活断层工程地质研究2012年(simple)

活断层工程地质研究2012年(simple)第一页，共105页。第四章活断层的工程地质研究4.1基本概念及研究意义4.2活断层的特性4.3活断层活动的时空不均匀性4.4活断层区规划设计建筑物的原则4.5活断层的调查监测与研究第二页，共105页。

4.1基本概念及研究意义基本概念（活断层）目前持续活动或在历史时期活动或近期地质时期活动过极可能在不远的将来重新活动（潜在活断层）第三页，共105页。近期：

全新世(最近1.1万年)以内

最近3.5年(14C确定绝对年龄的可靠上限)以内

晚更新世(最近10或50万年)

或其他不远的将来（潜在）：历史时期活动过重要建筑物如大坝、原子能电站等的使用年限内，约100——200年第四页，共105页。规范规定：《岩土工程勘察规范》，全新活动断裂为全新世有过活动或近期正在活动，今后100年可能继续活动；发震断裂：近期（500年来）发生过5级以上地震，或在未来100年内预测可能发生5级以上地震的断裂《水利水电工程地质勘察规范》，错动年代距今10-15万年；地质构造上，证实与已知活断层有共生或同生关系

美国原子能委员会：在3.5万年内有过活动；与其他活动断层有联系；沿该断裂发生过蠕动或微震活动第五页，共105页。活动断层的活动特性:

蠕滑与稳滑：持续不断缓慢蠕动；间断地、周期性突然错断，常伴地震，是主要活动方式。一条长大活断层的不同区段有不同的活动方式。活动强度：以错动速率判定。缓慢！一般小于lmm/a。美国圣安德烈斯断层，年均最大相对位移只有5cm观测方法：传统方法？重复精密水准测量、GPS或超长基线测量法。密集地震台网精确测定小震震中沿断层线分布。对于间断活动的断层，历史地震和断层错动记录或强震震中分布来判别判别标志？第六页，共105页。鉴别标志：

地质、地貌、水文地质历史地震及历史期地震错段微地震测量及地形变检测地球物理标志对活断层？对非活断层？第七页，共105页。地质方面

只要是见到第四系中、晚期的沉积物被错断，均视断层为活断层。如汾渭地堑中段的平遥活断层，错断晚更新世中晚期的黄土，及早中期更新世地层，断距40-50m。最新沉积物被错断第八页，共105页。断层破碎带构造形迹形成时间较晚，一般表现为构造带物质欠固结欠胶结状态，较为松散。脉体变形被切断，构造岩片理化，透镜化，断面新鲜无风化，第四系物质牵引弯折等。断层带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）第九页，共105页。不同地貌单元突然相接，或两边沉积物厚度显著差别隆起山区与断陷盆地突然相接。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、“V型谷”等地貌单元的分解和异常河流阶地、山脊、水系、夷平面、坡洪积扇等地貌单元由于活断层作用，使其产生错断、分解正常发育的地貌系统出现异常形态或特殊地貌景观。如断层带一侧，河流的同步肘状拐弯、宽窄变异，断层下降盘一侧线状排列的洪积群、泥石流、滑坡、串珠状洼地等。地貌方面

第十页，共105页。水文地质方面

断层带构造物质松散，易形成强导水带，活断层带一线分布泉水、温泉，植被发育。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

3000多年的历史地震记载资料，尤其较近的历史记载，可帮助判别活断层的存在，可据以判断活断层的错距，断裂长度等。对古代建筑物破坏、错断、掩埋等情况调查，帮助判断活断层当时的错距等。第十一页，共105页。微震及地形变测量

断层活动必然导致带内产生物理、化学变化：断层气、放射性异常；重力、磁力、地温等物理异常。通过测量分析，间接作为活断层的佐证

地震部门在一些重要地区(大型、著名的活断层地区)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。是研究现代地震活断层的最直接有效的方法。费时、代价高，不能作为主要手段。精密水准测量和三角测量在可能活动断层两侧进行地形变测量，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第十二页，共105页。中国地震台网台站分布图第十三页，共105页。活断层工程地质研究的重要意义抗断：断层的地面错动及其附近伴生的地面变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物。

抗震：活断层多伴有地震，而强烈地震又会使建于活断层附近的较大范围内的建筑物受到损害

第十四页，共105页。断层错动直接损害建筑物:

