活斷層和地震工程地質(zhì)研究

1、第七章 活斷層和地震工程地質(zhì)研究第一節(jié) 概述第二節(jié) 活斷層第三節(jié) 地震第四節(jié) 誘發(fā)地震第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 活斷層和地震是兩種密切相關(guān)的工程動(dòng)力地質(zhì)作用，它們對工程建筑物的影響范圍較大，是區(qū)域性的，而且往往突然發(fā)生，釀成嚴(yán)重災(zāi)害。 區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題：在工程地質(zhì)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)，將由活斷層和地震活動(dòng)所產(chǎn)生的工程地質(zhì)問題，稱為區(qū)域地殼穩(wěn)定性問題。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上90%以上的地震是由于斷層活動(dòng)而引起的。地球的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)可使地殼和上地幔中積聚構(gòu)造應(yīng)力，當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力增大并超過介質(zhì)強(qiáng)度時(shí)，往往表現(xiàn)為活斷層的突然錯(cuò)動(dòng)，釋放應(yīng)變能，并以彈性波的形式在地殼表層傳播而發(fā)生地震。 但是，活斷層活動(dòng)時(shí)并不一定都發(fā)生地震，這

2、樣就有必要研究活斷層的活動(dòng)方式和活動(dòng)特點(diǎn)，由此將活斷層劃分為蠕滑斷層和粘滑斷層。一般地說，粘滑斷層會(huì)發(fā)生地震，因此也可稱它為地震斷層，蠕滑斷層和粘滑斷層的活動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致工程建筑物的直接損害，而后者的損害更為嚴(yán)重。一、活斷層的概念及研究意義2、活斷層的分類 美國原子能委員會(huì)等機(jī)構(gòu)，從歷史性和現(xiàn)實(shí)性觀點(diǎn)出發(fā)，將活斷層分為兩類： 一類是狹義的，稱為“活動(dòng)斷層”：全新世以來活動(dòng)的斷層，并且未來仍有可能活動(dòng)，其活動(dòng)可以找到地質(zhì)的、歷史考古的、地震活動(dòng)的、地球物理的以及大地測量的諸種證據(jù)，它對現(xiàn)代工程實(shí)踐和地震預(yù)報(bào)等有著最直接和密切的關(guān)系。 一類是廣義的，稱為“能動(dòng)斷層”：（1）在過去3.5萬年內(nèi)至少有過

3、一次活動(dòng)證據(jù)，或在過去50萬年內(nèi)有反復(fù)活動(dòng)的證據(jù)，（2）與之有聯(lián)系的斷層；（3）沿該斷裂帶一起記錄到微震活動(dòng)。 3、對活斷層進(jìn)行工程地質(zhì)研究的重要意義： 其一是斷層的地面錯(cuò)動(dòng)及其附近的伴生的地面變形，往往會(huì)直接損害跨斷層修建或建于其鄰近的建筑物。 其次是活斷層多伴有地震，而強(qiáng)烈地震又會(huì)使建于活斷層附近的較大范圍內(nèi)的建筑物受到損害。 風(fēng)火山隧道北部斷裂切割表層第四系和公路的裂縫延伸特征（鏡向西）風(fēng)火山隧道北部斷裂切割表層第四系和公路的裂縫延伸特征（鏡向西）風(fēng)火山隧道北部斷裂切割表層第四系的裂縫延伸特征（鏡向西）裂縫最大寬度510mm，延伸長度200m昆侖山口斷裂帶 斷層的現(xiàn)今活動(dòng)在地表的顯示F2

