第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件

活斷層的工程地質(zhì)研究活斷層的工程地質(zhì)研究掌握活斷層的基本概念及研究意義；掌握活斷層的類型及特征、錯動速率和活動周期，活斷層活動的時空不均一性，震源機制及震源機制斷層面解；了解活斷層區(qū)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計建筑物的基本原則；掌握活斷層的判別標志，活斷層的調(diào)查、監(jiān)測與研究方法。本章學習內(nèi)容及要求掌握活斷層的基本概念及研究意義；本章學習內(nèi)容及要求§4.1基本概念及研究意義活斷層(activefault)

一般理解為目前還在持續(xù)活動的斷層，或在歷史時期或近期地質(zhì)時期活動過、極可能在不遠的將來重新活動的斷層。后一種情況也可稱為潛在活斷層(potentiallyactivefault)。

4.1.1基本概念§4.1基本概念及研究意義活斷層(activefaul斷層在目前持續(xù)活動，是判定活斷層的無可爭議的證據(jù)。人類歷史時期有過活動記錄的是潛在活斷層。斷層在目前持續(xù)活動，是判定活斷層的無可爭議的證據(jù)。人類歷史時對“近期地質(zhì)歷史時期”卻有不同的理解與限定。將之限于全新世(即最近10000a以內(nèi))；將之限于最近35000a(以14C確定絕對年齡的可靠上限)之內(nèi)；將之限于晚更新世(最近100,000a或500,000a)之內(nèi)，或者根據(jù)近期地質(zhì)歷史時期(例如第四紀期間)有重復活動來判定。對“近期地質(zhì)歷史時期”卻有不同的理解與限定。第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件從工程上的時間尺度一般理解為重要建筑物如大壩、原子能電站等的使用年限之內(nèi)，約為100a一200a?；顒訑鄬佑胁煌幕顒犹匦?蠕滑:持續(xù)不斷緩慢蠕動的稱為蠕滑(creepslip)或穩(wěn)滑

(stableslip);粘滑:間斷地、周期性突然錯斷的為粘滑(stickslip)，粘滑常伴有地震，是活斷層的主要活動方式。一條長大活斷層的不同區(qū)段可以有不同的活動方式?；顢鄬拥幕顒訌姸戎饕云溴e動速率來判定（詳見4.4節(jié)）。從工程上的時間尺度一般理解為重要建筑物如大壩、原子能電站等的第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件SanAndreasFault（美國圣安德列斯斷層）SanAndreasFault（美國圣安德列斯斷層）第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件匯聚型大陸邊緣與地震分布匯聚型大陸邊緣與地震分布4.1.1活斷層研究意義（1）斷層的地面錯動及其附近伴生的地面變形，往往會直接損害跨斷層修建或建于其鄰近的建筑物。唐山地震：長達8km的、呈N30°E方向通過市區(qū)地表錯斷。最大水平錯距3m，垂直斷距0.7一lm，錯開了道路、圍墻、房屋、水泥地面等一切地面建筑物。1976年唐山地震使鐵路扭曲4.1.1活斷層研究意義唐山地震：長達8km的、呈N30°走向滑動活斷層引起的心墻拉開臺灣集集地震被錯斷的石岡壩走向滑動活斷層引起的心墻拉開臺灣集集地震被錯斷的石岡壩2008.5.12汶川大地震將壓力鋼管錯斷2008.5.12汶川大地震將壓力鋼管錯斷2010.9.4新西蘭地震使路邊右旋錯動2010.9.4新西蘭地震使路邊右旋錯動靠近舊金山第六街的布魯克桑姆街路面出現(xiàn)了深深的地裂縫并有明顯的垂直位錯斷層突然錯動使公路毀壞靠近舊金山第六街的布魯克桑姆街路面出現(xiàn)了深深的地裂縫并有明顯（2）活斷層多伴有地震，而強烈地震又會使建于活斷層附近的較大范圍內(nèi)的建筑物受到損害（高烈度）。臺灣集集地震使彰化縣員林鎮(zhèn)邦富貴名門大樓座落在中山路惠明街口一棟L型大樓上傾倒。（2）活斷層多伴有地震，而強烈地震又會使建于活斷層附近的較大(3)地震誘發(fā)大量次生災害(1)滑坡、崩塌：汶川地震（2）沙土液化（3)海嘯在地震一章詳細介紹(3)地震誘發(fā)大量次生災害(1)滑坡、崩塌：汶川地震本章重點：（1）我國活斷層帶分布及劃分；（2）震源機制概念，斷層活動的震源機制斷層面解；（3）活斷層的活動特性及判別標志。本章難點：活斷層的判別標志，分三方面判別標志：即地質(zhì)地貌判別標志；文獻記錄判別標志和大地測量判別標志。本章重點及難點本章重點：本章重點及難點本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志(2)斷層活動的時空差異(3)我國主要活斷層的展布特征本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志活斷層的工程地質(zhì)研究活斷層的工程地質(zhì)研究掌握活斷層的基本概念及研究意義；掌握活斷層的類型及特征、錯動速率和活動周期，活斷層活動的時空不均一性，震源機制及震源機制斷層面解；了解活斷層區(qū)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計建筑物的基本原則；掌握活斷層的判別標志，活斷層的調(diào)查、監(jiān)測與研究方法。本章學習內(nèi)容及要求掌握活斷層的基本概念及研究意義；本章學習內(nèi)容及要求§4.2活斷層的類型和活動方式

4.2.1活斷層的類型按構(gòu)造應力狀態(tài)及兩盤相對位移的性質(zhì)，活斷層分為：

（1）走滑斷層；（2）逆斷層；

（3）正斷層。

其中中國大陸以走向滑動型最為常見?！?.2活斷層的類型和活動方式4.2.1活斷層的類型σ2σ1σ3A:走滑斷層（strikeslipfault）走滑斷層是位移方向與斷層走向相同或相近的大型平移斷層，是走向滑動斷層的簡稱，走滑斷層：最大、最小主應力近于水平，中間主應力垂直，最大剪應力面—斷層面近于直立σ2σ1σ3A:走滑斷層（strikeslipfaul走滑斷層的應力應變場