1976年唐山地震，长8km的地表错断，呈30º方向由市区通过，最大水平错距3m，垂直断距0.7-lm，错开道路、围墙、房屋、水泥地面等一切地面建筑物。

1999年台湾集集地震

2001年昆仑山地震

2008年5.12汶川8.0级地震

2010年海地7.3级地震

2010年智利8.8级地震

2011年日本9.0级地震第十五页，共105页。

沿活断层产生粘滑或其锁固点、端点破裂而发生错动，则积蓄的弹性应变能的释放就造成地震。

预测地震危险性或水库诱发地震的可能性都需要首先研究活断层，判定其活动时代，错动速率、重复活动的证据和重现周期。

地震地质工作的首要任务：鉴别是否存在能“发震”的活断层。近几十年来对活断层的研究取得较大进展。世界各地都鉴别出了一些活断层，逐步积累了大量实际资料。编制和出版了系列图件，对活断层的调查、判定、监测方法也取得了不少经验。第十六页，共105页。包括：活断层的类型和活动方式，活断层的规模，活断层的错动速率及其分级，活断层的重复活动周期，以及作为活断层活动记录的古地震事件等。

4.2活断层的特性第十七页，共105页。

4.2.1活断层的类型和活动方式

按构造应力状态及两盘相对位移的性质：走向滑动或平移断层（最为常见）逆断层正断层几何特征、运动特性，对工程场地的影响？

第十八页，共105页。

走向滑动或平移断层

σ1、σ3近于水平，最大剪应力面（断层面）近直立，地表出露线最为平直常表现为极窄的直线形断崖。主要是断层面两侧相对的水平运动，垂直升降很小。河流最易于沿这种断层发育对水工建筑物的威胁最大。如断层与坝轴线小角度斜交，由于断层错动而造成的心墙拉开宽度可以相当大第十九页，共105页。美国的圣安德烈斯断层系，新西兰的阿尔卑斯断层系等。几个被活断层错开的土坝、运河主要是被这类活断层所错开的。我国也以走滑型最多，特别是西南和西北，有些规模非常巨大。塔里木断块南的阿尔金山断裂，青藏断块内部的鲜水河断裂，川滇断块西界的红河断裂都是长达数百到数千公里活动着的走滑断裂。这些断层的水平错动往往在地形上留下明显迹象，尤以对水系的错动改造最为明显。第二十页，共105页。第二十一页，共105页。4.2.1.2逆断层

σ1近水平，σ3近垂直。走向垂直于σ1的断层面倾角一般小于45º，多20-40º由于位移是水平挤压形成的，断层面两侧的点之间的距离总是由于位移而缩短。上盘上升，地面地面变形强烈，往往伴以多个分支或次级断层的错动。第二十二页，共105页。

1971年美国圣费尔南多地震使断层逆冲错动。下降盘无地表变形，上升盘抬升2m以上，并有强烈变形，许多小的次级断层集中在距主断面1km内，但距主断面2.5km尚有一条150mm相对位移的次级断层

逆断层的断层线往往是波状弯曲的，断层带也较平移断层宽得多。上升盘隆起和倒悬的断层崖易产生滑坡，逆断层的确切位置最难于确定和预测。第二十三页，共105页。

世界上很多大的山系以逆断层为其边界，如喜马拉雅山、安第斯山等。大地震都是伴随板块俯冲带或大陆碰撞带的逆断层错动产生的。地表变形范围可很大。1964年阿拉斯加地震，2105km2范围内变形最大垂直上升达12m。

我国主要发育于西部地区。受印度板块NNE向俯冲的推挤，自南而北有喜马拉雅山南麓逆冲推覆断层，天山南侧、北侧逆冲推覆断层等几个长达数百公里走向近东西的逆冲型活断层，青藏断块东界的北段，走向北东的龙门山逆掩推覆断层。都是活动性强烈的发震断层。第二十四页，共105页。

正断层

σ1近垂直，σ3近水平。断层面倾角大于45º，一般60-80º错动过程中，垂直断面走向的水平方向伸长伴随断层活动的变形(下沉)和分支断层错动，主要集中于下降盘第二十五页，共105页。与河谷平行断面倾斜的正断层，可以使拦河坝产生比其它形式断层运动更宽的初始裂缝正断层的可识别程度介于走滑断层和逆断层之间，其影响带宽度和对工程的危害程度也介于其间第二十六页，共105页。

地壳上承受水平张应力的地带主要沿大洋中脊分布。大陆上有东非断裂谷，美国的盆地与山脉区(内华达、犹他及其附近地带)，欧洲莱茵地堑系，俄罗斯贝加尔湖地堑等。

我国东部大陆边缘活动带的扩展与沉陷，在华北平原、渤海湾与松辽平原形成了一系列地堑系或裂谷系。地堑边缘的张性正断层是东部地区活断层中的主要类型。

鄂尔多斯地块周围也有银川地堑、河套地堑和汾渭地堑系等。中新生代沉积层厚有的达数百至数千米、甚至上万米。新生代运动以正断运动为主。地震震源机制及变测量都表明这些断层都有很大的水平分量。第二十七页，共105页。

