第四章 活断层的工程地质

第四章活断层的工程地质研究

4.1基本概念及研究意义活断层(activefault)一般理解为目前还在持续活动的断层，或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层(potentiallyactivefault)。

断层在目前持续活动的标志，当然是判定活断层的无可争议的证据。如何判定潜在活断层则有各种不同的标准。人类历史时期有过活动记录的当然是潜在活断层。对近期地质历史时期却有不同的理解与限定。有人将之限于全新世(即最近11000a以内)，有人则限于最近35000a(以14C确定绝对年龄的可靠上限)之内，更有人限于晚更新世(最近100,000a或500,000a)之内，或者根据近期地质历史时期(例如第四纪期间)有重复活动来判定。从工程使用时间尺度和断层活动时间测年的准确性来考虑，活动时间上限不宜太长，应以前两者为适当。可能有重新活动的不远的将来，一般理解为重要建筑物如大坝、原子能电站等的使用年限之内，约为100a一200a。活动断层有不同的活动特性:持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑(creepslip)或稳滑，(stableslip);间断地、周期性突然错断的为粘滑(stickslip)，粘滑常伴有地震，是活断层的主要活动方式。一条长大活断层的不同区段可以有不同的活动方式。活断层的活动强度主要以其错动速率来判定。

但活断层错动速率是相当缓慢的，两盘相对位移平均达到lmm／a，已属相当强的活断层。世界上最著名的活断层，为美国的圣安德烈斯断层，两盘间年平均最大相对位移也只有5cm。所以，即使是现今还在蠕动的断层，也不能用一般的观测方法取得它活动的标志，而需采用重复精密水准测量(水准环测或三角、三边测量)。近年还采用全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)或超长基线(VIBI)测量法测得两盘相对位移。近年研究证明，断层位移往往伴有小地震，所以用密集地震台网精确测定小震震中沿断层线分布(参见图6—23)，也是判定断层活动的可靠标志。有些间断活动的断层，在其非活动期，断层线两侧既无相对位移，沿断层也无小地震产生。但经过一定时期之后，在断层线上的某一点会发生较强地震，有时还伴以位移达几米的地表错断。这类断层可从历史上地震和断层错动记录或从过去的强震震中沿断层分布取得其活动标志。但即使在我国这样—个历史悠久的国家，地震历史记录也不过只有3000a左右，仪器确切测定震中更是最近几十年来才实现的。所以判定断层活动性主要还是要依靠地质标志，即断层近期活动在最新沉积层中、在断层物质中或在地形地貌上留下来的证据。通过这些证据的详细研究，可以判定断层是否活动，其活动方式和规模及是否伴有地震。通过多种绝对年龄测定，还可判定断层的活动时间、速率及重复活动的时间间隔或重复活动周期。对活断层进行工程地质研究的重要意义有以下两个方面。其一是断层的地面错动及其附近的伴生的地面变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物。其次是活断层多伴有地震，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。

活断层错动直接损害建筑物的例子迄今为止为数不多。在我国则有1976年唐山地震时的长达8km的地表错断。它呈北30°东方向由市区通过，最大水平错距3m，垂直断距0.7一lm，错开了道路、围墙、房屋、水泥地面等一切地面建筑物。宁夏石咀山红果果子沟一带的活活断层，也将明明代(约400a前)长城边边墙水平错开1.45m(右右旋)，且西升升东降垂直断距距约0.9m。。日本神户附近近的六甲地区活活断层对建筑物物的影响也是一一个较好例子。。津田调查了六甲甲山南侧平原和和阶地上建筑物物出现裂缝的情情况，并以统计计法编制了受损损害建筑物等密密线图。图上的的高密度延伸线线恰好与六甲山山麓发育的几条条活断层的延长长线一致，表明明建筑物的损坏坏与断层活动有有关。美国被活活断层错开的建建筑物沿活断层产生粘粘滑或其锁固点点、端点破裂而而发生错动，则则积蓄的弹性应应变能的释放就就造成地震。所以预测地震危危险性或水库诱诱发地震的可能能性都需要首先先研究活断层，，判定其活动时代，错动动速率、重复活活动的证据和重重现周期。