活断层和地震工程地质
第4章活断层与地震
名词回顾和解释 3．在许多活动断层上都发现了古地震（指有仪器记录以 前的地震）及其重复现象。每一发震断层上的重复时间 从几百年至上万年。我国建国以来受灾损失最大的唐山 地震，在断层上也发现了古地震现象。这告诉我们：不 仅是现在， 而且过去的地震也是沿断层分布的。 4．大多数强震的极震区和等震线的延长方向和当地断 层 走向一致。大地震的前震和余震也沿断层线性分布。
我国规定潜在活断层的时间上限，铁路为1万年，高 坝和核电站为5万年。 活断层对工程建筑物的影响表现为两个方面： （1）活断层的地面错动和伴生的地面变形损坏地表建筑 物； （2）活断层伴有地震发生，强烈的地面震动对较大范围 内建筑物造成损害。
2.活断层的基本特征 （1）活断层的继承性与反复性 我国活断层的特点是，在现代地应力场的作用下， 东部地区以正断层和走滑-正断层为主，西部地区则以走 滑和逆冲-走滑断层为主。 （2）活断层是深大断裂复活运动的产物 研究表明，活断层往往是地质历史时期产生的深大 断裂，在挽近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而 产生的。 深大断裂指的是切穿岩石圈、地壳或基底的断裂， 其延伸长度达数十、数百、甚至数千公里，切割深度为 数公里至百余公里。 复活运动的标志是地震活动和地热流异常等，尤其 是那些走滑型活断层最易伴生强震，形成地震带。
4.1概述 活断层和地震是两种密切相关的工程动力地质作用。 在工程地质领域，将活断层和地震活动所产生的工程地 质问题称为区域地壳稳定性问题。 活断层划分为蠕滑断层和粘滑断层。一般而言，粘 滑断层会发生地震，因此称之为地震断层。蠕滑断层和 粘滑断层的活动都会导致工程建筑物的直接损害，而后 者的损害往往更为严重。 活断层和地震是工程地质问题的基本内容之一，也 是工程地质学研究的重要课题之一。
（2）历史地震和历史地表错断资料 历史上有关地震和地表错断的记录，也是鉴别活断 层的证据；利用考古学的方法，可以判定某些断陷盆地 的下降速率。
地质学知识：活断层与地震预测研究
地质学知识：活断层与地震预测研究地震是地球表面上最常见的自然灾害之一，它的发生给人类带来了极大的破坏和损失。
然而，地震是一个复杂的地球物理现象，目前还无法完全预测和控制。
为了减少地震带来的损失，科学家们一直在努力探索各种地震预测方法。
其中，研究活断层是地震预测的一个重要方向。
活断层是指地球上相对活跃的断层带，通常是地震活动的主要区域。
在活断层上，岩石分裂和移动会导致地震发生。
通过对活断层的研究和监测，可以更好地理解地震的发生机制，提高地震预测的准确性和可靠性。
地震破坏主要集中在地壳上部，活断层的深度一般不超过20千米。
地震的预测主要考虑活断层的地质构造和地震历史，以及断层上的地震监测数据。
活断层的结构、活动性、位移和滑动速率等信息对于预测地震有着至关重要的作用。
地震预测的难点在于，活断层的结构和活动特征非常复杂，且难以直接观测。
科学家们通过采用各种手段来获取和分析活断层的信息。
其中，地球物理勘探、地震地质、地形测量和卫星遥感等技术是比较常用的手段。
地球物理勘探是一种通过探测地下结构来获取活断层信息的方法。
该方法可以测量地震波速度、密度和弹性模量等参数，从而获取震源、震源深度、断层参数和地下介质信息等。
地震地质是一种通过分析岩石样本和地貌变化等，来研究活断层历史和特征的方法。
地形测量则是通过高精度的测量和图像分析等技术，来获取地表和地形变化的信息。
相比之下，卫星遥感则可以提供更广阔的信息范围和更高的数据精度。
通过以上方法获取的活断层信息，需要进行整合和分析，以判断地震的概率和可能的震级等信息。
科学家们可以根据历史地震数据库来预测相同地区和活断层的地震，还可以通过模拟地震等方式来扩大研究深度和范畴等。
当前，地震预测已经成为震后救援工作和地震安全评估的重要组成部分。
通过深入研究活断层的地质构造和变化过程，科学家们不断提高地震预测的准确性和可靠性。
未来，地震预测的技术和方法还将不断更新和改进，以应对地球表面上越来越频繁和严重的地震灾害。
活断层工程地质
活断层工程地质第一节概述活断层和地震是两种密切相关的工程动力地质作用，在工程地质学领域内将活地层和地质活动所产生的工程地质影响。
称为‘区域地壳稳定性问题’大于90%地震与断层活动有关据活断层的活动方式和特点分为（1）蠕滑断层（2）粘滑断层，产生地震（地震断层）第二节活断层一概念及意义实际上有争议美国原子能委员会从历史性和现实性观点出发，将新断层分为1. 狭义的，称为“活动断层”，其概念是，全新世(1X104a)以来活动的断层，并且未来仍有可能活动，其活动可以找到地质的、历史考古的、地震活动的、地球物理的以及大地测量的诸种证据，它对现代工程实践和地震预报等有着最直接和密切的关系。
2. 广义的，称为“能动断层”，其含义是：①在过去3．5X104a 内至少有过一次活动证据．或在过去50X104a内有反复活动的证据；②与之有联系的断层；③沿该断裂带仪器记录到微震活动。
美国的这个概念后来被不少国家参考使用。
我国规定潜在活断层的时间上限，铁路线为1X104a．高坝和核电站为5X 104a。
二活动断层对工程建筑影响表现活断层对工程建筑物的影响表现为两个方面。
1．是活断层的地面错断直接损害跨越该断层修建的建筑物；有些活断层错动时附近伴生的地面变形，也会影响到邻近建筑物。
