第二章区域稳定性理论

1、工程地质学基础工程地质学基础勘查技术与工程学院 曲力群 QQ7052312142015年11月第二章第二章 区域稳定性理论区域稳定性理论第二章主要内容第二章主要内容1.概述概述2.区域稳定性基本理论区域稳定性基本理论3.区域稳定性研究基本内容区域稳定性研究基本内容4.中国区域构造挽近期活动性概述中国区域构造挽近期活动性概述5.区域稳定性分区与评价区域稳定性分区与评价第二章重点内容第二章重点内容1.区域稳定性研究的基本任务；区域稳定性研究的基本任务；2. “安全岛安全岛”理论；理论；3.区域稳定工程地质理论；区域稳定工程地质理论；4.区域稳定性评价的主要对象；区域稳定性评价的主要对象；5.区域稳

2、定性分级原则；区域稳定性分级原则；6.决定区域稳定性的因素；决定区域稳定性的因素；7.区域稳定性评价工作步骤。区域稳定性评价工作步骤。2.1概述概述区域稳定性区域稳定性研究的研究的基本任务基本任务（1）研究区域工程地质特征；）研究区域工程地质特征；（2）区域稳定性评价；）区域稳定性评价；（3）研究区域工程地质改造，并强调对任何重大工程项目）研究区域工程地质改造，并强调对任何重大工程项目都应该研究区域稳定性问题。都应该研究区域稳定性问题。 区域稳定性（区域稳定性（regional stability）是指在内外动力作用下，是指在内外动力作用下，现今一定区域地壳表层的相对稳定程度及其对工程建筑安全

3、现今一定区域地壳表层的相对稳定程度及其对工程建筑安全的影响程度。的影响程度。 区域稳定性区域稳定性包含包含区域地壳稳定性区域地壳稳定性，区域地壳，区域地壳稳定性通常不包括区域性外动力地质作用的研究，稳定性通常不包括区域性外动力地质作用的研究，而只是现代地壳活动性及其对工程建设影响的研而只是现代地壳活动性及其对工程建设影响的研究与评价。究与评价。 区域稳定性评价区域稳定性评价已成为国家重大工程规划选已成为国家重大工程规划选址和建设前期论证的重要决策依据之一。址和建设前期论证的重要决策依据之一。名词回顾和解释名词回顾和解释区域地壳稳定性区域地壳稳定性 工程建设区域内现今地壳在内动力作用下的相对稳工

4、程建设区域内现今地壳在内动力作用下的相对稳定程度。地壳自形成以来，总是处于运动发展之中，稳定程度。地壳自形成以来，总是处于运动发展之中，稳定则是处于某一相对短暂的地质历史时期，或是处于某定则是处于某一相对短暂的地质历史时期，或是处于某些局部地区。些局部地区。 研究区域地壳稳定性的目的研究区域地壳稳定性的目的，是使工程建筑场地选在，是使工程建筑场地选在相对稳定地区，避开现今活动构造带；在活动地区选择相对稳定地区，避开现今活动构造带；在活动地区选择相对稳定地带（或地段）相对稳定地带（或地段）“安全岛安全岛”。区域地壳稳定。区域地壳稳定性的调查研究，不仅在工程规划、选址阶段具有战略意性的调查研究，不

5、仅在工程规划、选址阶段具有战略意义，而且可以为保护地质环境和防治地质灾害提供科学义，而且可以为保护地质环境和防治地质灾害提供科学依据。依据。 影响区域地壳稳定的因素影响区域地壳稳定的因素主要是主要是构造运动构造运动，如，如地壳地壳大大面积升降、隆起，特别是差异性的断裂活动，火山活动，面积升降、隆起，特别是差异性的断裂活动，火山活动，地震活动，地震活动，诱发地震诱发地震等。等。 名词回顾和解释名词回顾和解释 区域地壳稳定性（区域地壳稳定性（regional crustal stability）是指地球内动力地是指地球内动力地质作用质作用,如地震、火山活动、断层错动以及显著的地壳升降运动等对如地震

