工程地质区域地壳稳定性分析2-1

1、第2章 区域地壳稳定性分析第1节 区域地壳稳定性的涵义第2节 影响区域地壳稳定性的因素第3节 区域地壳稳定性的研究内容和方法第4节 区域地壳稳定性分级第5节 评价实例第1节 区域地壳稳定性的涵义在进行重大工程建设时，区域地壳稳定性是影响工程安全的重要因素之一。区域地壳稳定性研究和评价是我国工程地质工作着伴随国家经济建设的发展，在工程实践中提出的，具有中国特色。20世纪60年代初，谷德振、刘国昌在进行区域工程地质研究和大型工程规划、勘测时，首先提出了区域地壳稳定性的概念。谷德振教授（1979）：区域稳定性是指工程所在区域的地壳稳定性，即在该区内地壳有无倾斜、拗折及升降等显著变化的迹象；有无发震构

2、造和地震活动及相邻地区地震活动对本区的影响。论证区域地壳稳定性应从地震活动与区域构造断裂的关系、区域I级结构面的发生发展及其与派生结构面的组合关系和断块之间的相互关系入手。刘国昌教授（1979）：区域稳定，主要是由于地壳运动形成的地表水平位移、升降错动，褶曲以及地震等造成不同区域的安全程度；其次，是在特定的地质条件下形成的物理地质现象，如滑坡、震动液化、粘土塑流、岩溶塌陷、黄土湿陷等造成对不同区域的安全程度。胡海涛（1984）：区域稳定性是指工程建设地区在内、外动力（以内动力为主）作用下，现今地壳及其表层的稳定程度，以及这种稳定程度与工程建筑之间的相互作用和影响。工程地质学的观点：区域地壳稳定

3、性是指在地球内动力作用下所进行的地质、地球物理作用对地壳表层及工程建筑安全的影响程度。第2节 影响区域地壳稳定性的因素重力热对流大陆裂谷地壳演化第四纪构造运动地震活动地壳运动的动力源动力源、地壳结构类型结构类型及地壳运动的不同表现形式表现形式，均可构成影响区域地壳稳定性的因素大气圈、生物圈、水圈、岩石圈地壳、岩石圈与软流圈地壳、岩石圈与软流圈一、重力作用一、重力作用重力作用是构造运动和近代地壳运动、形变的重要内动力源之一，它的机制是重力均衡补偿。重力均衡就是在岩石圈中的某一补偿深度上，其上部物质所造成的静压力处处相等。地球岩石圈的各部分在横向上力求达到平衡。不均衡时就会通过地幔物质的上升或下降

4、、地壳的变厚或减薄来补偿，以达到均衡，这就是重力均衡调整。设A、B为岩石圈内某一等深面上的两点，静压力分别为PA和PB若 PA=PB 则两点间重力达到了均衡若 PAPB 则两点间存在静压力差 P=PA-PB （简称压强差）这时就会产生重力均衡调整作用。压强差值大的地区：大陆裂谷区、山区与平原交界（地形陡变）带、年轻褶皱山区和板块消减带。重力均衡作用强烈，地壳活动性显著，常有深大断裂存在，地震活动性水平也较高。判断重力场的特征主要依据重力测量资料和由此编制的布格异常图。地壳均衡补偿差的地带表现为重重力异常梯级带力异常梯级带。这样的地带往往是上地幔的坡度陡变带，常伴有壳级或超壳级深大断裂。它是地壳

5、现代活动带，并多与强地震带相吻合。东部，除新生代裂谷和太行山区与冀中平原外，地壳均衡补偿程度高；西部，年轻的褶皱山区补偿不足；西北区局部补偿差；整个青藏高原地壳补偿不足，喜马拉雅山区更为严重。区域地壳稳定性分析，要考虑重力场特征及其均衡补偿。二、热对流作用二、热对流作用热对流是地壳运动的另一个内动力源。地幔内放射性物质产生的热量引起地幔物质的熔融，使地壳产生对流热脉冲。地幔冷热交替，导致地幔的收缩和膨胀，相应地产生地幔物质的沉降和上升运动。地幔缓慢沉降引起海退，迅速上升引起岩石圈快速张裂。热流值高的地方地幔上升，地壳拉张；热流值低的地方上地幔沉降，地壳受挤压而加厚。这充分表明，地热和热流值是地

