第十九章第五节知识资料动力地质（一）

朽木易折，金石可镂。千里之行，始于足下。第页/共页第五节动力地质一、地震地震是由地球的内力作用而产生的一种地壳的振动现象。（一）地震波的传扬地震从震源向四面传扬的弹性波叫地震波。地震波包括体波和面波，地震时通过地壳岩体在介质内部传扬的纵波和横波，总称为体波；体波到达地面后激发的次生波，称为面波。它只限于沿着地球表面传扬，如图19-27所示。地震波的传扬以纵波速度最快，横波次之，面波最慢，普通情况是当横波和面波到达时，地面发生强烈震动，建造物也通常都是在这两种波到达时开始破坏。主要缘故是：地震发生时，由震源发出的地震波传至地表岩土体，迫使其振动，因为表层岩土体对不同周期的地震波有挑选放大作用，并以某种周期的波挑选放大的异常显然、突出，这种周期即为该岩土体的卓越周期。卓越周期的实质是波的共振，即当地震波的振动周期与地表岩土体的自振周期相同或相近时，因为共振奋用而使地表振动加强。地震时地基岩土体及建造物各自的振动周期相等或相近时，也将引起共振，使建造物振动的振幅加大，并遭遇破坏。图19-27地震波的传扬与运动形式暗示图（二）地震震级地震震级是按震源释放能量的多少来划分的地震大小等级，放出能量越多，震级越大。一个1级地震的能量相当于2×l06J，震级每增强一级，能量增强30倍左右。震级普通采用里氏震级标准，其计算主意是取距震中100km处标准地震仪所测到的地震波最大振幅值的对数，振幅值以μm计算，其表达式为M=lgA(19-1)式中：M--震级；A--地震波最大振幅值（μm）。如最大振幅为10mm即10000μm，它的对数值是4，故震级定为4级。而实际上，震级普通是按照随意震中距、随意型号的地震仪的记录经修正后求得的。（三）地震烈度地震烈度是按照人感觉和地面建造物遭遇破坏的程度来划分地震大小的等级，它同震级大小、震源深度、震区地质条件及震中距离有关。同级地震，浅源地震较深源地震对地面的破坏性要大，烈度也更大。同是一次地震，离震中越近，破坏越大，反之则小。按地震烈度相同的地点衔接起来的线叫等震线，震中点的烈度称为震中烈度。对于浅源地震，震级与震中烈度有如下关系Ms=0.58I+1.5(19-2)式中：Ms——震级；I-一震中烈度。地震的基本烈度是指某一地区在今后的一定期限内（在我国普通考虑100年或50年左右），可能遭遇的地震影响的最大烈度。它实质上是中持久地震预告在防震、抗震上的详细预计。目前抗震强度的验算和防震措施的采取都是以基本烈度为基础，并按照地质、地形条件及建造物的重要性按抗震设计规范作适当的调节。经过调节后的烈度称为设计烈度。（四）近震与远震近震是距震中小于1000km的地震。其震级用下列公式计算ML=lgAu+R(△)(19-3)式中：ML--震级；Au--记录到的水平地动位移（单振幅）（μm）；R(△)——起算函数，随震中距离和仪器性能而定。远震是震中距大于1000km的地震，其震级用下列公式计算(19-4)式中：Ms——按照面波求得的震级；T——相应于AU的振幅；σ(△)——面波震级的起算函数。世界地震主要扩散分布在环太平洋地震带、阿尔卑斯一喜马拉雅地震带、洋脊和裂谷地震带及转换断层地震带上。（五）断裂活动与地震的关系大量事实表明地下断层活动引起地震，而地震作用又可产生地表断层。绝大多数的浅源地震与活动断层密切相关。按照我国大陆地区地震地质研究，两者之间有以下关系：(1)绝大多数的强震的震中坐落于活动的大断裂上或其附近。(2)许多破坏性强震（普通大于6.5级或7级，如2008年5月12日汶川大地震高达8.0级）的形成都与当地主要断裂走向一致，甚至大体重合。(3)曾经发生过多次强烈地震的大断裂，大都为切过震源破碎位置的深大断裂。(4)我国绝大多数强烈地震的极震区和等震线的延伸方向与当地大断裂的走向一致。断层活动是否伴生地震，主要取决于断层的运动方式。当断层活动方式是一种蠕动，即相对稳定的滑动时，普通不伴有破坏性地震。当断层活动方式是一种粘滑，即断层两盘互相粘住时，使滑动受阻，当应力堆积到等于或大于摩擦力时，断层两盘发生骤然的相对错动时，便会发生地震。（六）活动断裂的分类和识别及对工程的影响活动断层是指现今仍在活动着的断层，或是近期曾有过活动，不久的未来可能活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层。