1第一章活断层工程地质研究

新西兰阿尔卑斯断层系
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
2 逆断层
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45º，往往为20－40º。 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(图4－6)。例如1971年美国圣费尔南多地震时使圣费
年阿拉斯加地震，20万km2范围内变形最大垂直上
升达12m。
Байду номын сангаас
• 3 . 正断层 • 由于最大主应力近于垂直最小主应力近于水平， 所以，走向垂直于最小主应力且与最大主应力呈锐 角的断层面与水平面夹角大于45º，一般为60－80º。 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(图4－7)。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4－8)。
主要产生在断层上 盘
围岩强度高，锁固能力强， 能不断累积应变能。 围岩强度低，断裂带内含 有软弱充填物，或孔隙水 压、地温的高异常带内， 锁固能力弱，不能累积较
按活 动方 式 蠕变断层（蠕滑断层）
间歇性突然滑 动 连续缓慢滑动
地震（周 期性） 无地震或 小震
1.
走向滑动或平移断层 最大、最小主应力 近于水平，所以两者之 间的最大剪应力面—断 层面近于直立，其地表 出露线平直，表现为极 窄的直线形断崖。主要 是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。如断 层与坝轴线小角度斜交， 由于断层错动而造成的 心墙拉开宽度可以相当 大(图4－4)。
云南东川 台湾嘉义 新疆玛纳斯 宁夏海源 新疆富蕴 甘肃昌马 青海都兰 台湾玉里 甘肃山丹 云南通海 四川炉霍 辽宁海城 河北唐山
1973.8.2 1906.3.17 1906.12.23 1920.12.16 1931.8.11 1932.12.25 1937.1.7 1951.10.22 1954.2.11 1970.1.5 1973.2.6 1975.2.4 1976.7.28
1.2
活断层的基本特征
• 三、活断层的长度与断距
• 活断层的长度和断距，是表征活断层规模、断层区修 建建筑物时地震预报和设防的重要数据，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。 • 通过对地表错断的研究，可以了解地震破裂的方式和 过程，判定地震断层动力学特征，又可了解地震时的 地面效应，判定地震危险性和震害程度，为在活断层 区修建建筑物的抗震设计提供参数。近年来，我国地 震部门也对全国40余条地震地表错断进行了研究(如 图1-1)。
1.1 基本概念与研究意义
• 从工程建筑来看，时间界限定得靠前，比较安全，但是太靠前， 会增加很多不必要的处理措施，经济上不合理；定得靠后，又 会冒险，对许多大型建筑工程不妥。定在中更新世较为合适。 • “不久的将来”，以应结合工程寿命来考虑，工程的使用年限 一般为数十年，一些大型水利工程级核电站等重要建筑物为一 百年或更多一些，总的按100年考虑较为合适。 • 全新活动断裂:为在全新地质时期(一万年)内有过地震活动或近 期正在活动，在今后一百年可能继续活动的断裂；全新活动断 裂中、近期(近500 年来)发生过地震震级M≥5级的断裂，或在 今后100 年内，可能发生M≥5级的断裂，可定为发震断裂； 非全新活动断裂:一万年以前活动过，一万年以来没有发生过 活动的断裂。
尔南多断层(逆断层)产生逆冲错动。下降盘无地表变形及破 裂，上升盘抬升近2m以上，并有强烈变形，许多小的次级断 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。BDT1-1~BDT1-4 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。
全新活动断裂分级
1.1 基本概念与研究意义
• 研究意义： • 1.了解活断层对工程建筑的影响，指导工程 建设。
• 活断层对工程建筑的影响主要体现在两个方面： • ①活断层的蠕动位移对建筑物的直接影响：活断层常具有 水平及垂直移动，如果建筑物跨越这种部位，就会被拉裂， 发生变形破坏。尤其在坝区，细小的开裂就会造成高压水 流的冲刷，造成溃坝事故，应慎重。如美国加利福尼亚鲍 尔德温山水库，因坝基一条活断层错动数英寸，水淹断层 渗流，粉细砂土层液化，以致造成整个水库于1963年溃决。 • ②活断层发震对附近（一定范围）建筑物的破坏 • 总之，建设时应尽量避开活断层。
7.5 6.8 8.0 8.5 8.0 7.5 7.5 7.25 7.25 7.7 7.9 7.3 7.8
270(右旋) 180 500(左旋) 1400(右旋) 800(左旋) 200(左旋) 20220(右旋) 360(左旋) 55(左旋) 153
活断层的基本特征
• 粘滑型活断层的围岩强度高，断裂带锁固能力强，能 不断积累应变能，当应力达到一定强度极限后产生突 然滑动，迅速而强烈地释放应变能，造成地震。所以， 沿这种断层往往有周期性的地震活动。
• 蠕滑型活断层主要发育在围岩强度低，断裂带内含有 软弱充填物，或孔隙水压、地温的高异常带内，断裂 带锁固能力弱，不能积累较大的应变能，在受力过程 中易于发生持续而缓慢地滑动。断层活动一般无地震 发生，有时可伴有小震。
图1-1 中国地震地表错断类型及分布示意图（据丁国瑜，1985）
1-正断层;2-逆断层;3-正走滑断层;4-共轭断层;5-逆走滑断层;6-走滑断层;7-张破裂;8-性质不 明断层;
1.2
活断层的基本特征
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5.5级的地震则除个别 特例外均无地表错断。 同样震级的地震则由于震源深度不同或锁 固段岩体强度不同而地表断裂的长度各不相 同。