6、壳构造运动的重要动力源。板块驱动模式板块驱动模式三、大陆裂谷三、大陆裂谷大陆裂谷是由于大陆地壳受拉张作用使岩石圈张裂、厚度减薄、地幔上隆，在地面上出现的狭长构造活动带。热对流是形成大陆裂谷的驱动力之一。在裂谷带内发育有基性、超基性侵入岩和喷发的中酸性火山岩、玄武岩。在裂谷沉降阶段，沿槽形凹地堆积了厚度较大的陆相磨拉石建造。新生代以前形成的裂谷称为古裂谷。新生代以来形成的裂谷和近代复活的古裂谷都是近代地壳活动区，表现出较高的大地热流值、强烈的第四纪晚期乃至近代火山活动和地震活动。近年来在我国发现一些第四纪复活的古裂谷，如郯庐裂谷（白垩纪）、贺兰山裂谷（下古生代）和攀西裂谷（加力东-印质期）等。裂

7、谷深海丘陵东非大裂谷非洲裂谷下的陆壳减薄大洋中脊四、地壳演化四、地壳演化指地壳形成和变化的过程。地球上最古老的地壳是由壳、幔分异形成的原始地壳，属大陆型。在以后的地质时期中，一部分古陆壳分裂、解体并转化成大洋型地壳。地壳运动具有周期性，其动力源有重力、地幔热对流、热膨胀和地球自转速率变化等。地壳在时间、空间和性质上的演化过程中形成了地缝合带、板块消减带及深断裂带等不均一带。在近代地壳应力作用下会沿着这些带发生地震和火山活动。如雅鲁藏布江缝合带就是现代的强震带。五、第四纪构造运动五、第四纪构造运动除了近代板块边界外，第四纪期间的构造变形主要是前第四纪断裂的复活。第四纪以来活动过的断裂称为活动断裂

8、。断裂以两种活动方式影响地壳的稳定性：1. 地震断裂快速、突然错动而释放应力的一种方式2. 蠕动断裂缓慢释放应力的方式活动断裂是影响地壳稳定性的重要的地质因素，在地壳稳定性评价中必须予以考虑。深断裂是指切割深度达康氏面或更深的断裂，即岩石圈、地壳和基底断裂，它们是在地壳演化中形成的。断裂切割深度大，从而表现出较高的热流值。断裂的规模和切割深度是控制地壳近代活动性、地震带的极重要因素，在评价区域地壳稳定性时必须予以考虑。六、地震活动六、地震活动地震活动是地壳活动的各种方式中最剧烈的一种。地震的发生突如其来、涉及面广、难于防范，是威胁工程安全的最主要的地质灾害之一。时间、空间和强度是地震活动的三要

9、素。正确认识地震活动的时、空、强规律，研究其内在原因和地质背景，是进行地震影响评价的基础。地震活动集中在一定的区、带内，存在地震多发的地震区带和很少发生的稳定区和安全岛。95%的地震发生在地球表层70公里深度内，属浅源地震，其余发生在地下70700公里范围内，属中、深源地震。震源越浅，地震灾害越大。同一地震带内的地震活动可分出相对平静期和显著的活跃期。一定时间内连续发生的有内在联系的一系列大小地震形成地震序列，其中最强烈的称为主震，其前后可有前震序列和余震序列活动，余震序列时间较长，停息后便转入平静期。描述地震强度的指标有：烈度震级地震动参数地震的发生与构造应力场及地质构造有密切的联系。构造应

10、力的局部集中是地震发生的直接原因。地震与断裂的活动密切相关。我国绝大多数浅源地震均与大型活动断裂带有关，强震往往发生在活动断裂带的某些特殊构造部位以及与深大断裂活动有关的断陷盆（谷）地的某些特殊构造地段上。13（3）（1）22（1）（3）走滑断层 （正 ）断层 （ 逆 ）断层图1. 震源机制断层面解2喜马拉亚地震解与构造剖面区域稳定性研究地震的任务是：评价和研究工程区发生地震的地质、地球物理条件；可能活动的断裂地震作用下断裂的位错、地基变形、破坏的可能性。第3节 区域地壳稳定性的研究内容和方法区域地质构造区域现代构造应力场分析断裂活动性研究地震影响的评价研究内容：岩石圈结构及其动力条件可能产生

11、的灾害地质现象及其对建筑物安全的影响影响区域地壳稳定性的主要因素：区域大地构造特点现今构造应力场作用地壳结构地壳形变断裂活动地震活动综合运用相关学科的方法和手段对这些因素进行分析，是区域地壳稳定性研究的核心。中国地质图一、区域地质构造区域地质构造是区域地壳稳定性评价的基础。分析区域地质构造的目的在于查明：地质历史过程中区域构造的活动性特征，以判定区域地壳活动的程度。区域地质构造区域地质构造是指一定地区范围内地壳浅层的沉积、变质和火成岩体的构造形变及其特征，包括褶皱、断裂和其他类型的构造及其具体性状和空间展布，是大地构造、地壳演化和断裂活动的反映。在某一区域内一定构造应力场作用下所产生的具有成生

