活断层工程地质研究及活断层的基本特征PPT

第一一章章活活断断层层工工程程地地质质研研究究1910年，，前南南斯斯拉拉夫夫地震震学学家家莫霍霍洛洛维维奇奇契意意外外地地发发现现，，地地震震波波在在传传到到地地下下50公里里处处有有折射射现现象象发生生。。他他认认为为，，这这个个发发生生折折射射的的地地带带，，就就是是地地壳壳和和地地壳壳下下面面不不同同物物质质的的分分界界面面。。1914年，，德国国地震震学学家家古古登登堡堡发发现现，，在在地地下下2900公里里深深处处，，存存在在着着另另一一个个不不同同物物质质的的分分界界面面。。后后来来，，人人们们为为了了纪纪念念他他们们，，就就将将两两个个面面分分别别命命名名为为““莫霍霍面面”和和““古登登堡堡面面”并并根根据据这这两两个个面面把把地地球球分分为为地地壳壳、、地地幔幔和和地地核核三三个个圈圈层层。。一、、概概念念及及分分布布情情况况断层层是是地地壳壳构构造造运运动动的的重重要要形形迹迹。。有有的的断断层层形形成成于于较较晚晚时时期期，，在在形形成成以以后后受受到到晚晚期期构构造造背背景景条条件件控控制制，，仍仍保保持持着着活活动动的的特特征征，，深深大大断断裂裂。。早在在十十八八世世纪纪，，人人们们从从地地震震活活动动与与断断层层活活动动的的关关系系才才渐渐渐渐意意识识到到断断层层的的活活动动性性特特征征，，经经过过几几个个世世纪纪的的研研究究，，对对活活断断层层的的特特征征有有了了比比较较深深入入的的认认识识。1906年美美国国旧旧金金山山地地震震发发现现断断层层错错动动现现象象，，1908年lawson.A.C正式式提提出出““活活断断层层””术术语语，，1916年wood提出出定定义义””活活断断层层””，，直直到到1965年才才提提出出年年龄龄概概念念。。我我国国60年代代才才开开始始重重视视和和研研究究。。认识识：：地地壳壳现现代代活活动动结结果果，，构构造造活活动动的的继继承承延延续续，，一一定定应应力力场场下下构构造造行行迹迹再再现现，，能能量量释释放放过过程程。。第一一节节概概述述关于于活活断断层层的的定定义义，，目目前前为为止止没没有有完完全全统统一一。。主主要要关关于于过过去去活活断断层层历历史史时时间间的的上上限限界界定定问问题题看看法法不不一一，，不不同同部部门门、、不不同同国国家家都都存存在在差差别别。。按按我我国国地地壳壳运运动动的的实实际际情情况况看看，，一一般般是是用用第第四四纪纪这这一一地地质质时时段段即即距距今今约约240万年年以以来来作作为为时时限限。。第第四四纪纪以以来来有有无无活活动动是是评评价价断断层层是是否否是是活活断断层层的的重重点点。。但但是是这这一一时时限限过过长长，，在在解解决决与与重重大大工工程程有有关关的的活活断断层层问问题题时时，，则则是是考考虑虑第第四四纪纪的的晚晚期期—晚更更新新世世或或大大合合约约10万年年以以来来断断层层有有无无活活动动作作为为判判定定的的时时限限。。工程程建建筑筑部部门门倾倾向向于于考考虑虑全全新新统统或或晚晚更更新新统统(约10万年年)，而而地地震震地地质质部部门门倾倾向向于于早早更更新新统统(约200万年年））。。活断断层层:指目目前前正在在活活动动或近期期有过过活活动动、、极极有有可可能能在在不久久的的将来来重新新活活动动的的断断层层。。我国国活活断断层层分分布布新世世纪纪以以来来，，中中国国地地震震局局进进一一步步认认识识到到活活断断层层调调查查在在防防震震减减灾灾事事业业中中的的重重要要意意义义，，正正逐逐步步开开展展主主要要地地震震带带活活断断层层普普查查工工作作，，试试图图通通过过大大比比例例尺尺活活动动断断裂裂填填图图技技术术和和活活动动断断裂裂危危险险性性定定量量鉴鉴定定技技术术，，完完成成我我国国主主要要地地震震区区带带1：25万活活动动断断裂裂分分布布图图和和1:5万重重点点活活动动断断裂裂条条带带状状填填图图，，并并确确定定地地震震危危险险地地段段。。