第七章活断层和地

第七章活断层和地震工程地质研究第一节

概述活断层和地震是两种密切相关的工程动力地质作用，在工程地质学领域内将活断层和地质活动所产生的工程地质影响。称为‘区域地壳稳定性问题’据活断层的活动方式和特点分为1）蠕滑断层（2）粘滑断层，产生地震（地震断层）

地震带与活断层有关。1．绝大多数强震震中分布于活断层带内。我们知道全球有两个大的地震带：环太平洋带和地中海一喜马拉雅带。两者释放的能量占全球地震总能量的95%，而这两个带部是活动的板块边界大断层带。2．世界上著名的破坏性地震所产生的地表新断层与原来存在的断层走向一致或完全重合。3．在许多活动断层上都发现了古地震（指有仪器记录以前的地震）及其重复现象。每一发震断层上的重复时间从几百年至上万年。我国建国以来受灾损失最大的唐山地震，在断层上也发现了古地震现象。这告诉我们：不仅是现在，而且过去的地震也是沿断层分布的。4．大多数强震的极震区和等震线的延长方向和当地断层走向一致。大地震的前震和余震也沿断层线性分布。说明：地震带与活断层有着成因上的密切联系。因此可通过地震带发现和研究活动断层带，而活动断层带的存在和断层作用又是产生地震和地震常成带分布的根本原因。第二节活断层一、活断层的概念及研究意义活断层：是指现今在持续活动的断层，或近期曾经活动过，极有可能在不远的将来重新活动的断层。后一种也可称为潜在活断层确定活动地层的时间上限问题有的主张晚更新世以内3.5百万年，有的主张全新新世以内。我国规定潜在活断层的时间上限，铁路线为1万年．高坝和核电站为5万年。活断层对工程建筑物的影响表现为两个方面：1．是活断层的地面错断直接损害跨越该断层修建的建筑物；有些活断层错动时附近伴生的地面变形，也会影响到邻近建筑物。2．是伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大范围内建筑物的损害。

总之，建设时应尽量避开活断层。靠近旧金山第六街的布鲁克桑姆街路面出现了深深的地裂缝并有明显的垂直位错海城县析木公社近SN向和近EW向锯齿状地裂缝,具有左旋扭动性质,位移36cm二、活断层的基本特征基本特征主要包括：活断层的类型与活动方式、活断层的继承性与反复性、活断层的长度与断距、活断层的错动速率与错动周期，分述如下：（一）活断层的类型与活动方式1、活断层的类型及特征：

活断层类型、特征一览表

1）走向滑动或平移断层

最大、最小主应力近于水平，所以两者之间的最大剪应力面—断层面近于直立，其地表出露线平直，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，相对的垂直升降很小。河流最易于沿这种断层发育，水工建筑物也就最易于受到这种活断层的威胁。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(图4－4)。

世界上有名的走向滑动型活断层有：（1）美国加州的圣安德烈斯断层系；（2）土耳其安纳托利亚断层系；（3）新西兰的阿尔卑斯断层系等。我国的活断层也以走滑型最多，特别是西南和西北，有些规模非常巨大：例如阿尔金山断裂，鲜水河断裂，红河断裂都是我国西部长达数百到数千公里的活动着的走滑断裂。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。2）逆断层 最大主应力近于水平，最小主应力近于垂直，走向垂直于最大主应力的断层面与水平面夹角一般小于45º，往往为20－40º。断层面两侧的点之间的距离总是由于位移而缩短。上盘除上升外还往往伴以多个分支或次级断层的错动(图4－6)。例如1971年美国圣费尔南多地震时使圣费尔南多断层(逆断层)产生逆冲错动。下降盘无地表变形及破裂，上升盘抬升近2m以上，并有强烈变形，许多小的次级断层。图b为探槽Tc10剖面素描图。G5-G1表示晚更新世晚期暗灰色砂砾石层，S0-全新世暗棕色含砾砂土层，S1-暗棕色重力堆积含砾粉砂土；G7-为地震崩积楔。BDT1-1~BDT1-4为测年样品编号，7.0ka与8.7ka表示光释光年龄，揭示较早一期古地震发生时代为7.0ka。图例说明：1-土壤层；2-黄褐色粉砂质粘土；3-细砾石层；4-粗砾石层；5-地震楔；6-地震断层。3）正断层

