第5章活断层的工程地质研究课件.ppt

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1、活断层的工程地质研究,掌握活断层的基本概念及研究意义；掌握活断层的类型及特征、错动速率和活动周期，活断层活动的时空不均一性，震源机制及震源机制断层面解；了解活断层区内规划设计建筑物的基本原则；掌握活断层的判别标志，活断层的调查、监测与研究方法。,本章学习内容及要求,4.1 基本概念及研究意义,活断层(active fault)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(potentially active fault)。,4.1.1 基本概念,断层在目前持续活动，是判定活断层的无可争议的证据。人类历史时期有

2、过活动记录的是潜在活断层。,对“近期地质历史时期”却有不同的理解与限定。将之限于全新世(即最近10000a以内)；将之限于最近35000a(以14C确定绝对年龄的可靠上限)之内；将之限于晚更新世(最近100,000 a 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。,从工程上的时间尺度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:蠕滑:持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑(creep slip)或稳滑(stable slip);粘滑:间断地、周期性突然错断的为粘滑(stick slip)，粘滑常伴有地震，

3、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（详见4.4节）。,San Andreas Fault（美国圣安德列斯断层）,汇聚型大陆边缘与地震分布,4.1.1 活断层研究意义（1）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。,唐山地震：长达8km的、呈N30E方向通过市区地表错断。最大水平错距3m，垂直断距0.7一l m，错开了道路、围墙、房屋、水泥地面等一切地面建筑物。,1976年唐山地震使铁路扭曲,走向滑动活断层引起的心墙拉开,台湾集集地震被错断的石冈坝,2008.5.12 汶川大地震将

4、压力钢管错断,2010.9.4新西兰地震使路边右旋错动,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,断层突然错动使公路毁坏,（2）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（高烈度）。,台湾集集地震使彰化县员林镇邦富贵名门大楼座落在中山路惠明街口一栋L型大楼上倾倒。,(3)地震诱发大量次生灾害,(1)滑坡、崩塌：汶川地震（2）沙土液化（3)海啸在地震一章详细介绍,本章重点：（1）我国活断层带分布及划分；（2）震源机制概念，断层活动的震源机制断层面解；（3）活断层的活动特性及判别标志。本章难点：活断层的判别标志，分三方面判别标志：即地

5、质地貌判别标志；文献记录判别标志和大地测量判别标志。,本章重点及难点,本章思考题,(1)活断层的活动特性及判别标志(2)断层活动的时空差异(3)我国主要活断层的展布特征,活断层的工程地质研究,掌握活断层的基本概念及研究意义；掌握活断层的类型及特征、错动速率和活动周期，活断层活动的时空不均一性，震源机制及震源机制断层面解；了解活断层区内规划设计建筑物的基本原则；掌握活断层的判别标志，活断层的调查、监测与研究方法。,本章学习内容及要求,4.2 活断层的类型和活动方式,4.2.1活断层的类型按构造应力状态及两盘相对位移的性质，活断层分为：（1）走滑断层；（2）逆断层；（3）正断层。其中中国大陆以走向

6、滑动型最为常见。,A:走滑断层（strike slip fault）走滑断层是位移方向与断层走向相同或相近的大型平移断层，是走向滑动断层的简称，,走滑断层：最大、最小主应力近于水平，中间主应力垂直，最大剪应力面断层面近于直立,走滑断层的应力应变场,断陷盆地,隆起,地表出露线平直，断层倾角较陡。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。(图44)。,世界上有名的走向滑动型活断层有：（1）美国加州的圣安德列斯断层系（右图）；,圣安德烈斯断层,（2）土耳其安纳托利亚断层系,安纳托利亚断层系1.走滑断层；2.正断层；3.碰撞带；4

7、.俯冲带；5.运动方向,（3）新西兰的阿尔卑斯断层系等(右图)。,我国的活断层也以走滑型居多：例如阿尔金山断裂，鲜水河断裂，红河断裂长达数百到数千公里。,中国大陆活动地块运动速度矢量图（据张培震 王琪等）,河道被右旋走滑断层活动错断图解,东大滩地震鼓包沿走滑断裂线性分布,东大滩地震鼓包与走滑拉分盆地,B:逆断层(thrust fault),逆断层（1）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45，往往为2040。,（2）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,3,1,2,汶川地震龙门山山前断裂逆

