地面沉降是地面由于地下物质运移而发生的渐进下陷或急剧下沉。这是一个全球性问题,仅在美国,已经有遍及 45 个洲超过 44030km2的土地受到了地面沉降的影响,相当于新汉布什尔州与佛蒙特州的总和。由此引发的经济损失更是惊人:仅在圣克拉拉山谷,沉降所造成的直接经济损失,在 1979 年大约为1.31 亿美元,而到了 1998 年则高达 3 亿美元。造成这一灾害的原因主要有含水层的压实、有机质土的疏干排水、地下采矿、自然压实、溶坑以及永冻土的解冻等。一、地面沉降类型根据土质条件,美国的地面沉降主要可以分为三大类:第一类,含水层压实引发的地面沉降；第二类,有机土的疏干引发地面沉降；第三类,洞穴塌陷引发的地面沉降。(一) 水层压实引发的地面沉降抽汲地下水(或石油与天然气)时,伴随着地下水从沉积含水层组中,尤其在那些厚层的半固结淤泥、粘土层(弱含水层)组中排出,含水层的孔隙体积和总体蓄水能力大幅度减少,并且不能完全恢复,最终表现为地面沉降。这类沉降的成因有二种机理:一个是有效应力原理,另一个是水动力固结理论。这两个原理将含水层的压实分为两个过程,前者解释了含水层在抽水过程中的压实引发的地面沉降,后者解释了抽水以后的残余压实引发的地面沉降。根据有效压应力理论,抽水以前,上覆土层和水的重力由孔隙水压力和粒间有效压力共同平衡；抽水后总压力不变,孔隙水压力降低,有效压力增加;这样,颗粒骨架所受压力增加,土层被压缩,微观上表现为颗粒之间的孔隙度降低,宏观上表现为含水层变薄,其过程见图 1。抽水结束后,地面沉降并未停止,这可以用水动力固结理论来解释,在抽水过程中透水层的放水速度比弱透水层快,因而水位下降也快,停止抽水后,由于两类含水层之间水位高度不同,存在水位差,而表现为弱透水层向透水层渗水,弱透水层因而继续有压实作用,仍有沉降发生。(二)有机质土的疏干引发的地面沉降在自然条件下,有机质土含水量高,土层处于缺氧状态,这时碳质有机质的积累速度要快于它的分解速度。土层中的水被抽排出之后,便处于富氧状态。富氧状态下,土中的微生物变的较为活跃,分解作用的速度明显加快。土层中因分解作用而失去的碳大部分转化为二氧化碳气体进入大气中。除此之外,压实、干燥、风蚀、水蚀和燃烧也是分解的重要因素。全美有机质土的总面积约为207200km2,其中近一半是阿拉斯加的苔类泥炭。美国本土 48 个州的有机质土,大约 70%分布在受过冰河作用、苔类泥炭较为常见的北方地区。苔类泥炭主要由泥炭藓及相关物种构成,具...
