第二章 活断层工程地质研究ppt课件

1、第二章第二章 活断层工程地质研讨活断层工程地质研讨提提 要要 概述概述 活断层根本特征活断层根本特征 活断层鉴别标志活断层鉴别标志 活断层调查研讨方法活断层调查研讨方法 活断层区建筑原那么活断层区建筑原那么第一节第一节 概述概述 活断层普通是指现今正在活动的断层，或活断层普通是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久未来能够重新活动过近期曾活动过、不久未来能够重新活动过的断层。后者也称为潜在活断层。的断层。后者也称为潜在活断层。 断层是地壳构造运动的重要形断层是地壳构造运动的重要形迹。有的断层构成于较晚时期，迹。有的断层构成于较晚时期，在构成以后遭到晚期构造背景在构成以后遭到晚期构造背景条件

2、控制，仍坚持着活动的特条件控制，仍坚持着活动的特征。征。 早在十八世纪，人们从早在十八世纪，人们从地震活动与断层活动的关系渐地震活动与断层活动的关系渐渐认识到断层的活动性特征，渐认识到断层的活动性特征，经过几个世纪的研讨，对活断经过几个世纪的研讨，对活断层的特征有了比较深化的认识。层的特征有了比较深化的认识。 活断层受控于板块构造活断层受控于板块构造板块内产生了塑性或粘性流动变形。板块内产生了塑性或粘性流动变形。印度洋板块青藏高原 关于活断层的定义，目前为止没有完全一关于活断层的定义，目前为止没有完全一致。主要关于过去活断层历史时间的上限致。主要关于过去活断层历史时间的上限界定问题看法不一，不

3、同部门、不同国家界定问题看法不一，不同部门、不同国家都存在差别。都存在差别。 全新活动断裂：全新世全新活动断裂：全新世1000010000年内有过活动或年内有过活动或近期正在活动，在未来近期正在活动，在未来100100年能够继续活动的断裂。年能够继续活动的断裂。 发震断裂：近期发震断裂：近期500500年发生过年发生过5 5级以上地震，或级以上地震，或在未来在未来100100年内预测能够发生年内预测能够发生5 5级以上地震的断裂。级以上地震的断裂。 活断层：最后一次错动距今活断层：最后一次错动距今10-1510-15万年晚更新世万年晚更新世的断层。的断层。 美国原子能委员会美国原子能委员会US

4、NRCUSNRC的定义是：的定义是： 1 1在在3.53.5万年内有万年内有过一次或多次活动的过一次或多次活动的断层断层 2 2与其他活动断层与其他活动断层有联络的断层有联络的断层 3 3沿该断裂发生过沿该断裂发生过蠕动或微震活动蠕动或微震活动活断层工程地质研讨意义活断层工程地质研讨意义 活断层的活动可视为一类地质病害，可以活断层的活动可视为一类地质病害，可以对建筑物产生破坏作用而致害。从这个意对建筑物产生破坏作用而致害。从这个意义上讲，活断层的工程地质研讨就是要研义上讲，活断层的工程地质研讨就是要研讨活断层与工程建筑的关系，评价其对建讨活断层与工程建筑的关系，评价其对建筑物的破坏作用。筑物的

5、破坏作用。 活断层错动变形对建筑物的直接破坏活断层错动变形对建筑物的直接破坏; ;活断活断层对区域地质环境的影响，如地震、区域层对区域地质环境的影响，如地震、区域地壳稳定、水库地震等。地壳稳定、水库地震等。 地震地震Cypress Freeway Structure, Oakland Loma Prieta Earthquake, 1989San Andreas Faultcrossing the Carrizo Plain,North of Santa BarbaraSan Andreas Fault offsetting streamsOn the Carrizo PlainSan Fra

6、ncisco City Hall, 1906振动液化振动液化 Liquefaction Liquefaction .El Centro, CA,1979Loma Prieta, CA,1989海啸海啸 Tsunami（垂直断错1.5米）蠕滑，左旋断错十二毫米（碑前） 对活断层进展研讨，充分掌握对活断层进展研讨，充分掌握其活动特征，合理评价其对工其活动特征，合理评价其对工程的影响，有时可以平安有效程的影响，有时可以平安有效地降低工程设计规范，节省投地降低工程设计规范，节省投资。资。 如黄河小浪底工程坝址区半如黄河小浪底工程坝址区半径径30公里内有公里内有8条大断裂条大断裂 其中王良断裂在坝下游其