8、冲使震前平坦的公路变成高差近3m，坡度达20的陡坡,新加坡,逆断层的断层线往往是波状弯曲的，断层带较宽，由于上升盘形成了断层崖易产生滑坡或崩塌，逆断层的确切位置最难确定。逆断层有时地表变形范围很大。在我国逆冲型活断层主要发育于西部地区。自南而北有喜马拉雅山南麓逆冲推覆断层，天山南侧，天山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。,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。BDT1-1BDT1-4 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

9、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。,研究第四系活断层古地震剖面可以揭示断层的新近活动历史,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(左图)。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48)。,C:正断层(normal fault),石岗大坝全长700m,台湾1999.9.21地震中被断层正断切错,正断层断层带断层角砾无序排列,地壳上承受水平张应力的地带主要沿大洋中脊分布。,大陆上以现代活动正断层为主的

10、地带有东非断裂谷，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，苏联贝加尔湖地堑等。,上述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。实际应力场往往是复杂的，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。,按断裂的主次关系又可将活断层分为主断层(main fault)，分支断层(branch，fault)和次级断层(secondary fault)。断层类型不同，主断层中线到分支和次级断层带外缘的宽度也各不相同。走向错动断层为最窄，逆断层为最宽。,按断裂的切割深度可以区分为盖层断裂、基

11、底断裂、地壳断裂、岩石圈断裂和超岩石圈断裂.盖层断裂:切穿盖层,到达盖层与基地界面;基底断裂:切穿硅铝层,到达康拉德面;地壳断裂：切穿硅鎂层，到达莫霍面；岩石圈断裂:切穿岩石圈,到达软流圈顶面;超岩石圈断裂:切穿岩石圈,深入软流圈;,4.2.2 各类活断层在我国的分布,中国活动构造区及主要活断层图（根据Wang&Ma 1995）,1、逆冲或逆掩断层；2、走滑断层；3、正断层；4、埋藏活断层；5、推断活断层；6、块体运动方向；7、块体旋转方式；8、下伏洋壳的盆地；9、活动构造区边界；10、活动构造区及其编号；11、活断层及其编号；12活断层错动速率（mm/a）。活动构造区：、青藏高原区；、中国西

12、北区；、台湾岛区；、南中国海区；、华南区；、华北区；、东北区；活断层：1、阿尔金断层；2、祁连山断层；3、海原断层；4、西秦岭断层；5、东昆仑断层；6、鲜水河断层；7、金沙江断层；8、怒江断层（或班公错嘉黎断层）；9、雅鲁藏布江断层；10、龙门山断层；11、小江断层；12、红河断层；13、喀喇昆仑断层；14、南天山山麓断层；15、北天山断层；16、克克托海二台断层；17、鄂尔多斯台缘断层系；18、河北平原断层系；19、郯城庐江断层；20、秦岭断层；21、常乐邵东断层；22、右江断层；23、纵谷断层。,中国活动断裂图,我国最主要的各类活断层具有如下的空间分布特征。1分布于我国西部的多个NWWNW

13、向的长大弧形断裂，主要为逆走滑走滑断层，其走滑速率由南而北有所减小。除红河断裂为右旋走滑外，其它的均为左旋走滑或逆走滑，自南而北这些断裂主要有：怒江（或称班公湖嘉黎）断裂；甘孜玉树鲜水河断裂；安宁河则木河小江断裂；东昆仑断裂；阿尔金祁连海原断裂等。在我国东部NNE向河北平原断裂系和郯庐断裂现代活动也属于右旋走滑型。,2活动逆冲断裂也主要分布于我国西部；其中近东西向的有喜马拉雅山南的主边界逆冲断裂，天山南麓断层和北天山断层；青藏地块区的东边界则北有近南北向的贺兰山断层，中部有NE向的龙门山断层。,3现代活动正断层主要分布于我国东部。鄂尔多斯地块周边西有NNE向的银川吉兰泰断陷盆地，东有山西（汾河