走滑斷層的應力應變場斷陷盆地隆起斷陷盆地隆起第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件

地表出露線平直，斷層傾角較陡。斷層面兩側(cè)相對的水平運動，相對的垂直升降很小。河流最易于沿這種斷層發(fā)育，水工建筑物也就最易于受到這種活斷層的威脅。(圖4－4)。地表出露線平直，斷層傾角較陡。

世界上有名的走向滑動型活斷層有：（1）美國加州的圣安德列斯斷層系（右圖）；

圣安德烈斯斷層世界上有名的走向滑動型活斷層有：圣安德烈斯斷層（2）土耳其安納托利亞斷層系

安納托利亞斷層系1.走滑斷層；2.正斷層；3.碰撞帶；4.俯沖帶；5.運動方向（2）土耳其安納托利亞斷層系安納托利亞斷層系（3）新西蘭的阿爾卑斯斷層系等(右圖)。（3）新西蘭的阿爾卑斯斷層系等(右圖)。我國的活斷層也以走滑型居多：例如阿爾金山斷裂，鮮水河斷裂，紅河斷裂長達數(shù)百到數(shù)千公里。我國的活斷層也以走滑型居多：例如阿爾金山斷裂，鮮水河斷裂，紅中國大陸活動地塊運動速度矢量圖（據(jù)張培震王琪等）中國大陸活動地塊運動速度矢量圖（據(jù)張培震王琪等）第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件河道被右旋走滑斷層活動錯斷圖解河道被右旋走滑斷層活動錯斷圖解東大灘地震鼓包沿走滑斷裂線性分布東大灘地震鼓包與走滑拉分盆地東大灘地震鼓包沿走滑斷裂線性分布東大灘地震鼓包與走滑拉分盆地B:逆斷層

(thrustfault)

逆斷層（1）最大主應力近于水平，最小主應力近于垂直，走向垂直于最大主應力的斷層面與水平面夾角一般小于45o，往往為20－40o。（2）斷層面兩側(cè)的點之間的距離總是由于位移而縮短。上盤除上升外還往往伴以多個分支或次級斷層的錯動σ3σ1σ2B:逆斷層 (thrustfault) 逆斷層（1）最汶川地震龍門山山前斷裂逆沖使震前平坦的公路變成高差近3m，坡度達20o的陡坡新加坡汶川地震龍門山山前斷裂逆沖使震前平坦的公路新加坡

逆斷層的斷層線往往是波狀彎曲的，斷層帶較寬，由于上升盤形成了斷層崖易產(chǎn)生滑坡或崩塌，逆斷層的確切位置最難確定。逆斷層有時地表變形范圍很大。在我國逆沖型活斷層主要發(fā)育于西部地區(qū)。自南而北有喜馬拉雅山南麓逆沖推覆斷層，天山南側(cè)，天山北側(cè)逆沖推覆斷層等幾個長達數(shù)百公里走向近東西的逆沖型活斷層。逆斷層的斷層線往往是波狀彎曲的，斷層帶較寬，由于圖b為探槽Tc10剖面素描圖。G5-G1表示晚更新世晚期暗灰色砂礫石層，S0-全新世暗棕色含礫砂土層，S1-暗棕色重力堆積含礫粉砂土；G7-為地震崩積楔。BDT1-1~BDT1-4為測年樣品編號，7.0ka與8.7ka表示光釋光年齡，揭示較早一期古地震發(fā)生時代為7.0ka。圖例說明：1-土壤層；2-黃褐色粉砂質(zhì)粘土；3-細礫石層；4-粗礫石層；5-地震楔；6-地震斷層。研究第四系活斷層古地震剖面可以揭示斷層的新近活動歷史圖b為探槽Tc10剖面素描圖。G5-G1表示晚更新世晚期暗在錯動過程中，垂直斷面走向的水平方向有所伸長。伴隨這類斷層活動的變形(下沉)和分支斷層錯動，主要集中于下降盤(左圖)。與河谷平行斷面傾斜的正斷層，可以使攔河壩產(chǎn)生比其它形式斷層運動更寬的初抬裂縫(圖4－8)。最大主應力近于垂直，最小主應力近于水平。走向垂直于最小主應力且與最大主應力呈銳角的斷層面與水平面夾角大于45o，一般為60－80o。σ1σ2σ3C:正斷層

(normalfault)在錯動過程中，垂直斷面走向的水平方向有所伸長。伴隨這類斷層活石崗大壩全長700m,臺灣1999.9.21地震中被斷層正斷切錯石崗大壩全長700m,臺灣1999.9.21地震中被斷層正正斷層斷層帶斷層角礫無序排列正斷層斷層帶斷層角礫無序排列地殼上承受水平張應力的地帶主要沿大洋中脊分布。大陸上以現(xiàn)代活動正斷層為主的地帶有東非斷裂谷，美國的盆地與山脈區(qū)(內(nèi)華達、猶他及其附近地帶)，歐洲萊茵地塹系，蘇聯(lián)貝加爾湖地塹等。地殼上承受水平張應力的地帶主要沿大洋中脊分布。大陸上以現(xiàn)代活

上述三種活斷層的位移矢量都分別是單純走滑或傾滑，其產(chǎn)生的應力場是三個主應力方向中的兩個是水平的而另一個是垂直的。實際應力場往往是復雜的，三個主應力方向既不完全水平也不完全垂直，而是由不同的水平和垂直分量所合成。上述三種活斷層的位移矢量都分別是單純走滑或傾滑，其產(chǎn)