正是由于地震预预报的广泛研究究，促使地震地地质迅速发展，，而地震地质工工作的首要任务务是鉴别是否存存在能“发震””的活断层。近近30a内对活活断层的研究取取得较大进展。。世界各地都鉴鉴别出了一些活活断层，并逐步步积累了其活动动特性和错动规规模的大量实际际资料。有些国国家还编制和出出版了近期活动动断层图，对活活断层的调查、、判定，监测方方法也取得了不不少经验。风火山隧道北部部断裂切割表层层第四系和公路路的裂缝延伸特特征（镜向西））风火山隧道北部部断裂切割表层层第四系和公路路的裂缝延伸特特征（镜向西））风火山隧道北部部断裂切割表层层第四系的裂缝延伸特征征（镜向西）裂裂缝最大宽度度5－10mm，延伸长度200m昆仑山口断裂带带断层的现今活动动在地表的显示F2-2镜向NW4.2活断断层的特性活断层的特性包包括活断层的类类型和活动方式式，活断层的规规模，活断层的的错动速率及其其分级，活断层层的重复活动周周期，以及作为为活断层活动记记录的古地震事事件等。4.2.1活活断层的类型型和活动方式按构造应力状态态及两盘相对位位移的性质，可可将活断层划分分为地质上熟悉悉的三种类型，，即：走向滑动或平移移断层，逆断层和正断层层。其中以走向滑滑动型最为常见见。三类活断层层由于几何特征征和运动特性不不同，所以它们们对工程场地的的影响也各异。。4.2.1.1走向滑动动或平移断层最大最小主应力力近于水平，所所以两者之间的的最大剪应力面面，亦即此类断断层的断层面，，近于直立，因因之其地表出露露线也就最为平平直；常表现为为极窄的直线形形断崖。主要是是断层面两侧相相对的水平运动动，相对的垂直直升降很小。河河流最易于沿这这种断层发育，，水工建筑物也也就最易于受到到这种活断层的的威胁。如断层层与坝轴线小角角度斜交，由于于断层错动而造造成的心墙拉开开宽度可以相当当大(图4—4)。有名的走走向滑动型活断断层有美国加州州的圣安德烈斯斯断层系。土耳其安纳托利利亚断层系，新新西兰的阿尔卑卑斯断层系等。。几个被活断层层错开的土坝，，运河主要是被被这类活断层所所错开的。我国国的活断层也以以走向滑动型为为最多，特别是是西南和西北，，有些走滑型活活断层规模非常常巨大；例如塔塔里木断块南的的阿尔金山断裂裂，青藏断块内内部的鲜水河断断裂，川滇断块块西界的红河断断裂都是我国西西部长达数百到到数千公里的活活动着的走滑断断裂。这些断层层的水平错动往往往在地形上留留下明显迹象，，尤以对水系的的错动改造最为为明显4.2.1.2逆逆断层最大主应应力近于于水平，，最小主主应力近近于垂直直。走向向垂直于于最大主主应力的的断层面面与水平平面夹角角一般小小于45°，往往为为20-40°，且由于于位移是是水平挤挤压形成成的，断断层面两两侧的点点之间的的距离总总是由于于位移而而缩短。。上盘除除上升外外还产生生地面变变形，往往往伴以以多个分分支或次次级断层层的错动动(图4-6)。如1971年美国国圣费尔尔南多地地震时使使圣费尔尔南多断断层(逆逆断层)产生逆逆冲错动动。下降降盘无地地表变形形及破裂裂，上升升盘抬升升近2m以上，，并有强强烈变形形，许多多小的次次级断层层主要集集中在距距主断面面1km之内，，但距主主断面2.5km尚有有一条产产生150mm相对位位移的次次级断层层。逆断断层的断断层线往往往是波波状弯曲曲的，断断层带也也较平移移断层宽宽得多，，由于上上升盘隆隆起和倒倒悬的断断层崖易易产生滑滑坡，所所以逆断断层的确确切位置置最难于于确定和和预测。。世界上上很多大大的山系系以逆断断层为其其边界，，如喜马马拉雅山山、安第第斯山等等，世界界上许多多大的地地震都是是伴随板板块俯冲冲带或大大陆碰撞撞带的逆逆断层错错动产生生的。这这类逆断断层有时时地表变变形范围围很大，，如1964年年阿拉斯斯加地震震，200000km2范围内变变形最大大垂直上上升达12m。。在我国逆逆冲型活活断层主主要发育育于西部部地区。。受印度度板块年年速率约约6cm的NNE向俯俯冲的推推挤，自自南而北北有喜马马拉雅山山南麓逆逆冲推覆覆断层，，天山南南侧，天天山北侧侧逆冲推推覆断层层等几个个长达数数百公里里走向近近东西的的逆冲型型活断层层，青藏藏断块东东界的北北段，则则有走向向北东的的龙门山山逆掩推推覆断层层；所有有这些断断层都是是活动性性强烈的的发震断断层。4.2.1.3正正断层最大主应应力近于于垂直最最小主应应力近于于水平。。