动力地质1解析及试题

第五节动力地质
一、地震
地震是地壳的一切颤动，是一种自然现象。

其主要能源来自地球的内部，是由地球内部自然力冲击引起的。

地壳或地幔中发生振动的地方称为震源。

震源在地面上的垂直投影称为震中。

震中到震源的距离称为震源深度。

(一)地震波及其传播
地震波是指地震发生时，震源区积聚的能量，以弹性波的形式释放出来，向四面八方辐射传播。

可以分为纵波.横波和表面波。

地震波传播的路径，称震波射线，它代表地震波的传播方向。

由于地球内部物质的不均一性，震波射线并不是直线，而是经过多次反射，折射之后，成为各种复杂形态的曲线。

这表明震波在不同方向的传播路径是很不相同的。

震波经过各种复杂途径辐射到地面上来，便可被地震仪所接收。

地震仪记录下来的震波曲线，称为地震波谱。

分析地震波谱便可知道地震发生的时间、地震强度、震源深度和位置等。

从震源区发射出来的地震波，主要有纵波和横波，当它们辐射到地面时，还会激发出沿地球表面传播的面波。

纵波(P波)又称疏密波，其特征是振幅小、周期短、传播速度较快，在地壳中平均速度为5～6km／s。

纵波是沿着地震射线采取一推一拉的方式传播的，当它传播到某处时，该处物质振动方向和地震射线的方向相同或者相反。

横波(S波)又称剪切波，其特征是质点振动方向和震波射线方向垂直，振幅较大、周期较长、传播速度较慢，在地壳中平均速度为3～4km／s。

由于纵波速度大于横波，因而发生地震时，总是纵波首先到达地震台，横波随后到达，而且随着震源距离和震中距离越大，横波到达的时间越晚，二者之间的时差也越大。

因此，反过来，如果从地震谱上知道了纵横波到达地震台的时差，便可知道这次地震的震源距离，或震中距离。

如果有三个以上的地震台，便可根据几个台的纵横波的时差测定震源的位置。

面波(L波)是由纵、横波辐射到地面时，激发出的沿地球表面传播的地震波。

按其振动特征，可分为两种，一种似水波浪，其质点作垂直于地面的椭圆运动；另一种是质点在地平面内作垂直于传播方向的运动。

面波的传播速度最慢，但其周期最长、振幅最大。

因此，是地震引起地面破坏的主要力量。

【例题1】地震台能够测定震源距离或震中距离，主要是利用( )的特性。

A．P波振幅小周期短
B．S波振幅较大周期较长
C．L波周期最长振幅最大
D．P波先于S波到达
答案：D
【例题2】地震波中对地面破坏最严重的是( )。

A．P波
B．S波
C．面波
D．体波
答案：C
2.震级和烈度
地震震级和地震烈度是地震强度的两种表示方法。

震级是表示地震能量大小的量度。

一次地震只有一个震级，以这次地震中的主震震级为代表。

显然，发生地震时从震源释放出来的弹性波能量越大，震级就越大。

按照弹性波理论，其波动量可用其振幅大小来衡量，因此，震级可用地震仪上记录到的最大振幅来测定。

震级的最初涵义和计算方法，是规定在震中距为100km处，用伍德—安德生标准地震仪，所记录到的最大振幅为1um时，震级为零。

因此，震级就等于在震中距为100km时，用同样地震仪所记录到的最大振幅值以um为单位的对数值。

例如某次地震的最大振幅为10mm，换算成微米为单位时为10000um，其对数值为4，即为4级地震。

迄今为止，世界上记录到的最大震级是1960年5月22日在南美智利海边发生的地震，为8.9级。

地震烈度是指地震对地面和建筑物的影响或破坏程度。

一般来讲，地震烈度和震级的大小有关，震级越大，震中区烈度越大，而且同一次地震，离震中区越近烈度越大；离震中区越远，则因震波渐次减弱，烈度也随之变小。

但是影响地震烈度大小的因素很多，烈度除和震级大小，震中距离有关之外，还和震源深度震区地质构造，以及房屋结构等因素有关。

震级相同的地震，震源浅者对地表的破坏性更大，深源地震虽然通常震级很大，但地表烈度往往很小。

【例题3】经测定某次地震的最大振幅为1000mm，则其震级为( )。

A．1级
B．3级
C．4级
D．6级
答案：D
【例题4】下列有关地震的说法不正确的是( )。

A．震中烈度越大，其破坏能力越大
B．同一震级的地震其烈度大小相同
C．同一震级的地震其烈度可以不同
D．一般来说，地震震级越高，烈度越大，其破坏能力越大
答案：B
(三)地震小区划
地震小区划是在一个范围较大的场地内(例如一个城市)，在综合研究工程地质条件对震害影响的基础上进行的。