按斷裂的主次關(guān)系又可將活斷層分為主斷層(mainfault)，分支斷層(branch，fault)和次級斷層(secondaryfault)。

斷層類型不同，主斷層中線到分支和次級斷層帶外緣的寬度也各不相同。走向錯動斷層為最窄，逆斷層為最寬。按斷裂的主次關(guān)系又可將活斷層分為主斷層(mainf按斷裂的切割深度可以區(qū)分為蓋層斷裂、基底斷裂、地殼斷裂、巖石圈斷裂和超巖石圈斷裂.蓋層斷裂:切穿蓋層,到達蓋層與基地界面;基底斷裂:切穿硅鋁層,到達康拉德面;地殼斷裂：切穿硅鎂層，到達莫霍面；巖石圈斷裂:切穿巖石圈,到達軟流圈頂面;超巖石圈斷裂:切穿巖石圈,深入軟流圈;按斷裂的切割深度可以區(qū)分為蓋層斷裂、基底斷裂、地殼斷裂、巖石4.2.2各類活斷層在我國的分布

中國活動構(gòu)造區(qū)及主要活斷層圖（根據(jù)Wang&Ma1995）1、逆沖或逆掩斷層；2、走滑斷層；3、正斷層；4、埋藏活斷層；5、推斷活斷層；6、塊體運動方向；7、塊體旋轉(zhuǎn)方式；8、下伏洋殼的盆地；9、活動構(gòu)造區(qū)邊界；10、活動構(gòu)造區(qū)及其編號；11、活斷層及其編號；12活斷層錯動速率（mm/a）?；顒訕?gòu)造區(qū)：Ⅰ、青藏高原區(qū)；Ⅱ、中國西北區(qū)；Ⅲ、臺灣島區(qū)；Ⅳ、南中國海區(qū)；Ⅴ、華南區(qū)；Ⅵ、華北區(qū)；Ⅷ、東北區(qū)；活斷層：1、阿爾金斷層；2、祁連山斷層；3、海原斷層；4、西秦嶺斷層；5、東昆侖斷層；6、鮮水河斷層；7、金沙江斷層；8、怒江斷層（或班公錯—嘉黎斷層）；9、雅魯藏布江斷層；10、龍門山斷層；11、小江斷層；12、紅河斷層；13、喀喇昆侖斷層；14、南天山山麓斷層；15、北天山斷層；16、克克托?！_斷層；17、鄂爾多斯臺緣斷層系；18、河北平原斷層系；19、郯城—廬江斷層；20、秦嶺斷層；21、常樂—邵東斷層；22、右江斷層；23、縱谷斷層。4.2.2各類活斷層在我國的分布中國活動構(gòu)造區(qū)及主要活斷中國活動斷裂圖中國活動斷裂圖

我國最主要的各類活斷層具有如下的空間分布特征。

1．分布于我國西部的多個NWW—NW向的長大弧形斷裂，主要為逆走滑—走滑斷層，其走滑速率由南而北有所減小。除紅河斷裂為右旋走滑外，其它的均為左旋走滑或逆走滑，自南而北這些斷裂主要有：怒江（或稱班公湖—嘉黎）斷裂；甘孜—玉樹—鮮水河斷裂；安寧河—則木河—小江斷裂；東昆侖斷裂；阿爾金—祁連—海原斷裂等。在我國東部NNE向河北平原斷裂系和郯廬斷裂現(xiàn)代活動也屬于右旋走滑型。我國最主要的各類活斷層具有如下的空間分布特征。

2．活動逆沖斷裂也主要分布于我國西部；其中近東西向的有喜馬拉雅山南的主邊界逆沖斷裂，天山南麓斷層和北天山斷層；青藏地塊區(qū)的東邊界則北有近南北向的賀蘭山斷層，中部有NE向的龍門山斷層。3．現(xiàn)代活動正斷層主要分布于我國東部。鄂爾多斯地塊周邊西有NNE向的銀川—吉蘭泰斷陷盆地，東有山西（汾河）斷陷盆地，南北側(cè)則分別為東西走向的渭河斷陷盆地和河套斷陷盆地，這些斷裂都以拉張剪切變形為特征。 2．活動逆沖斷裂也主要分布于我國西部；其中近東西向的有喜馬其中汾渭斷陷盆地為一條活動拉張構(gòu)造帶；渭河、河套斷陷也以正斷層分量占主導地位，銀川—吉蘭泰則為右旋走滑。最新GPS研究表明，華北平原西邊界的太行山東麓活動斷裂也屬于正斷型。青藏高原地塊最南的拉薩地塊，由于受地幔物質(zhì)東向擠出的底拖，上地殼也產(chǎn)生眾多的走向近南北向的活動正斷層。新華夏系構(gòu)造是中生代以來中國東部和東亞瀕太平洋地區(qū)形成的巨型多字型構(gòu)造體系。它由三條北北東向的巨型隆起帶和沉降帶所構(gòu)成，自東向西排列如下：其中汾渭斷陷盆地為一條活動拉張構(gòu)造帶；渭河、河套斷陷也以正斷（1）第一隆起帶就是東亞大陸邊緣的島弧帶，包括千島群島、日本群島、琉球群島、我國臺灣島、呂宋島、巴拉望島等。在這條隆起帶以東，為一條與之平行的深海溝，是過渡殼與洋殼的分界線，也就是新華夏系的東界。（2）第一沉降帶在第一隆起帶以西，包括鄂霍次克海、日本海、東海和南海等邊緣海盆。（3）第二隆起帶在第一沉降帶以西，有朱格朱爾山、錫霍特山脈、張廣才嶺、老爺嶺、長白山、狼林山、遼東半島、膠東半島、直至東南沿海諸山脈。