走向垂垂直于最最小主应应力且与与最大主主应力呈呈锐角的的断层面面与水平平面夹角角大于45°，一般为为60一一80°。在错动动过程中中，垂直直断面走走向的水水平方向向有所伸伸长。伴伴随这类类断层活活动的变变形(下下沉)和和分支断断层错动动，主要要集中于于下降盘盘(图4-7)。与河河谷平行行断面倾倾斜的正正断层，，可以使使拦河坝坝产生比比其它形形式断层层运动更更宽的初初始裂缝缝(图4-8)。一般般说来，，这类断断层的可可识别程程度介于于走滑断断层和逆逆断层之之间，其其影响带带宽度和和对工程程的危害害程度也也介于两两者之间间。地壳上承承受水平平张应力力的地带带主要沿沿大洋中中脊分布布。大陆上以以现代活活动正断断层为主主的地带带有东非非断裂谷谷，美国国的盆地地与山脉脉区(内内华达、、犹他及及其附近近地带)，欧洲洲莱茵地地堑系，，苏联贝贝加尔湖湖地堑等等。我国国东部大大陆边缘缘活动带带的扩展展与沉陷陷，在华华北平原原、渤海海湾与松松辽平原原形成了了一系列列地堑系系或裂谷谷系。地地堑边缘缘的张性性正断层层是东部部地区活活断层中中的主要要类型。。鄂尔多多斯地块块周围也也有银川川地堑、、河套地地堑和汾汾渭地堑堑系等一一系列地地堑盆地地。地堑堑盆地中中新生代代沉积层层厚有的的达数百百至千米米(汾渭渭地堑系系)，有的达几几千米(华北平平原地堑堑系)有有的达12000m(渤海湾湾中的渤渤中拗陷陷)，这这表明这这些断裂裂的新生生代适动动以正断断运动为为主，另另一方面面，沿这这些断裂裂带的地地震震源源机制，，地震断断层以及及地震前前后的形形变测量量又都表表明这些些断层都都有很大大的水平平分量，，表明其其现代活活动性与与典型张张性构造造区和典典型的内内陆裂谷谷带有所所不同。。上述三种种活断层层的位移移矢量都都分别是是单纯走走滑或倾倾滑，其其产生的的应力场场是三个个主应力力方向中中的两个个是水平平的而另另一个是是垂直的的。实际际应力场场往往是是复杂的的，三个个主应力力方向既既不完全全水平也也不完全全垂直，，而是由由不同的的水平和和垂直分分量所合合成。因因之，断断层的位位移矢量量也多由由不同的的倾滑、、走滑分分量所合合成。而而活断层层的类型型也就可可以是左左(或右右)旋走走滑逆冲冲断层或或左(或或右)旋旋走滑正正断层等等多种形形式。断层活动动受区域域构造应应力场所所支配。。内陆活活断层是是地块间间相互运运动调整整的枢纽纽。由于这些些地块是是相互镶镶嵌的而而且它们们的结构构及受力力状况不不均一，，地块间间的相对对挤压、、拉张和和剪切错错动就构构成了这这些大小小地块和和断块之之间的断断层活动动，呈现现出相当当复杂的的情况。。除了这这些活动动断裂的的不同段段落有不不同的活活动方式式，由于于它们相相互间的的联系，，构成网网络状，，各断层层的活动动往往不不是孤立立的，而而是相互互牵制、、相互调调整和相相互转换换的。一一条活断断层的终终端点是是要以各各方式转转换为另另一种形形式的活活动，以以调整地地块运动动所造成成的地壳壳拉张，，缩短和和扭曲。。研究活活动断层层相互转转换的状状况，对对了解现现代构造造应力场场、认识识地震活活动规律律有重要要的意义义。按断裂的的主次关关系又可可将活断断层分为为主断层层(mainfault)，分支支断层(branch，fault)和次次级断层层(secondaryfault)。。次级断断层从平平面上看看来与主主断层无无关，实实际上在在剖面上上它仍属属主断层层的分支支，对于于逆断层层来说主主要产生生在上升升盘，而而对于正正断层来来说则主主要产生生在下降降盘(参参见图4-6和和图4-7)，，而走向向滑动断断层则很很少有次次级断层层伴生。。断层类型型不同由由主断层层中线到到分支和和次级断断层带外外缘的宽宽度也各各不相同同。走向向错动断断层为最最窄，逆逆断层为为最宽。。根据已已有地表表错断的的实际观观测资料料，各带带的宽度度如表4-1。。活断层活活动的两两种基本本方式是是粘滑与稳稳滑。粘滑错动是间间断性突突然性发发生的。。在一定定时间段段内断层层的两盘盘就如同同粘在一一起(锁锁固起来来)，不不产生或或仅有极极其微弱弱的相互互错动，，一旦应应力达到到锁固段段的强度度极限，，较大幅幅度的相相互错动动就在瞬瞬时之内内突然发发生，锁锁固期间间积蓄起起来的弹弹性应变变能也就就突然释释放出来来而发生生较强地地震。这这种瞬间间发生的的强烈错错动间断断的，周周期性的的发生，，沿这种种断层就就有周期期性的地地震活动动。稳（蠕)滑的错动是持续地平平稳地发生的。