6、、火山活动、断层错动以及显著的地壳升降运动等对工程建设安全稳定的影响程度。工程建设安全稳定的影响程度。 区域环境地质调查中对区域环境地质调查中对区域地壳稳定性的调查内容区域地壳稳定性的调查内容主要有：主要有：地震与火山活动的历史与现状调查地震与火山活动的历史与现状调查，确定主要地震震害分布、地，确定主要地震震害分布、地震震级与地震烈度；震震级与地震烈度；全新世地层的年代调查全新世地层的年代调查，根据阶地、特殊地层（泥炭、贝壳层、，根据阶地、特殊地层（泥炭、贝壳层、钙积层）的埋藏深度和测年资料推算地壳上升或下沉速率；钙积层）的埋藏深度和测年资料推算地壳上升或下沉速率；活动性断层的调查活动性断层的

7、调查，依据调查与观测资料，推算断层活动速率；，依据调查与观测资料，推算断层活动速率；油气开采和回灌、地下水和地热开采与回灌油气开采和回灌、地下水和地热开采与回灌,卤水开采和回灌，深卤水开采和回灌，深层废液深灌排放、水库蓄水引起层废液深灌排放、水库蓄水引起诱发地震诱发地震的震级、震中深度和地面的震级、震中深度和地面烈度分布，分析形成的构造条件；烈度分布，分析形成的构造条件；以地震震级与烈度为主要指标，以地震地面最大加速度、发震以地震震级与烈度为主要指标，以地震地面最大加速度、发震（M5）周期、断层活动速率、现代地壳升降速度等为参考指标，）周期、断层活动速率、现代地壳升降速度等为参考指标，进行进行

8、区域地壳稳定性程度的分区评价区域地壳稳定性程度的分区评价和和对工程建设安全稳定的影响对工程建设安全稳定的影响程度评价程度评价。2.2区域稳定性基本理论区域稳定性基本理论 区域稳定性区域稳定性主要包括主要包括区域地壳稳定性分析区域地壳稳定性分析和和区域稳定性分级分区区域稳定性分级分区等理论与方法。等理论与方法。2.2.1区域地壳稳定性分析原理区域地壳稳定性分析原理 区域地壳稳定性分析区域地壳稳定性分析是地壳稳定性评价的基础，主是地壳稳定性评价的基础，主要涉及要涉及稳定性条件稳定性条件和和因素的识别因素的识别，重点是分析影响地壳，重点是分析影响地壳稳定性的各种因素与标志，包括区域地质环境、地球结稳

9、定性的各种因素与标志，包括区域地质环境、地球结构、构造格架、新构造活动、地震活动及地应力场等。构、构造格架、新构造活动、地震活动及地应力场等。三个有代表性的理论：三个有代表性的理论：（1）“安全岛安全岛”理论；理论；（2）构造控制理论；）构造控制理论；（3）区域稳定工程地质理论。）区域稳定工程地质理论。（1）“安全岛安全岛”理论：理论：“安全岛安全岛”理论理论核心思想核心思想：在现：在现今构造活动性强烈地区，寻找活动相对微弱的今构造活动性强烈地区，寻找活动相对微弱的“安全安全岛岛”；而在现今构造活动性微弱地区，圈出活动性相对；而在现今构造活动性微弱地区，圈出活动性相对较强的活动带。较强的活动带

10、。 基本思路与原则：基本思路与原则：利用地质力学理论和方法进行地壳利用地质力学理论和方法进行地壳稳定性评价。稳定性评价。（2）构造控制理论）构造控制理论：以：以构造稳定性分析评价构造稳定性分析评价作为区域地作为区域地壳稳定性评价的壳稳定性评价的核心内容核心内容，强调内动力产生的，强调内动力产生的构造活动构造活动性和构造块体稳定状态性和构造块体稳定状态是区域地壳稳定性研究的主体。是区域地壳稳定性研究的主体。构造控制理论构造控制理论可以分为两种思路：可以分为两种思路：（1）主要观点是内动力作用所产生的）主要观点是内动力作用所产生的地震、断裂活动、火山活动、地震、断裂活动、火山活动、新构造、和现今构