14、）断陷盆地，南北侧则分别为东西走向的渭河断陷盆地和河套断陷盆地，这些断裂都以拉张剪切变形为特征。,其中汾渭断陷盆地为一条活动拉张构造带；渭河、河套断陷也以正断层分量占主导地位，银川吉兰泰则为右旋走滑。最新GPS研究表明，华北平原西边界的太行山东麓活动断裂也属于正断型。青藏高原地块最南的拉萨地块，由于受地幔物质东向挤出的底拖，上地壳也产生众多的走向近南北向的活动正断层。新华夏系构造是中生代以来中国东部和东亚濒太平洋 地区形成的巨型多字型构造体系。它由三条北北东向的巨型隆起带和沉降带所构成，自东向 西排列如下：,（1）第一隆起带 就是东亚大陆边缘的岛弧带，包括千岛群岛、日本群岛、琉球群岛、我 国台

15、湾岛、吕宋岛、巴拉望岛等。在这条隆起带以东，为一条与之平行的深海沟，是过渡壳与 洋壳的分界线，也就是新华夏系的东界。（2）第一沉降带 在第一隆起带以西，包括鄂霍次克海、日本海、东海和南海等边缘海 盆。（3）第二隆起带 在第一沉降带以西，有朱格朱尔山、锡霍特山脉、张广才岭、老爷岭、长 白山、狼林山、辽东半岛、胶东半岛、直至东南沿海诸山脉。,（4）第二沉降带 在第二隆起带之西面，由松辽、华北、江汉等平原和北部湾构成。（5）第三隆起带 在第二沉降带西侧，由大兴安岭、太行山和武陵、雪峰诸山脉组成。（6）第三沉降带 在第三隆起带以西，由呼伦贝尔巴音和硕、陕甘宁和四川盆地组成。除了上述东西向和北北东向外，

16、中国中新生代还有北西向构造发育。不同方向构造带（或线）交织使中国东部构造和裂谷盆地的发育既有明显的“东西分带”，又有“南北分块”的 特点，形成了复杂的断裂网络和断块构造图案（图12）。中国东部裂谷盆地的形成、构造变形、岩浆活动都与上述构造格架、断裂体系、应力分布 有关。而这些又与中国东部深部和基底的结构、构造演化及周缘各方面块体相对运动有密切 关系。,4.2.3 活断层的活动方式两种基本方式是粘滑与稳滑,有些断层则兼具两种方式(图4-9)。,粘滑错动是间断性突然性发生的。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，弹性应变能也就突然释放出来而发生较强地震。错动为间断的

17、，周期性的发生。,稳（蠕)滑的错动是持续、平稳地发生的。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，持续不断的相互错动而不能锁固以积蓄应变能，这种方式活动的断层仅伴有小震或无地震活动。,有些断层则兼有粘滑与蠕滑,蠕滑与粘滑相伴生实际上活断层的活动方式，既非绝对蠕滑也非绝对的粘滑，而是二者兼而有之。日本1995年阪神大地震和我国四川2008年5.12汶川特大地震的发震活断裂就都是二者兼而有之。在发震粘滑错动发生之前二者都有震前蠕滑。,在冀、鲁、豫、皖等省先后出现的大面积地裂现象。上述的地裂现象不受地貌、土质和水文条件影响，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

18、方向。,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。如西安地裂缝(下图),本章重点：（1）我国活断层带分布及划分；（2）震源机制概念，断层活动的震源机制断层面解；（3）活断层的活动特性及判别标志。本章难点：活断层的判别标志，分三方面判别标志：即地质地貌判别标志；文献记录判别标志和大地测量判别标志。,本章重点及难点,本章思考题,(1)活断层的活动特性及判别标志(2)断层活动的时空差异(3)我国主要活断层的展布特征,活断层的工程地质研究,掌握活断层的基本概念及研究意义；掌握活断层的类型及特征、错动速率和活动周期，活断层活动的时空不均一性，震源机制及震源机制断层面解；了解

