活断层的工程地质研究
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水利工程地址讨论课一:断裂构造对工程建设的影响断层与工程建设进行工程建筑、水利建设等,必须考虑断层构造。
例如水库、水坝不能位于断层带上,以免漏水和引起其他不良后果;大型桥梁、隧道、铁道、大型厂房等如果通过或坐落在断层上,必须考虑相应的工程措施。
因此凡是重大工程项目都必须据有所在地区的断裂构造等地质资料,以供设计者参考。
断层的工程地质评价1、断层的力学性质:受张力作用形成的断层,其工程地质条件比受压力作用形成的断层差。
但压力作用形成的断层可能破碎带的宽度大,应引起注意;2、断层位置与线路工程的关系,一般说来线路垂直通过断层比顺着断层方向通过受的危害小;3、断层面的产状与线路工程的关系:断层面倾向线路且倾角大于10o 的,工程地质条件差;4、断层的发生发展阶段:正在活动的断层(如新构造运动剧烈、地震频繁地区的断层),对工程建筑物的影响大,有些相对稳定的断层,影响较小,但要考虑到复活的可能,5、充水情况:饱水的断层带稳定性差;6、人为影响:有些大的水库,可使附近断层复活,不可忽视。
举例晋江—永安断裂带在泉州盆地深部和浅部均有强烈的表现,对泉州市的工程建设造成一定影响。
断裂相关的不良地质对工程建设的影响在泉州盆地边缘进行工程建设时应进行地质灾害评估,对有直接危害的大、中型滑坡体和危害程度大的崩塌区,应避开为宜;对危害程度较轻的滑坡体和崩塌区,应采取防治措施。
二:褶皱构造和工程建设的关系、褶皱构造:褶皱是岩层弯曲形成的构造。
在地壳岩石中褶皱弯曲的规模差别很大,从显微构造直到巨大的构造盆地和地槽带均属褶皱构造。
在松散的沉积物,沉积岩,各类变质岩,甚至某些火成岩中的原生流动构造,都有褶皱发育,这说明褶皱可由多种压力环境下形成,其形态多种多样。
褶皱构造的基本类型主要有两种:背斜和向斜。
背斜的特征是岩层向上弯曲,中心核部较老,两侧岩层依次变新;向斜则相反,岩层向下弯曲,核部较新,两侧依次变老。
如岩层未经剥蚀,则背斜成山,向斜成谷,地表仅见到最新地层。
第一章绪论1、概念(1)、工程地质学研究人类工程活动与地质环境之间相互制约的关系,以便科学评估,合理利用,有效改进和妥善保护地质环境的科学。
(2)、工程地质条件指工程建筑物所在地区与工程建筑有关的地质环境各项因素的综合。
(3)、工程地质问题工程建筑条件与工程建筑物之间存在的矛盾或问题。
(4)、岩土工程土木工程中涉及岩石、土、地下、水中的部分称岩土工程。
2、简述人类活动与地质环境的关系(1)地质环境对人类活动的制约①影响工程活动的安全②影响工程建筑的稳定性和正常使用(2)人类活动对地质环境的制约(工程活动破坏地质环境)(3)工程活动与地质环境之间的相互制约人类开采矿产会对地质环境造成破坏,形成各类地质灾害。
地质环境影响人类工程活动,比如工程建设必须作地下水保护论证、渗漏评价、地质灾害危险性评估、压覆矿产调查等等3、工程地质条件主要包括哪些?①岩土类型及性质(地层岩性与性质)②地质构造(断层、褶皱、节理等)③地形地貌(平原、丘陵、山区等)④水文地质(地下水成因、埋藏、动态、成分等)⑤不良地质现象(滑坡、岩溶、泥石流等)⑥天然建筑材料(砂砾、石块等)4.工程地质问题主要包括哪些?①区域稳定性问题②地基稳定性问题③斜坡稳定性问题④围岩稳定性问题5.工程地质学的研究内容和任务是什么?(1)区域稳定性研究与评价一由内力地质作用引起的断裂活动,地震对工程建设地区稳定性的影响(2)地基稳定性研究与评价一指地基的牢固,坚实性(3)环境影响评价一指人类活动对环境造成的影响总的来说就是研究工程建设与地质环境的相互制约关系,促使矛盾转化和解决,既保证工程安全,经济,正常使用,又合理开发和利用地质条件6.说明工程地质在土木工程建设中的作用。