11、造变形及其应力场新构造、和现今构造变形及其应力场是决定区域地壳表层稳定程度是决定区域地壳表层稳定程度差异的差异的关键因素关键因素，而，而岩体结构层次岩体结构层次是控制场地稳定和地面稳定性的是控制场地稳定和地面稳定性的主导因素主导因素。其核心是研究地壳现今活动性及其对工程安全的影响，。其核心是研究地壳现今活动性及其对工程安全的影响，其研究主线是现今地壳活动的断裂活动性与地震、火山活动性，分其研究主线是现今地壳活动的断裂活动性与地震、火山活动性，分析地壳稳定性条件及其影响因素，探讨析地壳稳定性条件及其影响因素，探讨地震过程与地壳稳定性的关地震过程与地壳稳定性的关系系，评价构造断块稳定性。，评价构造

12、断块稳定性。（2）以）以构造应力场研究构造应力场研究为主线，进行区域地壳稳定性评价。核心是为主线，进行区域地壳稳定性评价。核心是以现今构造应力场、形变场、地热场研究为基础，揭示现在地壳稳以现今构造应力场、形变场、地热场研究为基础，揭示现在地壳稳定状态的根本原因和规律，进而评价区域地壳稳定性。在理论上，定状态的根本原因和规律，进而评价区域地壳稳定性。在理论上，以物理的以物理的“场论场论”为核心，为核心，用各种场（应力场、变形场、能量场、用各种场（应力场、变形场、能量场、地热场等）反映内动力作用所导致的地壳表层变形地热场等）反映内动力作用所导致的地壳表层变形的时空分布趋势的时空分布趋势和规律，和规

13、律，揭示构造稳定性揭示构造稳定性的机制和相互影响。的机制和相互影响。在工程中以仪器现场在工程中以仪器现场测量、地震机制解译与数学、物理模拟实验相结合，研究现今构造测量、地震机制解译与数学、物理模拟实验相结合，研究现今构造应力场，评价区域地壳稳定性。应力场，评价区域地壳稳定性。（3）区域稳定工程地质理论）区域稳定工程地质理论 以区域稳定性工程地质评价为核心，将以区域稳定性工程地质评价为核心，将区域区域地壳稳定性评价地壳稳定性评价分为分为构造稳定性评价构造稳定性评价、地面稳定地面稳定性评价性评价和和场地稳定性评价场地稳定性评价三个层次。三个层次。 其核心是围绕地球内外动力综合作用的灾变其核心是围绕

14、地球内外动力综合作用的灾变过程及其对区域地壳稳定性影响因素的研究，从过程及其对区域地壳稳定性影响因素的研究，从新构造、活动断裂、地震活动性等几方面为主研新构造、活动断裂、地震活动性等几方面为主研究构造稳定性，从地壳表层地质灾害和工程岩土究构造稳定性，从地壳表层地质灾害和工程岩土性质为主研究地面和场地稳定性，再从以上三个性质为主研究地面和场地稳定性，再从以上三个层次综合评价区域地壳稳定性。层次综合评价区域地壳稳定性。2.2.2区域稳定性分级与分区理论区域稳定性分级与分区理论 区域稳定性评价区域稳定性评价：是指在全面研究分析一定地区地壳结构和地：是指在全面研究分析一定地区地壳结构和地质灾害分布规律

15、的基础上，结合内、外动力地质作用，岩土体介质质灾害分布规律的基础上，结合内、外动力地质作用，岩土体介质条件及人类工程活动诱发或叠加的地质灾害对工程建筑物的相互作条件及人类工程活动诱发或叠加的地质灾害对工程建筑物的相互作用和影响分析，评估不同地方现今地壳及其表层的稳定程度差异与用和影响分析，评估不同地方现今地壳及其表层的稳定程度差异与潜在危险性。潜在危险性。 区域稳定性评价的主要对象区域稳定性评价的主要对象是，是，区域地质背景特征区域地质背景特征和和重点的地重点的地质灾害问题。质灾害问题。 区域稳定性评价的区域稳定性评价的工作内容工作内容：以以构造稳定性评价研究构造稳定性评价研究为重点；为重点；