由由于断层两盘岩体体强度低，或由于于断层带内有软弱弱充填物或有高孔孔隙水压力，在受受力过程中就会持续不断的相互互错动而不能锁固固以积蓄应变能，，这种方式活动的的断层仅伴有小震震或无地震活动。。有些断层则兼有有粘滑与蠕滑。这这三种方式的错动动位移随时间的变变化如图4-9所所示。近年来，一些研究究者注意到了粘滑滑型断层在大震前前后一段时间内在在震源区及其外围围的蠕滑现象。1976年唐山地地震前后的一些宏宏观现象，如井壁壁坍塌变形，沿八八宝山断层地下水水位的变化、河北北省中部的井喷现现象等，都可能与与深部断层的蠕动动有关。据唐山地地震区地形变资料料反演求得的震中中区8km-6km的地带内，于于1969-1975年发生了走走滑错距为104cm的无震蠕滑滑、走向和倾向滑滑动的平均速率分分别达18.6cm/a和1.4cm／a。我国大陆内部还有有一种特殊的反映映断裂蠕动的构造造形式：因地壳块块体或断裂带蠕动动，导致在地面产产生一系列微型破破裂构造，一般称称为地裂缝(groundfissure)或或“地裂”现象。。典型代表有西安安地裂缝。当然地地面裂缝有多种成成因，外生的地裂裂分布是比较广泛泛的。但上述的地地裂现象不受地貌貌、土质和水文条条件影响而广泛分分布在大范围内，，与区域构造方向向和区域应力场方方向协调，表现出出有统一的受力方方向，反映出它们们可能是一种大范范围构造活动或深深部断裂的蠕动而而引起的地表蠕裂裂现象。西安地裂缝就被认认为是由于渭河断断陷南侧的长安临临潼断裂的张性蠕蠕动，为厚达一千千余米的第四纪土土层提供了潜在临临空面，在自重应应力场作用下产生生了侧向扩展(gravitationallateralspreading)而形成的的；4.2.2活活断层的长度和断断距活断层的长度和断断距是表征活断层层规模的重要数据据，通常用强震导导致的地面破裂(地震断层或地表表错断)的长度(L)和伴随地震震产生的一次突然然错断的最大位移移值(D)表示。。通过对地表错断断的研究，可以了了解地震破裂的方方式和过程，判定定地震断层动力学学特征，又可了解解地震时的地面效效应，判定地震危危险性和震害程度度，为在活断层区区修建建筑物的抗抗震设计提供参数数。所以近年来世世界各地都对地表表错断进行了广泛泛的研究。近年来来，我国地震部门门也对全国40余余条地震地表错断断进行了研究(图图4一11)。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1506008070±200805020090187358459.0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国国外一些地震断断层的地表错断历历史记录研究表明，地震地地表错断长度自<1km至数百公公里，最大位移自自几十厘米至十余余米(表4－2、、表4－3)。一一般说来地震震级级愈大，震源深度度愈浅，则地表错错断就愈长。大于于7.5级的浅源源地震均伴有地表表错断，而小于5.5级的地震则则除个别特例外均均无地表错断。同同样震级的地震则则由于震源深度不不同或锁固段岩体体强度不同而地表表断裂的长度各不不相同。一般认为为，地面上产生的的最长地震地表断断裂，可以代表地地震震源断层的长长度。而地震震源源断层长度与震级级大小是正相关的的。所以各国学者者又开展了地震震震级与地表破裂长长度及地表断层位位移的统计关系分分析，力图建立它它们之间的相关关关系式，以便据已已知断裂估计可能能地震震级，或者据已知震级估估计工程场地可能能出现的位错的大大我国已有的这类关系式式有：M=1.19lgL+5.25L=0.56M-2.25日本松田时彦得出出的关系式为：M=（1/0.6）lgL+4.85lgD=0.55M-3.71博泥拉通过统计、、回归分析，获得得如下关系式：Ms(L)=6.04+0.708lgL4．2．3活活断层的错动速率率和重复错动周期期活断层的错动速率率是反映活断层活活动强弱、断层所所在地区应变速率率大小的重要数据据。如前所述，活活断层的活动方式式以粘滑为主，往往往是间断性地产产生突然错断，所所以错动速率以一一定时间段内的平平均错动速率表示示。断层的错动速速率愈大，两次突突然错断之间的时时间间隔，亦即其其重复错动周期，，也就愈短。突然然错动事件总是伴伴有地震，所以重重复错动周期也就就是地震重现周期期(earthquakerecurrentinterval)。