19、活断层区内规划设计建筑物的基本原则；掌握活断层的判别标志，活断层的调查、监测与研究方法。,本章学习内容及要求,4.3 活断层的长度和断距 活断层的长度和断距是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。近年来世界各地都对地表错断进行了广泛的研究。我国地震部门也对全国40余条地震地表错断进行了研究(图411)。,研究表明，地震地表错断长度自1km至数百公里，最大位移自几十厘米至十余米(表4-2、表4-3)。一般说来地震震级愈大，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

20、.5级的地震则除个别特例外均无地表错断。一般认为，地面上产生的最长地震地表断裂，可以代表地震震源断层的长度。而地震震源断层长度与震级大小是正相关的。所以各国学者又开展了地震震级与地表破裂长度及地表断层位移的统计关系分析，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。,或者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 L=0.56M-2.25 日本松田时彦得出的关系式为：M=（1/0.6）lgL+4.85 lgD=0.55M-3.71（D：地震一次突然错动的最大幅度）博泥拉通过统计、回归分析，获得如下关系式：Ms(L)=6.0

21、4+0.708lgL,本章重点：（1）我国活断层带分布及划分；（2）震源机制概念，断层活动的震源机制断层面解；（3）活断层的活动特性及判别标志。本章难点：活断层的判别标志，分三方面判别标志：即地质地貌判别标志；文献记录判别标志和大地测量判别标志。,本章重点及难点,本章思考题,(1)活断层的活动特性及判别标志(2)断层活动的时空差异(3)我国主要活断层的展布特征,活断层的工程地质研究,掌握活断层的基本概念及研究意义；掌握活断层的类型及特征、错动速率和活动周期，活断层活动的时空不均一性，震源机制及震源机制断层面解；了解活断层区内规划设计建筑物的基本原则；掌握活断层的判别标志，活断层的调查、监测与研

22、究方法。,本章学习内容及要求,4.4 活断层的错动速率和重复错动周期4.4.1活断层的错动速率及按错动速率分级 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。活断层以粘滑式间断性地产生突然错断，错动速率以平均错动速率表示。根据断层的错动速率，可以将活断层分为活动强烈程度不等的级别。日本分为五级，我国则分为四个级。,日本活断层分级,我国活断层分级,根据断层的错动速率，可以将活断层分为活动强烈程度不等的级别。,断层的错动速率愈大，其重复周期(地震重现周期(earthquake recurrent interval)也就愈短。错动速率和地震重现周期是长期地震预报的重要数据

23、。世界范围的活断层研究表明，活断层的错动速率很小，一般为每年不足1mm到几毫米，最强的也仅有每年几十毫米。板块边缘断层最强，一般为几cma，如美国加州圣安德烈斯断层带最大速率为5cm/a。,自上新世晚期以来我国西部活断层的位移总量为数km至20km，在东部则为数十米至数千米；东部的错动速率华北为每年不足1mm到数mm(鄂尔多斯周边)，华南、东北则一般小于0.1mm。西部则达每年数mm至l0mm以上具有明显的区域性。,表4-4中国主要活断层错动速率,4.4.2 确定活断层错断速率的地质学方法 1以错断地貌面计算活断层错动速率：古地震事件错断地貌最为直观，如断层以走滑为主则有：（1）断错山脊、不同

24、时代冲沟或溪流（图4-5），不同时代阶地或冲积扇（图4-6）；（2）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（triangular facet）。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（sag pond）。,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（见图4-17）或地震充填楔；（3）由于错动伴生地震的震动效应造成砂土液化；（4）由于快速错动产生高温而在断层物质中保存的热淬火证据。,图4-17 断层陡坎演化过程模式（据宋方敏等，1987）a、c、e为第一、二、三次断错形成的剖面；b、d为第二、三次断错前剖面；f为现阶段剖面；O

25、u为上原始面；Oi为下原始面；F1、F2、F3为三次错断产生的陡斜面；E1、E2为侵蚀斜面；E3为现今不稳定斜面；D1、D2、D3为崩积楔；R1、R2为冲积层,断层突然错动伴有较高的摩擦升温，所以它是一次热事件。热事件既可产生可作为地质时钟的自生矿物（如1Md伊利石），也可使岩石中已有地质时钟热退火而归零，重新开始记时。于是它们就记录有活断层最后一次强烈活动年龄的信息。用适当测年方法（如K-Ar法、热释光法（TL）、电子自旋共振法（ESR）等）就可提取这些信息。它们只能测定最新一次活动年龄，不能用以判定平均错动速率和重复间隔。3以GPS观测成果计算活断层错动速率,GPS观测到的中国大陆现今构造