2．是伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大范围内建筑物的损害。
例如，位于美国西海岸南部的圣安德烈斯大断层是世界上最活跃的活断层之一，其中从霍利斯特至帕克菲尔德约200km 长的区段内，激光测距获得的断层蠕动速率是l—4cm/a，因而跨越该断层的公路、围墙等建筑物，几年内就能发现较大的错位。
我国宁夏石咀山市红果子沟．明代中、晚期修建的一段东西向长城，有两处被断层错断，均呈右旋扭动，同时存在水平和垂直错动，其中水平错距1．45m，垂直错距0．9m．由此估算其错动速率水平和垂直方向各为3．63及2．25mm／a。
鉴于活断层对工程建筑物的影响，因而对之研究有重要的实际意义。
第四部分 活断层与地震PPT课件
1、活动断裂与地震的关系
1.5 活断层的参数
活断层错动速率是相当缓慢的，两盘相对位移平均达到 1mm／a，已属相当强的活断层。
世界上最著名的活断层，为美国的圣安德烈斯断层，两盘 间年平均最大相对位移也只有5cm。
所以，即使是现今还在蠕动的断层，也不能用一般的观测 方法取得它活动的标志，而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或超长基线 (VIBI)测量法测得两盘相对位移。
1、活动断裂与地震的关系
我国6级以上地震的发展构造条件
构造条件
地震数 百分比 （%）
断裂 交汇 99 52
断裂 弯曲 29 15
活动强烈 地段 27 14
断裂 端地震烈度区划工作报告》，1981
1、活动断裂与地震的关系
1.3 断层的运动 两种形式:
• 蠕动(-间断、缓慢如1cm/年 蠕动仪--地下管道变成弓形, 长大建筑物错开等灾害)
1、活动断裂与地震的关系
1.5 活断层的参数
产状
断层面的走向、倾向、倾角
长度和断距
地震时地表断裂带长度和断层最大位移量 一般：震级越大，震源深度越浅，地表断裂越长，断距越大。 7.5级以上地震均出现地表错断，而小于5.5级的较少出现。
1、活动断裂与地震的关系 1.5 活断层的参数
错动速率
现今错动速率：精密地形测量确定
• 突然滑动(地震) • 运动特点: • 不连续，受断层泥控制
• 破坏性地震是在已发育的断层带上发生的，往往是重复的。
• 这说明断层是发展的，在发展过程中发生地震。需要指出的 是其发展不是一个均匀的连续过程。断层运动，有时极慢， 似乎未动，不见地震，形同锁住。实际上可能正处于酝酿过 程中，待其成熟，先在一些最弱点开始破裂，引起小震，继 续发展到最后大破坏，发生大震，随后渐次平静，恢复如前， 又酝酿一次新的大震。这些都是震源断层的物理状态所决定 的，其特点是运动不连续，慢时如锁住，急时发生地震。断 层锁住，主要由于断层泥的胶结。断层在长期活动中，两壁 岩石磨成粉底，渗以地下水，日久成为很厚的断层泥，阻碍 断层运动，若胶结牢固，可使断层完全不动。当断层活动力 强时，断层泥起润滑作用，在特殊条件下，可使断 层不停地 滑动，成为蠕动。一般断层的运动则受断层泥控制，当构造 应力弱时，断层不动如锁住，这是暂时的，待构造应力成长， 克服了断层泥的阻抗时，便以弹性反跳方式，突然滑动
第七章活断层与地震工程地质研究PPT课件
跨圣安德烈斯断裂的篱笆在1906年旧金山地震之后发生了3-4m的错动
（G.K.Gilbert，USGS）
断层突然错动使地面变形
1999年9月21日凌晨1时47分，台湾南投县集集地区发生7.6级 大地震，震源深度10公里左右，重灾区在日月潭。
（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。
1976年唐山地震使铁 路扭曲
唐山地震：长达8km的、呈N30°E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、
房屋等建筑物。
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
中国地质科学院地质力学研究所秦向辉等人指出，通 过对比分析2003年、2008年和2010年在宝兴、康定地区4 个钻孔的水压致裂应力测量资料，结果表明：龙门山断裂 西南段，尤其是断裂西南端部的康定地区，地震后仍然积 累有较高的地应力。龙门山断裂西南端的最大水平主应力 已经达到断层活动应力临界下限值，断裂活动进入临界状 态，未来具有发生逆断层活动的可能性。结合地应力测量 结果、地震地质等资料认为，龙门山断裂西南端具有潜在 大震危险性，值得重点关注和研究。
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、极可能在不久的 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)。
断层在目前持续活动，是判定活断层的无可争议 的证据。人类历史时期有过活动记录的是潜在活 断层。
对“近期地质时期”却有不同的理解与限定。
第七章 活断层和地震工程地质研究
地震、活动断层
1、地震是如何发生的?我们赖以生存的地球，内部有地壳、地幔、地核三部分组成。
由于地球内部每时每刻在孕育发生着各种复杂的运动，地震便是地壳剧烈运动的一种表现形式。
地球在运动和发展过程中，由于内部物质组成的不均匀以及宇宙间星体引力对地球的影响，使得内部存在大量能量，产生巨大的作用力，时刻推动着地壳中的岩石，使地壳岩石发生形变，这种力量逐渐积累、加强，当岩石承受不了强大的应力作用时，就会发生突然破裂或沿原有的破裂猛烈错动，从而引发震动，当震动传到地面上时，便形成了地震。