由于最大主应力近于垂直最小主应力近于水平，所以，走向垂直于最小主应力且与最大主应力呈锐角的断层面与水平面夹角大于45º，一般为60－80º。在错动过程中，垂直断面走向的水平方向有所伸长。伴随这类断层活动的变形(下沉)和分支断层错动，主要集中于下降盘(图4－7)。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抬裂缝(图4－8)。石岗大坝全长700m,台湾1999.9.21地震中被断层切错2、活断层的活动方式：

活断层的活动方式基本有两种：一种是以地震方式产生间歇性地突然滑动，这种断层称地震断层或粘滑型断层;一种是沿断层面两侧岩层连续缓慢滑动，这种断层称蠕变断层或蠕滑型断层粘滑型活断层的围岩强度高，断裂带锁固能力强，能不断积累应变能，当应力达到一定强度极限后产生突然滑动，迅速而强烈地释放应变能，造成地震。所以，沿这种断层往往有周期性的地震活动。蠕滑型活断层主要发育在围岩强度低，断裂带内含有软弱充填物，或孔隙水压、地温的高异常带内，断裂带锁固能力弱，不能积累较大的应变能，在受力过程中易于发生持续而缓慢地滑动。断层活动一般无地震发生，有时可伴有小震。（二）活断层的继承性与反复性

活断层往往是继承老的断裂活动的历史而继续发展的，而且现今发生的地面断裂破坏的地段过去曾多次反复地发生过同样的断层运动。我国活断层的分布，主要继承了中生代和第三纪以来断裂构造格架。在现代地应力场的作用下，东部以正断层和走滑正断层为主，西部则以走滑和逆冲走滑断层为主。（三）活断层是深大断裂的复活产物活断层往往是地质历史时期产生的深大断裂，在挽近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生的。深大断裂指的是切穿岩石圈、地壳或基底的断裂．其延伸长度达数十、数百、甚至数千公里，切割深度数公里至百余公里。复活运动的标志是地震活动和地热流异常等．尤其是那些走滑型活断层最易伴生强震．形成地震带。例如，我国川西的安宁河地震带和则木河地震带。三、活断层参数的定量研究活断层在时空域内运动的参数有：活断层的产状、长度、断距、错动速率、错动周期和活动年龄等,这些参数反映活断层的活动强度。是研究地震预报和设防的资料，区域地壳稳定性的重要依据。1.产状走向、倾向、倾角。遥感技术、宏观地质调查、等震线等分析判断。2、活断层的长度与断距活断层的长度和断距，是表征活断层规模、断层区修建建筑物时地震预报和设防的重要数据，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。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(如图1-1)。图1-1中国地震地表错断类型及分布示意图（据丁国瑜，1985）1-正断层;2-逆断层;3-正走滑断层;4-共轭断层;5-逆走滑断层;6-走滑断层;7-张破裂;8-性质不明断层;3、活断层的错动速率与错动周期活断层的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。活断层的活动方式以粘滑为主，往往是间断性产生、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。平均错动速率：最新沉积物的错动位移与沉积年代之比.断层的错动速率愈大，两次突然错断之间的时间间隔也就愈短。地震断层两次突然错断之间的时间间隔，即活断层的重复错动周期。地震断层的错动周期主要取决于断层周围地壳应变速率和锁固断断层面的强度。错动速率和地震重现周期是长期地震预报的重要数据。4、活动断层的年龄判据间接法、直接法四、活动断层的鉴别地质、地貌、水文地质特征1.地质标志：

a．断层两侧地层岩性和产状截然不同，被错断，是最本质最重要最可靠的标志。注意与滑坡面区别；b．在强震过程中沿活动性断裂带常常出现地裂缝。2.地貌标志：A、两种截然不同的地貌单元直线相接的部位，其一侧为断陷区。而另一侧为隆起区。（高耸的山地、断层崖和三角面等）