（1）第一隆起帶就是東亞大陸邊緣的島弧帶，包括千島群島、日（4）第二沉降帶在第二隆起帶之西面，由松遼、華北、江漢等平原和北部灣構(gòu)成。（5）第三隆起帶在第二沉降帶西側(cè)，由大興安嶺、太行山和武陵、雪峰諸山脈組成。（6）第三沉降帶在第三隆起帶以西，由呼倫貝爾—巴音和碩、陜甘寧和四川盆地組成。除了上述東西向和北北東向外，中國中新生代還有北西向構(gòu)造發(fā)育。不同方向構(gòu)造帶（或線）交織使中國東部構(gòu)造和裂谷盆地的發(fā)育既有明顯的“東西分帶”，又有“南北分塊”的特點，形成了復雜的斷裂網(wǎng)絡和斷塊構(gòu)造圖案（圖1—2）。中國東部裂谷盆地的形成、構(gòu)造變形、巖漿活動都與上述構(gòu)造格架、斷裂體系、應力分布有關(guān)。而這些又與中國東部深部和基底的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造演化及周緣各方面塊體相對運動有密切關(guān)系。（4）第二沉降帶在第二隆起帶之西面，由松遼、華北、江漢等平4.2.3活斷層的活動方式兩種基本方式是粘滑與穩(wěn)滑,有些斷層則兼具兩種方式(圖4-9)。粘滑錯動是間斷性突然性發(fā)生的。一旦應力達到鎖固段的強度極限，較大幅度的相互錯動就在瞬時之內(nèi)突然發(fā)生，彈性應變能也就突然釋放出來而發(fā)生較強地震。錯動為間斷的，周期性的發(fā)生。穩(wěn)（蠕)滑的錯動是持續(xù)、平穩(wěn)地發(fā)生的。斷層兩盤巖體強度低，或由于斷層帶內(nèi)有軟弱充填物或有高孔隙水壓力，持續(xù)不斷的相互錯動而不能鎖固以積蓄應變能，這種方式活動的斷層僅伴有小震或無地震活動。有些斷層則兼有粘滑與蠕滑蠕滑與粘滑相伴生實際上活斷層的活動方式，既非絕對蠕滑也非絕對的粘滑，而是二者兼而有之。日本1995年阪神大地震和我國四川2008年5.12汶川特大地震的發(fā)震活斷裂就都是二者兼而有之。在發(fā)震粘滑錯動發(fā)生之前二者都有震前蠕滑。4.2.3活斷層的活動方式粘滑錯動是間斷性突然性發(fā)生的。

在冀、魯、豫、皖等省先后出現(xiàn)的大面積地裂現(xiàn)象。上述的地裂現(xiàn)象不受地貌、土質(zhì)和水文條件影響，與區(qū)域構(gòu)造方向和區(qū)域應力場方向協(xié)調(diào)，表現(xiàn)出有統(tǒng)一的受力方向。地殼塊體或斷裂帶蠕動，導致在地面產(chǎn)生一系列微型破裂構(gòu)造，一般稱為地裂縫。如西安地裂縫(下圖)在冀、魯、豫、皖等省先后出現(xiàn)的大面積地裂現(xiàn)象。上述本章重點：（1）我國活斷層帶分布及劃分；（2）震源機制概念，斷層活動的震源機制斷層面解；（3）活斷層的活動特性及判別標志。本章難點：活斷層的判別標志，分三方面判別標志：即地質(zhì)地貌判別標志；文獻記錄判別標志和大地測量判別標志。本章重點及難點本章重點：本章重點及難點本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志(2)斷層活動的時空差異(3)我國主要活斷層的展布特征本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志活斷層的工程地質(zhì)研究活斷層的工程地質(zhì)研究掌握活斷層的基本概念及研究意義；掌握活斷層的類型及特征、錯動速率和活動周期，活斷層活動的時空不均一性，震源機制及震源機制斷層面解；了解活斷層區(qū)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計建筑物的基本原則；掌握活斷層的判別標志，活斷層的調(diào)查、監(jiān)測與研究方法。本章學習內(nèi)容及要求掌握活斷層的基本概念及研究意義；本章學習內(nèi)容及要求

4.3活斷層的長度和斷距

活斷層的長度和斷距是表征活斷層規(guī)模的重要數(shù)據(jù)，通常用強震導致的地面破裂(地震斷層或地表錯斷)的長度(L)和伴隨地震產(chǎn)生的一次突然錯斷的最大位移值(D)表示。近年來世界各地都對地表錯斷進行了廣泛的研究。我國地震部門也對全國40余條地震地表錯斷進行了研究(圖4－11)。4.3活斷層的長度和斷距第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件

研究表明，地震地表錯斷長度自＜1km至數(shù)百公里，最大位移自幾十厘米至十余米(表4-2、表4-3)。一般說來地震震級愈大，震源深度愈淺，則地表錯斷就愈長。大于7.5級的淺源地震均伴有地表錯斷，而小于5.5級的地震則除個別特例外均無地表錯斷。一般認為，地面上產(chǎn)生的最長地震地表斷裂，可以代表地震震源斷層的長度。而地震震源斷層長度與震級大小是正相關(guān)的。所以各國學者又開展了地震震級與地表破裂長度及地表斷層位移的統(tǒng)計關(guān)系分析，力圖建立它們之間的相關(guān)關(guān)系式，以便據(jù)已知斷裂估計可能地震震級。研究表明，地震地表錯斷長度自＜1km至數(shù)百公里

或者據(jù)已知震級估計工程場地可能出現(xiàn)的位錯的大小。我國已有的這類關(guān)系式有：M=1.19lgL+5.25L=0.56M-2.25

日本松田時彥得出的關(guān)系式為：

M=（1/0.6）lgL+4.85lgD=0.55M-3.71（D：地震一次突然錯動的最大幅度）博泥拉通過統(tǒng)計、回歸分析，獲得如下關(guān)系式：

Ms(L)=6.04+0.708lgL或者據(jù)已知震級估計工程場地可能出現(xiàn)的位錯的大小。本章重點：（1）我國活斷層帶分布及劃分；（2）震源機制概念，斷層活動的震源機制斷層面解；（3）活斷層的活動特性及判別標志。本章難點：活斷層的判別標志，分三方面判別標志：即地質(zhì)地貌判別標志；文獻記錄判別標志和大地測量判別標志。本章重點及難點本章重點：本章重點及難點本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志(2)斷層活動的時空差異(3)我國主要活斷層的展布特征本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志活斷層的工程地質(zhì)研究活斷層的工程地質(zhì)研究掌握活斷層的基本概念及研究意義；掌握活斷層的類型及特征、錯動速率和活動周期，活斷層活動的時空不均一性，震源機制及震源機制斷層面解；了解活斷層區(qū)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計建筑物的基本原則；掌握活斷層的判別標志，活斷層的調(diào)查、監(jiān)測與研究方法。本章學習內(nèi)容及要求掌握活斷層的基本概念及研究意義；本章學習內(nèi)容及要求