三种活断层的位移矢量都分别是单纯走滑或倾滑，其产生的应力场是三个主应力方向中的两个是水平的而另一个是垂直的。实际应力场又是怎样的？三个主应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。断层的位移矢量也多由不同的倾滑、走滑分量所合成。活断层的类型也就可以是左(或右)旋走滑逆冲断层或左(或右)旋走滑正断层等多种形式。第二十八页，共105页。

断层活动受区域构造应力场所支配。内陆活断层是地块间相互运动调整的枢纽。由于地块是相互镶嵌的而且它们的结构及受力状况不均一，地块间的相对挤压、拉张和剪切错动就构成了大小地块和断块之间的断层活动，呈现出相当复杂的情况。活动断裂的不同段落有不同的活动方式，由于它们相互间的联系，构成网络状，各断层的活动往往不是孤立的，而是相互牵制、相互调整和相互转换的

一条活断层的终端点是要以各方式转换为另一种形式的活动，以调整地块运动所造成的地壳拉张、缩短和扭曲。

研究活动断层相互转换的状况，对了解现代构造应力场、认识地震活动规律有重要的意义。第二十九页，共105页。

按断裂的主次关系将活断层分为主断层、分支断层和次级断层。次级断层从平面上看来与主断层无关，实际在剖面上它仍属主断层的分支，对于逆（正）断层来说主要产生在上盘，走滑断层则很少有次级断层伴生由主断层中线到分支和次级断层带外缘的宽度：走向错动断层为最窄，逆断层为最宽第三十页，共105页。

活断层活动的两种基本方式：粘滑与稳滑。粘滑错动是间断性突然性发生的。在一定时间段内断层的两盘就如同粘在一起(锁固起来)，不产生或仅有极其微弱的相互错动，一旦应力达到锁固段的强度极限，较大幅度的相互错动就在瞬时之内突然发生，锁固期间积蓄起来的弹性应变能也就突然释放出来而发生较强地震。这种瞬间发生的强烈错动间断的、周期性的发生，就伴有周期性地震活动。稳（蠕)滑错动是持续地平稳地发生的。由于断层两盘岩体强度低，或由于断层带内有软弱充填物或有高孔隙水压力，在受力过程中就会持续不断的相互错动而不能锁固以积蓄应变能，这种活动仅伴有小震或无地震活动。

第三十一页，共105页。

有些断层则兼有粘滑与蠕滑。

一些研究者注意到了粘滑型断层在大震前后一段时间内在震源区及其外围的蠕滑现象第三十二页，共105页。我国大陆内部还有一种特殊的反映断裂蠕动的构造形式：由于地壳块体或断裂带蠕动，导致在地面产生一系列微型破裂构造，一般称为地裂缝或“地裂”现象。典型代表有西安地裂缝。地面裂缝有多种成因，外生分布比较广泛的。但上述的地裂现象不受地貌、土质和水文条件影响而广泛分布在大范围内，与区域构造方向和区域应力场方向协调，表现出有统一的受力方向，反映出它们可能是一种大范围构造活动或深部断裂的蠕动而引起的地表蠕裂现象。第三十三页，共105页。

