活断层及地震.ppt

第四章第四章 活断层与地震活断层与地震 4.1 活断层 4.1.1基本概念及研究意义 活断层(active fault)一般理解为目前还在持续活 动的断层，或是近期曾活动过而不久的将来可能会 重新活动的断层 对于活断层活动时间的上限看法不一，不同部门， 不同国家都存在差别，工程建筑部门倾向于全新世 以来（10万年），而地质部门更倾向于早更新世（ 约200万年）以来时间差距竟达近200倍 l 美国原子能委员会（USNRC） （1）在3.5万年内有过一次或多次活动的断层 （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 l 2001年《岩土工程勘察规范》全新地质时期（1～1.1万年） l 《中国水利水电工程地质勘察规范》晚更新世（10万年） l 国际原子能机构(IAEA)在上述规定的基础上，又增加了两条规 定： ①在晚更新世它们有过活动； ②该断裂有地面破裂的证据 l 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。

l 活动断层有不同的活动特性: l 持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑(creep slip)或稳滑 (stable slip); l 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 动速率来判定 活断层错动速率是相当缓慢的，两盘相对位移平均达到lcm ／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（ 1000km），两盘间年平均最大相对位移也只有4cm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(GPS，Global Positioning System)或超长基线(VIBI)测量 活断层的危害 （1）活断层的地面错断直接危害跨越该断层的建筑物 例：宁夏石嘴山市红果子沟 河北蓟县 长城错断 西安地裂缝：临潼－长安活动断裂带 （2）伴有地震发生的活断层，强烈的地面振动对较大范围内 的建筑物损害 例：美国1906年旧金山地震中（8.3级），圣安德烈斯断裂的 错动→圣安德烈斯坝（27米） 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 它绵延长约500公里，宽达70公里 ，规模巨大，沿着四川盆地西北缘 底部切过，位置十分特殊，地壳厚 度在此陡然变化，在其以西为60～ 70km，以东则在50km以下。

它的东 部仅100公里外就是人口密集、工 业发达的成都平原地区和大城市群 历史上，它并不安分，有过多期活动1657年4月21日，爆 发有记录以来最大的6.2级地震据地震学者考证，此后300 多年间，这条断裂带再未发生过超过6级的强震 2008年5月12日14时28分，它突然发作，大地撼动，震 级8.0级它就是龙门山断裂带 地表破裂不仅使地面抬高而且伴随右旋走滑 前龙门山断裂地表形成的同震逆冲膝折带 唐山地震地裂缝 我国唐山大地震时有一条长 8km，走向N30E的地表断层， 正好由市区通过，最大水平错 距3m，垂直断距0.7－1m该断 层穿过的道路、房屋、围墙等 一切建筑物全被错开. 唐山大地震地表断层错动 l 摩洛哥艾加迪尔建在活断 层上的旅馆，在5.8级地震 的袭击下成为一堆瓦砾 l 沿活断层产生粘滑或其锁固点、端点破裂而发生错 动，则积蓄的弹性应变能的释放就造成地震所以 预测地震危险性或水库诱发地震的可能性都需要首 先研究活断层，判定其活动时代，错动速率、重复 活动的证据和重现周期正是由于地震预报的广泛 研究，促使地震地质迅速发展，而地震地质工作的 首要任务是鉴别是否存在能“发震”的活断层。

近30a 内对活断层的研究取得较大进展世界各地都鉴别 出了一些活断层，并逐步积累了其活动特性和错动 规模的大量实际资料有些国家还编制和出版了近 期活动断层图，对活断层的调查、判定，监测方法 也取得了不少经验 4.1.2.1活断层的继承性与反复性 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 层为主西部地区的活动强度明显大于东部 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，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 4.1.2 活断层的基本特性 l 4.1.2.2活断层是深大断裂复活的产物 深度地震活动 盖层断裂切穿沉积盖层，达到基底 顶面 地震M﹤3 基底断裂切穿岩浆岩层，达到玄武 岩顶面 M﹤6，不形成地震 带 地壳断裂切穿地壳，达到地幔顶面M﹥6，形成地震带 岩石圈断裂切穿岩石圈，达到软流圈M﹥6，形成控制性 地震带 按照断层的切割深度可以分为：盖层断裂、基底断裂、地壳按照断层的切割深度可以分为：盖层断裂、基底断裂、地壳 断裂、岩石圈断裂。

断裂、岩石圈断裂 l 活断层的活动方式基本有两种: (1)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 (2)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 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 4.1.2.3 活断层的活动方式 活断层的类型 按构造应力状态及两盘相对位移的性质，可将活断层划分为 地质上熟悉的三种类型，即：走向滑动或平移断层，逆断层 和正断层其中以走向滑动型最为常见三类活断层由于几 何特征和运动特性不同，故它们对工程场地的影响也各异 走向滑动或平移断层 常分布于大陆内部的地块之间的接触部位最大最小主 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 σ1 σ2 σ2 σ3 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 σ1 σ1 σ3 σ3 σ2 σ2 正断层 l 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 层错动，主要集中于下降盘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始裂 缝。

一般说来，这类断层的可识别程度介于走滑断层和逆 断层之间，其影响带宽度和对工程的危害程度也介于两者 之间 σ1 σ1 σ3 σ3 σ2 σ2 4.1.3 活断层的参数 断层面的走向、倾向和倾角 通过遥感判读、宏观地质调查、震源机制断层面解、裂缝 、地震特征分析获取 4.1.3.1活断层产状 4.1.3.2 活断层的长度和断距 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 源深度愈浅测地表断裂愈长，断层位移量也愈大一般大 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 最长地面断裂长度与震级之间的关系： l M＝3.3＋2.1lgL 4.1.3.3 活断层的错动速率和错动周期 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，往往是间断性地产生突然 错断，所以错动速率以一定时间段内的平均错动速率表示 断层的错动速率愈大，两次突然错断之间的时间间隔， 亦即其重复错动周期，也就愈短突然错动事件总是伴有 地震，所以重复错动周期也就是地震重现周期(earthquake recurrent interval)。

错动速率和地震重现周期是长期地震预报的重要数据 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而第四纪沉 积物年代及其错位量的研究则只能确定活断层在最新地质 时期内的平均错动速率 l 据统计，我国活断层的平均错动速率各地差异甚大 l 西部：垂直平均错动率：0.5-1.6 mm/a 水平平均错动率： 新疆 8.0-18 mm/a l 青藏高原周围: 2-9 mm/a l 青藏高原内部 2.5-10 mm/a l 东部：垂直平均错动率： l 华北平原 0.2 mm/a l 银川地堑 2.3 mm/a l 汾渭地堑 1.8 mm/a Q3 Q1 D1 D3 Q1以来的平均错动速率：D1/Q1 Q3以来的平均错动速率：D3/Q3 Q1－Q3期间的平均错动速率： 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 l 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。

为此．要加强史前古地 震的研究，利用古地震保存在近代沉积物中的地质证据及 地貌记录，来判定断层错动的次数和年代 l 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 错动周期错动周期 (R)(R)估算估算 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 锁固段断层面的强度 d d：一次地震的错移量：一次地震的错移量 S S：断层的平均错动速率：断层的平均错动速率 日本统计资料： 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 若S↓，则R ↑ 若M ↑ ，则R ↑ 说明：大震之后很少在当地短期内发生大震，但如有几 个锁固段，则可能其他地方出现大震 如果地震断层的一个断层面每次都以明显不同的震级和时间 间隔发。