地面沉降是由于自然因素和人為因素作用而形成的地面高度的降低。自然因素包括構造運動、地震、火山活動、氣候變化、地應力變化及土體固結等；人為因素是指開采地下流體、固體礦產等工程活動。狹義的地面沉降是指由人為因素引起的較為急劇的地面變形。地面沉降可概括為在自然和人為因素作用下，地殼表面某一局部范圍內的總體下降運動。

地面沉降的發(fā)生和發(fā)展應具備必要的地質環(huán)境和誘發(fā)因素，即其形成條件包括內在條件和外在條件兩大類。內在條件主要是指產生地面沉降的地質環(huán)境；外在條件主要是指產生地面沉降的誘發(fā)因素，包括自然動力地質因素和人類活動因素。

內在條件

世界許多實例表明，地面沉降一般發(fā)生在未完全固結成巖的近代沉積地層中，其密實度較低，孔隙度較高，孔隙中常被液體所充滿。地面沉降過程實質上是這些地層的滲透固結過程的繼續(xù)。由此可將產生地面沉降的主要地質環(huán)境分為近代河流沖積環(huán)境模式、近代三角洲平原沉積環(huán)境模式和斷陷盆地沉積環(huán)境模式。

01、近代河流沖積環(huán)境模式

以河流中向下游高彎度河流沉積相為主。屬于這種模式的河流處于現代地殼沉降帶中，河床遷移頻率高，因而沉積物特征為多旋回的河床沉積土，表現為上粗下細，并以細粒黏性土為主的多層交錯疊置結構。一般情況，粗粒土層平面分布呈條帶狀或樹枝狀，側向連續(xù)性較差。不同層序的細粒土層相互銜接包圍在砂體的上下及兩側。我國東部許多河流沖積平原，如長江中下游平原、黃淮海平原、松嫩平原等均屬于此種類型。

02、近代三角洲平原沉積環(huán)境模式

三角洲位于河流入海地段，介于河流沖積平原與濱海大陸架的過渡地帶。隨著地殼的節(jié)奏性升降運動，河口地段接受了陸相和海相兩種沉積物其沉積結構具有由陸源碎屑到以中細砂為主有機黏土與海相黏性土交錯疊置的特征。位于我國長江三角洲的上海、常州、無錫等城市地面沉降的發(fā)生和發(fā)展均受這種地質環(huán)境模式的控制。

03、斷陷盆地沉積環(huán)境模式

一般位于三面環(huán)山，中部以斷塊下降為主的近代活動性地區(qū)。盆地下降過程中不斷接受來自周圍剝蝕區(qū)的碎屑物質，堆積了多種成因的粒度不均一的沉積層。沉積物結構受斷陷速率和節(jié)奏的控制。在這種地質環(huán)境中誘發(fā)因素可能導致較嚴重的地面沉降。按地理位置可分為臨海式斷陷盆地和內陸式斷陷盆地。臨海式斷陷盆地位于濱海地區(qū)，常受到海侵影響，其沉積結構由海陸交互相地層組成。我國臺北和寧波盆地均屬于這種模式，并已產生了地面沉降現象；內陸式斷陷盆地位于內陸高原的近代斷陷活動地區(qū)，盆地內接受來自周圍物源區(qū)的多種成因的陸相沉積，由于斷陷運動的不均一性，造成沉積物粒度變化和不同的旋回韻律。我國汾渭地塹中的盆地屬于此種類型，其中大同盆地隨著采煤工業(yè)及電廠的建設，工業(yè)抽用地下水量與日俱增，地下水位大幅度下降，地面沉降速率約為2mm/a,表明這類地質環(huán)境中由人類工程活動引起地面沉降問題的可能性和敏感性。

外在條件

01、自然動力地質因素

自然動力地質因素包括地球內營力作用和地球外營力用兩大類：

a.地球內營力作用

包括地殼近期下降運動、地震、火山運動等。由地殼運動所引起的地面下降是在漫長的地質歷史時期中緩慢地進行的，其沉降速率較低，一般不構成災害性后果。但是，在地殼沉降區(qū)內的不同地點下降速率并非完全一致，常常表現出相對不均一性，這種相對沉降差可能對某些地區(qū)的水準基點產生影響，從而影響地面沉降量的測量精度。地震或火山活動常引起地面的陷落，一些已經發(fā)生地面沉降的地區(qū)，在大震后可能引起短時期的沉降速率增加。1976年唐山7.8級強震后，附近地區(qū)出現了三個下沉中心，其展布方向(北東30度)與發(fā)震主斷裂走向一致，最大沉降速率達1358mm/a，但震后一年即轉為平穩(wěn)。這表明上述作用一般不會造成長期沉降后果。