西安地裂缝就是由于渭河断陷南侧的长安临潼断裂的张性蠕动，为厚达一千余米的第四纪土层提供了潜在临空面，在自重应力场作用下产生了侧向扩展而形成的第三十四页，共105页。表征活断层规模的重要数据，通常用强震导致的地面破裂(地震断层或地表错断)的长度(L)和伴随地震产生的一次突然错断的最大位移值(D)表示。通过对地表错断的研究，可以了解地震破裂的方式和过程，判定地震断层动力学特征，了解地震时的地面效应，判定地震危险性和震害程度，为在活断层区修建建筑物的抗震设计提供参数。近年来世界各地都对地表错断进行了广泛的研究。近年来，我国地震部门也对全国40余条地震地表错断进行了研究。4.2.2活断层的长度和断距第三十五页，共105页。第三十六页，共105页。研究表明：地震地表错断长度自<1km至数百公里，最大位移几十厘米至十余米。地震震级愈大，震源深度愈浅，则地表错断就愈长。大于7.5级的浅源地震均伴有地表错断，而小于5.5级的地震则除个别特例外均无地表错断。同样震级的地震则由于震源深度不同或锁固段岩体强度不同而地表断裂的长度各不相同。地面上产生的最长地震地表断裂，可代表地震震源断层的长度。其与震级大小正相关。第三十七页，共105页。断层名称地震名称地震时间震级地表错断距离（cm)地表错断长度（km)水平垂直蒙古博格多断层戈壁—拉尔秦地震1957.10.288.0885左旋（1000-1200*）300272日本根尾谷断层卿村断层山田断层丹那断层鹿野断层吉冈断层三和断层浓尾地震北丹后地震北丹后地震北丹后地震鸟取地震鸟取地震三河地震981.10.28927.3.71927.3.71930.11.261943.9.101943.9.101945.1.138.47.57.57.07.47.47.1200左旋270左旋80右旋300左旋150左旋90右旋1506008070200805020090187358459.0美国加州圣安德烈斯断层加州英佩里尔谷断层内华达州费尔维蜂断层阿拉斯加费尔维塞尔断层蒙大拿州赫布根断层加州圣安德烈斯断层加州英佩里尔谷断层旧金山地震英佩里尔谷断层费尔维蜂断层费尔维塞尔断层赫布根湖地震帕克费尔德地震1906.4194.05.181954.12.1619581959.8.181966.6.271966.38.37.17.18.07.15.53.6640右旋580右旋420右旋645右旋—17.4右旋1.5右旋590120360（正断）180550正断4.84356457.6175-200263710新西兰阿瓦特雷断层怀拉拉帕断层怀特克里克断层罗托克胡断层南岛Buller地震198418551926.6.1719687.8610右旋1220右旋215左旋200右旋30275455909614432土尔其安纳托里亚断层带安纳托里亚断层带安纳托里亚断层带安纳托里亚断层带安纳托里亚断层带安纳托里亚断层带安纳托里亚断层带安纳托里亚断层带埃津兼地震埃尔巴地震博卢—格雷德地震叶尼斯地震木都尔努地震木腊迪耶地震格韦地震托西亚地震1939.12.261942.12.201944.2.11953.3.181967.7.221976.11.241957.5.261943.11.267.97.07.27.47.27.67.17.2420右旋200右旋360右旋430右旋230右旋380右旋160右旋150右旋1505010001803505019060805540265表4—2国外一些地震断层的地表错断历史记录第三十八页，共105页。第三十九页，共105页。各国学者开展了震级与L及D的统计分析，力图建立它们之间的相关关系式，以便据已知断裂估计可能地震震级，或据已知震级估计工程场地可能出现的位错的大小。我国已有的这类关系式有：M=1.19lgL+5.25

日本松田时彦得出的关系式为：

M=（1/0.6）lgL+4.85lgD博尼拉通过统计、回归分析，获得如下关系式：

Ms(L)=6.04+0.708lgL第四十页，共105页。第四十一页，共105页。第四十二页，共105页。地震时地表错断长度往往只是该活断层的一部分美国加州1/2-1/5地表错断距与断层类型有关。走滑断层小大多数地表最大位移5-6m，平均值为最大值的（0.4）有活断层地区设计土坝时，D平均取3m，D最大取7-8m，关键部位的尺寸远大于此值即可保证安全第四十三页，共105页。第四十四页，共105页。第四十五页，共105页。错动速率是反映活断层活动强弱、断层所在地区应变速率大小的重要数据。以粘滑为主，往往是间断性地产生突然错断，所以错动速率以一定时间段内的平均错动速率表示错动速率愈大，两次突然错断之间的时间间隔，亦即其重复错动周期，也就愈短。突然错动事件总是伴有地震，所以重复错动周期也就是地震重现周期。错动速率和地震重现周期是长期地震预报的重要数据。4.2.3活断层的错动速率和重复错动周期第四十六页，共105页。世界范围研究表明，错动速率很小，一般为每年不足1mm-几mm，最强的也仅有每年几十毫米。板块边缘断层最强，一般为几cm/a，如美国加州圣安德烈斯断层带最大速率为5cm/a。我国的活断层一般均为板块内部断层，活动速率小得多。且具有明显的区域性。大致以东经105度为界，东部与西部不同，东部华北与华南又不同。上新世晚期以来的位移总量，在西部为数公里至二十公里，在东部则为数十米至数千米。东部的华北每年不足1mm到数毫米(鄂尔多斯周边)，华南、东北则小于0.1mm。西部错动速率则达每年数毫米至l0mm以上。

第四十七页，共105页。第四十八页，共105页。断层位置断层名称长度km走向时代活动方式错动速率切割深度地震活动M6—6.9M7—7.9M>8东北海城断裂金州断裂70200NWWNEQQSNor1.00.1—1.0MM****华北平原高丽营黄庄断裂顺义断裂唐山断裂沧东断裂祈沐断裂10010050350330NENENENNENNEQN—QQQQNorNorTSNorS0.130.10.10.021—2MCMCM*****汾河地堑系大同口泉断裂天镇阳高断裂太谷山前断裂运城盆地韩城兰田断裂渭河大断裂18583123142200380NENEENENENEEWQQQQQQ3-Q4SSNorNorNorNor0.10.0480.0860.1172.5（0.6+）1.0MMMMMM**********银川地堑银川平罗断裂贺兰山断裂70120NNENNEQ4Q4NorNor2.00.9—1.3CC****河套地堑大青山前缘断裂鄂尔多斯断裂160300EWEWQ4Q3-Q4NorNor1.30.7*新疆富蕴断裂180NNWQ4S（右）4—12*青藏高原周边阿尔金山断裂昌马断裂香山—天景山裂海源断裂鲜水河断裂安宁河断裂则木河断裂小江断裂红河断裂1600120200237360350140300NEENWWNWWNWWNWSNNNWNNE-SNNNWQN-QQ4QQQ