26、变形背景场的水平分量（根据张培震等2002）,本章重点：（1）我国活断层带分布及划分；（2）震源机制概念，断层活动的震源机制断层面解；（3）活断层的活动特性及判别标志。本章难点：活断层的判别标志，分三方面判别标志：即地质地貌判别标志；文献记录判别标志和大地测量判别标志。,本章重点及难点,本章思考题,(1)活断层的活动特性及判别标志(2)断层活动的时空差异(3)我国主要活断层的展布特征,活断层的工程地质研究,掌握活断层的基本概念及研究意义；掌握活断层的类型及特征、错动速率和活动周期，活断层活动的时空不均一性，震源机制及震源机制断层面解；了解活断层区内规划设计建筑物的基本原则；掌握活断层的判别标志

27、，活断层的调查、监测与研究方法。,本章学习内容及要求,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。4.5.1活断层突然错动在时间分布上的不均匀性 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。,4.5 活断层的时空不均匀性,在空间上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也有显著差异。随时间的延续，其活动性此起彼伏。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

28、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，为地震危险性分析提供合理参数。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。,4.5.2 活断层错动在空间上的不均匀性,我国活断层的研究表明，在全新世内活断层的活动速率也有明显变化，表现为活动阶段与静止阶段相交替的间歇活动特点。这与地震活动分期分幕、有活跃期与平静期的特点相一致。,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12000 a以来的古地震事件在时间上的分布情况。,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条活断层共揭露出51次破裂事件，总计平均

29、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3000一3500 a发生一次强烈事件(震级8级左右)。,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2000一4500a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。,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

30、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。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。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，其活动性也是不均匀的（以滇西北地区为例说明）。,新疆（I)、青藏(II)、东北(III)、华北(IV)、华南(V)、台湾(VI)、南海(VII)七个断块区。,4.5.3 活断层的迁移 在断层的活动段，一系列破裂事件以群集的方式发生之后，断裂活动往往就变换到其它

31、段落或地区，这就是断层活动的迁移。,本章重点：（1）我国活断层带分布及划分；（2）震源机制概念，断层活动的震源机制断层面解；（3）活断层的活动特性及判别标志。本章难点：活断层的判别标志，分三方面判别标志：即地质地貌判别标志；文献记录判别标志和大地测量判别标志。,本章重点及难点,本章思考题,(1)活断层的活动特性及判别标志(2)断层活动的时空差异(3)我国主要活断层的展布特征,活断层的工程地质研究,掌握活断层的基本概念及研究意义；掌握活断层的类型及特征、错动速率和活动周期，活断层活动的时空不均一性，震源机制及震源机制断层面解；了解活断层区内规划设计建筑物的基本原则；掌握活断层的判别标志，活断层的

32、调查、监测与研究方法。,本章学习内容及要求,4.6.1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(11000 a)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(举例大渡河泸定水电站坝址选择)；(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。,4.6 活断层区规划设计建筑物的原则,准岩土工程勘察规范(GB5002194)中明确

33、规定了重大工程与活断层的安全距离及处理措施,4.6 活断层区规划设计建筑物的原则,应用中的几个问题：一条断裂有多条断层组成，那些是活动的？地表破裂不一定沿已有的断层如汶川地震，唐山地震。例如：，1976年唐山地震在极震区出现了走向NE30o，延伸约810km的地裂。经有关单位利用多种手段查证，发现它是典型的构造性地裂而非唐山地震的发震断裂。对于低频高强度的地震断层往往在平静期给人以非活动断层的假象,4.6 活断层区规划设计建筑物的原则,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

34、上述情况下均不宜建筑混凝土坝，而只能建散体堆填坝。,4.6.3 建筑物结构设计 4.6.3.1 土坝结构设计原则（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。,(2)能安全控制大的渗流量 即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