4、-2鏡向NW（一）活斷層是深大斷裂復(fù)活運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物 深大斷裂：是切穿巖石圈、地殼或基底的斷裂，其延伸長度達(dá)數(shù)十、數(shù)百、甚至數(shù)千公里，切割深度數(shù)百余公里。 國內(nèi)外大量的研究結(jié)果表明，活斷層往往是地質(zhì)歷史時(shí)期產(chǎn)生的深大斷裂，在近期及現(xiàn)代地殼構(gòu)造應(yīng)力條件下重新活動(dòng)產(chǎn)生的。 復(fù)活運(yùn)動(dòng)的標(biāo)志是地震活動(dòng)和地?zé)崃鳟惓５?，尤其是那些走滑型活斷層最易伴生?qiáng)震，形成地震帶。例如，我國川西的安寧河地震帶和則木河地震帶。 （二）活斷層的繼承性和反復(fù)性 研究資料表明，活斷層往往是繼承老的斷裂活動(dòng)的歷史而繼續(xù)發(fā)展的，而且現(xiàn)今發(fā)生地面斷裂破壞的地段過去曾多次反復(fù)地發(fā)生過同樣的斷層運(yùn)動(dòng)。 我國活斷層的分布，總體來說是繼承了老的

5、斷裂構(gòu)造，尤其是中生代和第三紀(jì)以來斷裂構(gòu)造的格架。這些斷裂處于由幾個(gè)板塊相互作用所控制的現(xiàn)代應(yīng)力場中而繼續(xù)活動(dòng)，并在一定程度上發(fā)育了新的活動(dòng)部位。 一些活動(dòng)構(gòu)造帶的古地震震中總是沿活動(dòng)性斷裂有規(guī)律分布，巖性和地貌錯(cuò)位反復(fù)發(fā)生，累積疊加，其中尤其以走滑斷層最為明顯。三、活斷層參數(shù)的定量研究三、活斷層參數(shù)的定量研究 活斷層在時(shí)空域內(nèi)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)有：活斷層的產(chǎn)狀、長度、斷距、錯(cuò)動(dòng)速率、錯(cuò)動(dòng)周期和活動(dòng)年齡等。 這些闡述是在活斷層區(qū)進(jìn)行地震預(yù)報(bào)和設(shè)防的重要資料，對它們的了解和分析有助于把握活動(dòng)斷裂的活動(dòng)規(guī)律性，也是評價(jià)建設(shè)場地 區(qū)域地殼穩(wěn)定性的重要依據(jù)。 （一）活斷層的產(chǎn)狀（一）活斷層的產(chǎn)狀 活斷層的產(chǎn)狀

6、，包括斷層面的走向、傾向和傾角，可通過遙感影象判讀、宏觀地質(zhì)調(diào)查、震源機(jī)制斷層面解，以及對等震線幾何特征、地表地震斷層和裂縫帶、大地測量資料的分析等多種途徑獲取。 國外一些地震斷層的地表錯(cuò)斷歷史記錄 MGBonilla和R.C.Buchanan根據(jù)全世界幾十個(gè)地震地面錯(cuò)斷資料，繪制了震級與主斷裂地表錯(cuò)斷長度的關(guān)系圖。據(jù)此關(guān)系圖可估計(jì)一定震級的地震可能產(chǎn)生的地表斷裂最大長度。兩位學(xué)者還根據(jù)相同的資料繪制了震級與主斷層地表最大位移關(guān)系圖。顯然，主斷層的地表錯(cuò)斷長度及最大位移與震級是呈線性相關(guān)的。 中國主要活斷層錯(cuò)動(dòng)速率注: 上表中 Nor正斷; T逆滑; S走滑; ( )左右表示左旋或右旋; M超

7、殼; C殼斷裂; *代表一次地震活動(dòng) 我國一些主要活斷裂古地震事件和強(qiáng)震重復(fù)間隔 續(xù)表（四）活斷層的年齡判據(jù)（四）活斷層的年齡判據(jù) 確定活斷層最新一次的地質(zhì)年代和絕對年齡對工程建設(shè)至關(guān)重要。 活斷層的年齡判據(jù)，要以第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)和地層學(xué)研究等為基礎(chǔ)，來判定活斷層的地質(zhì)年代或年代范圍。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用現(xiàn)代測試技術(shù)，取樣測定絕對年齡。 所以，年齡判據(jù)方法可分為錯(cuò)斷地層年齡法（間接法）和斷層物質(zhì)絕對年齡法（直接法）兩大類。 錯(cuò)斷地層年齡法適用于錯(cuò)斷斷層帶及其所在地質(zhì)體上覆第四紀(jì)沉積物的條件下。 斷層物質(zhì)絕對年齡測定法，是從斷層帶內(nèi)采取樣品，并用專門儀器測定樣品中某些礦物、巖石、化石的物理、化學(xué)和顯微結(jié)