b.地球外營力作用

它包括溶解、氧化、凍融等作用。地下水對土中易溶鹽類的溶解、土壤中有機組分的氧化、地表松散沉積物中水分的蒸發(fā)等，均可能造成土體孔隙率或密度的變化，促進土體自重固結過程而引起地面下降。就全球范圍而言，大氣圈的溫度變化可以引起極地冰蓋和陸地小冰川的融化或凍結，其后果除在氣候上的累積效應外，還將引起海水體積的變化和海平面的升降(鄭銑鑫等，2001)。據NASA統(tǒng)計數據，2000~2009年是有氣溫紀錄以來最熱的10年，而2011~2016年是全球連續(xù)的最熱年，2016年是有記錄以來地球上最熱的一年，全球氣溫相對于1961~1990年間的平均14℃,高出0.88℃2009年，《哥本哈根診斷》報告指出，近25年來，地球氣溫每0年上升0.19℃，從當前的溫室氣體排放情況看，本世紀全球氣溫平均可能提高4~7℃；NASA數據表明，目前全球平均海平面較1870年升高了20cm(莫杰和彭娜娜，2018)。這一方面導致了大陸沿海地帶地面相對降低，出現現代海侵和海岸后退現象；另一方面，由于海水基準面的變化給陸地水準測量帶來誤差，直接影響對地面沉降量的精確測定。

02、人類活動因素

人類活動是誘發(fā)高速率地面沉降的重要因素。在諸多人類活動因素中，與地面沉降的發(fā)生和發(fā)展關系最為密切的因素是抽取地下液體的活動。

a.持續(xù)性超量抽取地下水

在松散介質含水系統(tǒng)中，長期地周期性開采地下水，當開采量超過含水系統(tǒng)的補給資源(即動儲量)限額時，將導致地下水位的區(qū)域性下降，從而引起含水砂層本身的壓密以及其頂底部一定范圍內飽水黏性土層中的孔隙水向含水層運移(即越流作用)。在滲流的動水壓力和土層孔隙水排出相當于附加有效應力作用下，黏土層發(fā)生壓密固結，從而綜合影響導致地面沉降。此外，通過大量的觀測資料還可以得出以下關系：地面沉降中心與地下水開采所形成的漏斗形中心區(qū)相一致；地面沉降的速率與地下水的開采量以及開采速率成正比；地面沉降區(qū)與地下水集中開采區(qū)域基本相一致。因此，地面沉降與地下水開采的動態(tài)變化同樣有著密切關系。

上海陸家嘴地面沉降

b.開采石油

開采石油是人工抽取地下液體的另一種重要形式。在某些埋藏較淺的半固結砂巖含油層中，抽取石油可引起砂巖孔隙液壓的下降，未完全固結的砂巖在上覆巖層自重壓力作用下繼續(xù)固結，引起采油區(qū)地面下降。典型實例是美國長灘威明頓油田，該地區(qū)含油氣層位于地下600~1500m深度內，1926~1968年共鉆2800口油井，采出油氣5.2×10m3，其地面總沉降量達9.0m，使油田設施遭到嚴重破壞。經向油層注水(1.75103m3/d)后沉降停止并有少量地面回彈。此外，某些封閉油藏中存在著異?？紫秹毫?超孔隙體壓力)，當采油過程導致超孔隙液壓消散時，含油砂巖孔隙結構將發(fā)生調整，孔隙率下降，巖層總體積減小，在上覆地層隨之“松動”的條件下，可能導致油田地面沉降。

c.開采水溶性氣體平全本

日本新潟因開采水溶性天然氣—甲烷，而持續(xù)地大量抽水，導致開采層地下水位下降及含氣層的壓縮，產生了大幅度的地面沉降。

d.其他

大面積農田灌溉引起敏感性土的水浸壓縮；地面高荷載建筑群相對集中時，其靜荷載超過土體極限荷載而引起的地面持續(xù)變形；在靜荷載長期作用下軟土的蠕變引起的地面沉降；地面震動荷載引起的地面沉陷等。

地面沉降如何監(jiān)測呢？采取什么方式能更有效的測量地面沉降變化？