活断层的工程地质研究.doc

断层工程地质研究
1 基础要领及研究意义
活断层: 现在还在连续活动, 或在近期地质历史时期活动过, 极可能在不远未来重新活动断层
100以来活动过断层称全新活动断层。
活断层活动特征: 蠕滑、 粘滑。
意义（工程意义）: 规避重大破坏性地震对建筑群破坏, 预防因活断层位错坏建筑物（无破坏性地震）。
2 活断层特征
包含: 活断层类型
活动方法
规模
错动速率及基础分级
活动周期
古地震事件
2.1 活断层类型和活动方法
按结构应力状态, 活断层可划分为三类:
走向滑动型（平移断层）
逆断层
正断层
因为三类活断层几何特征及运动特征各不相同, 所以对工程场地影响也不一样。
一、 走向滑动断层
应力状态为垂直, 、 水平。
特征: 断层面倾向大（近于垂直）
断层地表出露线平直
地貌上常形成陡直断崖
以水平运动为主, 相对垂直升降量很小
分支断裂较少, 断层带宽度小
这类断层水平错动量往往很大, 所以易于识别, 易于发生强震。
一、 逆断层
应力状态为垂直, 、 水平。
特征: 断层地倾角较小, 通常20－40o之间, 上盘上升引发上盘一侧地面隆升, 下盘通常无地表变形, 分支断层发育, 关键产生在上盘。
断层面地面出露线不平直, 呈波状弯曲。
逆断层也是强烈发震断层。
三、 正断层
应力状态为垂直, 、 水平。
特征:
断层面倾角介于逆断层与平移断层之间, 通常60~80º之间。上盘下降并发育分支断层
近断层能够引发中强震。
因为地应力场复杂性, 所以, 实际发育断层往往现有水平运动分量亦有垂直运动分量。因为形成走滑逆冲断层或走滑正断层等。
活断层活动两种基础方法: 粘滑和稳滑。
易发生同期强地震。
2.2 活断层长度和断距
对活断层, 其长度和断距是表征活断层关键数据, 通常见: 强度造成地面破裂长度（L）和一次错段最大位移（D）来表示。
通常地震地表错段长度从由百米至数百公里, 最大位移自几十厘米至十余米。
地震愈大, 震源愈浅, 则地表错段就愈长。
中国经验公式为:

或:
统计分析是一个常见研究方法。
然而, 断裂面长度与震级之间关系并非如此简单, 还受很多原因影响。如断裂面形状, 剪切模量、 断层性质、 大地结构环境等原因相关。
但若采取地震面波震级Ms与或进行相关分析, 则有很好关系, 见图4-12和4-13。（P147）
分支断裂错断位移则随主断层距离加大而降低。
2.3 活断层错动速率和反复周期
错动速率与地震重现周期是地震预报关键数据。通常活断层错动速率愈大, 则两次错断时间间隔就愈短。
依据断层速率, 中国将其分为四级。
A
B
C
D
100<R<10
10>R>1
1>R>0.1
R<0.1
尤其强烈
强烈
中等
弱
m>8.0
7~7.9
6~6.9
6以下
对断层错动速率研究, 能够采取跨断层反复测量, 但对于获取平均错动速率有时较难。
另一个研究方法, 叫地质、 地貌分析法。关键研究大地震事件。古地震事件地貌证据:
走滑型: 冲沟 、 溪流、 阶地、 冲积扇和山脊错断
倾滑型: 断层陡坎、 断层三角面、 断陷湖等
另外, 如错断第四系、 地震崩积楔、 地震冲填楔等。
经过对这些地震事件分析、 判定事件发生时间, 次数、 累积错距离, 各事件绝对年纪, 就能够求出平均错动速率和反复错动事件。
地震崩积楔
相关测年, 有很多方法, 用得较普遍是14C, 另外如热释光（TL）电子自旋共振等方法（ESR）。K-Ar法。
所以, 研究活断层错速率和重交周期地质、 地貌学方法, 首先是取得某一断层数次古地震事件位错资料（地震崩积楔、 地震充填楔）。亦取得其年代数据（K-Ar、 14C、 TL、 ESR）。由此研究这一条断裂平均位错速率及由这一速率形成地震位错量, 推算下一次地震反复周期。
另外, 地震反复周期与一次地震产生位错量成正比, 而与平均错动速率成反比, 即:

有蠕滑成份时,

3 活断层活动时空不均匀性
时间上, 时密（群发性）, 时稀。
空间上, 有弱活动区和强活动区这分, 并随时间发生迁移。
3.1 活断层忽然错动在时间分布上不均匀性

活断层活动含有间歇性活动特点。
特点 总体 时间上 具群集性 相对于分布稀疏
总体: 单发型 每隔一段时间发生一次强震, 新验二台断裂
群集型 在某段时间多发, 别时间稀少 阿尔金断裂
混合型 某时段群发, 某时段单发 解水河断裂
3.2 活断层错动在空间上不均匀性
中国活断层错动速率含有区域性不均匀性, 依据区域性差异, 共分为七个断块, 其中青藏高原、 台湾等断块、 断层新活动性比较强烈。
同一区域断层, 也存在不均匀性。
同一断层不一样段, 也存在不均匀性。
3.3 活断层迁移
当活断层活动段发生一系列群集方法破裂后, （地震）断裂活动往往会转移到别段落式别区域, 即形成活断层迁移。
以郯庐断裂为例。
活断层迁移, 对地震预报关系极大。研究活动断裂发展规律及其时间序列。
4 活断层区计划设计建筑标准
活动断层对建筑物安全性危害很大, 通常在活断层周围不宜选择建筑场地, 尤其是关键建筑物。
当不能避让活断裂时, 也必需在场地选择、 建筑物类型选择、 结构设计等方面采取方法, 以确保建筑物安全。
4.1 场地选择
一、 选择对抗震有利地段
a. 低等级活断层地带优于高等级活断层地带。活动时期老活断层地带优于新地带。（尤其是全新世活动地带）
b. 避开主干断层带, 避开有强烈变形地带, 分支断层发育地带。（逆断和正断下盘有利抗震）
c. 避开填土层, 避开结构自振周期与土层特征周期相同（相近）地带。
d. 避开浅埋大溶洞、 地下采空区等地带。
e. 避开有加重震害突出孤立地形、 崩滑斜坡地带。
f. 持力层选择宜选择基岩或坚硬岩土作为地基。
4.2 建筑物类型选择
选择有利于抗大变形建筑物类型。
大坝: 以堆石坝、 抗变形能力较强。
选择有利于抗震平面设计（图、 方形、 矩形）无凹凸, 有利立面设计（利用沉降缝分割成规则单元）减轻重量, 降低重心。
5 活断层调查与判别
目: 确定断层带位置、 宽度、 分支断裂发育情况。错动幅度及变形带宽度, 以及活断层活动时间间隔。
一、 地质、 地貌调查
植被、 溪流、 山脊错动、 微地貌变形、 不良地质现象、 断层三角面等。断陷湖及洼地。
二、 历史标志
历史上统计地震证据和说明。
三、 地震标志
震中沿一定断层线分布。
四、 航空摄影
低阳光角源空摄影, 增加断层崖、 断层三角面等地面起伏阴影效果。
红外摄影, 了解地下水分布特征。
五、 大地测量和活断层监测
六、 断层带研究
开挖方法, 研究最新沉积物是否被错断及错动幅度。
提取样品 14C、 TL、 ESR
研究擦痕
研究断层性及混入物 充填物（砂脉等）
注意区分假象