16、以以地面稳定性、岩土介质稳定性研究地面稳定性、岩土介质稳定性研究为辅。为辅。区域稳定性评价的区域稳定性评价的主要目标主要目标：区域稳定性的区域稳定性的分级与分区。分级与分区。区域稳定性评价的区域稳定性评价的主要内容主要内容：包括：区域稳定性评价指标的确定、稳定性分级与分包括：区域稳定性评价指标的确定、稳定性分级与分区的原则、稳定性定量化模型的建立等。区的原则、稳定性定量化模型的建立等。 构造应力场尤其是构造应力场尤其是现今构造应力场现今构造应力场是区域稳定性评价的重是区域稳定性评价的重要内容。要内容。 区域稳定性分区与分级区域稳定性分区与分级按四级划分原则进行：按四级划分原则进行： 稳定区、基

17、本稳定区、次稳定区和不稳定区。稳定区、基本稳定区、次稳定区和不稳定区。 工程建设场区的稳定性需要进一步进行二级或三级分区。工程建设场区的稳定性需要进一步进行二级或三级分区。 稳定性定量化模型稳定性定量化模型可采用：模糊数学评判、专家系统、可采用：模糊数学评判、专家系统、信息模型、灰色模型和人工智能模型等多种理论模型好像验证。信息模型、灰色模型和人工智能模型等多种理论模型好像验证。2.3 区域稳定性研究基本内容区域稳定性研究基本内容1.区域地壳结构与组成区域地壳结构与组成2.区域区域新构造运动新构造运动与应力场与应力场3.区域断裂现今活动性区域断裂现今活动性4.区域地震活动与火山活动区域地震活动

18、与火山活动5.区域重大地质灾害区域重大地质灾害6.区域稳定性评价理论与技术方法区域稳定性评价理论与技术方法名词回顾和解释名词回顾和解释新构造运动新构造运动 所谓所谓新构造新构造运动主要是指运动主要是指喜马拉雅喜马拉雅运动（特别是上运动（特别是上新世到更新世喜马拉雅运动的第三幕）中的垂直升降。新世到更新世喜马拉雅运动的第三幕）中的垂直升降。一般来说，新构造运动隆起区现在是山地或高原，沉降一般来说，新构造运动隆起区现在是山地或高原，沉降区是盆地或平原。地质学中一般把区是盆地或平原。地质学中一般把新近纪新近纪和第四纪（前和第四纪（前23Ma现代）时期内发生的构造运动称为新构造运动。现代）时期内发生的

19、构造运动称为新构造运动。 2.4 中国区域构造中国区域构造挽近期挽近期活动性概述活动性概述1.中国构造地貌基本特征中国构造地貌基本特征2.中国挽近期主要活动断裂带中国挽近期主要活动断裂带（课本（课本28页图页图2-1） 3.中国挽近期气候、环境的变迁中国挽近期气候、环境的变迁4.中国挽近期以来岩浆活动和地热活动中国挽近期以来岩浆活动和地热活动（课本（课本29页表页表2-1） 5.中国的地震活动与挽近构造应力场特征中国的地震活动与挽近构造应力场特征（课本（课本29页表页表2-2） 6.中国挽近期构造活动分区概述中国挽近期构造活动分区概述（课本（课本30页图页图2-2）名词回顾和解释名词回顾和解释

20、挽近期挽近期 挽近期是挽近期是地质力学地质力学经常使用的一个术语，泛指古近系以经常使用的一个术语，泛指古近系以来的地史时期。来的地史时期。 挽近期泛指挽近期泛指晚更新世晚更新世末期至今的时间段，距今约末期至今的时间段，距今约1.2万年万年以来，也就是有以来，也就是有人类活动人类活动以来的时间段内。我们作地震评价的以来的时间段内。我们作地震评价的时候一般会说挽近期以来没有活动迹象，意思就是说，自从有时候一般会说挽近期以来没有活动迹象，意思就是说，自从有人类活动人类活动以来，没有活动迹象。以来，没有活动迹象。 2.5区域稳定性分区与评价区域稳定性分区与评价 区域稳定性分区分级区域稳定性分区分级的的