根据据断断裂裂深深度度与与侵侵位位岩岩浆浆物物质质来来源源和和成成分分的的关关系系，，以以及及地地球球四四类类断断裂裂示示意意图图物物理理场场特特征征和和地地震震活活动动等等划划分分的的断断裂裂类类型型。。1974年按按切切割割地地球球各各层层圈圈的的深深度度把把断断裂裂由由浅浅到到深深分分为为：：岩岩石石圈圈断断裂裂、、地地壳壳断断裂裂、、基基底底断断裂裂和和盖盖层层断断裂裂。。水利部门规规定：1、错动晚更更新世以来来地层的断断层2、断层构造造岩最后一一次错动绝绝对年龄小小于6—10万年3、断层有有位移或或地形变变大于0.1mm/a4、沿断层层有历史史和现代代中强地地震震中中分布，，或晚更更新世以以来的古古地震遗遗址，或或密集的的近期微微震活动动5、与活断断层有共共生联系系的断层层美国原子子能委员员会（USNRC）的定义义是：（1）在3.5万年内有有过一次次或多次次活动的的断层（2）与其他他活动断断层有联联系的断断层（3）沿该断断裂发生生过蠕动动或微震震活动二、工程程地质研研究意义义活断层是是成矿、、地热、、火山、、现代地地球活动动等研究究对象。。工程界视视活断层层的活动动为一类类地质病病害，可可以对建建筑物产产生破坏坏作用而而致害。。从这个个意义上上讲，活活断层的的工程地地质研究究就是要要研究活活断层与与工程建建筑的关关系，评评价其对对建筑物物的破坏坏作用。。考虑：活活断层错错动变形形对建筑筑物的直直接破坏坏;活断层对对区域地地质环境境的影响响。如蠕蠕动错裂裂、地面面裂缝、、地震、、区域地地壳稳定定、水库库地震等等。历史上活活断层对对建筑造造成损坏坏或因断断层存在在对建筑筑造成间间接破坏坏的例子子很多西安地裂裂缝引起西安安地裂缝缝近期强强烈活动动因素除除构造活活动外，，主与过过量开采采承压水水引发的的地裂缝缝两侧地地面不均均匀沉降降有关。。西安断陷陷一直处处于下沉沉状态，，长安-临潼断裂裂进行着着南升北北降的活活动，使使西安11条地裂缝缝带均处处于下降降的北盘盘，其分分布及活活动均受受长安-临潼断裂裂控制，，多年跨跨断层水水准测量量资料表表明，长长安-临潼断裂裂平均垂垂向活动动速率为为3.98mm/a。对活断层层进行研研究，充充分掌握握其活动动特征，，合理评评价其对对工程的的影响，，有时可可以安全全有效地地降低工工程设计计标准，，节省投投资，如如黄河小浪浪底工程程（中美联联合设计计，世界界银行贷贷款）坝址区半半径30公里内有有8条大断裂裂其中王良良断裂在在坝下游游6.5公里TQ1Q2断层发生生在Q1－Q2期间断层泥热热释光法法测年龄龄：15.4-18.3万年，37.4-53.2万年Q2的中后期期，Q3以来再未未活动过过抗震设计计：8级→9级水平加速速度：0.3伽→0.215伽，节约约至少2亿元一、活断层的的类型按照位移移方向与与水平面面的关系系：（1）走滑型活活断层常分布于于大陆内内部的地地块之间间的接触触部位，，水平错错动量大大，断层层带宽度度不大，，很少分分支断裂裂。（2）逆断型活活断层多分布于于板块碰碰撞挤压压带。上上盘变形形带大，，出现多多分支断断层。（3）正断型活活断层差异升降降活动为为它的断断陷盆地地边缘。。下降盘盘分支断断层多见见，形成成地堑式式的正断断层组合合本节介绍绍活断层层的类型型与活动动方式、、继承性性与反复复性、长长度与断断距、错错动速率率与周期期。第二节活活断层层的基本本特征（1）粘滑型型活断层层间歇性突突然滑动动，常伴伴有地震震活动，，也称为为地震断断层。发生在强强度较高高的岩石石中，断断层带锁锁固能力力强，危危害大。。发震断裂裂特征：：深断裂裂，裂谷谷，板块块接触带带，（2）蠕滑型型活断层层沿断层面面两侧岩岩层连续续缓慢地地滑动发生在强强度较低低的软岩岩中，断断层带锁锁固能力力弱一般无震震发生，，有时可可伴有小小震二、活断断层的活活动方式式活动断层层的产状状要素、、长度等等均是重重要的几几何要素素，这些些可以通通过勘探探等手段段得到确确定。