4.4活斷層的錯動速率和重復錯動周期

4.4.1活斷層的錯動速率及按錯動速率分級

活斷層的錯動速率是反映活斷層活動強弱、斷層所在地區(qū)應變速率大小的重要數(shù)據(jù)?；顢鄬右哉郴介g斷性地產(chǎn)生突然錯斷，錯動速率以平均錯動速率表示。

根據(jù)斷層的錯動速率，可以將活斷層分為活動強烈程度不等的級別。日本分為五級，我國則分為四個級。4.4活斷層的錯動速率和重復錯動周期日本活斷層分級我國活斷層分級根據(jù)斷層的錯動速率，可以將活斷層分為活動強烈程度不等的級別。日本活斷層分級我國活斷層分級根據(jù)斷層的錯動速率，可以將活斷層

斷層的錯動速率愈大，其重復周期(地震重現(xiàn)周期(earthquakerecurrentinterval))也就愈短。

錯動速率和地震重現(xiàn)周期是長期地震預報的重要數(shù)據(jù)。世界范圍的活斷層研究表明，活斷層的錯動速率很小，一般為每年不足1mm到幾毫米，最強的也僅有每年幾十毫米。板塊邊緣斷層最強，一般為幾cm／a，如美國加州圣安德烈斯斷層帶最大速率為5cm/a。斷層的錯動速率愈大，其重復周期(地震重現(xiàn)周期(e自上新世晚期以來我國西部活斷層的位移總量為數(shù)km至20km，在東部則為數(shù)十米至數(shù)千米；東部的錯動速率華北為每年不足1mm到數(shù)mm(鄂爾多斯周邊)，華南、東北則一般小于0.1mm。西部則達每年數(shù)mm至l0mm以上具有明顯的區(qū)域性。自上新世晚期以來我國西部活斷層的位移總量為數(shù)km至20km，表4-4

中

國

主

要

活

斷

層

錯

動

速

率表4-4

中

國

主

要

活

斷

層

錯

動

速

率4.4.2確定活斷層錯斷速率的地質(zhì)學方法

1．以錯斷地貌面計算活斷層錯動速率：古地震事件錯斷地貌最為直觀，如斷層以走滑為主則有：（1）斷錯山脊、不同時代沖溝或溪流（圖4-5），不同時代階地或沖積扇（圖4-6）；（2）如以傾滑為主或有較大的傾滑分量，則形成斷層陡坎和斷層三角面（triangularfacet）。沿陡峻斷層陡崖往往形成滑坡群。溪溝錯斷或正斷層下陷，往往形成斷塞塘或下陷塘（sagpond）。4.4.2確定活斷層錯斷速率的地質(zhì)學方法

活斷層錯動的地質(zhì)證據(jù)主要有錯斷第四紀地層；形成地震崩積楔（見圖4-17）或地震充填楔；（3）由于錯動伴生地震的震動效應造成砂土液化；（4）由于快速錯動產(chǎn)生高溫而在斷層物質(zhì)中保存的熱淬火證據(jù)。圖4-17斷層陡坎演化過程模式（據(jù)宋方敏等，1987）a、c、e為第一、二、三次斷錯形成的剖面；b、d為第二、三次斷錯前剖面；f為現(xiàn)階段剖面；Ou為上原始面；Oi為下原始面；F1、F2、F3為三次錯斷產(chǎn)生的陡斜面；E1、E2為侵蝕斜面；E

3為現(xiàn)今不穩(wěn)定斜面；D1、D2、D3為崩積楔；R1、R2為沖積層活斷層錯動的地質(zhì)證據(jù)主要有錯斷第四紀地層；形成地震崩積斷層突然錯動伴有較高的摩擦升溫，所以它是一次熱事件。熱事件既可產(chǎn)生可作為地質(zhì)時鐘的自生礦物（如1Md伊利石），也可使巖石中已有地質(zhì)時鐘熱退火而歸零，重新開始記時。于是它們就記錄有活斷層最后一次強烈活動年齡的信息。用適當測年方法（如K-Ar法、熱釋光法（TL）、電子自旋共振法（ESR）等）就可提取這些信息。它們只能測定最新一次活動年齡，不能用以判定平均錯動速率和重復間隔。3．以GPS觀測成果計算活斷層錯動速率斷層突然錯動伴有較高的摩擦升溫，所以它是一次熱事件。熱事件既GPS觀測到的中國大陸現(xiàn)今構(gòu)造變形背景場的水平分量（根據(jù)張培震等2002）GPS觀測到的中國大陸現(xiàn)今構(gòu)造變形背景場的水平分量（根據(jù)張培本章重點：（1）我國活斷層帶分布及劃分；（2）震源機制概念，斷層活動的震源機制斷層面解；（3）活斷層的活動特性及判別標志。本章難點：活斷層的判別標志，分三方面判別標志：即地質(zhì)地貌判別標志；文獻記錄判別標志和大地測量判別標志。本章重點及難點本章重點：本章重點及難點本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志(2)斷層活動的時空差異(3)我國主要活斷層的展布特征本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志活斷層的工程地質(zhì)研究活斷層的工程地質(zhì)研究掌握活斷層的基本概念及研究意義；掌握活斷層的類型及特征、錯動速率和活動周期，活斷層活動的時空不均一性，震源機制及震源機制斷層面解；了解活斷層區(qū)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計建筑物的基本原則；掌握活斷層的判別標志，活斷層的調(diào)查、監(jiān)測與研究方法。本章學習內(nèi)容及要求掌握活斷層的基本概念及研究意義；本章學習內(nèi)容及要求活斷層在全新世期間的活動在全世界范圍內(nèi)都表現(xiàn)出明顯的時空不均勻性。4.5.1活斷層突然錯動在時間分布上的不均勻性