运动特性
上盘（下降盘）分支 和次生断裂较发育， 岩性破碎，地面变形 强烈。 上盘（上升盘）分支 和次生断裂较发育， 岩性破碎，地面变形 强烈。
活动后果
地震（小）
按断 层面 位移 的矢 量方 向与 水平 面的 关系
按断 层的 主次 关系
正断层 σ1近水平。 3 倾滑断层
σ 近水平， 逆断层 σ1近直立。 3
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
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
主要内容：
1.1 基本概念与研究意义
1.2 活断层的基本特征 1.3 1.4 1.5 1.6 活断层的鉴别标志 我国活断层的分布 活断层的调查与研究方法 活断层区的建筑原则
第一章 活断层工程地质研究
基本要求：掌握活断层的基本概念、
基本性质、鉴别标志和研究方法。了
解中国活断层的基本分布特征和活断
层区的建筑原则。
主要内容：
1.1 基本概念与研究意义
1.2 活断层的基本特征 1.3 活断层的鉴别标志 1.4 我国活断层的分布 1.5 活断层的调查与研究方法
1.6 活断层区的建筑原则
1.2
活断层的基本特征
• 基本特征主要包括活断层的类型与活动方式、
活断层的继承性与反复性、活断层的长度与
断距、活断层的错动速率与错动周期，分述
如下：
• 一、活断层的类型与活动方式 • 活断层的类型及特征：
活 断 层 类 型 、 特 征 一 览 表
分类 指标
区别 类型 构造应力 状态
几何特征
断层面与水平面夹角一般 大于45º ，且往往呈参差 状，断层带较宽。 断层面与水平面夹角一般 小于45º ，且往往呈舒缓 波状。规模可很大，断层 带很宽。
1.2
活断层的基本特征
• 二、活断层的继承性与反复性
• 活断层往往是继承老的断裂活动的历史而继续发展的， 而且现今发生的地面断裂破坏的地段过去曾多次反复 地发生过同样的断层运动。 • 一些活动构造带的古地震震中，总是沿活动性断裂有 规律地分布，岩性和地貌错位反复发生，累积叠加， 其中尤以走滑断层最为明显。 • 我国活断层的分布，主要继承了中生代和第三纪以来 断裂构造格架。在现代地应力场的作用下，东部以正 断层和走滑正断层为主，西部则以走滑和逆冲走滑断 层为主。
1.1 基本概念与研究意义
• 基本概念：
• 活断层（active fault）：指目前正在活动的断层，或近期曾 有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。 • 对概念中两个不够肯定的词“近期”、“不久的将来”应加以 讨论。 • “近期”，是一个地质历史的上限问题，目前看法很不一致。 有人认为第四纪（距今约180万年）以来均可谓近期；有人认 为仅限于全新世（距今约1.1万年）；还有的按C14确定的绝对 年龄的可靠上限3.5年。 • 大多学者认为，“近期”的概念应遵循两大原则：（1）.应从 断裂活动的延续性考虑；（2）.应考虑对工程建设最有利、最 合适。
逆断层的断层线往往是波状弯曲的，断层带
也较平移断层宽得多，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。 世界上很多大的山系以逆断层为其边界，如喜马 拉雅山、安第斯山等，世界上许多大的地震都是 伴随板块俯冲带或大陆碰撞带的逆断层错动产生
的。这类逆断层有时地表变形范围很大，如1964
1.1 基本概念与研究意义
• 2.正确认识活断层，掌握其规律，寻求防治 措施，为人类的工程服务。 • 地震部门对活断层研究较深入，认识较 清楚； • 工程地质学只是让大家了解活断层的一 般知识，利用前人研究成果，为工程建设服 务。
海城县析木公社近SN向和近EW向锯齿状 地裂缝,具有左旋扭动性质,位移36cm
1.2
断层名称 地震震中位 置
活断层的基本特征
地震时间 年月日 震级 地表错断距离（cm） 水平 垂直 断裂长度 (km)
表1-1 我国地震断层的地表错断历史记录
小江断裂 大壁断层 天山北缘断裂 南、西华山断裂 喀依尔特-二台断裂 昌马断裂 花石峡-玛曲断裂 纵谷断裂 龙首山断裂附近 曲江断裂 鲜水河断裂 大洋河断裂西端 唐山-古冶断裂
1.2
活断层的基本特征
• 活断层的活动方式：
• 活断层的活动方式基本有两种：一种是以 地震方式产生间歇性地突然滑动，这种断 层称地震断层或粘滑型断层（stick-slip fault）；一种是沿断层面两侧岩层连续缓 慢滑动，这种断层称蠕变断层或蠕滑型断 层（creeping fault）。
1.2
• 世界上有名的走向滑动型活断层有： • （1）美国加州的圣安德烈斯断层系； • （2）土耳其安纳托利亚断层系； • （3）新西兰的阿尔卑斯断层系等。 • 我国的活断层也以走滑型最多，特别是西南和西北， 有些规模非常巨大：例如阿尔金山断裂，鲜水河断 裂，红河断裂都是我国西部长达数百到数千公里的 活动着的走滑断裂。这些断层的水平错动往往在地 形上留下明显迹象，尤以对水系的错动改造最为明 显。
石岗大坝全长700m, 台湾 1999.9.21地震中被断层切错
•
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。因之，断层的位移矢量也多由不同的倾 滑、走滑分量所合成。而活断层的类型也就可以是 左(或右)旋走滑逆冲断层或左(或右)旋走滑正断层 等多种形式。 • 断层活动受区域构造应力场所支配。
走滑断层 (平移断层) 左旋断 层 右旋断 层 σ1、σ3均 近水平。
σ 近直立，
地震（大）
断层面即为σ1、σ3之间的 最大剪应力面，近垂直， 断层线平直，断层带极窄。
地震（中）
主断层（main fault）
分支断层（branch fault）
次级断层 （secondary fault）
地震断层（粘滑断层）