地下岩石中的应力积累越多，释放能量越大、越集中，地震也就越强烈。
据统计约有92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部。
避震：1、在家庭怎样避震：躲在室内易于形成三角空间的地方。
2、在学校怎样避震：正在上课时，要在教师指挥下迅速抱头、闭眼、躲在各自的课桌下。
在操场或室外时，可原地不动蹲下，双手保护头部，注意避开高大建筑物或危险物。
震后应当有组织的撤离。
必要时应在户外上课。
3、在公共场所怎样避震：听从现场工作人员的指挥，不要慌乱，不要拥向出口，要避免拥挤，要避开人流，避免被挤到墙壁或栅栏处。
4、在户外怎样避震：就地选择开阔地避震；避开高大建筑物或构筑物；避开危险物、高耸物或悬挂物。
蹲下或趴下，以免摔倒；不要乱跑，避开人多的地方；不要随便返回室内。
5、在野外怎样避震：避开山边的危险环境；躲避山崩、滑坡、泥石流。
避开山脚、陡崖，以防山崩、滚石、泥石流等；避开陡峭的山坡、山崖，以防地裂，滑坡等。
遇到山崩、滑坡，要向垂直于滚石前进方向跑，切不可顺着滚石方向往下跑；也可躲在结实的障碍物下，或蹲在地沟、坎下；特别要保护好头部。
6、地震时遇到特殊危险怎么办：（1）燃气泄露时：用湿毛巾捂住口、鼻，千万不要使用明火，震后设法转移。
（2）遇到火灾时：趴在地上，用湿毛巾捂住口、鼻。
地震停止后向安全地方转移，要匍匐，逆风而进。
（3）毒气泄露时：遇到化工厂着火，毒气泄露，不要向顺风方向跑，要尽量绕到上风方向去，并尽量用湿毛巾捂住口、鼻。
工程地质水文地质--第三章 活断层和地震工程地质研究
2011-8-17
中国地质大学工程学院 贾洪彪
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工程地质水文地质:第 工程地质水文地质 第三章 活断层与地震工程地质研究
(二）地面破坏效应 地震断层 破裂效应 地面裂缝 沉降 地基效应 砂土液化 地基滑移
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中国地质大学工程学院 贾洪彪
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工程地质水文地质:第 工程地质水文地质 第三章 活断层与地震工程地质研究
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工程地质水文地质:第 工程地质水文地质 第三章 活断层与地震工程地质研究
二、地震发生的主要条件
1.介质条件 坚硬岩石 2.结构条件 活断层的一些特定部位：端点、拐点、交汇点等。 3.构造应力条件 现代构造运动强烈的部位，应力集中 研究构造应力重要包括σ1、σ3的方向及其实测值，并研究构 造应力方向与断层的关系。
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工程地质水文地质:第 工程地质水文地质 第三章 活断层与地震工程地质研究
三、活断层的基本特征 1、活断层是深大断裂复活的产物
深度 盖层断裂 基底断裂 地壳断裂 岩石圈断裂 切穿沉积盖层，达到基底顶面 切穿岩浆岩层，达到玄武岩顶面 切穿地壳，达到地幔顶面 切穿岩石圈，达到软流圈 地震活动 地震M﹤3 M﹤6，不形成地震带 M﹥6，形成地震带 M﹥6，形成控制性地震带
d R＝ s
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中国地质大学工程学院 贾洪彪
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工程地质水文地质:第 工程地质水文地质 第三章 活断层与地震工程地质研究
5、年龄判据
直接法：断层物质绝对年龄法 C14、热发光法等 间接法：错动地层年龄法
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示 红色“x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。 无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像，也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机，然后重新打开该文件。如果仍然显示 红色“x” ，则可能需要删除该图像，然后重新将其插入。
活断层和地震工程地质研究
❖ （一）、地质、地貌和水文地质特征
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❖ 1.地质特征
❖ 最新沉积物的地层错开，是活断层最可靠的地质特征。一般 地说，只要见到第四纪中、晚期的沉积物被错断，无论是老 断层的复活或新断层的出现，均可鉴别为活断层。
❖ 2.地貌特征
❖ (1).断崖(2).溪流错开(3).封闭洼陷或下陷池塘 (4).冲积层中的 活断层带经常构成地下水的障壁，这是活断层的特有现象 (5).滑坡分布线，由于活断层错动形成的陡崖常发育一系列 滑坡。(6).错开的阶地或错开的冲积扇。(7).活断层经常造成 同一地貌单位或地貌系统的分解和异常。(8).在活断裂带上 滑坡、崩塌和泥石流等动力地质现象常呈线性密集分布。