7、中王良断裂在坝下游6.5公公里里 断层发生在断层发生在Q1Q2期间期间 断层泥热释光法测年龄：断层泥热释光法测年龄： 15.4-18.3万年，万年，37.4-53.2万万年年 Q2的中后期，的中后期，Q3以来再未活以来再未活动过动过 抗震设计：抗震设计：8级级9级级 程度加速度：程度加速度：0.3伽伽0.215伽，伽，节约至少节约至少2亿元亿元TQ1Q2图2.1-2小浪底水库及邻区第四纪活动断层分布图350034401113011200112303500113003440113001123011200111306.751815.10.235.51965.1.135.11965.1.155182

8、0.10三门峡市三门峡石祁家河坡头古城安窝渑池县柳泉宜阳县李村新安县马屯石井下冶济源县辛庄坡头龙门顾县偃师县巩义孟县赵和沁阳县洛阳市大坝131415712652319108图例断层隐伏或推测断层逆断层正断层1815.10.236.75震级年月日13断层编号说明:11023114125136147158石井河断层小南庄断层五指岭断层 盘古寺断层连地断层焦洛断层王良断层城崖地断层坡头断层宜阴断层霍村断层石家沟断层塔底断层驾桑断层封门口断层孟津县11小浪底及邻区第四纪活动断层分布图小浪底及邻区第四纪活动断层分布图 本节主要引见活断层的类型与活动方式、承继性与反复性、长度与断距、错动速率与周期。第二节

9、第二节 活断层的根本特征活断层的根本特征一、活断层的类型一、活断层的类型 按照位移方向与程度面的关系： 1正断型活断层 差别升降活动为它的断陷盆地边缘。下降盘分支断层多见，构成地堑式的正断层组合。 2逆断型活断层 多分布于板块碰撞挤压带。上盘变形带大，出现多分支断层。 3走滑型活断层 常分布于大陆内部的地块之间的接触部位，程度错动量大，断层带宽度不大，很少分支断裂。1 1粘滑型活断层粘滑型活断层间歇性忽然滑动，常伴有地震活动，也称为地震断层。间歇性忽然滑动，常伴有地震活动，也称为地震断层。发生在强度较高的岩石中，断层带锁固才干强，危害大。发生在强度较高的岩石中，断层带锁固才干强，危害大。发震断

10、裂特征：深断裂，裂谷，板块接触带。发震断裂特征：深断裂，裂谷，板块接触带。2 2蠕滑型活断层蠕滑型活断层沿断层面两侧岩层延续缓慢地滑动沿断层面两侧岩层延续缓慢地滑动发生在强度较低的软岩中，断层带锁固才干弱发生在强度较低的软岩中，断层带锁固才干弱普通无震发生，有时可伴有小震。普通无震发生，有时可伴有小震。 二、活断层的活动方式二、活断层的活动方式 活动断层的产状要素、长度等均是重要的几何要素，这些可以经过勘探等手段得到确定。而活动断裂重新活动往往并非全断裂都活动，而是部分段的活动，这里断层长度是指现活动段长度及两旁相应的错断间隔。 在关于活断层的建筑设计及有关稳定性的分析论证时，需求了解断层活动

11、段长度L和断距D。 对于历史活断层长度和断距，可以从被错动的形迹得到，而对于潜在活断层，要根据有关方面进展预测。 普通以为，活断层地表产生的断裂长度与震源体处断裂长度相一致。通常是根据活断层能够产生最大地震震级M，利用统计阅历方式及查表确定L和D。 三、断层活动段的长度和断距如下关系图也可以作为确定如下关系图也可以作为确定L L、D D时运用时运用 有的情况下，可以采用数字分析如有限元方有的情况下，可以采用数字分析如有限元方法确定断层长度及断距。法确定断层长度及断距。 断层长度断层长度1 1 数百公里不等，普通小于数百公里不等，普通小于5.55.5级地震级地震很少产生地表错动。很少产生地表错动