QQS（左）S（左）+TS（左）S（左）S（左）S（左）+TS（左）+TS（左）S（右）5—74.5-6.5（H）1-1.4（V）1.76—3.36—107.55.7（南）1.0（北）4.96.4—7.08MMCMMMCM*************表4—4中国主要活断层错动速率第四十九页，共105页。注:上表中Nor正断;T逆滑;S走滑;()左右表示左旋或右旋;M超壳;C壳断裂;*代表一次地震活动

根据错动速率，可以将活断层分为活动强烈程度不等的级别。

第五十页，共105页。

活断层的错动速率多以地质地貌分析法和沿(跨)断层重复测量或仪器监测来测定。对活断层的蠕滑段，可采用跨断层精密测量或伸缩仪定点仪器观测确定其错动速率。而对于粘滑段，这样测得的年错动速率仪是平均年错动速率的一小部分，即蠕滑成分的速率。而平均错动速率的主要部分则来自间断发生的突然错动事件，这种突然错动事件也就是古地震事件。这类事件总是要留下地质的或地貌的证据，通过地质地貌分析，判定事件的次数、累积错动距、各事件的绝对年龄，就可求出平均错动速率和重复错动周期。第五十一页，共105页。

古地震事件的地貌证据最为直观，如断层以走滑为主则有：断错冲沟、溪流、阶地、冲积扇和山脊。如以倾滑为主或有较大的倾滑分量，则形成断层陡坎和断层三角面。沿陡峻断层陡崖往往形成滑坡群。溪沟错断或正断层下陷，往往形成断塞塘或下陷塘。1932年甘肃昌马7.5级地震留下了很多的断错地貌证据。鲜水河断裂带的古地震记录。第五十二页，共105页。第五十三页，共105页。第五十四页，共105页。第五十五页，共105页。

如断层活动以倾滑为主，形成陡的断层崖。后期重力崩塌和流水侵蚀将此陡斜面改造为缓的侵蚀面，陡坎顶部的坡折点将会不断后退，经过足够长的时间，演化为接近休止角的稳定缓坡，剖面线也趋近于圆滑曲线。如果突然错断事件沿同一断层面间断地发生多次。图中表示出沿断层面先后形成F1、F2、F3三个陡倾错断面。经改造形成E1、E2两个稳定侵蚀面和F`3一个尚未达到稳定的自由面。第五十六页，共105页。断层陡崖的下面则形成一个平缓的堆积斜坡，在断层陡崖崖脚先后形成D1，D2，D3三个崩积楔，将断层陡崖下部掩埋起来。计算每次错断的位移位并测定平均错动速率，需要地貌与地质证据并用，开挖探槽至最早的崩积楔D1底部，求得D1底面与断层面交点P1，延长Ou线使之与断层面上延线相交求得交点P2。则P1P2即为三次错断的累积错距。如求得三个崩积楔的绝对年龄值，再将F1、F2、F3值分别求出，就可以求出平均错动速率及地震事件的重复间隔。

第五十七页，共105页。

Buckman(1979)等研究美国内华达地区断层时发现，断层崖的主坡角(图4-20的F3`，E2、E1)与其年龄呈负对数相关，其统计经验公式为：

θ＝-8.5lgT+52.5

其中：θ为断层崖侵蚀面坡角(度)；T为断层崖的年龄(年)。用此式计算得出昌马断裂于昌马地震之前形成的两级断层崖的年龄分别为：最早一次错断形成的最高一级断崖为距今10847a，第二级断崖则距今1968a(图4-17，G)。第五十八页，共105页。活断层错动的地质证据主要有：错断第四纪地层，形成地震崩积楔或地震充填楔，由于错动伴生地震的震动效应造成的砂土液化，由于快速错动产生高温而在断层物质中保存的淬火证据第五十九页，共105页。3000年来至少产生过3次错动第六十页，共105页。第六十一页，共105页。第六十二页，共105页。