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第二节 活 断 层
❖ 活断层：指现今正在活动的断层，或近期曾经活动过、不 久的将来可能会重新活动的断层。
❖ 美国原子能委员会从历史性和现实性观点出发，将活断层 分为：
❖ 1. 狭义的，称为“活动断层”，其概念是，全新世 (1X104a)以来活动的断层，并且未来仍有可能活动，其活 动可以找到地质的、历史考古的、地震活动的、地球物理 的以及大地测量的诸种证据，它对现代工程实践和地震预 报等有着最直接和密切的关系。
❖ 3.强震活动经常发生在断裂带应力集中的特定地段 上。
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❖ 4.绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂带上。
❖ 5.裂谷型断陷盆地控制强震的发生。
❖ 四、地震ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ应
❖ 在地震影响所及的范围内，于地面出现的各种震害或破坏， 称之为地震效应。
❖ 地震效应主要有： ❖ (一)、震动的破坏效应 ❖ 地震时地震波在岩土中传播，引起地面运动，使建筑的地
工程动力地质学常识
工程动力地质学常识一、名词解释：1．工程地质学：是研究人类的工程活动与地质环境(工程地质条件)之间的相互作用，以便正确评价、合理利用、有效改造和妥善保护地质环境的一门学科，是地质学的分支。
2．活断层：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、极有可能在不远的将来重新活动的断层。
3．滑坡：斜坡岩土体在自然或人为因素作用下沿某一界面发生剪切破坏整体向坡下运动的现象。
4．天然应力：称为初始应力，指未经人为扰动的，主要是在重力场和构造应力场的综合作用下，有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态。
5．地震效应：地震波的作用下，场地会出现各种破坏作用，称为地震效应。
6．工程地质条件：是工程活动的地质环境，一般认为，工程地质条件包括：岩石和土的性质、地质构造、地貌、水文地质条件、自然地质现象和天然建筑材料等方面，其中最根本的是岩石和土的性质。
7．残余应力：承载岩体遭受卸荷或部分卸荷时，岩体中某些组分的膨胀回弹趋势部分地受到其他组分的约束，于是就在岩体结构内部形成残余的拉、压应力自相平衡的应力系统，即残余应力。
8．崩塌：坡体中被陡倾的张性破坏面分割的岩休，因根部折断或压碎而倾倒，突然脱离母体翻滚而下，称为崩塌。
过程中，阶梯的岩块相万撞击粉碎，最后堆积于坡脚。
多半发生在岩质陡坡的前缘。
9．斜坡破坏地震效应：指地震诱发的滑坡、崩塌或泥石引流等地质灾害，主要发生在山区和丘陵地带。
10．容许承载力：地基所能承受建筑物基础作用在地基单位面积上容许的最大压力。
在这个压力下，地基的强度和变形都满足设计的要求，建筑物安全和正常使用不会受到不利的影响。
11．诱发地震：在一定条件下，人类工程活动如修建水库、城市或油田的抽水或注水、矿山坑道的崩塌以及地下核爆炸等引起的异常地震活动称为诱发地震。
12．抗力体：坝下游能起抵抗坝基滑移作用的岩体称为抗力体。
13．围岩应力重分布：地下洞室的开挖破坏了岩体原有的应力平衡状态，围岩内各质点在回弹应力的作用下，均将力图沿最短的距离向消除了阻力的自由表面移动，直至达到新的平衡。
工程地质学_第7章 活断层和地震工程地质研究1
发育条件：断裂带岩性、结构联结较弱；空隙水压力、地热
高异常，有效应力低、软化；断层形态平直，锁固能力低。一
般无震发生，有时可伴有小震。
典型的蠕滑断层的滑动速率：阿尔卑斯断层系5cm/a 圣安德列斯断层蠕滑段3cm/a
日本典型活断层0.3-0.6mm/a
鲜水河断裂蠕滑段18mm/a
逆断型活断层
在我国逆冲型活断层主要发育于西部地区。
受印度板块年速率约6cm的NNE向俯冲的推挤，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，青藏断块东界的北 段，则有走向北东的龙门山逆掩推覆断层；所有 这些断层都是活动性强烈的发震断层。
地震
Cypress Freeway Structure, Oakland — Loma Prieta Earthquake, 1989
San Andreas Fault crossing the Carrizo Plain, North of Santa Barbara
San Andreas Fault offsetting streams On the Carrizo Plain
走向滑动型活断层
最大最小主应力近于水平，所以两者之间的最大剪应力面，
亦即此类断层的断层面，近于直立，因之其地表出露线也就最 为平直；常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。有名的走向滑动型活断 层有美国加州的圣安德烈斯断层系 。
CH7活断层和地震工程地质研究课件
CH7活断层和地震工程地质研究课 件
发生地震的根本原因是地球内部物质处在不断运动中， 一般把地球分为地壳、地幔和地核等部分。其中地幔又分 为岩石圈、软流圈以及下地幔部分。由于温度的差异，地 幔发生大规模的对流，带动了上覆的岩石圈运动，板块产 生大规模的漂移运动。在各板块的接缝部位或张裂部位， 产生岩块的碰撞、挤压和强烈变形，应力在某些部位高度 集中，在超过岩块强度极限的时候，产生突然破裂，引起 大地剧烈振动，地震波向四周发射。产生地面变形、开裂 和建筑物的严重破坏。
