活斷層工程地質(zhì)研究及活斷層的基本特征PPT

第一一章章活活斷斷層層工工程程地地質(zhì)質(zhì)研研究究1910年，，前南南斯斯拉拉夫夫地震震學(xué)學(xué)家家莫霍霍洛洛維維奇奇契意意外外地地發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，，地地震震波波在在傳傳到到地地下下50公里里處處有有折射射現(xiàn)現(xiàn)象象發(fā)生生。。他他認認為為，，這這個個發(fā)發(fā)生生折折射射的的地地帶帶，，就就是是地地殼殼和和地地殼殼下下面面不不同同物物質(zhì)質(zhì)的的分分界界面面。。1914年，，德國國地震震學(xué)學(xué)家家古古登登堡堡發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，，在在地地下下2900公里里深深處處，，存存在在著著另另一一個個不不同同物物質(zhì)質(zhì)的的分分界界面面。。后后來來，，人人們們?yōu)闉榱肆思o紀念念他他們們，，就就將將兩兩個個面面分分別別命命名名為為““莫霍霍面面”和和““古登登堡堡面面”并并根根據(jù)據(jù)這這兩兩個個面面把把地地球球分分為為地地殼殼、、地地幔幔和和地地核核三三個個圈圈層層。。一、、概概念念及及分分布布情情況況斷層層是是地地殼殼構(gòu)構(gòu)造造運運動動的的重重要要形形跡跡。。有有的的斷斷層層形形成成于于較較晚晚時時期期，，在在形形成成以以后后受受到到晚晚期期構(gòu)構(gòu)造造背背景景條條件件控控制制，，仍仍保保持持著著活活動動的的特特征征，，深深大大斷斷裂裂。。早在在十十八八世世紀紀，，人人們們從從地地震震活活動動與與斷斷層層活活動動的的關(guān)關(guān)系系才才漸漸漸漸意意識識到到斷斷層層的的活活動動性性特特征征，，經(jīng)經(jīng)過過幾幾個個世世紀紀的的研研究究，，對對活活斷斷層層的的特特征征有有了了比比較較深深入入的的認認識識。1906年美美國國舊舊金金山山地地震震發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)斷斷層層錯錯動動現(xiàn)現(xiàn)象象，，1908年lawson.A.C正式式提提出出““活活斷斷層層””術(shù)術(shù)語語，，1916年wood提出出定定義義””活活斷斷層層””，，直直到到1965年才才提提出出年年齡齡概概念念。。我我國國60年代代才才開開始始重重視視和和研研究究。。認識識：：地地殼殼現(xiàn)現(xiàn)代代活活動動結(jié)結(jié)果果，，構(gòu)構(gòu)造造活活動動的的繼繼承承延延續(xù)續(xù)，，一一定定應(yīng)應(yīng)力力場場下下構(gòu)構(gòu)造造行行跡跡再再現(xiàn)現(xiàn)，，能能量量釋釋放放過過程程。。第一一節(jié)節(jié)概概述述關(guān)于于活活斷斷層層的的定定義義，，目目前前為為止止沒沒有有完完全全統(tǒng)統(tǒng)一一。。主主要要關(guān)關(guān)于于過過去去活活斷斷層層歷歷史史時時間間的的上上限限界界定定問問題題看看法法不不一一，，不不同同部部門門、、不不同同國國家家都都存存在在差差別別。。按按我我國國地地殼殼運運動動的的實實際際情情況況看看，，一一般般是是用用第第四四紀紀這這一一地地質(zhì)質(zhì)時時段段即即距距今今約約240萬年年以以來來作作為為時時限限。。第第四四紀紀以以來來有有無無活活動動是是評評價價斷斷層層是是否否是是活活斷斷層層的的重重點點。。但但是是這這一一時時限限過過長長，，在在解解決決與與重重大大工工程程有有關(guān)關(guān)的的活活斷斷層層問問題題時時，，則則是是考考慮慮第第四四紀紀的的晚晚期期—晚更更新新世世或或大大合合約約10萬年年以以來來斷斷層層有有無無活活動動作作為為判判定定的的時時限限。。