21、目的目的，就是将一个区域划分，就是将一个区域划分成不同稳定程度的区或块，供工程设计部门利用和决策，成不同稳定程度的区或块，供工程设计部门利用和决策，以便选择稳定条件较好的地区和制定合理的建设、规划以便选择稳定条件较好的地区和制定合理的建设、规划方案。方案。1.区域稳定性区域稳定性分级分级原则原则 区域稳定性级别划分区域稳定性级别划分是在区域稳定性各因素或条件工程地质研是在区域稳定性各因素或条件工程地质研究评价基础上进行的。究评价基础上进行的。 首先是考虑首先是考虑地震作用地震作用，其次是，其次是考虑山体及地表稳定性考虑山体及地表稳定性和和地震对地震对岩土体稳定性的影响岩土体稳定性的影响。 按稳

22、定性程度划分为：不稳定、次不稳定、基本稳定和稳定四按稳定性程度划分为：不稳定、次不稳定、基本稳定和稳定四个级别。个级别。 2.区域稳定性区域稳定性分区分区 对一个大区域，可按稳定性相同或相似程度，由大对一个大区域，可按稳定性相同或相似程度，由大到小划分为到小划分为地区、地带、地段和地点地区、地带、地段和地点四级。四级。 在区域稳定性工程地质分区研究中，如将稳定性分在区域稳定性工程地质分区研究中，如将稳定性分级和区域大小分级结合起来，可得级和区域大小分级结合起来，可得区域稳定性分级分区区域稳定性分级分区综合表综合表。（课本。（课本32页表页表2-3）3.区域稳定性评价因素及指标区域稳定性评价因素

23、及指标 决定区域稳定性的因素：决定区域稳定性的因素：（1）地质因素：地质体组成、结构、构造、形态和内外动力）地质因素：地质体组成、结构、构造、形态和内外动力地质作用；地质作用；（2）地球物理因素：重力场、地应力场、地热场；）地球物理因素：重力场、地应力场、地热场；（3）自然因素：气象、水文等；）自然因素：气象、水文等；（4）人为因素：人类工程、经济等各类活动。）人为因素：人类工程、经济等各类活动。 工程地质问题工程地质问题通常按不同层次，由工程建筑区域、地区及通常按不同层次，由工程建筑区域、地区及工程场址依次划分为工程场址依次划分为区域地壳稳定性区域地壳稳定性、建设地区地表稳定性建设地区地表稳

24、定性和和工程场址岩土体稳定性工程场址岩土体稳定性三类。三类。（1）地壳稳定性）地壳稳定性（2）地表稳定性）地表稳定性（3）工程岩土体稳定性）工程岩土体稳定性 区域地壳稳定性评价因素及指标（课本区域地壳稳定性评价因素及指标（课本32页表页表2-4） 地壳稳定性单因素评价指标地壳稳定性单因素评价指标有：基本烈度、地震活动（震有：基本烈度、地震活动（震级）、第四纪地壳升降速率、断裂活动速率、地壳结构类型、级）、第四纪地壳升降速率、断裂活动速率、地壳结构类型、深部构造异常特征、工程建筑适宜性等。深部构造异常特征、工程建筑适宜性等。 地表稳定性评价指标（课本地表稳定性评价指标（课本33页表页表2-5）

25、地表稳定性评价因素地表稳定性评价因素有：灾害及对地面破坏。有：灾害及对地面破坏。地基稳定性分级及单因素评价指标（课本地基稳定性分级及单因素评价指标（课本33页表页表2-6） 地基稳定性评价因素地基稳定性评价因素有：场地土类别、场地平均剪有：场地土类别、场地平均剪切波速、卓越周期、承载力、地下水条件、地形条件切波速、卓越周期、承载力、地下水条件、地形条件等。等。4.区域地壳稳定性评价指标区域地壳稳定性评价指标 定性和半定量指标包括：定性和半定量指标包括：（1）地质指标：地壳结构、深断裂、活动断裂、第四纪）地质指标：地壳结构、深断裂、活动断裂、第四纪地壳升降运动速率、叠加断裂作用；地壳升降运动速率、叠加断裂作用；（2）地球物理指标：重力梯度、地热流值、静压力差值、）地球物理指标：重力梯度、地热流值、静压力差值、地震应变能、地震震级和地震烈度。地