活断层
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对活断层进行研究,充分掌握其活动特征,合理评价其对工程的影响, 有时可以安全有效地降低工程设计标准,节省投资,如黄河小浪底工程 (中美联合设计,世界银行贷款) 坝址区半径30公里内有8条大断裂 其中王良断裂在坝下游6.5公里 断层发生在Q1-Q2期间 断层泥热释光法测年龄: 15.4-18.3万年,37.4-53.2万年 Q2的中后期,Q3以来再未活动过 抗震设计:8级→9级
伴有地震现象的活断层,地表出现 断层陡坎和地裂缝
如,日本丹那断层带,地震产生很多 地裂缝,呈雁形排列
地貌方面
1、不同地貌单元突然相接,或两边沉积物厚度显著差别
例如,隆起山区与断陷盆地突然相接。一次错动量大的活断层, 沿线分布断层三角面、断层崖、陡坎、垭口、“V型谷”等
2、地貌单元的分解和异常 例如,河流阶地、山脊、水系、娄平面、坡洪积扇等地貌单 元由于活断层作用,使其产生错断、分解
地球化学及地球物理标志
断层的现代活动,必然导致断层带内产生物理、化学变化,其中如 断层气、放射性异常;重力、磁力、地温等物理异常。通过测量分析, 可以间接作为活断层的佐证。
第四节 活断层的调查研究方法
通过有效的调查、分析手段,才能确定断层的活动性证据,进而确 定活断层的位置、展布方向、活动特征等 通常采用的方法包括:现有资料查阅;航卫片解读;区域地质调查; 现场勘探;年龄测量;监测等。 活断层研究首先应从较大的地域范围内进行研究,初步确定活断层展 布,和位置、长度等,这些可以采用区域地质资料,大范围地质调查,以 及航卫片解译的方法进行。调查分析中,要注重区域大的地质构造背景, 水系,地形地貌,第四纪沉积物等研究。 对建筑场地内或附近的活断层,要进行更加深入的研究,开展必要的 钻探、坑探、物探工作。采用探槽方式揭露断层带,对揭露断层的地层及 活动构造变形形迹进行细致考查研究,通常应配合岩土取样进行构造分析 及有关地层的年龄测定。良好的露头,可以显示大量有用的信息,得到断 层错动次数、错动量、错动周期等有用参数 年龄测定可以根据情况分别采取断层构造岩、断层带充填物、断层 两侧不同时代的地层物质的样品,采用C14、热释光、电子自旋共振等方 法进行年龄测定。
D <0.01
活动性
极强
强
弱
微
非活动
2、错动周期
断层两次错动之间的时间间隔定义为活断层错动周期R。 断层运动是地质体能量积累释放的结果,显然能量积累要经历一个时 期,积累的过程断层处于平静期(休眠期),释放的过程为活动期。断层表 现为活动——平衡——再活动的周期恢复。断层应变速率、锁固段深度等不 同,表现了不同的错动周期。对于粘滑型断层,一次错动对应的是一次地震 活动。 可按以下方法确定错动周期: ① 按地壳应变速率(这是近似当成断层平均错动速率)S及一次地 震错动量d计算R。
活断层作用使正常发育的地貌系统出现异常形态或特殊地貌景观。 如断层带一侧,河流的同步肘状拐弯、宽窄变异,断层下降盘一侧线状 排列的洪积群、泥石流、滑坡、串珠状洼地等。
水文地质方面
由于断层带构造物质松散,容易形成强导水带,因而活断层带 一线分布泉水、温泉,出现植被发育现象。也由于活断层为深大断 裂,深循环水将导致水的化学异常。
按上式计算,对于S=1~10mm/a的A级活断层,当发生M=7~8的 地震时,R≈1000年。 ④ 根据第四纪地层、地质错动证据,结合年龄测定确定周期。
据研究,活断层活动周期一般在1—2千年左右,少数上万年或几百年。