古地震震动效应主要是近代沉积层中保存的喷砂活动迹象。这种现象在我国最早发现于宁夏中宁根据探槽揭露的喷砂活动判定了京、津、唐地区距今4000a和1000a的两次大地震事件。断层突然错动是一次热事件，岩石中已有地质时钟热退火而归零，重新开始计时。测年确定突发性错断事件的两种途径：取得某一断层多次古地震位错事件及其年代数据；确定一条断裂的平均地震位错速率及一定震级位错量。少量探槽难以揭露出某一段落的全部古地震事件！第六十三页，共105页。第六十四页，共105页。第六十五页，共105页。表4-9我国一些主要活断裂古地震事件和强震重复间隔活动断裂名称活断形状最近一次强震时间与震级古地震事件期次距今年代强震重复间隔（a）最近两次历次平均备注阿尔金山断裂（东段）左旋逆走滑a384501859b245302590c206751142d18580300e12120160>3000邢成启1988昌马断裂左旋走滑逆冲1932.12.15M=7.5a5100340b310028030402500侯珍清1985海原断裂左旋逆走滑1920.12.16M=8.5a9360b7380103c630070d368060∼36002325刘百汪一鹏1985富蕴断裂右旋走滑1930.8.10M=8.0a全新世早期b7000∼8000c3000d83030e230f1053.冯先岳1985宁夏香山天景山断裂东段

1709M=7.551004800汪一鹏1990西段a22090b17240c12960d?全新世5100鲜水河断裂左旋逆走滑1973.2.6M=7.6a8910270b7430240b5150170d4110180c3830180f3270160d2820160h2100150200—300李天诏（1986）赵翔（1984）安宁河断裂（北段）左旋逆走滑a?缺年龄b3736102c2790150d1957150e92080940钱洪等1989则木河断裂左旋逆走滑a5615±115b缺年龄值c74585678885—1275任金卫第六十六页，共105页。活动断裂名称活断形状最近一次强震时间与震级古地震事件期次距今年代强震重复间隔（a）备注最近两次历次平均小江断裂（西支）右旋走滑1883M=8a4162105b3210210c缺年龄值d282375900阵眸李坪19851988红河断裂右旋走滑全新世期间至少发生四次强震事件最大值约为2000aC.Allen.K.E.Sieh,韩源等贺兰山山前断裂右旋走滑正断层1739.1.3M=8a>8000b4760c2720d2472473>2000廖玉华1986渭河断裂右旋走滑正断层1556.1.23M=8a20001570李永善等1982唐山丰南断裂右旋走滑正断层1976.7.28M=7.8a1486b7665105∼76007400王挺梅1984焱庐断裂右旋逆走滑1668.7.25M=8.5a11000b7400c3500d320∼32003500高维明等1988

续表第六十七页，共105页。

另外一种计算地震重复周期的原理为重复周期(R)与断裂平均错动速度(S)成反比，而与一次强震产生的位错量(D)成正比，即：

Rx=D/S

适用于构造应变仅由突发性弹性位错所释放，即断层错动仅为粘滑形式。如果构造应变的释放是粘滑、蠕滑兼而有之，则大地震事件的重现周期为：

Rx＝D/(S-C)

式中C为平均年蠕滑速率。第六十八页，共105页。活断层在全新世期间的活动在全世界范围内都表现出明显的时空不均匀性。

在时间上的不均匀性主要表现在活动强度随时间有较大的变化，一时活动强烈一时则活动微弱，因此突然错动事件在某一时间段就显得十分密集而在另一时间段则相对稀疏得多。似乎是这些事件群集发生在其一时间段内。

在空间上的不均匀性主要表现在不同大地构造区内断层活动强度显著不同，同一断层的不同分支或不同段落也有显著差异。随时间的延续，这些活动区或活动段落又会变为活动

4.3活断层活动的时空不均匀性第六十九页，共105页。微弱或不活动，而另外一些微弱活动或不活动的区段又转化为强烈活动区段，表现为强烈活动区段发生了迁移。查明活断层活动性的时空不均匀性，研究古地震事件的群集期(活跃期)和平静期的交替以及划分活动性不同的区段，并判定其迁移过程，才能较准确地判定强震复发间隔，为地震危险性分折提供合理参数。只有这样才能提高区域稳定性评价、地震危险性评估及概率分析水平。

第七十页，共105页。4.3.1活断层错动在时间上的不均匀性

近年来，我国许多横跨活断层揭露出的大量古地震事件的研究表明，在全新世内活断层的活动速率也有明显变化，表现为快速滑动与缓慢滑动。活动阶段与静止阶段相交替的间歇活动特点。这一特点和我国长期历史地震记录所表现出的地震活动分期分幕、有活跃期与平静期的特点相一致。古地震事件的群集期代表活跃期而分布稀疏期则代表平静期。第七十一页，共105页。第七十二页，共105页。图4-30给出了青藏高原内部及其边缘、甘新一带、华北三个地带的16条活断层上12000a以来的古地震事件在时间上的分布情况。第七十三页，共105页。由时间序列图可以看出以下的一些有实际意义的情况。

