工程地质学教程第10章 活断层工程地质问题

10.2 活断层的基本特点
活断层发震所产生的地震波会对附近大范围内的土木工程结构发生影响，尤其是那 些累积有很大弹性应变能的粘滑型断层，当其锁固段或端点一旦破裂时应变能大量 释放所发生的强烈地震将会导致土木工程结构的严重损害。因此，在预测地震危险 性时必须首先研究活断层。 人们根据断层面位移的矢量方向与水平面的关系将活断层划分为倾滑断层与走滑断 层。倾滑断层又可进一步细分为逆断层和正断层。走滑断层也叫平移断层也可进一 步细分为左旋断层和右旋断层。逆断层、正断层和平移断层的构造应力状态、几何 特征和运动特性不同，因此对工程场地的影响也不同。 逆断层的构造应力状态是σ1近于水平、σ3近于竖直，断层面与水平面的夹角一般小 于45°且往往呈舒缓波状。逆断层的上盘（上升盘）分支和次生断裂往往较为发育 、岩性破碎、地表变形强烈，这类断层的规模可很大（可长达数千千米）且断层带 很宽。世界上许多大的地震都是伴随逆断层错动产生的，这类逆断层有时地表变形 范围很大（比如1964年阿拉斯加地震时2×105km2面积发生变形，最大垂直上升达 12m）。 正断层的构造应力状态是σ1近于竖直、σ3近于水平，断层面与水平面的夹角一般大 于45°且往往呈参差状、断层带也较宽。正断层的上盘（下降盘）分支和次生断裂 也往往较为发育、岩性破碎、地面变形强烈。由正断层活动所产生的地震较之逆断 层和平移断层要少得多且地震震级也会相对小些。
第10章 活断层工程地质问题
10.1 概述
所谓活断层（Active Fault）是指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不 久的将来可能会重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层（Potentially Active Fault）。美国将活断层叫做能动断层（Capable Fault）。各国学者对目前正 在活动着的断层因有鉴别标志佐证而无争议，但对潜在活断层的判定则有不同见解 ，即对活断层活动时间的上限有不同的标准，有的将第四纪开始以来活动过的断层 都叫活断层，有的将活断层的时间上限定在晚更新世，有的则限于最近35000年（ 以Cl4确定绝对年龄的可靠上限）之内，也有的认为只限于全新世之内。从工程使 用的时间尺度和断层活动资料的准确性考虑，活动时间上限不宜过长，一般工程的 使用年限为几十年，一些重大的工程设施（比如高坝、核电站、等）的使用年限在 一二百年以内，因此人们更为关心的是“不久的将来”（比如一二百年内）有无活 动的可能性。美国原子能委员会（USNRC）1973年对能动断层做出了三条规定， 即断层在35000年内有过一次或多次活动；与能动断层有联系的断层；沿该断裂带 仪器记录到小震活动和多次的历史地震事件或该断裂发生过蠕动。国际原子能机构 （IAEA）在USNRC规定的基础上，又增加了两条规定，即在晚第四纪有过活动， 有地面破裂的证据。日本的核电部门则强调“在最近可能发生活动”的重要性。
研究资料表明，活断层往往继承老的断裂活动的历史而继续发展，并且现 时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。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的，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的格架，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。活断层的错动速率和错动周期是目前进行地震预报的重要资料 之一。活断层的错动速率一般是通过精密测绘技术（包括精密水准、GPS、 干涉测量、等）或通过研究第四纪沉积物年代及其错位量而获得的。精密 测绘技术可以精确地测定活断层不同地段的现时错动速率，对地震的预报 具有重要的参考价值。地震断层两次突然错动间的时间间隔就是活断层的 错动周期。根据错动速率的大小，一般将活断层分为AA、A、B、C、D等 五级。
活断层按错动速率的分级
10.3 活断层的鉴别标志
活断层是活动在最新地质时期内的断层，相对于老断层来讲，其在地质、地貌和水 文地质方面的特征更为清楚。人们可根据这些特征进行鉴别。 1）地质方面的鉴别标志。保留在最新沉积物中的地层错开是鉴别活断层的最可靠依 据。 2）地貌方面的鉴别标志。通常情况下，活断层的构造地貌格局清晰，其许多方面的 标志可作为鉴别依据。 3）水文地质方面的鉴别标志。活动断裂带的土石裂隙和孔隙发育使岩性的合适时沿断裂带会有泉水成 线状分布且植被发育。由于活断层一般比较深大，地下水在循环交替过程中能携带 深部的某些化学成分，主要表现为某些微量元素含量的显著增加（比如氡、氦、硼 、溴、等），因此，也可根据地下水中这些微量元素的异常探测活断层。 4）活断层的历史地震、历史地表错断鉴别标志。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。 5）活断层的微震测震和地形变鉴别标志。 采用重复式精密水淮测量、GPS、干涉测量技术、等精密测量技术获得的地形变证 据可判定无震的蠕滑断层或突发的地震断层的活动性。通过区域精密测量技术所反 映的垂直形变可以探求活断层不同地段两盘相对升降活动的趋势和幅度。利用GPS 复测所得的水平形变资料则不仅可探求活断层走滑的趋势和幅度还可获得主压应力 的方向。
10.4 我国的活断层分布特点
主流观点认为，在始新世末（约38Ma前）印度板块自南南西方向与欧亚板块相碰 撞，与此同时，太平洋板块和菲律宾板块又分别从北东东和南东方向向欧亚大陆 之下俯冲。板块间巨大而持续的相互作用，控制了我国现代地应力场和构造形变 。莫尔纳（P·Molnar）等人提出的一种与大陆碰撞相联系的滑线场理论，较好地 解释了我国境内现代地应力场的空间展布和活断层分布的规律性，我国的南西、 西北和华北地区地应力强度高且集中增长速率大，有较多的活断层分布。 我国活断层的分布总体来说是继承了老的断裂构造（尤其是中生代和第二三纪以 来断裂构造的格架），这些老断裂处于活动性强的现代地应力场中，有利于其继 续活动，其在活动过程中还在一定程度上发育了新的活动部位并形成新的破裂面 ，根据活断层的类型和活动方向，可大致以东经105°为界分为东、西两部，东部 以NE和NNE走向的正断层和走滑正断层为主，西部则是以NW和NWW走向的走滑 和逆冲~走滑断层为主 。 我国西部青藏高原的四周被一系列强烈活动的巨大逆冲断层或走滑断层所围限。 在高原内部发育有一系列NW或近EW向的大型左旋走滑活动断层，清楚地反映出 由于近南北向挤压造成的青藏高原内部各个块体间不均匀的侧向滑移。