而而活动断断裂重新新活动往往往并非非全断裂裂都活动动，而是是部分段段的活动动，这里里断层长长度是指指现活动动段长度度及两旁旁相应的的错断距距离。在关于活活断层的的建筑设设计及有有关稳定定性的分分析论证证时，需需要了解解断层活活动段长长度L和断距D。对于历史史活断层层长度和和断距，，可以从从被错动动的形迹迹得到，，而对于于潜在活活断层，，要根据据有关方方面进行行预测。。一般认为为，活断断层地表表产生的的断裂长长度与震震源体处处断裂长长度相一一致。通通常是根根据活断断层可能能产生最最大地震震震级M，利用统统计经验验方式及及查表确确定L和D。这种关系系式很多多，如我我国地震震工作者者对我国国及邻近近地区地地表地震震断裂资资料得到到如下式式：三、断层层活动段段的长度度和断距距如下关系系图也可可以作为为确定L、D时使用有的情况况下，可可以采用用数字分分析（如如有限元元）方法法确定断断层长度度及断距距。断层长度1~数百公里里不等，，错距一一般几米米。一般般小于5.5级地震很很少产生地表表错动。。地表所所见断层长度度是地下的的1/2~1/5.活断层地地震活动动是否在在地表显显现形迹迹，与地地表覆盖盖层厚度度、震源源深度及及震级有有关，一般覆盖盖层厚度度大于30-50m、震源深深度大于于10-30km、地震震震级小于于6级条件下下，很少少出现地地表断裂裂现象。。断层锁固固力强的的部位往往往是活活动部位位。1、错动速速率错动速率率是指断断层年错错动位移移量，一一般是用用若干年年总的错错动量计计算得到到，因而而也称平平均错动动速率。。分为水水平和垂垂直分量量。断层层错动速速率从三三个方面面获得：：活断层活活动速率率及相应应周期是是表明活活断层的的活动强强度的重重要指标标，是地地震强度度的重要要资料。。（1）精密地地形变测测量是研究现现今活动动断裂的的有效方方法。我我国许多多著名活活断层均均设有精精密水准准、三角角测量、、激光测测距等量量测工作作。有了量测测数据，，便可以以计算错错动速率率。如贺贺兰山东东麓活断断裂红果果子沟处处，84年~86年测得断断层右旋旋错动，，水平8.48mm、垂直0.75mm。故错动动速率：：四、错动动速率和和活动周周期（2）根据第四四纪地层层、地质质的年代代及错动动量来获获得研究夷平平面、阶阶地、水水系、断断崖、土土层等，，通过测测量错动动量及相相对年龄龄，可以以计算出出平均错错动速率率。等级AAABCD错动速率(㎜/a)>101－100.1－10.01－0.1<0.01活动性极强强弱微非活动2、动周错期期断层两次次错动之之间的时时间间隔隔定义为为活断层层错动周周期R。断层运动动是地质质体能量量积累释释放的结结果，显显然能量量积累要要经历一一个时期期，积累累的过程程断层处处于平静静期（休休眠期）），释放放的过程程为活动动期。断断层表现现为活动动——平衡——再活动的的周期恢恢复。断断层应变变速率、、锁固段段深度等等不同，，表现了了不同的的错动周周期。对对于粘滑滑型断层层，一次次错动对对应的是是一次地地震活动动。可按以下下方法确确定错动动周期：：①按地壳应应变速率率（这是是近似当当成断层层平均错错动速率率）S及一次地地震错动动量d计算R。按上式计计算，对对于S＝1～10mm/a的A级活断层层，当发发生M＝7～8的地震时时，R≈1000年。②根据2次地震条条件、时时间间隔隔确定③根据地震震震级及及错动速速率，由由经验统统计式计计算许多人研研究了震震级M、错动速速率S与错动周周期的关关系；建建立了许许多统计计关系。。如日本本的松田田时彦对对日本断断层错动动与地震震震级关关系时，，得到lgd=0.6M-4.0,错动周期期是R=d(错移量)/s(错动速率)，即有“④根据第四四纪地层层、地质质错动证证据，结结合年龄龄测定确确定周期期。据研究，，活断层层活动周周期一般般在1—2千年左右右，少数数上万年年或几百百年。