12、。 活断层地震活动能否在地表显现形迹，与地表覆活断层地震活动能否在地表显现形迹，与地表覆盖层厚度、震源深度及震级有关，普通覆盖层厚度大盖层厚度、震源深度及震级有关，普通覆盖层厚度大于于30-50m30-50m、震源深度大于、震源深度大于10-30km10-30km、地震震级小于、地震震级小于6 6级条件下，很少出现地表断裂景象。级条件下，很少出现地表断裂景象。 活断层活动速率及相应周期是阐明活断层的活动强度的重要目活断层活动速率及相应周期是阐明活断层的活动强度的重要目的，是地震强度的重要资料。的，是地震强度的重要资料。 1、错动速率、错动速率 错动速率是指断层年错动位移量，普通是用假设干年总的

13、错动速率是指断层年错动位移量，普通是用假设干年总的错动量计算得到，因此也称平均错动速率。分为程度和垂直分量。错动量计算得到，因此也称平均错动速率。分为程度和垂直分量。断层错动速率从三个方面获得：断层错动速率从三个方面获得： 1精细地形变丈量精细地形变丈量 是研讨现今活动断裂的有效方法。我国许多著名活断层均设是研讨现今活动断裂的有效方法。我国许多著名活断层均设有精细水准、三角丈量、激光测距等量测任务。有精细水准、三角丈量、激光测距等量测任务。 有了量测数据，便可以计算错动速率。有了量测数据，便可以计算错动速率。 四、错动速率和活动周期四、错动速率和活动周期 2 2根据第四纪地层、地质的年代及错动

14、量来获得根据第四纪地层、地质的年代及错动量来获得 研讨夷平面、阶地、水系、断崖、土层等，经过丈研讨夷平面、阶地、水系、断崖、土层等，经过丈量错动量及相对年龄，可以计算出平均错动速率。量错动量及相对年龄，可以计算出平均错动速率。等级AAAAA AB BC CD D错动速率(/a)101100.110.010.10.01活动性极强强弱微非活动 丽江断裂缺失的沉积物多次运动老沉积物C14=2.51万年47m2 2、错动周期、错动周期 断层两次错动之间的时间间隔定义为活断层错动周期R。 断层运动是地质体能量积累释放的结果，显然能量积累要阅历一个时期，积累的过程断层处于安静期休眠期，释放的过程为活动期。

15、断层表现为活动平衡再活动的周期恢复。断层应变速率、锁固段深度等不同，表现了不同的错动周期。对于粘滑型断层，一次错动对应的是一次地震活动。 可按以下方法确定错动周期：可按以下方法确定错动周期： 按地壳应变速率这是近似当成按地壳应变速率这是近似当成断层平均错动速率断层平均错动速率S及一次地及一次地震错动量震错动量d计算计算R。 根据根据2次地震条件、时间间隔确次地震条件、时间间隔确定定 根据地震震级及错动速率，由阅根据地震震级及错动速率，由阅历统计式计算历统计式计算)0 . 4(6 . 0LOGSMLOGR 按上式计算，对于S110mm/a的A级活断层，当发生M78的地震时，R1000年。 许多人

16、研讨了震级许多人研讨了震级M M、错动速率、错动速率S S与错动周期的关系；与错动周期的关系；建立了许多统计关系。如日本的松田时彦对日本断层错动建立了许多统计关系。如日本的松田时彦对日本断层错动与地震震级关系时，得到与地震震级关系时，得到lgd=0.6M-4.0,lgd=0.6M-4.0,错动周期是错动周期是R=d(R=d(错错移量移量)/s()/s(错动速率错动速率) )，即有，即有例如：某断层一次地表错动水平距离4.56.2m，而 相应的形变速率为3cm/a，那么，S=150200a锁固段段一次粘滑错动长期变形缓慢错动精密地形变测量 根据第四纪地层、地质错动证据，结合年龄测定确定周期。根据