CH7活断层和地震工程地质研究课 件
构造地震最严重一类，数量多规模大，波及面广，破
坏性大，世界90%以上属于此类。
CH7活断层和地震工程地质研究课 件
据统计，全世界每年大约发生几百万次地震， 人们能感觉到的仅占1％左右，7级以上强烈破坏性 的灾害性地震每年多则二十几次，少则三、五次。
我国位于环太平洋和地中海-南亚两个地震带 之间，是一个多地震活动的国家。
件
P波 S波 R波、Q波
振幅A 最小 大 最大
周期T 波长
最短 最短
长
长
最长 最长
波速V 最快
慢 最慢
地面为自由界面，建筑物位于其上，该面只存在面波，
它对建筑的基础破坏性大；体波对建筑破坏性最大，P波
能量最大，S波及L波波长大，使建筑慌动最大。地震部门
最关心P、S波。
CH7活断层和地震工程地质研究课 件
按震级M大小
构造地震 火山地震 陷落地震 诱发地震 浅源地震：0<70 km 大陆地震多属此类，占73%，
活断层与地震
１.５ 工程地质条件
• 工程地质条件的优劣取决于其各个要素是否对工程有利。首先是岩土类型及其性质的好坏。坚硬完整的岩石如花岗
速报）都是出现在由5月12 日主震引起的断裂线上或附近。白色
箭头显示了位于这些区域的ＧＰＳ站点的水平位移，同时显示了
陆地的移动。左手边的箭头比右手边的长，表示左边的大陆块正
在追赶右边的大陆块。
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• 插入式断裂带(侵入式滑断层与大陆碰到一
起)示意图。两个大陆各自向对方移动，如 红色箭头所示，一个大陆滑到另一个的上 面。
• 工程地质条件是在自然地质历史发展演化过程中形成的，它反映地质发展过
程及后生变化，即内外动力地质作用的性质和强度。工程地质条件的形成受 大地构造、地形地势、气候、水文、植被等自然因素的控制。各地的自然因 素不同、地质发展过程不同，其工程地质条件也就不同。工程地质条件各要 素之间是相互联系、相互制约的，这是因为它们受着同一地质发展历史的控 制，形成一定的组合模式。例如平原区必然是碎屑物质的堆积场所，土层较 厚，基岩出露较少，地质结构比较简单，物理地质现象也不很发育，地下水 以孔隙水为主，天然建筑材料土料丰富石料缺乏。不同的组合模式对建筑的 适宜性相差甚远，存在的工程地质问题也不一致。
地质评价方法、工程地质测试与试验、工程地质监测与预 报和工程地质信息技术。
• 通过本课程的学习，要求掌握对各种工程动力地质作用分
析研究的思路和方法，以便在今后工作中能运用来解决实 际问题。
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意大利 比萨基本资料：从地基到钟楼的高度：58.4公尺，地基的直径： 19.6公尺，钟塔向南的倾斜度：5.5度 (即塔顶偏离垂直线3.5米) 。 9
山建筑、海港工程和近海石油开采工程，以及国防工程等。每一类型建筑又由一系列 建筑物群体组成，如高楼大厦、工业厂房、道路、桥梁、隧道、地铁、运河、海港、 堤坝、电站、矿井、巷道、油库、飞机场等。这些建筑物有的位于地面，有的埋于地 下，都脱离不开地壳，无不与地质环境息息相关。它们的型式不同、规模各异，对地 质环境的适应性，以及对地质环境的作用也均一样。随着科学技术的发展，工程建筑 物向着高、深、大、精变化，与地质环境的相互作用也愈来愈强烈，愈来愈复杂。
活断层和地震
①土的类型和性质；（疏松饱水的细砂、粉土）
3饱水砂土的埋藏分布条件；（越浅越厚）
4地震动的强度和历时（越强，历时越长）
8.场地工程地质条件对震害的影响
1.岩石类型，从软硬程度、松软土的厚度以及地层结构三个方面 来考察，基岩震害最轻，其次硬土，软土最重。
2.断裂 ①发震断裂，避开
②非发震断裂，若破碎带胶结较好，根据断裂带物质的 性质，按一般岩土对待即可，不应提高烈度。
我国规定潜在a
3.活断层对工程建筑物的影响：
1地面错动直接损害跨越该断层的地标建筑
2由此引发的地震所引起的危害
4.活断层的基本特征：
1活断层是深大断裂复活运动的产物。
2活断层的继承性和反复性
3活断层的活动方式 粘滑型：以地震方式产生间歇性地突然滑动。
第七章 活断层和地震工程地质研究
活断层
一．概述
1.地质学科领域内，将由活断层和地震活动所产生的工程地质问题， 称为“区域地壳稳定性问题”
2.地球的构造运动可使地壳和上地幔中积聚构造应力， 当构造应力增 大并超过介质强度时，往往表现为活断层的突然错动，释放应变能， 并以弹性波的形式在地壳表层传播而发生地震。
2.与工程活动的相关性 构造型诱发地震在一定的机制作用下，与工程活动有明显的正相 关性。
3.地震序列特征
2、烈度
衡量地震所引起的地面震动强烈程度的尺寸。 一次地震只有一个震级，但在不同地点，烈度大小可能不一样。 在震源和震中距相同的条件下， 坚硬基岩场地较之松软土场地烈度小 一些。
六．我国地震分布特点 分布广、频度高、强度大、震源浅。
我国的2条主要地震带：
（1）南北地震带（2）东西地震带 我国大致可划分为6个地震活动区：
工程地质(活断层部分)
山东郯城活断层剖面
• 活断层的判别标志（2.间接标志）
• 具有下列标志之一的断层，可能为活断层，应结合其它 有关资料，综合分析判定。