三次运动动：①第一次次（4200a）上盘块块体下滑滑，产生张裂裂缝，堆堆积W1②第二次（（2700a）上盘继继续下滑滑，产生拉张张裂缝，，将W1拉开，途途中堆积W2②第三次（（820a）继续下下滑，出出现F1断裂，将将W2错断（垂垂直距离离0.6m）周期：一次→二二次4200-2700=1500年二次→三三次2700-820=1880年速度：二次→三三次0.6÷÷1880≈0.75mm/a北天山西西部喀什什河断裂裂一、地质质、地貌貌、水文文地质标标志二、历史史地震及及历史期期地震错错段标志志三、微地地震测量量及地形形变检测测标志四、地球球物理标标志断层的活活动性与与否要通通过一些些标志加加以鉴别别。鉴别别有直接接测定活活动物质质年龄的的方法，，也可以以从有关关的地质质、地球球物理等等现象间间接判断断。间接鉴别别标志有有如下几几个方面面：第三节活活断层层的鉴别别标志地质方面面最新沉积积物被错错断，断断层破碎碎带，砂砂土液化化，地面面破裂等等最新沉积积物被错错断只要是见见到第四四系中、、晚期的的沉积物物被错断断，均视视断层为为活断层层。如位位于汾渭渭地堑中中段的平平遥活断断层，错错断晚更更新世中中晚期的的黄土，，以及早早中期更新世地层，断断距40—50m。如图：如上图，，可看出出几期运运动：①C堆积以前前，断层层已活动动，位移移量大；；②C堆积以后后，D堆积以前前，断层层至少一一次运动动（CD的错距不不同）；；③D堆积后，，至少一一次活动动，CD错距不同同；④E堆积以后后，F堆积前断断层再次次活动。。断层破碎碎带构造造形迹活动断层层因其形形成时间间较晚，，一般表表现为构构造带物物质欠固固结欠胶胶结状态态，较为为松散。。另外，，表现出出脉体变变形被切切断，构构造岩片片理化，，透镜化化，断面面新鲜无无风化，，第四系系物质牵牵引弯折折等。断断层矿物物的显微微变形出出现显微微组构（（如不等等颗粒拉拉长，光光轴微定定向等）），如图图伴有地震震现象的的活断层层，地表表出现断断层陡坎坎和地裂裂缝如，日本本丹那断断层带，，地震产产生很多多地裂缝缝，呈雁雁形排列列1、不同地地貌单元元突然相相接，或或两边沉沉积物厚厚度显著著差别地貌方面面例如，隆隆起山区区与断陷陷盆地突突然相接接。一次次错动量量大的活活断层，，沿线分分布断层层三角面面、断层层崖、陡陡坎、垭垭口、““V型谷”等等2、地貌单单元的分分解和异异常例如，河河流阶地地、山脊脊、水系系、夷平平面、坡坡洪积扇扇等地貌貌单元，，由于活活断层作作用，使使其产生生错断、、分解。。例如，活活断层作作用使正正常发育育的地貌貌系统出出现异常常形态或或特殊地地貌景观观。如断断层带一一侧，河河流的同同步肘状状拐弯、、宽窄变变异，断断层下降降盘一侧侧线状排排列的洪洪积群、、泥石流流、滑坡坡、串珠珠状洼地地等。水文地质质方面由于断层层带构造造物质松松散，容容易形成成强导水水带，因因而活断断层带一一线分布布泉水、、温泉，，出现植植被发育育现象。。也由于于活断层层为深大大断裂，，深循环环水将导导致水的的化学异异常。地物错断断我国有长长达3000多年的历历史地震震记载资资料，尤尤其是较较近的历历史记载载，可以以帮助判判别活断断层的存存在，可可能时据据以判断断活断层层的错距距，断裂裂长度等等。对古代建建筑物破破坏、错错断、掩掩埋等情情况调查查，可以以帮助判判断活断断层当时时的错距距等情况况。微震及地地形变测测量采用精密密水准测测量和三三角测量量在可能能活动断断层两侧侧进行地地形变测测量，可可以有效效地获得得断层活活动性的的有关证证据。断层的现现代活动动，必然然导致断断层带内内产生物物理、化化学变化化，其中中如断层层气、放放射性异异常；重重力、磁磁力、地地温等物物理异常常。通过过测量分分析，可可以间接接作为活活断层的的佐证。。自70年代以来来，我国国地震部部门在一一些重要要地区设设置了密密集的地地震台网网，监测测微震震震中位置置用以判判别活断断层，尤尤其在一一些大型型水、著著名的活活断层地地区布置置监测台台站，取取得了一一系列监监测资料料。它是