在時間上的不均勻性主要表現(xiàn)在活動強度隨時間有較大的變化，一時活動強烈一時則活動微弱，因此突然錯動事件在某一時間段就顯得十分密集而在另一時間段則相對稀疏得多。似乎是這些事件群集發(fā)生在其一時間段內(nèi)。

§4.5活斷層的時空不均勻性

活斷層在全新世期間的活動在全世界范圍內(nèi)都表現(xiàn)出明顯的時空不均

在空間上不均勻性主要表現(xiàn)在不同大地構(gòu)造區(qū)內(nèi)斷層活動強度顯著不同;同一斷層的不同分支或不同段也有顯著差異。隨時間的延續(xù)，其活動性此起彼伏。

查明活斷層活動性的時空不均勻性，研究古地震事件的群集期(活躍期)和平靜期的交替以及劃分活動性不同的區(qū)段，并判定其遷移過程，才能較準確地判定強震復發(fā)間隔，為地震危險性分析提供合理參數(shù)。只有這樣才能提高區(qū)域穩(wěn)定性評價、地震危險性評估及概率分析水平。4.5.2活斷層錯動在空間上的不均勻性在空間上不均勻性主要表現(xiàn)在不同大地構(gòu)造區(qū)內(nèi)斷層活動強度我國活斷層的研究表明，在全新世內(nèi)活斷層的活動速率也有明顯變化，表現(xiàn)為活動階段與靜止階段相交替的間歇活動特點。這與地震活動分期分幕、有活躍期與平靜期的特點相一致。我國活斷層的研究表明，在全新世內(nèi)活斷層的活動速率也有明顯變化第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件青藏高原內(nèi)部及其邊緣、甘新一帶、華北三個地帶的16條活斷層上12000a以來的古地震事件在時間上的分布情況。青藏高原內(nèi)部及其邊緣、甘新一帶、華北三個地帶的16條活斷層上

由時間序列圖可以看出以下的一些有實際意義的情況。（1）青藏高原區(qū)10條活斷層共揭露出51次破裂事件，總計平均重復錯斷間隔為2100a。（2）不同活斷層上錯動事件在時間分布的組合方式方面是多種多樣的，大致可分為三種類型，即：單發(fā)式、群發(fā)式和混合式。每隔較長時間間隔發(fā)生一次大事件且時間間隔比較均勻一致的為單發(fā)式。例如郯廬斷裂中段沂沭斷裂和新疆二臺斷裂都是每隔3000一3500a發(fā)生一次強烈事件(震級8級左右)。由時間序列圖可以看出以下的一些有實際意義的情況。

在某一時間段內(nèi)群集發(fā)生多次事件而在此時間段以外則比較平靜的為群發(fā)式。例如阿爾金山斷裂西段在距今2000一4500a發(fā)生群集的多次事件，而在此時間段以外則僅有個別事件發(fā)生。既有事件群集發(fā)生階段也有單發(fā)階段為混合型，例如鮮水河斷裂。

在某一時間段內(nèi)群集發(fā)生多次事件而在此時間段以外則

從前一節(jié)斷層平均錯動速率的討論中可以明顯看出，我國活斷層的錯動速率具有區(qū)域性的不均勻性(見圖4-16)。西部高于東部，東部的華北又高于東北和華南。由于有這種區(qū)域性的差異，故有的研究者將我國劃分為如圖4-31所示的新疆、青藏、東北、華北、華南、臺灣、南海七個斷塊區(qū)。其中緊鄰板塊碰撞帶的青藏高原及其周邊，緊鄰板塊俯沖帶的臺灣，斷層的新活動較為強烈。

同一區(qū)域的不同斷層，同一斷層的不同分支或同一斷層的不同段，其活動性也是不均勻的（以滇西北地區(qū)為例說明）。

新疆（I)、青藏(II)、東北(III)、華北(IV)、華南(V)、臺灣(VI)、南海(VII)七個斷塊區(qū)。新疆（I)、青藏(II)、東北(III)、華北(IV)、華南4.5.3活斷層的遷移在斷層的活動段，一系列破裂事件以群集的方式發(fā)生之后，斷裂活動往往就變換到其它段落或地區(qū)，這就是斷層活動的遷移。4.5.3活斷層的遷移本章重點：（1）我國活斷層帶分布及劃分；（2）震源機制概念，斷層活動的震源機制斷層面解；（3）活斷層的活動特性及判別標志。本章難點：活斷層的判別標志，分三方面判別標志：即地質(zhì)地貌判別標志；文獻記錄判別標志和大地測量判別標志。本章重點及難點本章重點：本章重點及難點本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志(2)斷層活動的時空差異(3)我國主要活斷層的展布特征本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志活斷層的工程地質(zhì)研究活斷層的工程地質(zhì)研究掌握活斷層的基本概念及研究意義；掌握活斷層的類型及特征、錯動速率和活動周期，活斷層活動的時空不均一性，震源機制及震源機制斷層面解；了解活斷層區(qū)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計建筑物的基本原則；掌握活斷層的判別標志，活斷層的調(diào)查、監(jiān)測與研究方法。本章學習內(nèi)容及要求掌握活斷層的基本概念及研究意義；本章學習內(nèi)容及要求

4.6.1規(guī)劃選場

要對幾個相互比較的場址進行斷層相對活動性評價。(1)有低級別的活斷層的場地優(yōu)于有高級別的;有活動時期老的斷層的場地優(yōu)于有活動時期新的;有全新世(11000a)內(nèi)無活動的斷層的場地優(yōu)于有全新世內(nèi)有活動的斷層的場地等。(2)盡可能避開主斷層帶(舉例大渡河瀘定水電站壩址選擇)；(3)如為逆斷層或正斷層類型，盡可能避開有強烈地表變形和分支、次生斷裂發(fā)育的斷層上盤(逆斷層的上升盤、正斷層下降盤)。如有較大的正、逆斷層，場地往往需要選在距主斷面數(shù)千米之外?！?.6活斷層區(qū)規(guī)劃設(shè)計建筑物的原則