17、第四纪地层、地质错动证据，结合年龄测定确定周期。据研讨，活断层活动周期普通在据研讨，活断层活动周期普通在12千年左右，少数上万年或几百年。千年左右，少数上万年或几百年。地 堑黄 土4200aW1W2C142700a820a北 天 山 西 部 喀 什 河 断 裂F1F2三次运动：三次运动： 第一次第一次4200a上盘块体下滑，上盘块体下滑， 产生张裂痕，堆积产生张裂痕，堆积W1 第二次第二次2700a上盘继续下滑，上盘继续下滑， 产生拉张裂痕，将产生拉张裂痕，将W1拉开，途中拉开，途中 堆积堆积W2 第三次第三次820a继续下滑，出现继续下滑，出现F1 断裂，将断裂，将W2错断垂直间隔错断垂直间

18、隔0.6m周期：一次周期：一次二次二次 4200-2700=1500年年 二次二次三次三次 2700-820=1880年年速度：速度： 二次二次三次三次 0.618800.75mm/a北天山西部喀什河断裂 断层的活动性与否要经过一些标志加以鉴别。鉴别有断层的活动性与否要经过一些标志加以鉴别。鉴别有直接测定活动物质年龄的方法，也可以从有关的地质、地直接测定活动物质年龄的方法，也可以从有关的地质、地球物理等景象间接判别。球物理等景象间接判别。 间接鉴别标志有如下几个方面：间接鉴别标志有如下几个方面： 一、地质、地貌、水文地质标志一、地质、地貌、水文地质标志 二、历史地震及历史期地震错段标志二、历史

19、地震及历史期地震错段标志 三、微地震丈量及地形变检测标志三、微地震丈量及地形变检测标志 四、地球物理标志四、地球物理标志第三节第三节 活断层的鉴别标志活断层的鉴别标志地质方面地质方面 只需是见到第四系中、晚期的堆积物被错断，均视断层为活断层。如位于汾渭地堑中段的平遥活断层，错断晚更新世中晚期的黄土，以及早中期更新世地层，断距4050m。 最新堆积物被错断最新堆积物被错断FEDCBEDCB如 上 图 ， 可 看 出 几 期 运 动 ： 堆 积 以 前 ， 断 层 已 活 动 ， 位 移 量 大 ； 堆 积 以 后 ，堆 积 以 前 ， 断 层 至 少 一 次 运动 （的 错 距 不 同 ） ；

20、堆 积 后 ， 至 少 一 次 活 动 ，错 距 不 同 ； 堆 积 以 后 ， 断 层 再 次 活 动 。如上图，可看出几期运动：如上图，可看出几期运动： C C堆积以前，断层已活动，位移量大；堆积以前，断层已活动，位移量大； C C堆积以后，堆积以后，D D堆积以前，断层至少一次运动堆积以前，断层至少一次运动 CDCD的错距不同；的错距不同； D D堆积后，至少一次活动，堆积后，至少一次活动，CDCD错距不同；错距不同； F F堆积以后，断层再次活动。堆积以后，断层再次活动。 断层破碎带构造形迹断层破碎带构造形迹 活动断层因其构成时间较晚，普通表现为构造带物质欠固结欠胶结活动断层因其构成时

21、间较晚，普通表现为构造带物质欠固结欠胶结形状，较为松散。另外，表现出脉体变形被切断，构造岩片理化，透镜形状，较为松散。另外，表现出脉体变形被切断，构造岩片理化，透镜化，断面新颖无风化，第四系物质牵引弯折等。断层矿物的显微变形出化，断面新颖无风化，第四系物质牵引弯折等。断层矿物的显微变形出现显微组构如不等颗粒拉长，光轴微定向等现显微组构如不等颗粒拉长，光轴微定向等 伴有地震景象的活断层，地表出现伴有地震景象的活断层，地表出现断层陡坎和地裂痕断层陡坎和地裂痕 如，日本丹那断层带，地震产生很多地裂痕，呈雁形陈列 不同地貌单元忽然相接，或两边堆积物厚度显著差别不同地貌单元忽然相接，或两边堆积物厚度显著

22、差别 例如，隆起山区与断陷盆地忽然相接。一次错动量例如，隆起山区与断陷盆地忽然相接。一次错动量大的活断层，沿线分布断层三角面、断层崖、陡坎、垭口、大的活断层，沿线分布断层三角面、断层崖、陡坎、垭口、“V型谷型谷等等 地貌单元的分解和异常地貌单元的分解和异常 例如，河流阶地、山脊、水系、娄平面、坡洪积扇例如，河流阶地、山脊、水系、娄平面、坡洪积扇等地貌单元由于活断层作用，使其产生错断、分解等地貌单元由于活断层作用，使其产生错断、分解 活断层作用使正常发育的地貌系统出现异常形状或活断层作用使正常发育的地貌系统出现异常形状或特殊地貌景观。如断层带一侧，河流的同步肘状拐弯、宽特殊地貌景观。如断层带一侧