8、構(gòu)的變化等，用以確定絕對年齡。目前，有效的方法有：14C法、熱發(fā)光法、電子自旋共振法等，這些方法精度高，結(jié)果可靠，但取樣有特殊要求。 若將上述兩種方法結(jié)合起來使用，活斷層年齡判據(jù)的可信度是很高的。 四、活斷層的鑒別四、活斷層的鑒別 活斷層的鑒別是對其進(jìn)行工程地質(zhì)評價(jià)的基礎(chǔ)，由于活斷層是第四紀(jì)以來構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的反映，它便顯示出新的構(gòu)造活動(dòng)形跡。所以，我們可以借助地質(zhì)學(xué)、地貌學(xué)、地震地質(zhì)學(xué)以及現(xiàn)代測試技術(shù)等方法和手段，定性和定量地鑒別它。（一）地質(zhì)標(biāo)志（一）地質(zhì)標(biāo)志 1、活斷層往往錯(cuò)斷、拉裂或扭動(dòng)晚第四紀(jì)以來的地層，特別是近代形成的地層。如黃土層、殘積層、河床砂礫石層、河漫灘沉積層等被錯(cuò)斷、拉裂或扭動(dòng)

9、。 2、古老地層與第四紀(jì)以來的新地層或斷層接觸，或者其斷層上覆晚第四紀(jì)以來的新地層，又沿該斷層線發(fā)生變形。 3、斷層破碎帶松散、未膠結(jié)，斷層帶中的新鮮構(gòu)造巖，斷層泥或最新充填物發(fā)生牽引變形或檫痕等。 4、地表疏松土層出現(xiàn)有規(guī)律的大范圍的帶（線）狀分布的地裂縫或陡坎。 （二）地貌標(biāo)志（二）地貌標(biāo)志1、兩種截然不同的地貌單元長距離直線相接。常見的是山地與平原或斷陷盆地直線相接。2、深切的直線型河谷或沉陷盆地、山地?cái)鄬友?、三角面山呈線型分布。 3、夷平面解體。由于斷塊差異升降運(yùn)動(dòng)，同一級夷平面斷裂一側(cè)隆升，另一側(cè)相對沉降，夷平面就會(huì)被剖離解體，高程差達(dá)數(shù)百米、上千米。 4、同級階地高程在斷層兩側(cè)發(fā)生

10、突然變化，有時(shí)可相差數(shù)十米。如河谷順斷層發(fā)育，就會(huì)使河谷一岸階地缺失或兩岸階地不對稱，同一階地在一岸低，而另一岸高。 5、山脊、山谷和沖積扇等被錯(cuò)開，水系上一系列溪流作有規(guī)律的同步移錯(cuò)。 6、湖泊、洼地或鼓丘斜對稱分布，滑坡、崩塌分布線都可以是活斷層的地貌標(biāo)志。 （三）水文地質(zhì)標(biāo)志（三）水文地質(zhì)標(biāo)志 1、地下水位在斷層兩側(cè)有明顯變化 。2、活斷層溫泉、地?zé)岙惓３蕩罘植?3、水化學(xué)成分異常 （四）歷史地震標(biāo)志（四）歷史地震標(biāo)志 1、錯(cuò)斷古城墻、古墓等古建筑物的記錄。 2、地震變形記錄 3、歷史地震記錄 （五）測試標(biāo)志（五）測試標(biāo)志 1、根據(jù)大地測量（如跨斷層的定點(diǎn)水準(zhǔn)觀測、三角網(wǎng)復(fù)測等）所獲得