4.6.1規(guī)劃選場§4.6活斷層區(qū)規(guī)劃設(shè)計建筑物的原準《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—94)中明確規(guī)定了重大工程與活斷層的安全距離及處理措施§4.6活斷層區(qū)規(guī)劃設(shè)計建筑物的原則

準《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—94)中明確規(guī)定了重應用中的幾個問題：一條斷裂有多條斷層組成，那些是活動的？地表破裂不一定沿已有的斷層如汶川地震，唐山地震。例如：，1976年唐山地震在極震區(qū)出現(xiàn)了走向NE30o，延伸約8—10km的地裂。經(jīng)有關(guān)單位利用多種手段查證，發(fā)現(xiàn)它是典型的構(gòu)造性地裂．而非唐山地震的發(fā)震斷裂。對于低頻高強度的地震斷層往往在平靜期給人以非活動斷層的假象§4.6活斷層區(qū)規(guī)劃設(shè)計建筑物的原則

應用中的幾個問題：§4.6活斷層區(qū)規(guī)劃設(shè)計建筑物的原則

4.4.2建筑物類型選擇若證實場地中有活斷層穿過，或場地位于活動的逆、正斷層上盤有可能產(chǎn)生分支及次級錯斷，則應選擇在錯動下不致破壞的建筑物型式。對于壩來說，在上述情況下均不宜建筑混凝土壩，而只能建散體堆填壩。

4.4.2建筑物類型選擇

4.6.3建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計

4.6.3.1土壩結(jié)構(gòu)設(shè)計原則（1）保證錯動后不殘存深大開口裂縫砂、礫石、砂礫混合物和硬巖石的塊石，如無相當量的粘土、粉土混入物是無粘性的，所以不能支持達一定高度的陡立裂縫邊壁。4.6.3建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(2)能安全控制大的滲流量即使粘性心墻由于斷層錯動而錯開，由于心墻兩側(cè)的無粘性土的過渡帶滲透性低，滲流量可以被降低到一個可以安全控制的數(shù)量。下游有一堆石帶滲透性很強，最大可能滲流量可以通過此帶由壩趾處安全泄出。無粘性土的過渡帶與塊石帶之間要按反濾層原理設(shè)計保證不發(fā)生潛蝕?？梢杂煤喕癁橛蔁o粘性土過渡帶和下游組堆石帶兩個要素組成的示意剖面(圖4－28）：估算最大滲流量，并說明即使在沒有粘土心墻的情況下，滲流量雖大但壩仍是安全的。(2)能安全控制大的滲流量第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件4.6.3.2其它類型建筑物的結(jié)構(gòu)措施實例

舉例：日本山陽新干線的新神戶車站4.6.3.2其它類型建筑物的結(jié)構(gòu)措施實例本章重點：（1）我國活斷層帶分布及劃分；（2）震源機制概念，斷層活動的震源機制斷層面解；（3）活斷層的活動特性及判別標志。本章難點：活斷層的判別標志，分三方面判別標志：即地質(zhì)地貌判別標志；文獻記錄判別標志和大地測量判別標志。本章重點及難點本章重點：本章重點及難點本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志(2)斷層活動的時空差異(3)我國主要活斷層的展布特征本章思考題(1)活斷層的活動特性及判別標志活斷層的工程地質(zhì)研究活斷層的工程地質(zhì)研究掌握活斷層的基本概念及研究意義；掌握活斷層的類型及特征、錯動速率和活動周期，活斷層活動的時空不均一性，震源機制及震源機制斷層面解；了解活斷層區(qū)內(nèi)規(guī)劃設(shè)計建筑物的基本原則；掌握活斷層的判別標志，活斷層的調(diào)查、監(jiān)測與研究方法。本章學習內(nèi)容及要求掌握活斷層的基本概念及研究意義；本章學習內(nèi)容及要求活斷層研究方法遙感圖象的計算機識別QUICKBIRDETM（TM圖象）圖象增強處理地貌學研究山脊位錯研究河流變形研究洪積扇變形研究巖溶地形研究夷平面研究海岸地形研究地質(zhì)研究研究標志面及標志層的位錯大比例尺活動構(gòu)造測繪第四紀地層中斷層天然露頭、探槽開挖揭示采用構(gòu)造地質(zhì)學的研究方法進行解剖第四紀成因類型及組合關(guān)系研究生物化石研究§4.7活斷層的調(diào)查、監(jiān)測4.7.1活斷層的調(diào)查活斷層研究方法遙感圖象的計算機識別QUICKBIRD人工地震探測地球物理和地球化學研究大地電磁測深甚低頻測氡地形變測量VLBISLRGPSINSAR(合成孔徑雷達干涉測量)活斷層測年傳統(tǒng)測年方法光釋光測年多重擴散域測年宇宙成因放射性核素測年考古法14C鈾系法K-Ar法FT（裂變徑跡法）TL（熱釋光）ESR（電子自旋共振）“浮動時標”測年法活斷層研究方法人工地震探測地球物理和地球化學研究大地電磁測深甚低頻測氡地形

活斷層的工程地質(zhì)調(diào)查目的在于準確確定建筑區(qū)附近活斷層帶位置，確定建筑區(qū)內(nèi)有無活斷層，活斷層帶的寬度，錯動最大幅值及變形帶寬度，以及間斷活動的時間間隔，如果伴有地震，則應進行地震研究(見第五章)。第5章活斷層的工程地質(zhì)研究課件4.7.1.1低陽光角航空攝影或高精度衛(wèi)片