错动速速率和地震重现周周期是长期地震预预报的重要数据。。近十年来在这方面面的研究取得了突突破性进展，为定定量估计一些主要要活断层的地震危危险性奠定了坚实实的基础。世界范围的活断层层研究表明，活断断层的错动速率很很小，一般为每年年不足1毫米到几几毫米，最强的也也仅有每年几十毫毫米。板块边缘断断层最强，一般为为几cm／a，如如美国加州圣安德德烈斯断层带最大大速率为5cm/a。我国的活断断层一般均为板块块内部断层，活动动速率要小得多。。研究表明，我国国活断层错动速率率大小具有明显的的区域性。大致以以东经105度为为界，东部与西部部不同，东部华北北与华南又不同。。自上新世晚期以来来的位移总量，在在西部为数公里至至二十公里，在东东部则为数十米至至数千米。东部的的错动速率华北为为每年不足1mm到数毫米(鄂尔尔多斯周边)，华华南、东北则一般般小于0．1mm。西部错动速率率则达每年数毫米米至lOmm以上上。我国主要活断断层错动速率分布布如图4—16所所示。我国一些主主要活断层的错动动速率见表4—4。根据断层的错动速速率，可以将活断断层分为活动强烈烈程度不等的级别别。日本分为如表表4—5所示的五五级，我国则分为为如表4—6所示示的四个级。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中中国主要活断层层错动速率注:上表中Nor正断;T逆滑;S走滑;()左右表示示左旋或右旋;M超壳;C壳断裂;*代表一次地震活活动活断层的错动速率率多以地质地貌分分析法和沿(跨)断层重复测量或或仪器监测来测定定（甚长基线测量量，三角测量和GPS等）。对话话断层的蠕滑段，，可采用跨断层精精密测量或伸缩仪仪定点仪器观测确确定其错动速率。。而对于粘滑段，，这样测得的年错错动速率仪是平均均年错动速率的一一小部分，即蠕沿沿成分的速率。而而平均错动速率的的主要部分则来自自间断发生的突然然错动事件，这种种突然错动事件也也就是古地震事件件。这类事件总是是要留下地质的或或地貌的证据，通通过地质地貌分析析，判定事件的次次数、累积错动距距、各事件的绝对对年龄，就可求出出平均错动速率和和重复错动周期.古地震事件的地貌貌证据最为直观，，如断层以走滑为为主则有：断错冲冲沟、溪流、阶地地、冲积扇和山脊脊。如以倾滑为主主或有较大的倾滑滑分量，则形成断断层陡坎和断层三三角面(triangularfacet)。。沿陡峻断层陡崖崖往往形成滑坡群群。溪沟错断或正正断层下陷，往往往形成断塞塘或下下陷塘(sagpond)。1932年甘肃昌昌马7.5级地震震就留下了很多的的断错地貌证据(图4-17)如断层活动以倾滑滑为主，形成相当当陡的断层崖。后后期重力崩塌和流流水侵蚀将此陡陡斜面改造为缓的的侵蚀面，陡坎顶顶部的坡折点将会会不断后退，经过过足够长的时间，，演化为接近休止止角的稳定缓坡，，剖面线也趋近于于圆滑曲线。如果果突然错断事件沿沿同一断层面间断断地发生多次，则则陡坎的演化就会会有如图4—20所示的复杂过程程。图中表示出沿沿断层面曾发生过过三次错断事件，，先后形成F1、F2、F3三个陡倾错断面。。经重力及流水改改造形成E1、E2两个稳定侵侵蚀面和F`3一个尚未达到稳定定的自由面。断层陡崖的下盘则则形成一个平缓的的堆积斜坡，在断断层陡崖崖脚先后后形成D1，D2，D3三个崩积楔，将断断层陡崖下部掩埋埋起来。在这种情情况下计算每次错错断的位移位并测测定平均错动速率率，需要地貌与地地质证据并用，开开挖探槽至最早的的崩积楔D1底部，求得D1底面与断层面交点点P1，延长Ou线使之与断层面上上延线相交求得交交点P2。则P1P2即为三次错断的累累积错距。如求得得三个崩积楔的绝绝对年龄值．再将将F1、F2、F3值分别求出，就可可以求出平均错动动速率及地震事件件的重复间隔。R．C.Buckman(1979)等研究美美国内华达地区断断层时发现，断层层崖的主坡角(如如图4-20的F3`，E2、E1)与其年龄呈呈负对数相关，其其统计经验公式为为：θ＝-8.5lgT+52.5(4-5)其中：θ为断层层崖侵蚀面坡角(度)；T为断层层崖的年龄(年)。用此式计算得得出昌马断裂于昌昌马地震之前形成成的两级断层崖的的年龄分别为：最最早一次错断形成成的最高一级断崖崖为距今10847a，第二级断断崖则距今1968a(见图4——17，G)。古地震震动效应主主要是近代沉积层层中保存的喷砂活活动迹象。