工程程建建筑筑部部門門傾傾向向于于考考慮慮全全新新統(tǒng)統(tǒng)或或晚晚更更新新統(tǒng)統(tǒng)(約10萬年年)，而而地地震震地地質(zhì)質(zhì)部部門門傾傾向向于于早早更更新新統(tǒng)統(tǒng)(約200萬年年））。。活斷斷層層:指目目前前正在在活活動動或近期期有過過活活動動、、極極有有可可能能在在不久久的的將來來重新新活活動動的的斷斷層層。。我國國活活斷斷層層分分布布新世世紀紀以以來來，，中中國國地地震震局局進進一一步步認認識識到到活活斷斷層層調(diào)調(diào)查查在在防防震震減減災(zāi)災(zāi)事事業(yè)業(yè)中中的的重重要要意意義義，，正正逐逐步步開開展展主主要要地地震震帶帶活活斷斷層層普普查查工工作作，，試試圖圖通通過過大大比比例例尺尺活活動動斷斷裂裂填填圖圖技技術(shù)術(shù)和和活活動動斷斷裂裂危危險險性性定定量量鑒鑒定定技技術(shù)術(shù)，，完完成成我我國國主主要要地地震震區(qū)區(qū)帶帶1：25萬活活動動斷斷裂裂分分布布圖圖和和1:5萬重重點點活活動動斷斷裂裂條條帶帶狀狀填填圖圖，，并并確確定定地地震震危危險險地地段段。。根據(jù)據(jù)斷斷裂裂深深度度與與侵侵位位巖巖漿漿物物質(zhì)質(zhì)來來源源和和成成分分的的關(guān)關(guān)系系，，以以及及地地球球四四類類斷斷裂裂示示意意圖圖物物理理場場特特征征和和地地震震活活動動等等劃劃分分的的斷斷裂裂類類型型。。1974年按按切切割割地地球球各各層層圈圈的的深深度度把把斷斷裂裂由由淺淺到到深深分分為為：：巖巖石石圈圈斷斷裂裂、、地地殼殼斷斷裂裂、、基基底底斷斷裂裂和和蓋蓋層層斷斷裂裂。。水利部門規(guī)規(guī)定：1、錯動晚更更新世以來來地層的斷斷層2、斷層構(gòu)造造巖最后一一次錯動絕絕對年齡小小于6—10萬年3、斷層有有位移或或地形變變大于0.1mm/a4、沿斷層層有歷史史和現(xiàn)代代中強地地震震中中分布，，或晚更更新世以以來的古古地震遺遺址，或或密集的的近期微微震活動動5、與活斷斷層有共共生聯(lián)系系的斷層層美國原子子能委員員會（USNRC）的定義義是：（1）在3.5萬年內(nèi)有有過一次次或多次次活動的的斷層（2）與其他他活動斷斷層有聯(lián)聯(lián)系的斷斷層（3）沿該斷斷裂發(fā)生生過蠕動動或微震震活動二、工程程地質(zhì)研研究意義義活斷層是是成礦、、地?zé)?、、火山、、現(xiàn)代地地球活動動等研究究對象。。工程界視視活斷層層的活動動為一類類地質(zhì)病病害，可可以對建建筑物產(chǎn)產(chǎn)生破壞壞作用而而致害。。從這個個意義上上講，活活斷層的的工程地地質(zhì)研究究就是要要研究活活斷層與與工程建建筑的關(guān)關(guān)系，評評價其對對建筑物物的破壞壞作用。?？紤]：活活斷層錯錯動變形形對建筑筑物的直直接破壞壞;活斷層對對區(qū)域地地質(zhì)環(huán)境境的影響響。如蠕蠕動錯裂裂、地面面裂縫、、地震、、區(qū)域地地殼穩(wěn)定定、水庫庫地震等等。歷史上活活斷層對對建筑造造成損壞壞或因斷斷層存在在對建筑筑造成間間接破壞壞的例子子很多西安地裂裂縫引起西安安地裂縫縫近期強強烈活動動因素除除構(gòu)造活活動外，，主與過過量開采采承壓水水引發(fā)的的地裂縫縫兩側(cè)地地面不均均勻沉降降有關(guān)。。西安斷陷陷一直處處于下沉沉狀態(tài)，，長安-臨潼斷裂裂進行著著南升北北降的活活動，使使西安11條地裂縫縫帶均處處于下降降的北盤盤，其分分布及活活動均受受長安-臨潼斷裂裂控制，，多年跨跨斷層水水準測量量資料表表明，長長安-臨潼斷裂裂平均垂垂向活動動速率為為3.98mm/a。