23、，河流的同步肘状拐弯、宽窄变异，断层下降盘一侧线状陈列的洪积群、泥石流、滑窄变异，断层下降盘一侧线状陈列的洪积群、泥石流、滑坡、串珠状洼地等。坡、串珠状洼地等。地貌方面地貌方面 湖沼下降盘冲沟冲沟冲沟山脊右旋位错水文地质方面水文地质方面 由于断层带构造物质松散，容易构成强导水带，因此活断层带一线分布泉水、温泉，出现植被发育景象。也由于活断层为深大断裂，深循环水将导致水的化学异常。地物错断地物错断 我国有长达3000多年的历史地震记载资料，尤其是较近的历史记载，可以协助判别活断层的存在，能够时据以判别活断层的错距，断裂长度等。 对古代建筑物破坏、错断、掩埋等情况调查，可以协助判别活断层当时的错距

24、等情况。 微震及地形变丈量微震及地形变丈量 断层的现代活动，必然导致断层带内产生物理、化学变化，其中如断层气、放射性异常；重力、磁力、地温等物理异常。经过丈量分析，可以间接作为活断层的佐证。 自自7070年代以来，我国地震部门在一些重要地域设置了密集的地震台年代以来，我国地震部门在一些重要地域设置了密集的地震台网，监测微震震中位置用以判别活断层，尤其在一些大型水、著名的活网，监测微震震中位置用以判别活断层，尤其在一些大型水、著名的活断层地域布置监测台站，获得了一系列监测资料。它是研讨现代地震活断层地域布置监测台站，获得了一系列监测资料。它是研讨现代地震活断层的最直接有效的方法，但其费时、代价高

25、，不能作为研讨活断层的断层的最直接有效的方法，但其费时、代价高，不能作为研讨活断层的主要工具。主要工具。 采用精细水准丈量和三角丈量在能够活动断层两侧进展地形变采用精细水准丈量和三角丈量在能够活动断层两侧进展地形变丈量，可以有效地获得断层活动性的有关证据。丈量，可以有效地获得断层活动性的有关证据。地球化学及地球物理标志地球化学及地球物理标志第四节第四节 活断层的调查研讨方法活断层的调查研讨方法 经过有效的调查、分析手段，才干确定断层的活动性证据，进而经过有效的调查、分析手段，才干确定断层的活动性证据，进而确定活断层的位置、展布方向、活动特征等确定活断层的位置、展布方向、活动特征等. 通常采用的

26、方法包括：现有资料查阅；航卫片解读；区域地质调通常采用的方法包括：现有资料查阅；航卫片解读；区域地质调查；现场勘探；年龄丈量；监测等。查；现场勘探；年龄丈量；监测等。 活断层研讨首先应从较大的地域范围内进展研讨，初步确定活断活断层研讨首先应从较大的地域范围内进展研讨，初步确定活断层展布，和位置、长度等，这些可以采用区域地质资料，大范围地质层展布，和位置、长度等，这些可以采用区域地质资料，大范围地质调查，以及航卫片解译的方法进展。调查分析中，要注重区域大的地调查，以及航卫片解译的方法进展。调查分析中，要注重区域大的地质构造背景，水系，地形地貌，第四纪堆积物等研讨质构造背景，水系，地形地貌，第四纪堆积物等研讨. 对建筑场地内或附近的活断层，要进展更加深化的研讨，开展必要的钻探、坑探、物探任务。采用探槽方式揭露断层带，对揭露断层的地层及活动构造变形形迹进展细致调查研讨，通常应配合岩土取样进展构造分析及有关地层的年龄测定。良好的露头，可以显示大量有用的信息，得到断层错动次数、错动量、错动周期等有用参数。 年龄测定可以根据情况分别采取断层构造岩、断层带充填物、断层两侧不同时