• (l) 沿断层晚更新世以来同级阶地发生错位；在 跨越断层处，水系有明显的同步转折现象，或断 层两侧晚更新世以来的沉积物厚度有明显的差异。 • (2) 沿断层有断层陡坎，断层三角面平直新鲜， 山前经常分布有连续的大规模的崩塌或滑坡，沿 断层有串珠状或呈线状分布的斜列式盆地、沼泽、 冷泉和承压泉等。 • (3) 沿断层有明显的重力失衡带分布。 • (4) 沿断层有水化学异常带或同位素异常带分布。
新疆某水库坝址与活断层的关系
• 本节主要要求掌握
• • • • 活断层的定义及特征 活断层的分类 活断层的识别标志 活断层对工程的影响
宁夏一活断层剖面
美 国 圣 安 德 列 斯 大 断 裂
•
• • •
五、活断层年龄综合判定依据
(1) 活断层上覆的未被错动地层的年龄； (2) 断层中最新构造岩的年龄； (3) 被错动的最新地层和地貌单元的年龄。
• 六、活动断裂最危险地段
• 活动断裂系统具有分段活动特征，断裂作用的方式 表现为孕震、减震、隔震和无震滑动等。强烈地震往往 发生在活动深断带的特殊部位： • ①两条或多条第四纪以来活动断裂交汇，或交而不汇 区以及活动断裂曲折、弯曲最突出的部位；②第四纪以 来活动断陷盆地内断距较大的一侧；③活动深断裂围限 时的三角形、四边形等构造闭锁段；④活动断裂带的两 头常是震中往返跳动的地方，在端部应力集中并进一步 推动它继续被延伸的地点；⑤活动断裂带上具有强活动 速率地段或跨断裂带地形变测量的显著形变梯度带；⑥ 活动断裂带有多次强震重复发生或活动断裂带缺震区。
我国一些主要活断层的错动速率
第四部分 活断层与地震
1、活动断裂与地震的关系
1.5 活断层的参数
活断层错动速率是相当缓慢的，两盘相对位移平均达到 1mm／a，已属相当强的活断层。 世界上最著名的活断层，为美国的圣安德烈斯断层，两盘 间年平均最大相对位移也只有5cm。 所以，即使是现今还在蠕动的断层，也不能用一般的观测 方法取得它活动的标志，而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或超长基线 (VIBI)测量法测得两盘相对位移。 活断层的现今活动速率大小与地震大小、活动程度有一定 的相关性，活动速率较大的一、二级断裂，往往是近年来强 震活动的地带。
• 破坏性地震是在已发育的断层带上发生的，往往是重复的。 • 这说明断层是发展的，在发展过程中发生地震。需要指出的 是其发展不是一个均匀的连续过程。断层运动，有时极慢， 似乎未动，不见地震，形同锁住。实际上可能正处于酝酿过 程中，待其成熟，先在一些最弱点开始破裂，引起小震，继 续发展到最后大破坏，发生大震，随后渐次平静，恢复如前， 又酝酿一次新的大震。这些都是震源断层的物理状态所决定 的，其特点是运动不连续，慢时如锁住，急时发生地震。断 层锁住，主要由于断层泥的胶结。断层在长期活动中，两壁 岩石磨成粉底，渗以地下水，日久成为很厚的断层泥，阻碍 断层运动，若胶结牢固，可使断层完全不动。当断层活动力 强时，断层泥起润滑作用，在特殊条件下，可使断 层不停地 滑动，成为蠕动。一般断层的运动则受断层泥控制，当构造 应力弱时，断层不动如锁住，这是暂时的，待构造应力成长， 克服了断层泥的阻抗时，便以弹性反跳方式，突然滑动
1、活动断裂与地震的关系
1.5 活断层的参数
青海玉树地震
地震发生在甘孜—玉树断裂带上，断裂的整体 是呈北西向分布，此次地震的断层是近乎直立 的，为左旋走滑运动。此次地震的地震断层的 破裂时间为20—23秒，断层破裂长度为60公 里左右。
4章活断层与地震(1)2012
σ σ
2
3
σ
1
σ
2
逆断层
多分布于板块碰撞挤压带。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20-40°，且由于位移 是水平挤压形成的，断层面两侧的点之间的距离总是由于 位移而缩短。上盘除上升外还产生地面变形，往往伴以多 个分支或次级断层的错动。如1971年美国圣费尔南多地震 时使圣费尔南多断层(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 多小的次级断层主要集中在距主断面1km之内。
σ
3
σ
2
σ
3
正断层 下降盘分支断层多见，形成地堑式的正断层组合。最大主 应力近于垂直最小主应力近于水平。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45°， 一般为60一80°。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
从工程使用时间尺度和断层活动时间测年的准确性来考虑， 活动时间上限不宜太长，应以前两者为适当。可能有重新活
动的不远的将来，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: 持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑(creep slip)或稳滑 (stable slip); 间断地、周期性突然错断的为粘滑(stick slip)，粘滑常伴 有地震，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
在海滨地区跨圣安德烈斯断裂的篱笆在1906年旧金山地震时 错动了2.6米，远处的土地向右移动
汶川地震：祸起龙门山断裂带
工程地质学
