地震安评与活动断层问题(徐锡伟)

Altyn Tagh fault in China
San Andreas fault in US
活动断层陡坎—多次地震叠加
• A fault that is likely to have another earthquake sometime in the future. Faults are commonly considered to be active if they have moved one or more times in the last 10,000 years
地震安评中的活动断层探测问题
徐锡伟
中国地震局地质研究所 国家地震活动断层研究中心 活动构造与火山重点实验室
提纲
• • • • • 基本概念 地震观测事实 震源划分问题 场址抗断问题 国外震例分析
“活动构造学”定义
Wallace，1986
“活动构造”包括第四纪时期至今活动着的、处于 不同演化阶段的各种类型的活动断层、活动褶皱 、活动盆地、活动块体和活动火山。 它们是地壳最新构造变动的产物，是地表破裂型地 震发生的地质构造背景，是地震构造学的基础。
2014-7-7 56
1739年银川-平罗8级 地震破裂带（正断层）
E
断层崖 断层崖
洪积扇
洪积扇
2001年昆仑山8.1级地震 地表破裂带（走滑断层）
2008年汶川8级地震 地表破裂带（逆断层）
地震地表破裂带宽度与地面建构筑物破坏之间关系
①一般都在30m范围内。距离断层越近，地面建筑物破坏越严
200
PGV(cm/s)
150
100
50
0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
Closest distance to fault(km)
峰值速度靠近断层处最大，距断层3 km以外迅速衰减
3）中国汶川地震
汶川地震产生了2条平行地表破裂带和1条北西向次级破裂带，最长240 km
中国台湾地区位于菲律宾海板块与欧亚板块相互作用 区，形成了系列NE向逆断层系，集集地震发生在其中 车龙埔断层上。
A photo taken in 1997
近断层强地面运动纪录(PGA)
1100 1000 900
Legend--PGA UP-Footwall, alluvium NS-Footwall, alluvium EW-Footwall, alluvium UP-Hanging wall, bedrock NS-Hanging wall, bedrock EW-Hanging wall, bedrock
Triangle
Asym-Ellipse
Asym-Sine
Ellipse
Sine
Curve-fits of maximum amplitude to rupture length For all, best fit for strike-slip is not linear ---> thus slip forms not selfsimilar
北天山安期海背斜: A fault-tip fold
Fault-tip Fold
安集海背斜
活动断层：距今12.6万年以来有过活动的断层
隐伏活动断层：被松散沉积物覆盖的，地表没 有明显迹线的活动断层
发震构造=活动断层
• seismogenic structure • 有能力产生一定震级大 小地震的、具有明确几 何结构形态和物质组成 的地质构造体。按照发 震构造的运动学特征或 震源力学性质，可将其 划分为走滑断层、正断 层、逆断层和盲断层— 褶皱等四大类型。
盲 断 层 型 地 震
两种基本类型
• 地面振动导致的地面建构筑物破坏 --满足设防标准、合理设计 • 活动断层同震错动毁坏地面建构筑物
--Biblioteka Baidu让活动断层！！！！！
活动断层=地震震源
观察事实：活动断层是地震灾害元凶 1）潜在地震震源和最大震级确定 2）地震严重灾害带
提纲
• • • • • 基本概念 地震观测事实 震源划分问题 场址抗断问题 国外震例分析
About 3 dozen for which maps and surface slip both documented
METHOD OF DATA ORGANIZATION
Shape of Earthquake Slip Distributions
Result: Slip distributions generally fit better by asymetric curve forms.
NORMAL (7)
1887 Sonora, MX 1915 Pleasant Valley, NV 1954 Fairview Peak, NV 1954 Dixie Valley, NV 1959 Hebgen Lake, MT 1983 Borah Peak, ID 1987 Edgecumbe, NZ
2001年昆仑山口西8.1级地震破裂叠加在先存断层陡坎上
玉树断裂与2010年玉树7.1级地震地表破裂
（N33°05'02.2"，E96°48'16.7"）处同震地表破裂（镜向SE）
嘉黎断裂带
断错地貌显示： 多次地震累积、叠加的结果