在《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)（以下简称《勘察规范》）中规定：在全新地质时期（一万年）内有过地震活动或近期正在活动的断层定为全新活动断裂；对其中近500年来发生过不小于5级地震的断裂，或在未来100年内可能发生不小于5级地震的断裂，称为发震断裂。1．活动断裂的分类(1)按照断层面位移方向与水平面的关系，可将活断层划分为倾滑断层与走滑断层。倾滑断层又可分为逆断层和正断层，走滑断层即平移断层，又可分为左旋断层和右旋断层。(2)按断层的主次关系，又可将活断层分为主断层、分支断层和次级断层。对于逆断层和正断层来说，次级断层主要产生在上盘，而平移断层很少有次级断层伴生。(3)按活断层的活动方式基本分两种：一种是以地震方式产生间歇性地骤然滑动，这种断层称地震断层或粘滑型断层（又称突发型活断层）；另一种是沿断层面两侧岩层延续缓慢地滑动，称蠕变断层或蠕滑型断层。2．活断层的识别标志1)活断层的地质、地貌和水文地质识别标志(1)错断晚更新世(Q3)以来地层的即为活断层，如保留在最新沉积物中的地层错开，是鉴别活断层的最可靠根据。(2)活断层的断层带（面）普通都由未胶结的松散的破碎物质所组成，是鉴别活断层的地质特征之一。(3)陪同有强烈地震发生的活断层，强震过程中沿断裂带常浮上地震断层陡坎和地裂缝，是鉴别活断层的重要根据之一。(4)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，另一侧为隆起区，如高耸的山区骤然转为平原、盆地，并有平直的清新的断层陡崖、断层三角面等，即为活断层的分布地段。(5)走滑型的活断层，常使一系列的河流、沟谷向一个方向同步移错(见图19-28)时，即可作为决定活断层位置和错动性质的佐证；山脊、山谷、阶地和洪积扇等的错开，也是鉴别走滑型活断层的标志。(6)活动断裂在地貌上若为深切的直线形河谷，晚更新世以来形成的阶地发生错位，同一级阶地的高程在断层两侧显然不同。(7)在活动断裂带上滑坡、崩塌和泥石流等工程动力地质现象常呈线形密集分布。(8)活动断裂带常有串珠状泉水、沼泽、湖泊、火山、残丘、洼地；呈定向断续线状分布的盐碱地、芦苇地、跌水、植被。但应与其他识别标志结合考虑。(9)因为活断层_般比较深，地下水在循环交替过程中能携带深部的某些化学成分，主要表现为某些微量元素会显著增强，如氡、氦、硼、溴等。因此，也可按照地下水中这些微量元素的异常，探测活断层。(10)沿活断层带具有重力和磁力异常。2)活断层的历史地震、历史地表错断识别标志(1)历史上有关地震和地表错断的记录是识别活断层的证据。如历史上记录的中、强震震中位置的分布，晚更新世以来的古地震遗迹断裂长度及地表错断距离等。(2)活断层错断古建造物、古陵墓、古城堡等，如明代万里长城已查明在宁夏石嘴山红果子沟有两处错断。3)活断层的微震测量和地形变识标志目前我国已使用密集的地震台网，测定微震震中位置来探测活断层的位置、断层两盘的相对活动性、震源参数等，实现微震监测。采用重复精密水准测量和三角测量获取地形变证据，能判定无震的蠕滑断层或突发的地震断层的活动性。通过区域水准测量及台站流动短水准测量所反映的垂直形变，可以探求活断层不同地段的两旁相对升降活动的趋势和幅度。利用三角网复测所得水平变形资料，可探求活断层的走滑趋势和幅度、主压应力方向。【例19-20】下面几种现象中，能够作为活断层的标志是：A.强烈破碎的断裂带B．两侧地层有牵引现象的断层C．河流凸岸内凹D．全新世沉积物被错断解其他现象是断层存在的标志，全新活动断裂为全新世（一万年）以来有过活动的断裂，错断的全新世沉积物是活断层的重要标志。答案：D3．活断层对工程的影响活断层对工程建造物的影响表现为两个方面：一方面是因为蠕变型活断层，当相对位移速率较大时，地面错动使地基产生不匀称下沉，直接伤害跨越该断层修建的建造物，有些活断层错动时附近有伴生的地面变形，也会影响到邻近的建造物。另一方面是伴有强烈的地震发生的突发型活断层，错断距离普通较大，将使较大范围内的建造物遭遇破坏。因此，在活断层分布地区举行工程建造选址时，普通应避免全新活断层，如高坝、核电站这类重要的永远性建造物，不能修建在活断层附近，避免距离应按照断裂等级而定。