第三节 活断层的鉴别标志
断层的活动性与否要通过一些标志加以鉴别。鉴别有直接测定活 动物质年龄的方法,也可以从有关的地质、地球物理等现象间接判断。 间接鉴别标志有如下几个方面: 一、地质、地貌、水文地质标志 二、历史地震及历史期地震错段标志 三、微地震测量及地形变检测标志 四、地球物理标志
一般无震发生,有时可伴有小震
三、断层活动段的长度和断距
活动断层的产状要素、长度等均是重要的几何要素,这些可以通过勘探 等手段得到确定。而活动断裂重新活动往往并非全断裂都活动,而是部分段 的活动,这里断层长度是指现活动段长度及两旁相应的错断距离。
在关于活断层的建筑设计及有关稳定性的分析论证时,需要了解断层活 动段长度L和断距D。 对于历史活断层长度和断距,可以从被错动的形迹得到,而对于潜在活 断层,要根据有关方面进行预测。 一般认为,活断层地表产生的断裂长度与震源体处断裂长度相一致。通 常是根据活断层可能产生最大地震震级M,利用统计经验方式及查表确定L 和D。这种关系式很多,如我国地震工作者对我国及邻近地区地表地震断裂 资料得到如下式:
选在一完整的燕山期花岗岩岩体中,位于南岭纬向构造带 与新华夏构造体系第二隆起代的交汇部位。 历史上在核电站周围曾有强震和多震 大鹏半岛上有三条不到10公里的断层 这三条断层均未切割第四系沉积物 该区无切穿地壳的深大断裂,而且场区内从未有过地震记载
S水平
8.48 2.8mm / a 3
S垂直
0.75 0.25mm / a 3
(2)根据第四纪地层、地质的年代及错动量来获得 研究夷平面、阶地、水系、断崖、土层等,通过测量错动量及相对 年龄,可以计算出平均错动速率。
等级 错动速率 (㎜/a)
AA >10
A 1-10
B 0.1-1
C 0.01-0.1
② 根据2次地震条件、时间间隔确定 ③ 根据地震震级及错动速率,由经验统计式计算 许多人研究了震级M、错动速率S与错动周期的关系;建立了许多统 计关系。如日本的松田时彦对日本断层错动与地震震级关系时,得到 lgd=0.6M-4.0,错动周期是?,即有“
LOGR 0.6M ( LOGS 4.0)
地质方面
最新沉积物被错断
只要是见到第四系中、晚期的沉积物被错断,均视断层为活断层。 如位于汾渭地堑中段的平遥活断层,错断晚更新世中期的黄土,以 及早中期更新世地层,断距40—50m。如图:
断层破碎带构造形迹
活动断层因其形成时间较晚,一般表现为构造带物质欠固结欠胶结 状态,较为松散。另外,表现出脉体变形被切断,构造岩片理化,透镜 化,断面新鲜无风化,第四系物质牵引弯折等。断层矿物的显微变形出 现显微组构(如不等颗粒拉长,光轴微定向等),如图
地物错断
我国有长达3000多年的历史地震记载资料,尤其是较近的历史 记载,可以帮助判别活断层的存在,可能时据以判断活断层的错距, 断裂长度等。 对古代建筑物破坏、错断、掩埋等情况调查,可以帮助判断活断 层当时的错距等情况。
微震及地形变测量
自70年代以来,我国地震部门在一些重要地区设置了密集的地震台 网,监测微震震中位置用以判别活断层,尤其在一些大型水、著名的活 断层地区布置监测台站,取得了一系列监测资料。它是研究现代地震活 断层的最直接有效的方法,但其费时、代价高,不能作为研究活断层的 主要工具。 采用精密水准测量和三角测量在可能活动断层两侧进行地形变测量, 可以有效地获得断层活动性的有关证据。
关于活断层的定义,目前为止没有完全统一。主要关于过去活断层历史 时间的上限界定问题看法不一,不同部门、不同国家都存在差别。工程建筑 部门倾向于考虑全新统或晚更新统(约10万年),而地质部门倾向于早更新统 (约200万年)。 美国原子能委员会(USNRC)的定义是:
(1)在3.5万年内有过一次或多次活动的断层
(2)逆断型活断层
多分布于板块碰撞挤压带。上盘变形带大,出现多分支断层。 (3)正断型活断层
差异升降活动为它的断陷盆地边缘。下降盘分支断层多见,形成地 堑式的正断层组合
二、活断层的活动方式
(1)粘滑型活断层 间歇性突然滑动,常伴有地震活动,也称为地震断层。 发生在强度较高的岩石中,断层带锁固能力强,危害大。 发震断裂特征:深断裂,裂谷,板块接触带, (2)蠕滑型活断层 沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动 发生在强度较低的软岩中,断层带锁固能力弱
第五节 活断层区的建筑原则
建筑物场址一般应避开活动断裂带
线路工程必须跨越活断层时,尽量使其大角度相交, 并尽量避开主断层 必须在活断层地区兴建的建筑物,应尽可能地选择相对 稳定地块即““安全岛”,尽量将重大建筑物布置在断 层的下盘。 在活断层区兴建工程,应采用适当的抗震结构和建筑 型式
大亚湾核电站:
Q2
Q1
T
水平加速度:0.3伽→0.215伽,节约至少2亿元
第二节 活断层的基本特征
本节介绍活断层的类型与活动方式、继承性与反复性、长度与断距、错动 速率与周期。
一、活断层的类型
按照位移方向与水平面的关系:
(1)走滑型活断层 常分布于大陆内部的地块之间的接触部位,水平错动量大,断层带 宽度不大,很少分支断裂。
lg L 0.48 1.57M
有的情况下,可以采用数字分析(如有限元)方法确定断层长度及断距。 断层长度1 ~ 数百公里不等,一般小于5.5级地震很少产生地表错动。 活断层地震活动是否在地表显现形迹,与地表覆盖层厚度、震源 深度及震级有关,一般覆盖层厚度大于30-50m、震源深度大于10-30km、 地震震级小于6级条件下,很少出现地表断裂现象。
(2)与其他活动断层有联系的断层 (3)沿该断裂发生过蠕动或微震活动
二、工程地质研究意义 活断层的活动可视为一类地质病害,可以对建筑物产生破坏作用 而致害。从这个意义上讲,活断层的工程地质研究就是要研究活断层
与工程建筑的关系,评价其对建筑物的破坏作用。
考虑:活断层错动变形对建筑物的直接破坏:活断层对区域地质环 境的影响,如地震、区域地壳稳定、水库地震等。 历史上活断层对建筑造成损坏或因断层存在对建筑造成间接破坏的 例子很多
四、错动速率和活动周期
活断层活动速率及相应周期是表明活断层的活动强度的重要指标,是 地震强度的重要资料。 1、错动速率 错动速率是指断层年错动位移量,一般是用若干年总的错动量计算得到, 因而也称平均错动速率。分为水平和垂直分量。断层错动速率从三个方面 获得: (1)精密地形变测量 是研究现今活动断裂的有效方法。我国许多著名活断层均设有精密 水准、三角测量、激光测距等量测工作。 有了量测数据,便可以计算错动速率。如贺兰山东麓活断裂红果子 沟处,84年~86年测得断层右旋错动,水平8.48mm、垂直0.75mm。故错 动速率:
第一章 活断层工程地质研究
第一节 概述
一、概念
断层是地壳构造运动的重要形迹。有的断层形成于较晚时期,在 形成以后受到晚期构造背景条件控制,仍保持着活动的特征。
早在十八世纪,人们从地震活动与断层活动的关系才渐渐意识到 断层的活动性特征,经过几个世纪的研究,对活断层的特征有了比较 深入的认识。
活断层:指目前正在活动或近期有过活动、极有可能在不久的 将来重新活动的断层。