對活斷層層進行研研究，充充分掌握握其活動動特征，，合理評評價其對對工程的的影響，，有時可可以安全全有效地地降低工工程設(shè)計計標準，，節(jié)省投投資，如如黃河小浪浪底工程程（中美聯(lián)聯(lián)合設(shè)計計，世界界銀行貸貸款）壩址區(qū)半半徑30公里內(nèi)有有8條大斷裂裂其中王良良斷裂在在壩下游游6.5公里TQ1Q2斷層發(fā)生生在Q1－Q2期間斷層泥熱熱釋光法法測年齡齡：15.4-18.3萬年，37.4-53.2萬年Q2的中后期期，Q3以來再未未活動過過抗震設(shè)計計：8級→9級水平加速速度：0.3伽→0.215伽，節(jié)約約至少2億元一、活斷層的的類型按照位移移方向與與水平面面的關(guān)系系：（1）走滑型活活斷層常分布于于大陸內(nèi)內(nèi)部的地地塊之間間的接觸觸部位，，水平錯錯動量大大，斷層層帶寬度度不大，，很少分分支斷裂裂。（2）逆斷型活活斷層多分布于于板塊碰碰撞擠壓壓帶。上上盤變形形帶大，，出現(xiàn)多多分支斷斷層。（3）正斷型活活斷層差異升降降活動為為它的斷斷陷盆地地邊緣。。下降盤盤分支斷斷層多見見，形成成地塹式式的正斷斷層組合合本節(jié)介紹紹活斷層層的類型型與活動動方式、、繼承性性與反復(fù)復(fù)性、長長度與斷斷距、錯錯動速率率與周期期。第二節(jié)活活斷層層的基本本特征（1）粘滑型型活斷層層間歇性突突然滑動動，常伴伴有地震震活動，，也稱為為地震斷斷層。發(fā)生在強強度較高高的巖石石中，斷斷層帶鎖鎖固能力力強，危危害大。。發(fā)震斷裂裂特征：：深斷裂裂，裂谷谷，板塊塊接觸帶帶，（2）蠕滑型型活斷層層沿斷層面面兩側(cè)巖巖層連續(xù)續(xù)緩慢地地滑動發(fā)生在強強度較低低的軟巖巖中，斷斷層帶鎖鎖固能力力弱一般無震震發(fā)生，，有時可可伴有小小震二、活斷斷層的活活動方式式活動斷層層的產(chǎn)狀狀要素、、長度等等均是重重要的幾幾何要素素，這些些可以通通過勘探探等手段段得到確確定。而而活動斷斷裂重新新活動往往往并非非全斷裂裂都活動動，而是是部分段段的活動動，這里里斷層長長度是指指現(xiàn)活動動段長度度及兩旁旁相應(yīng)的的錯斷距距離。在關(guān)于活活斷層的的建筑設(shè)設(shè)計及有有關(guān)穩(wěn)定定性的分分析論證證時，需需要了解解斷層活活動段長長度L和斷距D。對于歷史史活斷層層長度和和斷距，，可以從從被錯動動的形跡跡得到，，而對于于潛在活活斷層，，要根據(jù)據(jù)有關(guān)方方面進行行預(yù)測。。一般認為為，活斷斷層地表表產(chǎn)生的的斷裂長長度與震震源體處處斷裂長長度相一一致。通通常是根根據(jù)活斷斷層可能能產(chǎn)生最最大地震震震級M，利用統(tǒng)統(tǒng)計經(jīng)驗驗方式及及查表確確定L和D。這種關(guān)系系式很多多，如我我國地震震工作者者對我國國及鄰近近地區(qū)地地表地震震斷裂資資料得到到如下式式：三、斷層層活動段段的長度度和斷距距如下關(guān)系系圖也可可以作為為確定L、D時使用有的情況況下，可可以采用用數(shù)字分分析（如如有限元元）方法法確定斷斷層長度度及斷距距。斷層長度1~數(shù)百公里里不等，，錯距一一般幾米米。一般般小于5.5級地震很很少產(chǎn)生地表表錯動。。地表所所見斷層長度度是地下的的1/2~1/5.活斷層地地震活動動是否在在地表顯顯現(xiàn)形跡跡，與地地表覆蓋蓋層厚度度、震源源深度及及震級有有關(guān)，一般覆蓋蓋層厚度度大于30-50m、震源深深度大于于10-30km、地震震震級小于于6級條件下下，很少少出現(xiàn)地地表斷裂裂現(xiàn)象。。斷層鎖固固力強的的部位往往往是活活動部位位。1、錯動速速率錯動速率率是指斷斷層年錯錯動位移移量，一一般是用用若干年年總的錯錯動量計計算得到到，因而而也稱平平均錯動動速率。。