第七章 活断层和地

第三节 地震
• 工程地质对地震的研究，着重地震波对建 筑物的破坏作用，即地震效应、地震小区 划分、地震区建筑物选址及抗震措施的论 证
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一、地震地质及地震波基础 1、地震发生的地质条件 介质条件（坚硬脆性岩石）、构造（深大断裂带） 2、地震波： 体波（纵波P、横波S）、面波。 横波、面波振幅大，对建筑物造成破坏。 3震源机制和震源参数 （1）震源机制（发生地震的物理过程） 可以确定地震断层的类型、产状、应力状态等研 究区域地壳稳定分析需要的资料。 （2）震源参数（发生地震的物理过程的物理量） 包括震源断层的走向、倾向、倾角，断层两盘 的错动方位及幅度、断层长度、应力状态等 确定震源参数的方法：地震波研究、地质调查 （等震线特征）、大地测量等
二、地震的震级和烈度
• 一次地震只有一个震级，不同地点烈度不同 • 1、烈度与震源深度及震中距离有关。 • 2、坚硬基岩场地较松软土场烈度要小。 按防震抗震标准，地震烈度分为 基本烈度和设防烈度两种 我国基本烈度Ⅵ度（包括Ⅵ度）以下地区， 建筑物可以不设防。
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）
σ 近直立， 正断层 σ1近水平。 3
倾滑断层
σ 近水平， 逆断层 σ1近直立。 3 走滑断层 (平移断层) 左旋断 层 右旋断 层 σ 1 、σ 3 均 近水平。
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
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
二、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：
石岗大坝全长700m, 台湾 1999.9.21地震中被断层切错
• 2、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;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
• 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。
• （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。 • 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。 • （三）活断层是深大断裂的复活产物 • 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。
• 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。
• （一）活断层的类型与活动方式 • 1、活断层的类型及特征：
活 断 层 类 型 、 特 征 一 览 表
分类 指标 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
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。
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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
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。
• 2. 地貌标志： • A、两种截然不同的地貌单元直线相接的部位， 其一侧为断陷区。而另一侧为隆起区。（高耸的 山地、断层崖和三角面等） • B、走滑型的活断层，常使通过它的河流、沟谷 方向发生明显的变化；山脊、山谷、阶地和洪积 扇等的错开
• 3．水文地质特征 • 活动断裂带的透水性和导水性较强，因此 当地形、地貌条件合适时，沿断裂带泉水 常呈线状分布，且植被发育。此外．许多 活断层沿线常有温泉出露。它们均可作为 活断层的判别标志。
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。
第二节 活断层 一、活断层的概念及研究意义 活断层：是指现今在持续活动的断层，或近期曾经活动过，极有 可能在不远的将来重新活动的断层。后一种也可称为潜在活断层 确定活动地层的时间上限问题 有的主张晚更新世以内3.5百万年，有的主张全新新世以内。 我国规定潜在活断层的时间上限，铁路线为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．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。 总之，建设时应尽量避开活断层。
• 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)。
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;
• 3、活断层的错动速率与错动周期 • 活断层的错动速率是反映活断层活动强弱、断层 所在地区应变速率大小的重要数据。 • 活断层的活动方式以粘滑为主，往往是间断性产 生、突然错断，所以错动速率以一定时间段内的 平均错动速率表示。平均错动速率：最新沉积物 的错动位移与沉积年代之比. • 断层的错动速率愈大，两次突然错断之间的时间 间隔也就愈短。地震断层两次突然错断之间的时 间间隔，即活断层的重复错动周期。
• 五、活断层区的建筑原则 • 在活断层区进行建筑时，必须在场址选择与建筑物型式和 结构等方面慎重地加以研究，以保障建筑物的安全可靠 • 1、 规划选场尽可能避开主断层带。尤其是高坝和核电 站这类重要的永久性建筑物，失事的后果极为严重，更不 能在活断层附近选择场地。铁路、桥梁、运河等线性工程 必须跨越活断层时，也应尽量使其大角度相交并避开主断 层。 • 2、 建筑物类型选择 • 证明场地中有活断层穿过，则应选择在错动下不致破坏 的建筑物型式。在活断层区的建筑物应采取与之相适宜的 建筑型式和结构措施。活断层上修建水坝时，不宜采用混 凝土重力坝和拱坝，而应采用土石坝这类散体堆填坝，而 且坝体结构应是一种有相当厚无粘性土过渡带的多种土质 坝。建于活断层上的桥梁，也应采取相应的结构措施
• 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)。
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 期和活动年龄等,这些参数反映活断层的活 动强度。是研究地震预报和设防的资料， 区域地壳稳定性的重要依据。
• 1.产状 • 走向、倾向、倾角。遥感技术、宏观地质 调查、等震线等分析判断。 • 2、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。
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)。
• 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 锁固断断层面的强度。错动速率和地震重现周期是长
期地震预报的重要数据。
• 4、活动断层的年龄判据 • 间接法、直接法
四、活动断层的鉴别
• 地质、地貌、水文地质特征 • 1. 地质标志： • a．断层两侧地层岩性和产状截然不同，被错断，是 最本质最重要最可靠的标志。注意与滑坡面区别； • b．在强震过程中沿活动性断裂带常常出现地裂缝。
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）
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
第七章 活断层和地震工程地质研究
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断层和地质活动所 产生的工程地质影响。称为‘区域地壳稳定性问 题’ 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）
• 地震带与活断层有关。 • 1．绝大多数强震震中分布于活断层带内。我们知道全球 有两个大的地震带：环太平洋带和地中海一喜马拉雅带。 两者释放的能量占全球地震总能量的95%，而这两个带部 是活动的板块边界大断层带。 • 2．世界上著名的破坏性地震所产生的地表新断层与原来 存在的断层走向一致或完全重合。 • 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。 • 说明：地震带与活断层有着成因上的密切联系。因此可通 过地震带发现和研究活动断层带，而活动断层带的存在和 断层作用又是产生地震和地震常成带分布的根本原因。