1、名词解释：活断层：指目前正在活动的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来也许会重新活动的断层。
地震级：通常地震学上所说的地震的大小。
是依据地震释放出来的能量多少来划分的，释放的能量越大，震级就越大。
——震级是um（微米）的对数来表达的。
区域稳定性：指在内、外力动力地质作用下，现今一定区域地壳表层的相对稳定限度及其对工程建筑安全的影响限度。
地震效应：地震作用影响所及的范围内，地表出现的各种震害和破坏。
滑坡体：与母体脱离通过滑动的部分岩体。
混合溶蚀效应：不同成分或不同温度的水混合后，其溶蚀能力有所增强的效应。
地面沉降：地面沉降是指在一定的地表面积内所发生的地面水平面减少的现象。
渗透变形：岩土体在地下水渗透力（动水压力）的作用下，部分颗粒或整体发生移动，引起岩土体的变形和破坏的作用和现象。
表现为鼓胀、浮动、断裂、泉眼、沙浮、土体翻动等。
流土：在渗流作用下，一定体积中的土颗粒同时发生移动，或一定体积的土体发生悬浮隆起和顶穿现象。
管涌：在渗流作用下单个土颗粒发生移动的现象，工程界称为潜蚀。
正常固结土:假如抽水前土层不同深度处的固结限度都与土中现有的天然有效应力此相适应，那么这种土层就称为正常固结的土层。
工程地质问题:工程建筑物与工程地质条件之间所存在的矛盾或问题。
地震烈度:衡量地震所引起的地面震动强烈限度的尺度。
与地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件有关。
土洞：是由于地表水和地下水对上层的溶蚀和冲刷而产生空洞；空洞的扩展，导致地表陷落的地质现象。
工程地质条件：与工程建筑物有关的地质条件的综合。
地质因素涉及岩土类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料。
临界水力梯度：渗流水出逸面处开始发生流土或管涌时的界线梯度即在渗流作用下，土粒开始发生移动时的水力坡度。
渗透力：渗透作用于土体的力叫做渗透力。
地质超前预报：运用一定的技术和手段，收集地下工程所在岩土体的有关系信息，运用相应的理论和规律对这些资料和信息进行分析、研究，对施工掌子面前方岩土体情况，不良地质体的工程部位及成灾也许性做出解释、预测和预报，从而有针对性地进行地下工程的施工。
第五章 活断层和地震工程地质研究
1. 按成因分类
按其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震。人类工程活 动如采矿、水库蓄水、深井注水、地下核爆炸也可诱发地震。 2. 按震源深度：弹性波的地下发源地为震源，震源在地面上的 垂直投影为震中，震中到震源的距离为震源深度。 >300m 深源地震；300－70m 中源地震；<70m 浅源地震 3. 强度（震级）(M) <2M 微震；2-4M 有感地震；>5M 破坏性地震；>7M 强烈地震
2. 地貌方面
三、活动断层判别标志（二）
3. 水文地质方面
泉水、湿地沿断层带呈带状分布
（二）历史地震、地表错断类标志
1. 沿某一断裂带有地震发生 2. 地表错断 地形变 地球物理场特征 地球化学场特征 地应力场特征
（三）仪器监测类标志
四、活断层带工程地质调查研究
四、地震区抗震设计原则和建筑物抗震措施（续）
（二）持力层和基础方案的选择 场址选定后，就应根据所查明的场地工程地质条件选择适 宜的持力层和基础方案，在基础抗震设计中需注意以下几 点： 1.基础要砌置于坚硬、密实的地基上，不要以高压缩性及 液化土层作持力层，若地表有此种土层，则应采用桩基础， 支撑于下部硬基上，并不要采用摩擦桩。 2.基础砌置深度要大一些，以防治地震时建筑物的倾斜。 3.同一建筑物不要并用几种不同型式的基础。 4.同一建筑物的基础，不要跨越在性质显著不同或厚度变 化很大的地基土上。 5.建筑物的基础以刚性强的联结梁连成一个整体。
2.0 最 大 1.5 加 速 1.0 度 (g) 0.5 0
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铁路线1×104a 高坝和核电站5×104a
7
二、活断层的基本特征
（一）活断层是深大断裂复活运动的产 物 （二）活断层的继承性和反复性 （三）活断层的活动方式
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（一）活断层是深大断裂复活运动的产物
国内外大量的研究结果表明，活断层往往是地 质历史时期产生的深大断裂，在挽近期及现代 地壳构造应力条件下重新活动而产生的。 深大断裂指的是切穿岩石圈、地壳或基底的断 裂，其延伸长度达数十、数百、甚至数千公里， 切割深度数公里至百余公里。 复活运动的标志是地震活动和地热流异常等， 尤其是那些走滑型活断层最易伴生强震，形成 地震带。例如，我国川西的安宁河地震带和则 木河地震带。
9
（二）活断层的继承性和反复性
研究资料表明，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。
10
（三）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， 称地震断层或粘滑型断层； 另一种是沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动， 称蠕变断层或蠕滑型断层。
5
§2活断层
一、活断层的概念及研究意义 二、活断层的基本特征 三、活断层参数的定量研究 四、活断层的鉴别 五、活断层区的建筑原则