分為水水平和垂垂直分量量。斷層層錯動速速率從三三個方面面獲得：：活斷層活活動速率率及相應(yīng)應(yīng)周期是是表明活活斷層的的活動強強度的重重要指標標，是地地震強度度的重要要資料。。（1）精密地地形變測測量是研究現(xiàn)現(xiàn)今活動動斷裂的的有效方方法。我我國許多多著名活活斷層均均設(shè)有精精密水準準、三角角測量、、激光測測距等量量測工作作。有了量測測數(shù)據(jù)，，便可以以計算錯錯動速率率。如賀賀蘭山東東麓活斷斷裂紅果果子溝處處，84年~86年測得斷斷層右旋旋錯動，，水平8.48mm、垂直0.75mm。故錯動動速率：：四、錯動動速率和和活動周周期（2）根據(jù)第四四紀地層層、地質(zhì)質(zhì)的年代代及錯動動量來獲獲得研究夷平平面、階階地、水水系、斷斷崖、土土層等，，通過測測量錯動動量及相相對年齡齡，可以以計算出出平均錯錯動速率率。等級AAABCD錯動速率(㎜/a)>101－100.1－10.01－0.1<0.01活動性極強強弱微非活動2、動周錯期期斷層兩次次錯動之之間的時時間間隔隔定義為為活斷層層錯動周周期R。斷層運動動是地質(zhì)質(zhì)體能量量積累釋釋放的結(jié)結(jié)果，顯顯然能量量積累要要經(jīng)歷一一個時期期，積累累的過程程斷層處處于平靜靜期（休休眠期）），釋放放的過程程為活動動期。斷斷層表現(xiàn)現(xiàn)為活動動——平衡——再活動的的周期恢恢復(fù)。斷斷層應(yīng)變變速率、、鎖固段段深度等等不同，，表現(xiàn)了了不同的的錯動周周期。對對于粘滑滑型斷層層，一次次錯動對對應(yīng)的是是一次地地震活動動。可按以下下方法確確定錯動動周期：：①按地殼應(yīng)應(yīng)變速率率（這是是近似當(dāng)當(dāng)成斷層層平均錯錯動速率率）S及一次地地震錯動動量d計算R。按上式計計算，對對于S＝1～10mm/a的A級活斷層層，當(dāng)發(fā)發(fā)生M＝7～8的地震時時，R≈1000年。②根據(jù)2次地震條條件、時時間間隔隔確定③根據(jù)地震震震級及及錯動速速率，由由經(jīng)驗統(tǒng)統(tǒng)計式計計算許多人研研究了震震級M、錯動速速率S與錯動周周期的關(guān)關(guān)系；建建立了許許多統(tǒng)計計關(guān)系。。如日本本的松田田時彥對對日本斷斷層錯動動與地震震震級關(guān)關(guān)系時，，得到lgd=0.6M-4.0,錯動周期期是R=d(錯移量)/s(錯動速率)，即有“④根據(jù)第四四紀地層層、地質(zhì)質(zhì)錯動證證據(jù)，結(jié)結(jié)合年齡齡測定確確定周期期。據(jù)研究，，活斷層層活動周周期一般般在1—2千年左右右，少數(shù)數(shù)上萬年年或幾百百年。三次運動動：①第一次次（4200a）上盤塊塊體下滑滑，產(chǎn)生張裂裂縫，堆堆積W1②第二次（（2700a）上盤繼繼續(xù)下滑滑，產(chǎn)生拉張張裂縫，，將W1拉開，途途中堆積W2②第三次（（820a）繼續(xù)下下滑，出出現(xiàn)F1斷裂，將將W2錯斷（垂垂直距離離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斷裂裂一、地質(zhì)質(zhì)、地貌貌、水文文地質(zhì)標標志二、歷史史地震及及歷史期期地震錯錯段標志志三、微地地震測量量及地形形變檢測測標志四、地球球物理標標志斷層的活活動性與與否要通通過一些些標志加加以鑒別別。鑒別別有直接接測定活活動物質(zhì)質(zhì)年齡的的方法，，也可以以從有關(guān)關(guān)的地質(zhì)質(zhì)、地球球物理等等現(xiàn)象間間接判斷斷。