1．青藏高原区10条活断层(图4-30中的No.2-11)共揭露出51次破裂事件，总计平均重复错断间隔为2100a.2．不同活断层上错动事件在时间分布的组合方式方面是多种多样的，大致可分为三种类型，即：单发式、群发式和混合式。每隔较长时间间隔发生一次强大事件且时间间隔比较均匀一致的为单发式。例如郯庐断裂中段沂沭断裂和新疆二台断裂都是每隔3000-3500a发生一次强烈事件(地震震级8级左右)。

第七十四页，共105页。在某一时间段内群集发生多次事件而在此时间段以外则比较平静的为群发式。例如阿尔金山断裂西段在距今2000-4500a发生群集的多次事件，而在此时间段以外则仅有个别事件发生。既有事件群集发生阶段也有单发阶段为混合型．例如鲜水河断裂。第七十五页，共105页。4.3.2活断层错动在空间上的不均匀性

从前一节断层平均错动速率的讨论中可以明显看出，我国活断层的错动速率具有区域性的不均匀性(见图4-16)。西部高于东部，东部的华北又高于东北和华南。第七十六页，共105页。由于有这种区域性的差异，故有的研究者将我国划分为如图4-31所示的新疆、青藏、东北、华北、华南、台湾、南海七个断块区。其中紧邻板块碰撞带的青藏高原及其周边，紧邻板块俯冲带的台湾，断层的新活动较为强烈。

第七十七页，共105页。

同一区域的不同断层，同一断层的不同分支或同一断层的不同段落，其活动性也是不均匀的（以滇西北地区为例说明）。第七十八页，共105页。4.4活断层区规划设计建筑物的原则

大坝和原子能电站这类极重要和失事后果很严重的建筑物，最好不要在活动断层附近选择场地。如果必须在有活断层的强烈地震区修建，例如开发我国西南地区的丰富水力资源，既不可避免地要在有活动断层和强烈地震区建筑大坝，此时必须在场址选择、建筑物类型选择和结构设计上采取必要的措施以保障建筑物的安全可靠。

第七十九页，共105页。4.4.1规划选场

要对几个相互比较的场址进行断层相对活动性评价。

(1)有低级别的活断层的场地优于有高级别的，有活动时期老的断层的场地优于有活动时期新的，有全新世(11000a)内无活动的断层的场地优于有全新世内有活动的断层的场地等；

(2)尽可能避开主断层带；

(3)如为逆断层或正断层类型，尽可能避开有强烈地表变形和分支、次生断裂发育的断层上盘(逆断层的上升盘、正断层下降盘)。如有较大的正、逆断层，场地往往需要选在距主断面数千米之外。第八十页，共105页。4.4.2建筑物类型选择

若证实场地中有活断层穿过，或场地位于活动的逆、正断层上盘有可能产生分支及次级错断，则应选择在错动下不致破坏的建筑物型式。对于坝来说，在上述情况下均不宜建筑混凝土坝，而只能建散体堆填坝。所有混凝土坝都是坚硬脆性的，除少数例外均建于基岩上，靠坝与基岩接触面上的联系来保证建筑物的安全可靠。任何有垂向分量的断层错动，即使是错动为l0-20mm的次级断层错动，必然或者是使坝离开地基，破坏它与地基的联系，或是坝体中产生破裂。第八十一页，共105页。

在混凝土重力坝的情况下，断层错动如破坏了坝底面与地基的联系，则坝底面必然要承受水的全扬压力，其结果必然产生沿坝底面的浅层滑动而造成坝的失事。如为混凝土拱坝，坝的两个部分之间如果产生突然错动，既使错动值仅为，就会由于混凝土的压碎或坝的一端与拱座脱离造成坝的突然和全部毁坏。散体堆填坝即使坝体两个部分被错开3-5m，也不会导致坝的破坏。因为坝体本身非常宽厚而且是柔性的，单纯这种错动可以通过坝体自身调整来适应。第八十二页，共105页。

只要正确设计使错动后坝体内不残留开口裂缝，沿错动带虽有强烈渗流但不致发生管涌，则坝本身不会失事，而且修复也很容易，只要对被错开的心墙部分进行灌浆就可以修复使用。选堆填坝还有一个重要的好处，即改变设计的适应性强。通常在清理坝基时往往可以得到可信赖的断层活动资料，如发现原设计时未考虑到的断层新活动证据，改变堆填坝的设计细节使之适应于地质环境是易于办到的。如系混凝土坝则必须完全改变设计，由于短期做不到这一点，以前开挖基坑的工作量往往报废。第八十三页，共105页。

4.4.3建筑物结构设计

4.4.3.1土坝结构设计原则

近200年的活动断层最大位移一般小于5-7m。平均小于1m，所以设计的土坝应能保证在产生5-7m的错动时不致出现大的开裂，不致由于沿错动带的强烈渗流引起管涌而溃决。所以一般设计为有相当厚的无粘性土过渡带的多种土质坝。（1）保证错动后不残存深大开口裂缝