铁路、运河、桥梁等线性工程必须跨越活断层时，也应尽量使其大角度相交，并应避免主断层。所修建的建造物应采用与之相适应的建造形式和结构措施。二、岩石的风化因为温度、大气、水和生物等因素的影响，岩石发生物理和化学变化，在原地破碎分解，称为风化作用。（一）风化作用的类型风化作用按因素的不同，可分为物理风化、化学风化两大类型（偶尔还分出生物风化）。1．物理风化作用引起岩石物理风化作用的主要因素是温度的变化、水的冻融和可溶盐结晶胀裂、岩石释重、植物根劈等。以物理风化为主的地区，风化深度普通不超过10～30m，最厚60m。2．化学风化作用岩石在水溶液和大气以及生物的分泌物、遗体腐烂后分解的一些物质等的作用下，在原地发生化学变化，逐渐破坏并产生新矿物的过程叫化学风化作用。引起化学风化作用的主要因素是水和氧。化学风化作用主要有溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用、氧化作用等几种方式。化学风化作用在温暖、湿润的地区最为活跃。化学风化作用使岩石矿物破坏后形成两部分产物：一部分是能溶于水的可迁移物质，包括各种易溶盐类、K+、Na+的氢氧化物和少部分难溶的物质（如Sj4+、Al3+、Fe3+等的氧化物），另一部分是堆积于原地的残积物，如石英颗粒和硅、铝、铁的化合物如高岭石、蛋白石、铝土矿和褐铁矿等。化学风化为主地区风化深度普通为30～50m，最厚可达100m。【例19-21】最有利于化学风化的气候条件是：A．干热B.湿热C．严寒D．冷热交替解温度较高、湿度较大的南方地区是化学风化作用占主导作用的地区，因此湿热环境是化学风化作用的最有利气候条件。答案：B（二）风化作用的影响因素1．岩石性质岩石性质包括岩石的矿物成分、结构和构造，是风化作用的内在因素。岩石在风化带中的稳定性，主要是由其中所含矿物的抗风化能力决定的。矿物按抗风化能力强弱大致可分为稳定矿物（石英、白云母等）、较稳定矿物（正长石、酸性斜长石、角闪石、辉石、方解石等）和不稳定矿物（黑云母、橄榄石、基性斜长石、石膏、黄铁矿等）。2．气候控制气候的主要因素是降雨量和蔼温。在严寒的极地和高山及气候干燥地区，雨量小，植被稀少，以物理风化作用为主，岩石风化后多为棱角状的碎屑残积物；在湿热气候区，雨量充沛，气温高，植被繁茂，化学风化作用强烈，岩石风化分解彻底，往往发育较厚的土壤层。【例19-22】在荒漠地区，风化作用主要表现为：A．被风吹走B．重结晶C．机械破碎D．化学分解解风化作用类型分为物理风化作用、化学风化作用和生物化学风化作用。在荒漠地区，因为水分参加极少，气候干燥，温差变化大，因此化学分化和生物化学风化作用微弱或不发生，岩石主要因为温差变化带来的岩石热胀冷缩因其岩石的机械破碎的物理风化。风化作用与风的地质作用属于两个概念，不能混淆。答案：C3．地质构造在构造变动强烈地区、褶皱核部、断层破碎带及侵入岩接触带，裂隙较发育，为水、空气及生物等进入岩石内部提供良好的通道，能促使风化作用向岩石内部纵深发展，因而岩石风化强烈。球状风化就是经风化作用后，岩石表面变成球形或椭球形的现象。4．地形地形的陡缓对岩石风化有一定的影响，地形起伏大、陡峭、切割深的地区，岩石易遭遇风化，且以物理风化作用为主，风化产物不易保存且很薄。地形起伏较小的缓坡地带，则以化学风化作用为主，岩石遭遇风化分解较彻底，风化产物易保留且厚度较大。【例19-23】下列地质条件中，对风化作用影响最大的因素是：A．岩体中的断裂发育情况B．岩石的硬度C．岩石的强度D．岩石的形成时代解风化作用是使岩石机械破碎、物质成分和结构发生改变的过程，但岩石中的断裂发育使得各类风化营力（温度、水：生物等）更易使岩石风化进程加快。答案：A（三）岩石的风化程度1．岩石风化程度的判断按照岩石的色彩、矿物成分、破碎程度、强度的变化来判断岩石的风化程度强弱。2．岩石风化程度分级如表19-9所示，共分为5级。3．岩石风化程度分带岩石的风化是由表及里，地表部分受风化作用的影响最显著，由地表往下风化作用的影响逐渐削弱以至出现，直至过渡到不受风化影响的清新岩石，因此从工程地质的角度，在风化剖面的不同深度上，普通把风化岩层自下而上相应于风化程度分级划分5个带：未经风化带、轻微风化带、中等风化带、严重风化带、极严重风化带。4．残积物(Qel)地表岩