B、走滑型的活断层，常使通过它的河流、沟谷方向发生明显的变化；山脊、山谷、阶地和洪积扇等的错开

3．水文地质特征活动断裂带的透水性和导水性较强，因此当地形、地貌条件合适时，沿断裂带泉水常呈线状分布，且植被发育。此外．许多活断层沿线常有温泉出露。它们均可作为活断层的判别标志。五、活断层区的建筑原则在活断层区进行建筑时，必须在场址选择与建筑物型式和结构等方面慎重地加以研究，以保障建筑物的安全可靠

1、规划选场尽可能避开主断层带。尤其是高坝和核电站这类重要的永久性建筑物，失事的后果极为严重，更不能在活断层附近选择场地。铁路、桥梁、运河等线性工程必须跨越活断层时，也应尽量使其大角度相交并避开主断层。2、建筑物类型选择

证明场地中有活断层穿过，则应选择在错动下不致破坏的建筑物型式。在活断层区的建筑物应采取与之相适宜的建筑型式和结构措施。活断层上修建水坝时，不宜采用混凝土重力坝和拱坝，而应采用土石坝这类散体堆填坝，而且坝体结构应是一种有相当厚无粘性土过渡带的多种土质坝。建于活断层上的桥梁，也应采取相应的结构措施

第三节地震工程地质对地震的研究，着重地震波对建筑物的破坏作用，即地震效应、地震小区划分、地震区建筑物选址及抗震措施的论证一、地震地质及地震波基础1、地震发生的地质条件介质条件（坚硬脆性岩石）、构造（深大断裂带）2、地震波：体波（纵波P、横波S）、面波。横波、面波振幅大，对建筑物造成破坏。3震源机制和震源参数（1）震源机制（发生地震的物理过程）可以确定地震断层的类型、产状、应力状态等研究区域地壳稳定分析需要的资料。（2）震源参数（发生地震的物理过程的物理量）包括震源断层的走向、倾向、倾角，断层两盘的错动方位及幅度、断层长度、应力状态等确定震源参数的方法：地震波研究、地质调查（等震线特征）、大地测量等二、地震的震级和烈度一次地震只有一个震级，不同地点烈度不同1、烈度与震源深度及震中距离有关。2、坚硬基岩场地较松软土场烈度要小。按防震抗震标准，地震烈度分为基本烈度和设防烈度两种我国基本烈度Ⅵ度（包括Ⅵ度）以下地区，建筑物可以不设防。三、我国地震带的分布及地震地质的基本特征1.中国地震的活动特点①地震活动分布广②地震活动频度高③地震震源深度浅2.地震的空间分布中科院地球物理所划分为23个地震带，其中最主要的地震带有：南北向地震带、台湾及中南沿海地震带、华北地震带、西藏—滇南地震带、天山南北地震带、郯城——庐江地震带。地震地质特点：1、地震活动分布在区域性深大断裂带。频度高、强度大。2、西部活动强度大于东部（板块构造环境）。3、断裂带的转折部位、端点部位、分支部位（应力集中）。4、稳定断块边缘深大断裂带。5、裂谷型盆地（地堑盆地，盆地内部、断裂盆地，盆地边缘断裂带一侧）。四、地震效应地震对地面及地面建筑物的各种破坏称为地震效应。与场地工程地质条件、震级大小、震源深度和震中距离、建筑物的结构类型有关。振动破坏效应（静力法、动力法）参数：特征周期Tg、影响系数а见P107表7-4、7-5地面破坏效应

振动破坏效应

地震力：结构物由于地震而受到的惯性力。①一般来讲，建筑物愈高，自振动周期愈长；所以，长周期的地基振动使较高的多层建筑物破坏，而低层建筑物却无损坏。②距震中愈远，地面振动的周期愈长，因而常见到距震中较远处的高层建筑物遭受破坏的现象。③在厚层松散堆积物地区，由于堆积物对深部基岩传来的地震起选择放大作用，使地面振动周期变长，自振动周期较长的高层建筑常因共振而破坏，而自振动周期较短的低层建筑的破坏反而轻微

地面破坏效应1.地面破裂效应2.斜坡破坏效应3.地基变形破坏效应（砂土液化）五、场地工程地质条件对震害的影响主要表现为岩土类型及性质、断裂、地形地貌及地下水等。1、岩土类型及性质：坚硬较松