間接鑒別別標志有有如下幾幾個方面面：第三節(jié)活活斷層層的鑒別別標志地質(zhì)方面面最新沉積積物被錯錯斷，斷斷層破碎碎帶，砂砂土液化化，地面面破裂等等最新沉積積物被錯錯斷只要是見見到第四四系中、、晚期的的沉積物物被錯斷斷，均視視斷層為為活斷層層。如位位于汾渭渭地塹中中段的平平遙活斷斷層，錯錯斷晚更更新世中中晚期的的黃土，，以及早早中期更新世地層，斷斷距40—50m。如圖：如上圖，，可看出出幾期運運動：①C堆積以前前，斷層層已活動動，位移移量大；；②C堆積以后后，D堆積以前前，斷層層至少一一次運動動（CD的錯距不不同）；；③D堆積后，，至少一一次活動動，CD錯距不同同；④E堆積以后后，F(xiàn)堆積前斷斷層再次次活動。。斷層破碎碎帶構(gòu)造造形跡活動斷層層因其形形成時間間較晚，，一般表表現(xiàn)為構(gòu)構(gòu)造帶物物質(zhì)欠固固結(jié)欠膠膠結(jié)狀態(tài)態(tài)，較為為松散。。另外，，表現(xiàn)出出脈體變變形被切切斷，構(gòu)構(gòu)造巖片片理化，，透鏡化化，斷面面新鮮無無風(fēng)化，，第四系系物質(zhì)牽牽引彎折折等。斷斷層礦物物的顯微微變形出出現(xiàn)顯微微組構(gòu)（（如不等等顆粒拉拉長，光光軸微定定向等）），如圖圖伴有地震震現(xiàn)象的的活斷層層，地表表出現(xiàn)斷斷層陡坎坎和地裂裂縫如，日本本丹那斷斷層帶，，地震產(chǎn)產(chǎn)生很多多地裂縫縫，呈雁雁形排列列1、不同地地貌單元元突然相相接，或或兩邊沉沉積物厚厚度顯著著差別地貌方面面例如，隆隆起山區(qū)區(qū)與斷陷陷盆地突突然相接接。一次次錯動量量大的活活斷層，，沿線分分布斷層層三角面面、斷層層崖、陡陡坎、埡埡口、““V型谷”等等2、地貌單單元的分分解和異異常例如，河河流階地地、山脊脊、水系系、夷平平面、坡坡洪積扇扇等地貌貌單元，，由于活活斷層作作用，使使其產(chǎn)生生錯斷、、分解。。例如，活活斷層作作用使正正常發(fā)育育的地貌貌系統(tǒng)出出現(xiàn)異常常形態(tài)或或特殊地地貌景觀觀。如斷斷層帶一一側(cè)，河河流的同同步肘狀狀拐彎、、寬窄變變異，斷斷層下降降盤一側(cè)側(cè)線狀排排列的洪洪積群、、泥石流流、滑坡坡、串珠珠狀洼地地等。水文地質(zhì)質(zhì)方面由于斷層層帶構(gòu)造造物質(zhì)松松散，容容易形成成強導(dǎo)水水帶，因因而活斷斷層帶一一線分布布泉水、、溫泉，，出現(xiàn)植植被發(fā)育育現(xiàn)象。。也由于于活斷層層為深大大斷裂，，深循環(huán)環(huán)水將導(dǎo)導(dǎo)致水的的化學(xué)異異常。地物錯斷斷我國有長長達3000多年的歷歷史地震震記載資資料，尤尤其是較較近的歷歷史記載載，可以以幫助判判別活斷斷層的存存在，可可能時據(jù)據(jù)以判斷斷活斷層層的錯距距，斷裂裂長度等等。對古代建建筑物破破壞、錯錯斷、掩掩埋等情情況調(diào)查查，可以以幫助判判斷活斷斷層當(dāng)時時的錯距距等情況況。微震及地地形變測測量采用精密密水準測測量和三三角測量量在可能能活動斷斷層兩側(cè)側(cè)進行地地形變測測量，可可以有效效地獲得得斷層活活動性的的有關(guān)證證據(jù)。斷層的現(xiàn)現(xiàn)代活動動，必然然導(dǎo)致斷斷層帶內(nèi)內(nèi)產(chǎn)生物物理、化化學(xué)變化化，其中中如斷層層氣、放放射性異異常；重重力、磁磁力、地地溫等物物理異常常。通過過測量分分析，可可以間接接作為活活斷層的的佐證。。自70年代以來來，我國國地震部部門在一一些重要要地區(qū)設(shè)設(shè)置了密密集的地地震臺網(wǎng)網(wǎng)，監(jiān)測測微震震震中位置置用以判判別活斷斷層，尤尤其在一一些大型型水、著著名的活活斷層地地區(qū)布置置監(jiān)測臺臺站，取取得了一一系列監(jiān)監(jiān)測資料料。它是