航測照片可以看到地表研究所不能看到的跡象，近年來快鳥(QUICKBIRD)衛(wèi)片精度達0.68m,在研究屬于線性構(gòu)造的斷層中是很有用的。有些主干走向錯動活斷層在圖上極易看出．另一些極端情況，例如逆斷層，既使是有豐富經(jīng)驗的解譯者也只能定為可疑斷層，所以一定要兩個有經(jīng)驗的人分別解譯，以排除不可靠的主觀判斷。區(qū)域研究用1:30000一1:60000，詳細研究用1:10000一1:200D0的圖件。4.7.1.1低陽光角航空攝影或高精度衛(wèi)片

航測照4.7.1.1低陽光角航空攝影或高精度衛(wèi)片

4.7.1.1低陽光角航空攝影或高精度衛(wèi)片

4.7.1.2現(xiàn)場調(diào)查（1）開挖探槽開挖斷層是研究活斷層活動特性、確定其間斷活動時間間隔的必不可少的手段。主要研究跨斷層的最新沉積是否被斷層錯斷及其錯動幅度；提供含碳物質(zhì)的樣品以定絕對年齡，以便判定活動的時代；揭露重復錯動證據(jù)，如較老地層比新地層錯距大、多次的地層砂土液化造成的多次噴砂的地層記錄等等，以判定間歇錯動的時間間隔。所需探槽深度一般不大，約為2-4m。4.7.1.2現(xiàn)場調(diào)查

揭露后必須小心地以鏟清除側(cè)壁浮土，用刷和刮刀清理壁面以便詳細觀察和描繪細節(jié)。因為既使是大的活斷層，最近期表層沉積中的錯動帶寬也僅有10一20cm或更少，不仔細研究細節(jié)往往作出錯誤結(jié)論。在研究中須注意的以下幾點；

(1)斷層泥的表觀“新鮮程度”不能用于作為斷層近期活動的證據(jù)，因為在地表風化帶以下斷層往往成糊狀未風化的外貌，由新鮮土及未風化的破碎巖石組成，既使數(shù)百年無錯動也是這樣。

(2)擦痕面方向不能作為判定相對運動的證據(jù)，因為近地表處，不管斷層位移方向怎樣，斷層泥都有向阻力最小的上方擠出的趨勢。

揭露后必須小心地以鏟清除側(cè)壁浮土，用刷和刮刀清4.7.2活斷層的監(jiān)測對工程或?qū)Πl(fā)生較強地震有重要意義的活斷層應監(jiān)測其活動動態(tài)。監(jiān)測有位移監(jiān)測和微震監(jiān)測兩方面，兩者應配合進行。位移監(jiān)測的方法是多種的，從不同時期的衛(wèi)星影象的比較研究、基線重復測量到埋置儀器檢測。這里主要講一種行之有效的埋置儀器監(jiān)測。在坑道中跨過斷層埋置伸長計可以連續(xù)地監(jiān)測斷層活動動態(tài)。4.7.2活斷層的監(jiān)測現(xiàn)今還在蠕動的斷層，需采用重復精密水準測量(水準環(huán)測或三角、三邊測量)。近年還采用全球定位系統(tǒng)(GPS，GlobalPositioningSystem)或超長基線(VIBI)測量法測得兩盤相對位移。GPS測量現(xiàn)今還在蠕動的斷層，需采用重復精密水準測量(水準環(huán)測或三角、亞洲塊體運動矢量圖（GPS）亞洲塊體運動矢量圖（GPS）某水電站活斷層監(jiān)測裝置，監(jiān)測水平方向移動，固定在斷層兩側(cè)某水電站活斷層監(jiān)測裝置，監(jiān)測水平方向移動，固定在斷層兩側(cè)4.7.3活斷層活動年代的測定在地震地質(zhì)、現(xiàn)代構(gòu)造運動和大型工程設(shè)施區(qū)域穩(wěn)定性研究中，確定斷層最后一次活動至關(guān)重要。目前有兩類確定方法：其一為確定斷層活動時代區(qū)間，即活動年代的上限和下限，多以被斷層錯斷或未錯斷的地質(zhì)體（地層）或地貌的年代來表示；其二為直接測定斷層活動過程中產(chǎn)生的物質(zhì)的年代（相對年齡測定和絕對年齡測定），即提取斷層活動生成的地質(zhì)時期的計時信息。4.7.3活斷層活動年代的測定

石英碎礫表面結(jié)構(gòu)掃描電鏡:

近二十年來發(fā)展起來的石英碎礫表面結(jié)構(gòu)掃描電鏡分析方法,是一種根據(jù)斷層帶內(nèi)石英碎礫表面形貌結(jié)構(gòu)特征來判斷斷層最新活動年代的定性研究方法。研究的基本方法是,從斷層帶物質(zhì)中分離出石英顆粒,在掃描電鏡下分析其表面形貌結(jié)構(gòu)隨時間而發(fā)生的溶蝕特征,確定其溶蝕時間,進而判斷導致石英破裂的斷層活動時代

。此法雖不能給出斷層最新活動的絕對年代數(shù)據(jù)，但因方法簡便易行，且所得定性結(jié)論十分可靠，仍不失為一種初步鑒定活斷層的好方法。一般溶蝕環(huán)境下:貝殼狀斷口—Q4-Q3晚期;

次貝殼狀斷口—Q3中期;

類貝殼狀斷口—Q3早期;隨溶蝕時間推移,相繼出現(xiàn)桔皮狀.蟲蛀狀.鍋穴狀.珊瑚狀等形貌結(jié)構(gòu)。相對年齡測定：相對年齡測定：棱角狀顆粒次棱角狀顆粒

顆粒表面的貝殼狀斷口棱角狀顆粒次棱角狀顆粒顆粒表面的貝殼狀斷口

貝殼狀斷口

貝殼狀斷口

次貝殼狀斷口

類貝殼狀斷口

類貝殼狀斷口

類貝殼-桔皮狀狀斷口貝殼狀斷口貝殼狀斷口次貝殼狀斷口

桔皮狀結(jié)構(gòu)

桔皮狀結(jié)構(gòu)

蟲蛀狀結(jié)構(gòu)

蟲蛀狀結(jié)構(gòu)