这种现现象在我国最早发发现子宁夏中宁，，最近根据探槽揭揭露的喷砂活动判判定了京、津、唐唐地区距今4000a和1000a的两次次大地震事件(图图4—24、25、26）。一次次事件发生在绝对对年龄为3999±90a的q层之前前，一次则发生于于年龄为1690±90a的q层之后后，绝对年龄为103060a的的r层沉积之前。。由此可判定古地地震重现间隔约为为3000a。。表4-9我我国一些主要活活断裂古地震事件件和强震重复间隔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a38450±1859b24530±2590c20675±1142d18580±300e12120±160>3000邢成启1988昌马断裂左旋走滑逆冲1932.12.15M=7.5a5100±340b3100±28030402500侯珍清1985海原断裂左旋逆走滑1920.12.16M=8.5a9360b7380±103c6300±70d3680±60∼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∼8000c3000d830±30e230f105±3.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=7.6a8910±270b7430±240b5150±170d4110±180c3830±180f3270±160d2820±160h2100±150200—300李天诏（1986）赵翔（1984）安宁河断裂（北段）左旋逆走滑a?缺年龄b3736±102c2790±150d1957±150e920±80940钱洪等1989则木河断裂左旋逆走滑a5615±115b缺年龄值c745±85678885—1275任金卫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=8a4162±105b3210±210c缺年龄值d2823±75900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=7.8a1486b7665±105∼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续表另外一种计算地震震重复周期的原理理为重复周期(R)与断裂平均错错动速度(S)成成反比，而与一次次强震产生的位错错量(D)成正比比，即：Rx=D/S(4—6)上式适用于构造应应变仅由突发性弹弹性位错所释放，，即断层错动仅为为粘滑形式。如果果构造应变的释放放是粘滑、蠕滑滑兼而有之，则大大地震事件的重现现周期为：Rx＝D/(D一C)(4—7)式中C为平均年蠕蠕滑速率。4．3活断层层活动的时空不均均匀性活断层在全新世期期间的活动在全世世界范围内都表现现出明显的时空不不均匀性。在时间上的不均匀匀性主要表现在活活动强度随时间有有较大的变化，一时活动强烈一一时则活动微弱，，因此突然错动事事件在某一时间段段就显得十分密集集而在另一时间段段则相对稀疏得多多。似乎是这些事事件群集发生在其其一时间段内。在空间上的不均匀匀性主要表现在不不同大地构造区内内断层活动强度显显著不同，同一断层的不同同分支或不同段落落也有显著差异。。随时间的延续，，这些活动区或活动动段落又会变为活活动微弱或不活动动，而另外一些微微弱活动或不活动动的区段又转化为为强烈活动区段，，表现为强烈活动动区段发生了迁移移。查明活断层活动性性的时空不均匀性性，研究古地震事事件的群集期(活活跃期)和平静期期的交替以及划分分活动性不同的区区段，并判定其迁迁移过程，才能较较准确地判定强震震复发间隔，为地地震危险性分折提提供合理参数。只有这样才能提提高区域稳定性评评价、地震危险性性评估及概率分析析水平。近年来，我国许多多横跨活断层揭露露出的大量古地震震事件的研究表明明，在全新世内活活断层的活动速率率也有明显变化，，表现为快速滑动动与缓慢滑动。活活动阶段与静止阶阶段相交替的间歇歇活动特点。这一一特点和我国长期期历史地震记录所所表现出的地震活活动分期分幕、有有活跃期与平静期期的特点相一致。。古地震事件的群群集期代表活跃期期而分布稀疏期则则代表平静期。图4—30给出了了青藏高原内部及及其边缘、甘新一一带、华北三个地地带的16条活断断层上12000a以来的古古地震事件在时间间上的分布情况。。由时间序列图可以以看出以下的一些些有实际意义的情情况。1．