35、面(图428）：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。,4.6.3.2 其它类型建筑物的结构措施实例 举例：日本山阳新干线的新神户车站,本章重点：（1）我国活断层带分布及划分；（2）震源机制概念，断层活动的震源机制断层面解；（3）活断层的活动特性及判别标志。本章难点：活断层的判别标志，分三方面判别标志：即地质地貌判别标志；文献记录判别标志和大地测量判别标志。,本章重点及难点,本章思考题,(1)活断层的活动特性及判别标志(2)断层活动的时空差异(3)我国主要活断层的展布特征,活断层的工程地质研究,掌握活断层的基本概念及研究意义；掌握活断层的类型及特征、错动速

36、率和活动周期，活断层活动的时空不均一性，震源机制及震源机制断层面解；了解活断层区内规划设计建筑物的基本原则；掌握活断层的判别标志，活断层的调查、监测与研究方法。,本章学习内容及要求,4.7 活断层的调查、监测,4.7.1 活断层的调查,人工地震探测,地球物理和地球化学研究,大地电磁测深,甚低频,测氡,地形变测量,VLBI,SLR,GPS,INSAR(合成孔径雷达干涉测量),活断层测年,传统测年方法,光释光测年,多重扩散域测年,宇宙成因放射性核素测年,考古法,14C,铀系法,K-Ar法,FT（裂变径迹法）,TL（热释光）,ESR（电子自旋共振）,“浮动时标”测年法,活断层研究方法,活断层的工程地

37、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)。,4.7.1.1 低阳光角航空摄影或高精度卫片 航测照片可以看到地表研究所不能看到的迹象，近年来快鸟(QUICK BIRD)卫片精度达0.68m,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 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1:30000一1:60000，详细研究用1:10000一

38、1:200D0的图件。,4.7.1.1 低阳光角航空摄影或高精度卫片,4.7.1.2 现场调查（1）开挖探槽 开挖断层是研究活断层活动特性、确定其间断活动时间间隔的必不可少的手段。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，以便判定活动的时代；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。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侧壁浮土，用刷和刮刀清理壁面以便详细观察和描绘细节。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10一20cm或更少，不仔细研

39、究细节往往作出错误结论。在研究中须注意的以下几点；(1)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，既使数百年无错动也是这样。(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。,4.7.2 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。这里主要讲一种行之有效的埋置仪器监测。在坑道中

40、跨过断层埋置伸长计可以连续地监测断层活动动态。,现今还在蠕动的断层，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，Global Positioning System)或超长基线(VIBI)测量法测得两盘相对位移。,GPS测量,亚洲块体运动矢量图（GPS）,某水电站活断层监测装置，监测水平方向移动，固定在断层两侧,4.7.3 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（地层）或地貌的年代来表示

41、；其二为直接测定断层活动过程中产生的物质的年代（相对年龄测定和绝对年龄测定），即提取断层活动生成的地质时期的计时信息。,石英碎砾表面结构扫描电镜:近二十年来发展起来的石英碎砾表面结构扫描电镜分析方法,是一种根据断层带内石英碎砾表面形貌结构特征来判断断层最新活动年代的定性研究方法。研究的基本方法是,从断层带物质中分离出石英颗粒,在扫描电镜下分析其表面形貌结构随时间而发生的溶蚀特征,确定其溶蚀时间,进而判断导致石英破裂的断层活动时代。此法虽不能给出断层最新活动的绝对年代数据，但因方法简便易行，且所得定性结论十分可靠，仍不失为一种初步鉴定活断层的好方法。一般溶蚀环境下:贝壳状断口Q4-Q3晚期;次贝