1

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提纲
• • • • • 基本概念 地震观测事实 震源划分问题 场址抗断问题 国外震例分析
重。即断裂带两侧各15米为最小避让距离。
②倾滑断层，特别是逆断层上、下盘坏坏带宽度之比介于2:1
至3:1之间，即倾滑型断层上盘避让的最小宽度一般为30m至 45m，下盘一般为15m。（与断层倾角有关：倾角缓则上盘变 形带宽）
③地表变形梯度大于0.1的地段的构建筑物均完全被摧毁；地
表变形梯度在0.07-0.1间的地段，构建筑物将遭受严重损坏， 产生倾斜及强烈变形等；地表变形梯度在0.03-0.07间的地段， 构建筑物可能受到中度损坏，产生倾斜及变形等，一般不会 倒塌；地表变形梯度小于0.03的地段具有抗震设房能力的构 建筑物一般只会受到轻的损坏或基本完好。
PGA(cm/s/s)
800 700 600 500 400 300 200 100 0 1 3 5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
Closest distance to fault(km)
峰值加速度在靠近断层处最大可达1g，距断层3 km以外迅速衰减
近断层强地面运动纪录(PGV)
STRIKE-SLIP (23)
1857 San Andreas, CA 1906 San Andreas, CA 1891 Neo-Dani, Japan 1930 Kita-Izu, Japan 1939 Ercincan, Turkey 1940 Imperial Valley, CA 1942 Erbaa-Niksar, Turkey 1943 Tosya, Turkey 1943 Tottori, Japan 1944 Gerede-Bolu, Turkey 1967 Mudurnu, Turkey 1968 Borrego Mtn, CA 1979 Imperial Valley, CA 1981 Sirch, Iran 1987 Superstition Hills, CA 1990 Luzon, Philippines 1992 Landers, CA 1999 Fandoqa, Iran 1999 Hector Mine, CA 1999 Izmit, Turkey 1999 Duzce, Turkey 2001 Kunlun, China 2002 Denali, AK
No systematc relationship between epicenter/rupture initiation to peak of surface slip….
Open symbols are epicenter Closed symbols are point of max slip
The Geology of Earthquakes
By R. S. Yeats, K. Sieh, C. R. Allen, 1997
活动断层与地震关系最为密切
A fault that has had sufficiently recent slips so that, in the opinion of the user of the term, further slips in the foreseeable future are considered likely
A
Turning attention back to fault geometry
While the analysis obviates the need for dynamics to explain the characteristics of surface slip with rupture length, it raises the question of the process that leads to systematic increase in depth to which rupture extends as rupture length grows.
基本思考--震源参数的物理意义
• 地震矩M0与矩震级Mw之间存在着如下关系：Log M0=1.5Mw+16.1（Aki, 1966；Kanamori, 1978） • 地震矩M0=μ DS（式中μ 为剪切模量，D为震源断 层平均位错量，S的断层面积；典型地壳的剪切模 量μ =3.3×1010 N/m2） • 地震断层面积S=长度（L)╳宽度(W)—潜在震源几 何参数:同一地震构造区内，与地震断层的分段长 度有关
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Legend--PGV UP-Footwall, alluvium NS-Footwall, alluvium EW-Footwall, alluvium UP-Hanging wall, bedrock NS-Hanging wall, bedrock EW-Hanging wall, bedrock
为什么要进行活动断层研究？
• 活动断层是引发地震、地质灾 害的决定性因素—潜在震源 • 活动断层沿线是地震、地质灾 害最严重的区段 • 活动断层同震错动无坚不摧
2001昆仑山口西8.1级地震
两种类型破坏
1）日本阪神地震
灾难集中在 活动断层附 近2-3 km范 围内
探槽揭露的 发震活动断层
2）台湾集集地震
破裂参数（长度、面积、位移量）的统计关系
提纲
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But …...
• All buildings will destoryed during an earthquake when they were constructured across the active fault
REVERSE (8)
1896 Rikuu Japan 1945 Mikawa, Japan 1971 San Fernando 1979 Cadoux, Australia 1980 El Asnam 1986 Maryat, Australia 1998 Tenant Creek, Australia 1999 Chi-Chi, Taiwan
1999 ChiChi earthquake
Active fault
2008 Wenchuan earthquake
27m(collapse)
100m(severe)
220m(moderate) 1500m(light)
Building damages related to rupture distance
Bailu School
地震地表破裂带穿越白鹿中心学校两栋教育楼之间，左侧裂而不倒，右则没有损伤，成为最牛教育楼，强变形带 10m左右
属前山断裂中段的 白鹿探槽
Three strata are excavated in the trench. 1) Lowest strata: 5.5±0.5m 2) Middle strata: 3.5±0.4m 3) Youngest strata: 1.8±0.2m