12、联系的褶皱、断裂等构造变形体（或形迹）组合构成一个构造系统。中国各主要地质单元区域地质概况（一） 主要地质单元的划分 1.华北板块 2.扬子板块 3.塔北板块 4.羌塘昌都微板块 5.天山兴安造山带 6.昆仑秦岭大别造山带 7.班公怒江造山带 8.喜马拉亚造山带 9.三江造山带 10.闽赣湘造山带 11.湘桂粤桂造山带 12.浙闽造山带 13.福建沿海造山带 14.台湾海岸造山带 15.那丹哈达造山带.断层分类断层分类褶皱形态分类褶皱形态分类进行区域构造应力场分析应注意：区域地层及其接触关系的研究，是构造运动分析的基础；构造系统是同一应力场作用下生成的各类地质形变的整体，要注意同一构造系统中各

13、构造面的生成序次问题；早期构造对后期构造的形成有控制作用，后期构造对前期构造会产生叠加的影响。缝合线节理和三种节理组合缝合线节理和三种节理组合褶劈的形成过程二、区域现代构造应力场分析构造应力是地壳运动在地质体中引起的应力。构造应力场就是在一定范围内构造应力的展布状态。构造形迹是地质体在地质历史中经受构造应力作用的产物。按作用时间，将构造应力场划分为：古构造应力场（第四纪以前）新构造应力场（全新世以前至始新世）现代构造应力场（全新世以来）研究现代构造应力场与现代地壳活动的关系是评价区域地壳稳定性的重要方面。世界地应力分布图世界地应力和地形东亚地区地应力分布图中国地应力图研究构造应力场主要在于确定

14、构造应力的方向、大小及其在一定范围内的分布。通常用主应力或剪应力迹线来表示构造应力场，应力强度则用主应力或剪应力等值线表示。研究现代构造应力场方向的方法主要有构造形变分析、地震震源机制及宏观变形力学分析以及现场应力测量等。根据震源机制解、地应力测量、地壳形变等资料综合分析，我国大陆区域现代构造应力场具有以下基本特征：具有明显的分区特征：107以东压应力近东西向，101以西为近南北向，之间压应力方向多变。现代构造应力场与现代构造变形场基本一致，互为佐证。现有构造格架对现代构造应力场的性状有明显制约作用。现代构造应力场以水平应力为主，主压应力轴仰角多数小于30 ，断裂倾角多数偏陡，错动倾角小于30

15、 者占绝大多数。三、断裂活动性研究三、断裂活动性研究断裂活动是地壳活动的重要表现形式，地震活动与断裂活动密切相关，成为影响现代区域地壳稳定性的两大主要因素。活动断裂就是活断层，它的主要特征是第四纪以来反复活动，尤其是晚更新世、全新世以来活动不止，甚至加剧。这种活动波及盖层和地壳表面，常伴随有地震活动，形成现代地震活动带，而且这种活动今后仍可能重现。活动断裂研究的基本任务： 确认那些第四纪后期以来至今活动强烈、历史和现今地震频繁、当前构造应力积累水平高、现代地形变显著的活动断裂（带）； 圈定目前和未来最有可能发生断裂和地震活动的危险性区段。活动断裂研究中最基本的问题就是确认断裂活动及相应的活动时

16、代，并进一步确定其活动的水平。设法寻找各种直接和间接的证据，以确认活动断裂的存在是活动断裂研究的一个重要任务。活动方式：缓慢蠕动急剧错动发生时间：第四纪的历史（有文字记载）的现代的四、地震影响的评价四、地震影响的评价地震影响评价的基础是地震活动性的研究，即对地震活动的时间、空间和强度规律要有较好的掌握。地震影响评价的核心是对未来一定时期内地震活动的趋势和时、空、强三要素做出预测。其主要工作有：地震危险性区划地震烈度区划地震危险性分析地震对区域稳定性的影响十分显著。地震危险性区划的任务是对于未来一定时期内可能发生地震的地点和强度进行预测，圈定各级地震危险区（带）。在综合分析、评价基础上，做出地震

17、危险区划图。地震烈度区划是在危险区划的基础上，对未来地震的烈度分布和衰减规律进行预测。烈度区划的结果是以等震线表示的烈度区划图。地震危险性分析可以提供具有危险性概率意义的地震影响评价，满足了经济建设布局、抗震防灾工作中财力投入的合理决策等方面的要求，是一种较好的地震影响评价方法。地震危险性分析主要分以下步骤进行：1. 潜在震源区划分2. 各种潜在震源的重现关系（震级-频度关系）3. 确定地震动衰减规律4. 计算地震对场地的影响5. 区域地震影响评价第4节 区域地壳稳定性分级稳定区I类较稳定区II类较不稳定区III类不稳定区IV类区域稳定及岩体稳定分析的几个基本问题 地壳岩体结构特征的工程地质分析 地壳岩体的天然应力状态 岩体的变形与破坏与区域稳定性有关的工程地质问题 活断