青藏高原区10条活断层(图图4—30中的No．2—11)共揭露出51次次破裂事件，总计计平均重复错断间间隔为2100a.2．不同活断层上上错动事件在时间间分布的组合方式式方面是多种多样样的，大致可分为为三种类型，即：：单发式、群发式式和混合式。每隔较长时间间隔隔发生一次强大事事件且时间间隔比比较均匀一致的为为单发式。例如郯郯庐断裂中段沂沭沭断裂和新疆二台台断裂都是每隔3000一3500a发生一次次强烈事件(地震震震级8级左右)。在某一时间段内群群集发生多次事件件而在此时间段以以外则比较平静的的为群发式。例如如阿尔金山断裂西西段在距今2000一4500a发生群集的多多次事件，而在此此时间段以外则仅仅有个别事件发生生。既有事件群集发生生阶段也有单发阶阶段为混合型．例例如鲜水河断裂。。4．3．2活活断层错动在空间间上的不均匀性从前一节断层平均均错动速率的讨论论中可以明显看出出，我国活断层的的错动速率具有区区域性的不均匀性性(见图4一16)。西部高于东东部，东部的华北北又高于东北和华华南。由于有这种区域性性的差异，故有的的研究者将我国划划分为如图4—31所示的新疆、、青藏、东北、华华北、华南、台湾湾、南海七个断块块区。其中紧邻板板块碰撞带的青藏藏高原及其周边，，紧邻板块俯冲带带的台湾，断层的的新活动较为强烈烈。同一区域的不同断断层，同一断层的的不同分支或同一一断层的不同段落落，其活动性也是是不均匀的（以滇滇西北地区为例说说明）。4．4活断层层区规划设计建筑筑物的原则大坝和原子能电站站这类极重要和失失事后果很严重的的建筑物，最好不不要在活动断层附附近选择场地。如如果必须在有活断断层的强烈地震区区修建，例如开发发我国西南地区的的丰富水力资源，，既不可避免地要要在有活动断层和和强烈地震区建筑筑大坝，此时必须须在场址选择择、建筑物类型型选择和结构设计上采取必要要的措施以以保障建筑筑物的安全全可取。4.4.1规划选场场要对几个相相互比较的的场址进行行断层相对对活动性评评价。(1)有低低级别的活活断层的场场地优于有有高级别的的，有活动动时期老的的断层的场场地优于有有活动时期期新的，有有全新世(11000a)内无活动动的断层的的场地优于于有全新世世内有活动动的断层的的场地等；；(2)尽可可能避开主主断层带；；(3)如为为逆断层或或正断层类类型，尽可可能避开有有强烈地表表变形和分分支、次生生断裂发育育的断层上上盘(逆断断层的上升升盘、正断断层下降盘盘)。如有有较大的正正、逆断层层，场地往往往需要选选在距主断断面数千米米之外。4.4.2建筑物类类型选择若证实场地地中有活断断层穿过，，或场地位位于活动的的逆、正断断层上盘有有可能产生生分支及次次级错断，，则应选择择在错动下下不致破坏坏的建筑物物型式。对于坝来说说，在上述述情况下均均不宜建筑筑混凝土坝坝，而只能能建散体堆堆填坝。所有混凝土土坝都是坚坚硬脆性的的，除少数数例外均建建于基岩上上，靠坝与与基岩接触触面上的联联系来保证证建筑物的的安全可靠靠。任何有有垂向分量量的断层错错动，即使使是错动为为l0一20mm的的次级断层层错动，必必然或者是是使坝离开开地基．破破坏它与地地基的联系系，或是坝坝体中产生生破裂。在混凝土重重力坝的情情况下，断断层错动如如破坏了坝坝底面与地地基的联系系，则坝底底面必然要要承受水的的全扬压力力，其结果果必然产生生沿坝底面面的浅层滑滑动而造成成坝的失事事。如为混凝土土拱坝，坝坝的两个部部分之间如如果产生突突然错动，，既使错动动值仅为0.25一一0.5m，就会由由于混凝土土的压碎或或坝的一端端与拱座脱脱离造成坝坝的突然和和全部毁坏坏。散体堆填坝坝即使坝体体两个部分分被错开3—5m，，也不会导导致坝的破破坏。因为为坝体本身身非常宽厚厚而且是柔柔性的，单单纯这种错错动可以通通过坝体自自身调整来来适应。只要正确设设计使错动动后坝体内内不残留开开口裂缝，，沿错动带带虽有强烈烈渗流但不不致发生管管涌，则坝坝本身不会会失事，而而且修复也也很容易，，只要对被被错开的心心墙部分进进行灌浆就就可以修复复使用。选堆填坝还有一个重重要的好处，即改变设设计的适应应性强。通通常在清理理坝基时往往往可以得得到可信赖赖的断层活活动资料，，如发现原原设计时未未考虑到的的断层新活活动证据。。改变堆填填坝的设计计细节使之之适应于地地质环境是是易于办到到的。如系系混凝土坝坝则必须完完全改变设设计，由于于短期做不不到这一点点，以前开开挖基坑的的工作量往往往报废。。