42、壳状断口 Q3 中期;类贝壳状断口Q3 早期;随溶蚀时间推移,相继出现桔皮状.虫蛀状.锅穴状.珊瑚状等形貌结构。,相对年龄测定：,棱角状颗粒,次棱角状颗粒,颗粒表面的贝壳状断口,贝壳状断口,贝壳状断口,次贝壳状断口,类贝壳状断口,类贝壳状断口,类贝壳-桔皮状状断口,桔皮状结构,桔皮状结构,虫蛀状结构,虫蛀状结构,虫蛀状结构,断层泥中石英碎屑表面形貌及其生成的相对年代,绝对年龄测年,用于断层活动（古地震事件）测年方法与第四纪地质学和考古学测年方法相同，现行方法超过20种，它们有不同的原理、研究水平、适用范围和年代系列。但可概况为放射性测年法和相对测年法（表4-11）。,4.7.4 活断层工程地质

43、评价 断层的新活动性受区域现代构造应力场所支配。一个地区往往有多条新活动断裂按特有的几何排列或断续相接或相互交切构成新活动断裂网络。在统一的构造应力场作用下，各断层的活动不是孤立的，而是相互联系、相互牵制、相互调整和相互转化的，不同方向的断裂活动的方式不同，同一断裂的不同段的活动强度也不同。构成特定的总体变形图像。,近年来，多采用与地质力学模拟相结合的数值模拟方法来进行这类研究和探索。这类数值模拟研究的实质，是将某些区域或地区的现代地壳运动这一地质过程看作为一个力学作用过程，用数值计算的方法进行描述。它的基本研究思路是以深入的地质原型调研为基础，通过对一些点上的已知信息的反拟合来推求面上的未知

44、信息，包括区域构造应力场的作用方式和量级，应力形变场的特征和应力场、形变场和应变能密度分布等随时间的变化过程及发展演化趋势，取得一些必要的定量关系或数据，为断层新活动性及区域构造稳定性的量化评价提供依据。其研究步骤可概括如下。,(1)根据区域大地构造、区域地球物理、区域地震活动性、区域构造应力场基本特征等区域地球动力学环境和区域地质结构及断裂新活动性，以及地应力实测资料建立地质力学模型。(2)根据研究区内地应力实例结果和震源机制解，以线弹性有限元分析反演区域构造应力量级及模型边界力源的作用方式。其方法是不断改变边界力的作用方式和大小，进行反复试算，使计算区内一些特定点的主应力计算值(方向、大小

45、)与已有震源机制解及地应力实测结果达到最佳拟合，从而求出边界力的作用方式和量级，据此建立区域应力形变场的有限元分析模型。(3)通过线弹性有限元分析得出区域应力场和应变能密度的基本特征，各断层两盘的相对位移矢量并判定各断层的活动方式。,(4)进行时效过程有限元分析(粘弹塑性)研究应力场、形变场、各断层活动强度随时间的调整过程及地震应力释放对未来地震危险区的影响。数值模拟不仅是验证野外地质现象的重要手段，而且是从总体上、全过程上和内部作用机制上对研究对象(地质体)深层次认识的重要途径。但数值模拟既然是反面拟合，则必然有多解性。排除多解性的主要途径首先是对地质原型的深入观察和正确认识。在原型深入调研

46、基础上合理地抽象建立模型就能将数值模拟导人正确轨道。,龙门山大断裂；利店断裂；蓬莱断裂；金阳断裂；小江深断裂；侧木河断裂；安宁河断裂；哀牢山断裂；鲜水河大断裂；金河-程海深断裂；小金河断裂；甘孜-理塘断裂；金沙江断裂；,进行数值模拟的一个模型,最大主应力,最小主应力,通过原型研究还应取得尽可能多的用于反演拟合的已知点，如地应力实测点，地震震源机制解点，活动时代、错动速率不同的断层或断层段，历史上不同震级的地层层中等，使数值分析结果能与多个点、多种应力形变场参数相似合，就可有效地排除多解性，使模拟结果与客观实际相符合。数值模拟与地质原型的现场研究密切结合相互验证，才能使区域断层新活动性的研究不断深入。,本章重点：（1）我国活断层带分布及划分；（2）震源机制概念，断层活动的震源机制断层面解；（3）活断层的活动特性及判别标志。本章难点：活断层的判别标志，分三方面判别标志：即地质地貌判别标志；文献记录判别标志和大地测量判别标志。,本章重点及难点,本章思考题,(1)活断层的活动特性及判别标志(2)断层活动的时空差异(3)我国主要活断层的展布特征,