目前国内外地震小区划主要有烈度小区划和调整反应谱小区划两种方法。

1.烈度小区划
也称为静态小区划。

它是在场地同一基本烈度区内进行的，根据场地不同地段的地质条件，将基本烈度调整为场地烈度。

先将场地划分为边长300～2000m的方格，在每一方格内要有一个代表性的地层剖面和地下水埋深资料，然后根据地基岩土层的地震刚度、地下水埋深和土层共振特性三个方面的因素，计算确定每一因素烈度增量值，相加后即得该方格的烈度增量值，各方格内的地震烈度即可获得，并用等烈度线表示，各地段按调整后的场地烈度，并根据工程重要性确定设计烈度。

2.调整反应谱小区划
这是一种动态小区划，由美国学者提出，它是将场地划分为等间距的网格，每一方格中取一代表性的钻孔柱状图计算地震反应，并根据场地地震背景确定一震中区及最大可能震级，选用最近记录的强震波谱加以
调整后作为基岩的输入波，经计算可得到每一方格的加速度反应谱，并与抗震规范设计的标准反应谱比较加以划分。

地震小区划图可直接提供给结构抗震设计使用。

二、断裂活动与地震的关系
(一)全新活动断裂的地震评价
全新活动断裂往往是强烈地震的发源地。

因此，对工程场地及其邻近的全新活动断裂未来将发生多大地震.发震部位和发震时间应成为地震学家.岩土工程师.工程地质学家和设计工程师关注的问题。

根据对我国大陆地区发生6级以上强震构造背景的研究，强震一般发生在深大活动断裂带及由活动断裂带形成、控制的新断陷盆地内。

而它们的下述部位常常是发生强震的处所，在选择厂址和进行工程场地评价时，应重点研究。

1.深大全新活动断裂带
(1)两组以上活动断裂的交汇或汇而不交的部位。

(2)活动断裂的拐弯突出部位。

(3)活动断裂的端点及断面上不平滑处。

(4)曾经发生过强震的地段。

(5)断裂活动最强烈或活动速率最大的部位。

2.新断陷盆地
(1)断陷盆地较深、较陡一侧的全新活动断裂带，尤其是断距最大的地段。

(2)断陷盆地内部的次一级盆地之间或横向断裂所控制的隆起两侧。

(3)断陷盆地内多组全新活动断裂的交汇部位。

(4)断陷盆地的端部，尤其是多角形盆地的锐角区。

(5)复合断陷盆地中的次级凹陷处部位等。

(二)活动断裂的分类和识别及对工程的影响
断裂的勘察和评价是在强震区进行工程建设的一项重要的研究课题。

众所周知，断裂在缓慢运动或相对静止中，由于应力积累超过当地岩石强度突然破裂而发生强烈地震，导致建筑物破坏人员伤亡。

尤其是近数十年来，我国和世界上许多国家，连续发生了多次强震，直接震动了现代化工业城市和人口稠密地区，使人民生命财产和工业建设遭到了巨大的损失。

因此，在强震区进行工程建设应正确进行断裂的勘察和评价。

断裂的勘察和评价在工程可行性研究、场址选择及前期工作中是一项重要的基础性的工作，它不仅仅是一般的岩土工程技术问题；而且是一个政策性、社会性很强的技术问题。

当然并不是所有的工程建设都进行同样的断裂勘察评价，应根据工程的重要性、建设规模和岩土工程条件
综合考虑确定。

例如，大型建设工程，由于工程规模巨大，一旦失事将造成巨大损失。

核电站若遭到地震等自然灾害或其他破坏事故，将有可能导致放射性物质的外溢，造成环境污染。

因此，将安全因素列为最高标准。

对于一般的建筑物，由于其工程规模较小，重要性也相对较低，因此，根据其地区的抗震设防烈度，严格按照抗震规范设防就可以满足要求。

断裂勘察与评价的主要内容是查明断裂的类型，包括断裂的活动性和地震效应分析，评价断裂对工程建设可能产生的影响，提出工程处理措施方案。

根据断裂的地震工程性质，可以分为以下几种类型。

全新活动断裂：在全新世地质时期(一万年)内有过较强烈的地震活动或近期正在活动，在将来(今后一百年)可能继续活动的断裂。

发震断裂：全新活动断裂中、近期(近500年来)伴有地震活动，且震级不小于5级的震源所在的断裂；或在未来100年内，可能发生大于5级地震的断裂。

非全新活动断裂：一万年以来没有发生过任何形式活动的断裂。