4.4.3建筑物物结构设计计4.4.3.1土土坝结构构设计原则则近200年年的活动断断层最大位位移一般小小于5-7m．平均均小于lm，所以设设计的土坝坝应能保证证在产生5-7m的的错动时不不致出现大大的开裂，，不致由于于沿错动带带的强烈渗渗流引起管管涌而溃决决。所以一一般设计为为有相当厚厚的无粘性性土过渡带带的多种土土质坝。（1）保证证错动后不不残存深大大开口裂缝缝砂、砾石、、砂砾混合合物和硬岩岩石的块石石，如无相相当量的粘粘土粉土混混入物是无无粘性的，，所以不能能支持达一一定高度的的陡立裂缝缝边壁。因之在这种种土体中产产生错动后后，断层位位移瞬时形形成的任何何开口裂缝缝部立即被被缝壁坍塌塌所封闭，，因而裂缝缝不致存留留下来。或或者说这类类材料可以以起填缝塞塞(crackstoppers)的作用。。高土坝为为了消除差差异沉陷在在坝体内出出现的裂缝缝，也用这这种无粘性性土过渡带带作为填缝缝塞，所不不同的是用用于防止活活断层错动动出现的裂裂缝者要厚厚得多。错动后一般般在接近坝坝项面处残残留一定深深度的开口口裂缝(图图4-8））。开口裂裂隙最大深深度可以按按以下方法法估算。。。(2)能安安全控制大大的渗流量量即使粘性心心墙由于断断层错动而而错开，由由于心墙两两侧的无粘粘性土的过过渡带渗透透性低，渗渗流量可以以被降低到到一个可以以安全控制制的数量。。下游有一一堆石带渗渗透性很强强，最大可可能渗流量量可以通过过此带由坝坝趾处安全全泄出。无无粘性土的的过渡带与与块石带之之间要按反反滤层原理理设计保证证不发生潜潜蚀。可以用简化化为由无粘粘性土过渡渡带和下游游组堆石带带两个要素素组成的示示意剖面(图4-36）：估估算最大渗渗流量，并并说明即使使在没有粘粘土心墙的的情况下，，渗流量虽虽大但坝仍仍是安全的的。实际上一般般设计的心心墙两侧对对称，心墙墙上、下游游都有一个个无粘性土土过渡带，，如心墙错错开，上游游砂必然进进入裂缝并并将之充塞塞，下游过过渡带砂也也会以裂缝缝壁的坍塌塌而使本带带内的裂缝缝闭合，从从而使渗流流量减小，，且两侧对对称也可以以使被错断断的心墙易易于用灌浆浆法修复。。4.4.3.2其其它类型型建筑物的的结构措施施实例日本山阳新新干线的新新神户车站站，建于两两隧道之间间的高架桥桥上，恰位位于六甲山山活断层之之上。由于于地形及城城市环境方方面的原因因，车站的的位置不能能改变，只只能采取适适应于地质质条件的结结构。4．5活活断层的的调查监测测与研究4.5.1活断层的的调查活断层的工工程地质调调查目的在在于准确确确定建筑区区附近活断断层带位置置，确定建建筑区内有有无活断层层，活断层层带的宽度度，错动最最大幅值及及变形带宽宽度，以及及间断活动动的时间间间隔，如果果伴有地震震，则应进进行地震研研究(见第第五章)。。4.5.1.1低低阳光角角航空摄影影航测照片可可以看到地地表研究所所不能看到到的迹象，，在研究属属于线性构构造的断层层中是很有有用的。有有些主干走走向错动活活断层在图图上极易看看出．另一些极端端情况，例例如逆断层层，既使是是有丰富经经验的解译译者也只能能定为可疑疑断层，所所以一定要要两个有经经验的人分分别解译，，以排除不不可靠的主主观判断。。区域研究究用1：30000一I：60000，详细研研究用I：：10000一1：：200D0的图件件。4.5.1.2开开挖探槽槽主要研究跨跨断层的最最新沉积是是否被断层层错断及其其错动幅度度；提供含含碳物质的的样品以定定绝对年龄龄，以便判判定错动的的时代；揭揭露重复错错动证据，，如较老地地层比新地地层错距大大、多次的的地层砂土土液化造成成的多次喷喷砂的地层层记录等等等，以判定定间歇错动动的时间间间隔。所需探槽深深度一般不不大，约为为2-4m。揭露后必须须小心地以以铲清除槽槽壁浮土，，用刷和刮刮刀清理壁壁面以便详详细观察和和测绘细节节。因为既既使是大的的活断层，，最近期表表层沉积中中的错动带带宽也仅有有10-20mm或或更少，不不仔细研究究细节往往往会作出错错误结论。。在研究中须须注意的以以下几点；；(I)断层层泥的表观观“新鲜程程度”不能能用于作为为断层近期期活动的证证据，因为为在地表风风化带以下下断层往往往成糊状未未风化的外外貌，由新新鲜土及未未风化的破破碎岩石组组成，既使使数百年无无措动也是是这样。(2)擦痕痕面方向不不能作为判判定相对运运动的证据据，因为近近地表处，，不管断层层位移方向向怎样，断断层泥都有有向阻力最最小的上方方挤出的趋趋势。4.5.2