6
今正在活动的断层，或近期 曾活动过、不久的将来可能会重新活动 的断层 。 我国规定潜在活断层的时间上限：
3
§1概述
据统计，全世界每年发生大约500万次地 震， 其中绝大多数是不为人们感知的小地震； 破坏性地震约1000次； 强烈性破坏地震十几次
4
§1概述
我国自然地质条件复杂，地处环太平洋地震带 和地中海—喜马拉雅地震带这两个世界上最强 的地震带之间，是世界上最大的一块大陆地震 区，深受地震灾害之苦。 近数百年来世界上灾害最重的震例，大多数发 生在我国。 1976 年唐山 7.8 级大地震，使该市 市区夷为废墟，死亡二十多万人，是本世纪以 来世界上最惨重的地震灾害。 因此，活断层和地震是工程地质学研究的重要 课题之一。
活断层的产状包括
断层面的走向 倾向 倾角
可通过遥感影像判读、宏观地质调查、 震源机制断层面解，以及对等震线几何 特征、地表地震断层和裂缝带、大地测 量资料的分析等多种途径获取。
14
（二）活断层的长度和断距
研究者习惯上将地震时地表断裂带长度和断层 最大位移值来分别表征活断层的长度和断距。 一般地说，地震的震级愈大，震源深度愈浅， 则地表断裂愈长，断层位移量也愈大。 实测资料表明，一般大于 7.5 级的浅源地震均 伴有地表错断，而小于5.5级者则少见。
2
§1概述
据统计，世界上90％以上的地震是由于断层活 动而引起的。 地球的构造运动可使地壳和上地幔中积聚构造 应力，当构造应力增大并超过介质强度时，往 往表现为活断层的突然错动，释放应变能，并 以弹性波的形式在地壳表层传播而发生地震。 活断层活动时并不一定都发生地震。
将活断层划分为蠕滑断层和粘滑断层。一般地说， 粘滑断层会发生地震，因此也可称它为地震断层。
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（四）活断层的年龄判据
活断层的年龄判据，以第四纪地质学和 地层学研究等为基础来判定活断层的地 质年代或年代范围。 在此基础上应用现代测试技术，取样测 定绝对年龄。 年龄判据方法可分为错断地层年龄法 （间接法）和断层物质绝对年龄法（直 接法）两大类。
18
四、活断层的鉴别
活断层的鉴别是对其进行工程地质评价 的基础。 由于活断层是第四纪以来构造运动的反 映，显示出新的构造活动形迹。 可以借助地质学、地貌学、地震地质学 以及现代测试技术等方法和手段，定性 和定量地鉴别它。
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（一）地质、地貌和水文地质特征
1. 地质特征 最新沉积物的地层错开，是活断层最可 靠的地质特征。 一般活断层的破碎带由松散的破碎物质 所组成，而老断层的破碎带均有不同程 度的胶结。所以松散、未胶结的断层破 碎带，也可作为判别活断层的地质特征。
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三、活断层参数的定量研究
活断层在时空域内运动的参数有
活断层的产状 长度 断距 错动速率 错动周期 活动年龄
这些参数是在活断层区进行地震预报和设防的 重要资料，对它们的了解和分析有助于把握活 动断裂的活动规律性，也是评价建设场地区域 地壳稳定性的重要依据。
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（一）活断层的产状
Ch1 活断层和地震工程地质
§1概述 §2活断层 §3地震 §4诱发地震
1
§1概述
活断层和地震是两种密切相关的工程动 力地质作用，它们对工程建筑物的影响 范围较大，是区域性的，而且往往突然 发生，酿成严重灾害。在工程地质学科 领域内，将由活断层和地震活动所产生 的工程地质问题，称为“区域地壳稳定 性问题”。
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（三）活断层的错动速率和错动周期
活断层的错动速率，一般是通过重复精 密地形测量和研究第四纪沉积物年代及 其错位量而获得的。 重复精密地形测量可以精确地测定活断 层不同地段的现今错动速率。 第四纪沉积物年代及其错位量的研究， 只能确定活断层在最新地质时期内的平 均错动速率。
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错动周期
地震断层两次突然错动之间的时间间隔，即是 活断层的错动周期。 活断层发生大地震的重复周期往往长达数百年 至数千年，有的已超出地震记录的时间。 地震断层的错动周期主要取决于断层周围地壳 应变速率和断层面锁固段的强度。一般情况是： 应变速率愈小，锁固段强度愈大，则错动周期 愈长。这即是说，地震强度愈大的活断层。其 错动周期愈长。因此，刚发生过大地震的地段 应该是安全的。
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（三）活断层的活动方式
粘滑型断层的围岩强度高，断裂带锁固能力强， 能不断积累应变能。当应力达到围岩强度极限 后产生突然滑动，迅速而强烈地释放应变能， 造成大的地震。所以沿这种断层往往有周期性 地震活动。 蠕滑型断层主要发育在围岩强度低，断裂带内 含有软弱充填物，或孔隙液压和地温的高异常 带内，断裂锁固能力弱，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的滑动。 断层活动一般无地震发生，有时可伴有小震。