砂、砾石、砂砾混合物和硬岩石的块石，如无相当量的粘土粉土混入物是无粘性的，所以不能支持达一定高度的陡立裂缝边壁。第八十四页，共105页。因之在这种土体中产生错动后，断层位移瞬时形成的任何开口裂缝部立即被缝壁坍塌所封闭，因而裂缝不致存留下来。或者说这类材料可以起填缝塞(crackstoppers)的作用。高土坝为了消除差异沉陷在坝体内出现的裂缝，也用这种无粘性土过渡带作为填缝塞，所不同的是用于防止活断层错动出现的裂缝者要厚得多。错动后一般在接近坝顶面处残留一定深度的开口裂缝(图4-8）。开口裂隙最大深度可以按以下方法估算。

第八十五页，共105页。(2)能安全控制大的渗流量既使粘性心墙由于断层错动而错开，由于心墙两侧的无粘性土的过渡带渗透性低，渗流量可以被降低到一个可以安全控制的数量。下游有一堆石带渗透性很强，最大可能渗流量可以通过此带由坝趾处安全泄出。无粘性土的过渡带与块石带之间要按反滤层原理设计保证不发生潜蚀。可以用简化为由无粘性土过渡带和下游组堆石带两个要素组成的示意剖面(图4-36）估算最大渗流量，并说明即使在没有粘土心墙的情况下，渗流量虽大但坝仍是安全的。

第八十六页，共105页。

实际上一般设计的心墙两侧对称，心墙上、下游都有一个无粘性土过渡带，如心墙错开，上游砂必然进入裂缝并将之充塞，下游过渡带砂也会以裂缝壁的坍塌而使本带内的裂缝闭合，从而使渗流量减小，且两侧对称也可以使被错断的心墙易于用灌浆法修复。第八十七页，共105页。第八十八页，共105页。第八十九页，共105页。4.4.3.2其它类型建筑物的结构措施实例

日本山阳新干线的新神户车站，建于两隧道之间的高架桥上，恰位于六甲山活断层之上。由于地形及城市环境方面的原因，车站的位置不能改变，只能采取适应于地质条件的结构。

第九十页，共105页。第九十一页，共105页。4.5.1活断层的调查

活断层的工程地质调查目的在于准确确定建筑区附近活断层带位置，确定建筑区内有无活断层，活断层带的宽度，错动最大幅值及变形带宽度，以及间断活动的时间间隔，如果伴有地震，则应进行地震研究(见第五章)。4.5.1.1低阳光角航空摄影

航测照片可以看到地表研究所不能看到的迹象，在研究属于线性构造的断层中是很有用的。有些主干走向错动活断层在图上极易看出．4.5活断层的调查监测与研究第九十二页，共105页。另一些极端情况，例如逆断层，既使是有丰富经验的解译者也只能定为可疑断层，所以一定要两个有经验的人分别解译，以排除不可靠的主观判断。区域研究用1:30000~1:60000，详细研究用1:10000~1:20000的图件。4.5.1.2开挖探槽

主要研究跨断层的最新沉积是否被断层错断及其错动幅度；提供含碳物质的样品以定绝对年龄，以便判定错动的时代；揭露重复错动证据，如较老地层比新地层错距大、多次的地层砂土液化造成的多次喷砂的地层记录等等，以判定间歇错动的时间间隔。第九十三页，共105页。所需探槽深度一般不大，约为2-4m。揭露后必须小心地以铲清除槽壁浮土，用刷和刮刀清理壁面以便详细观察和测绘细节。因为既使是大的活断层，最近期表层沉积中的错动带宽也仅有10-20mm或更少，不仔细研究细节往往会作出错误结论。在研究中须注意的以下几点；

(I)断层泥的表观“新鲜程度”不能用于作为断层近期活动的证据，因为在地表风化带以下断层往往成糊状未风化的外貌，由新鲜土及未风化的破碎岩石组成，既使数百年无措动也是这样。第九十四页，共105页。

(2)擦痕面方向不能作为判定相对运动的证据，因为近地表处，不管断层位移方向怎样，断层泥都有向阻力最小的上方挤出的趋势。4.5.2活断层的监测

对工程或对发生较强地震有重要意义的活断层应监测其活动动态。监测有位移监测和微震监测两方面，两者应配合进行。位移监测的方法是多种的，从不同时期的卫星影象的比较研究、基线重复测量到埋置仪器检测。第九十五页，共105页。4.5.3活断层活动年代的测定

在地震地质、现代构造运动和大型工程设施区域稳定性研究中，确定断层最后一次活动至关重要。目前有两类确定方法：其一为确定断层活动时代区间，即活动年代的上限和下限，多以被断层错断或未错断的地质体或地貌面的年代来表示；其二为直