构造性地裂：强烈地震作用(主震相大幅度波动)下，在地面出现或可能出现的以水平位错为主的构造性破裂。

其成因机制为强烈地震动所致，与震源没有直接联系。

其最大值出现在地表，并随深度增加逐渐消失，受震源机制控制并与发震断裂走向吻合，具有明显的继承性和复重性。

重力性(非构造性)地裂：由于地震液化、滑移，在地面引起的沿重力方向产生的无水平错位的张性地裂缝。

【例题5】由于地震液化、滑移，在地面引起的沿重力方向产生的无水平错位的张性地裂缝属于( )。

A．构造性地裂
B．非构造性地裂
C．全新活动断裂
D．发震断裂
答案：B
(三)全新活动断裂分级
根据全新活动断裂的活动时间、活动、速率及地震强度等因素可按表10-5-1划分为强烈全新活动断裂.中等全新活动断裂和微弱全新活动断裂。

全新活动断裂分级表10-5-1
活动断裂与发震断裂有着密切的关系，发震断裂一定是活动断裂，活动断裂虽然不一定是发震断裂，但由于它具有活动性，一般说来孕育着一定的地震危险性，因此，活动断裂包括了发震断裂。

也可以这样理解：一般在断裂活动时总伴有地震发生，只是震级大小不一和频度高低有别。

只有那些引发大地震的活动断裂被特殊地提出来称谓为发震断裂。

三、岩石的风化
风化作用是指在地表或接近地表环境下，由于气温变化，大气、水和水溶液的作用，以及生物的生命活动等因素的影响，使岩石在原地遭受分解和破坏的过程。

风化作用使岩石、矿物在物理性状或化学组分上发生变化，使其强度降低或发生崩解，形成与原来岩石有差异的新的物质组合。

组成地壳的岩石多数是在地壳深处形成的，沉积岩的形成过程虽大部分在地表进行，但在成岩作用阶段也在一定深度经受过较高的压力和温度作用的影响。

当这些岩石因地壳运动而暴露于地表，处于常温常压的条件时，岩石会因原有平衡条件的破坏，而在物理性状和化学(或矿物)成分上发生某些改变，以达到新的平衡。

这就是产生风化作用的根本原因。

风化作用是地表最常见的千种外力地质作用，它是改造地壳表层形态和成分特征的重要地质过程。

风化作用可分为：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用等。

物理风化作用主要是由温度变化引起的岩石在原地发生的机械破坏作用。

常见的物理风化作用方式有温差风化、冰劈作用、盐类作用和潮解作用以及粘土质岩石因干湿变化产生龟裂等。

物理风化的结果是使岩石崩解成岩块和岩屑。

化学风化是指岩石或矿物在水和水溶液或大气的化学作用下所产生的一种破坏作用。

其结果是岩石不仅遭受机械破碎，其矿物成分和化学成分也发生了改变。

在化学风化作用过程中，水起着重要的作用。

自然界不存在纯水，在大气降水中溶解了或多或少的气体(如
O2、CO2等)以及其他可溶性物质，使雨水成为酸性或碱性的复杂溶液。

岩石和土壤孔隙中的地下水溶解了丰富的气体和矿物质。

生物风化作用是指由于生物的生命活动及其分解或分泌物质对岩石所引起的破坏作用。

各种风化作用的综合结果，是形成风化壳。

后者是由数种不同成因的残积层有规律组成的整个复杂的剖面。

【例题6】对风化岩石的处理、预防措施不合适的说法有( )。

A．当风化壳厚度较厚，施工条件复杂时，可将风化岩石全部挖除，使建筑物基础砌置在稳妥可靠的新鲜基岩上
B．对地基要求不高的建筑物，强风化带甚至剧风化带亦能满足要求时，根本不用挖除，但必须选择合理的基础砌置深度
C．当风化壳厚度虽较大，但经锚杆或水泥灌浆加固等处理后在经济上和效果上比挖除合理时，则不必挖除D．对于施工前能满足建筑物要求，但在工程使用期限内因风化而不能满足建筑物要求的岩石，甚至在施工开挖过程中易于风化的岩石，必须采取预防岩石风化的措施
答案：A
【例题7】有关岩石风化的说法不正确的是( )。

A．干燥地区的物理风化强于化学风化
B．沉积岩的抗风化能力比火成岩和变质岩强
C．影响岩石的风化的因素主要取决于岩性、气候条件和地形条件
D．风化会造成岩石强度的降低
答案：B。