测、水准监测、GPS监测和InSAR空间观测系统构成。至2013年底，已建成基岩标13座、分层标30组、水准监测点3043个、GPS监测 点398个、GPS固定站31个、地下水位监测井2556眼。InSAR监测范围覆盖华北平原地面沉降重点区域，面积约9.26万km²。现有地面沉降监测网络基本实现了对重点城市和区域地面沉降的动态监测。

(2)动态监控华北平原地面沉降发展态势。华北平原地面沉降最早发生于20世纪20年代的天津市区。20世纪80年代以来，地面沉降由点及面，由城市向乡村扩展，并在地下水超采严重地区逐渐连片发展。截至2013年底，华北平原沉降速率大于20mm的面积达4.85万km², 约占总面积的42.3%;沉降速率大于50mm的分布面积达1.24万km²，约占总面积的10.8%。

目前，北京、天津市区地面沉降速率趋于缓和，但城市周边地区地面沉降速率较大，沉降范围持续扩大（图1)。 河北省沧州市、衡水市加强了地下水的开发利用管理，沉降速率明显趋缓；其他地区地下水开发利用管理程度相对较低，许多县市地下水超采严重并导致地面沉降快速发展。因此，河北省地下水位降落漏斗和地面沉降快速发展中心也在随时间发生转变。目前沉降较快区域主要集中在中部平原区的东光、任丘、 南皮、景县、蠡县、高阳、安平、鸡泽、文安、霸州、肃宁等地。鲁北平原一些县市（如德州市齐河县）地面沉降发展较快，形成较小的沉降漏斗，但远没有形成连片发展的态势。豫北平原沉降速率相对较小，以轻微沉降为主。

(3 )深化认识地面沉降成因机理和变化规律，为地面沉降有效防控提供技术支撑。华北平原地面沉降形成的主要地质因素，是砂层和具有较高压缩性粘土层的互层结构。在北京、邯郸等城市山前平原区，浅层地下水过量开采诱发了地面沉降的产生。开采深层承压水相对于开采浅层地下水更容易导致地面沉降产生。中部冲积湖积平原和滨海平原的地面沉降，主要由长期过量开采深层地下水诱发产生；在河北省任丘、河间、献县和天津市大港等地，地面沉降主要是由深层地下水、石油、天然气混合开采引发。地面沉降的产生与地下水的补排条件也密切相关，中东部平原沧州等地区深层承压水的补给条件较差，进一步加剧了地面沉降的发展。

值得注意的是，华北平原滨海地区广泛分布着浅海相、湖相欠固结软弱土层。在填海造陆等外力作用下，这些软弱土层会固结排水引发地面沉降。天津开发区软土层（主要是第一海相地层）固结变形量多年平均值超过10mm/a,已经成为该区地面沉降的主要影响因素。构造运动对地面沉降的影响程度较低，油气和地下热水开采、工程建筑的施工排水和荷载对地面沉降的贡献有待进一步监测和研究。

3.成果意义

通过地表、地下和空中三位一体监测，掌握了华北平原地面沉降重点区域地面沉降发生的主要地层层位，厘清了地面沉降的主要影响因素，提高了地面沉降防控工作针对性。(中国地质环境监测院郭海朋 程国明供稿）