11、的地形變資料，能判定斷層的活動(dòng)性。 2、利用布置臺(tái)網(wǎng)、用地震儀測定某一斷層發(fā)震的強(qiáng)度和頻率，也是判定斷層活動(dòng)性及強(qiáng)度的一種途徑。 由于某些活斷層活動(dòng)往往伴有地震，地震震中多沿?cái)鄬踊蚱涓浇植肌?3、地球物理異常也可反映斷層的活動(dòng)性 活斷層常常出現(xiàn)重力、地磁、地電、地?zé)岬鹊厍蛭锢韴霎惓，F(xiàn)象。 第三節(jié)第三節(jié) 地震地震地震前后水平位移監(jiān)測結(jié)果地震前后水平位移監(jiān)測結(jié)果(GPS)地震前后垂直位移監(jiān)測結(jié)果地震前后垂直位移監(jiān)測結(jié)果(GPS)地震引起大壩破壞地震引起大壩破壞(臺(tái)中石崗臺(tái)中石崗)地震引起埠地震引起埠豐橋斷裂，豐橋斷裂，河床抬高河床抬高8m,形成疊形成疊水水 (石崗石崗) 地震引起房屋倒塌地震引起

12、房屋倒塌(臺(tái)中石崗臺(tái)中石崗) 地震引起橋梁斷裂地震引起橋梁斷裂(南投集集鎮(zhèn)南投集集鎮(zhèn))地震引起稻田隆起地震引起稻田隆起(臺(tái)中霧峰臺(tái)中霧峰)地震引起操場隆起地震引起操場隆起(臺(tái)中國小臺(tái)中國小)（三）震源機(jī)制和震源參數(shù)（三）震源機(jī)制和震源參數(shù) 研究多個(gè)地震臺(tái)的地質(zhì)譜，可以確定出地震發(fā)生的物理過程或 震源物理過程，一般稱為震源機(jī)制（local mechanism）。根據(jù)地震記錄圖，按彈性變位理論進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，還可以求出限定震源物理過程的多個(gè)物理量，通稱為震源參數(shù)（sourse parameters）。地震烈度：地震烈度：是衡量地震所引起的地面震動(dòng)強(qiáng)烈程度的尺度。它不僅取決于地震能量，同時(shí)也受震源深度

13、、震中距、地震傳播介質(zhì)的性質(zhì)等因素的影響。一次地震只有一個(gè)震級，但在不同地點(diǎn)，烈度大小可以是不一樣的。一般地說，震源深度和震中距愈小，地震烈度愈大；在震源深度和震中距相同的條件下，則堅(jiān)硬基巖場地較之松軟土場地烈度要小些。因此，烈度是不能與震級混淆的。 地震烈度是根據(jù)地震時(shí)人們的感覺、建筑物破壞、器物振動(dòng)以及自然表象等宏觀標(biāo)志判定的。以統(tǒng)一尺度把各類標(biāo)志相同或相近似的情況劃分在一起，并按由大到小的數(shù)碼順序排列，建立烈度表。大多數(shù)烈度表反映的烈度缺乏定量標(biāo)準(zhǔn)，以致烈度的評價(jià)不夠準(zhǔn)確。而對工程的抗震設(shè)防來說，須有定量指標(biāo)作依據(jù)，來計(jì)算地震力對建筑物破壞的影響。為了使宏觀烈度定量化，國內(nèi)外地震工作者力求用與震動(dòng)有關(guān)的物理量來劃分烈度。中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)中國地震烈度表GB/T17742-2008?；钴S的巖石圈動(dòng)力環(huán)境活躍的巖石圈動(dòng)力環(huán)境 薩爾瓦多地震引發(fā)泥石流薩爾瓦多地震引發(fā)泥石流1200多人遇