建筑场地工程地质条件的优劣直接影响到工程的设计方案类型,施工工期的长短和工程投资的大小,影响基础建设7•何谓不良地质条件?为什么不良地质条件会导致建筑工程事故?对工程建设不利或有不良影响的动力地质现象,如崩塌,滑坡,泥石流等;它们既影响场地稳定性,也对地基基础、边坡工程、地下洞室等具体工程的安全、经济和正常使用不利。
浅谈一种常见地质现象—断层论文提要断层是一种普遍存在的地质现象,对于油气的运移和聚集起重要的控制作用。
它对人类既有利又有害.认识各种断层,研究它的性质、分布规律、活动特点和成因,有助于利用它有利于人类的一面,避开它不利于人类的一面。
断层除了找矿物勘探,水文地质、工程地质、地震有密切关系外,和石油地质也有紧密的联系,它的一方面可以起到聚集油气的作用,另一方面又会破坏已经形成的油气藏。
野外观测是研究断层的主要途径,它包括发现和判别断层存在的标识;确定断层的性质和类型;测量断层的产状要素;查明断层的发育和形成时期;研究断层和矿产的关系等多方面的内容.正文一、断层的定义地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂,并沿破裂面有明显相对移动的构造称断层。
地壳中的一个裂口或破裂带,而且沿着它相邻的岩体发生了运动。
断层长度变化很大,从几厘米至几百公里不等,两盘之间的位移量也可有这样大的变化。
地壳中岩石的断裂。
地壳的挤压力或张力使断裂两侧的岩块发生相对位移.断层的长度可由几公分到数百公里,沿断裂面(断层面)的位移也可由不到1公分到数百公里。
位移往往分布在由无数单个断层组成的断层带内,断层带可宽数百分尺。
断层分布不均匀,在某些大区域内一个断层也没有;而一些地区则被各样大小的无数断层所切割。
断层有直立的、水平的,或向任何角度倾斜的。
断层面上部的岩块称为上盘;下部的称为下盘。
二、断层存在的标识(一)断层的重复与缺失由于断层作用破坏了地层的正常层序,可以造成地层的重复与缺失.它一般是走向正断层或逆断层造成的(如图1所示).(二)构造的不连续主要表现为岩层、岩脉、矿层、褶曲轴线等在延伸方向上突然中断或错开,这是断层存在的直接标志。
(三)断层面(带)的构造特征1、擦痕:是断层两侧的岩块相对滑动和摩擦留下的痕迹,是断层运动过程中由被压碎的岩石细颗粒在断层面上碾磨划而成的。
2、破碎带及构造岩:断层破碎带是由于断层两盘岩石的相互挤压、错动中常使断层面附近的岩石被挤压搓碎,形成与断层面平行的破碎带。
工程地质学:工程地质学是地质学的分支学科。
它是一门研究与工程建设有关的地质问题、为工程建设服务的地质科学,属应用地质学范畴。
工程地质条件(Engineering geological condition):指与工程建设有关的地质因素的综合。
它是自然地质历史发展演化过程中形成的,是客观存在。
地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面,它是一个综合概念。
工程地质问题(Engineering geological problem):指工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。
工程地质环境:是人类生活与活动的客观物理环境,是一个综合的概念,多成分的系统。
工程地质环境是人类从事活动的地质环境。
包括工程建设的的适宜性和敏感性两方面。
同时表现为工程建设地质环境系统的协调稳定性。
工程地质学的主要任务:基本任务:查明工程地质条件;中心任务:工程地质问题的分析、评价1、我国地质环境的基本特征?中国大陆自西向东的地势可分为四大阶梯下降。
第一级阶梯是青藏高原;第二级阶梯是青藏高原的北缘与东缘到大兴安岭、太行山、巫山、雪峰山之间;第三级阶梯是更东的低山丘陵和大平原;第四级阶梯从鸭缘江口至广西壮族自治区的北仑河口,是一条婉蜒曲折的海岸带。
这四个阶梯具有不同的地质环境特征,它们对工程活动的制约也各有不同的持点。
第一阶梯,主要有两种地貌单元制约着人类的工程活动,即青藏高原的高原环境和其周边地区的深切峡谷地貌。
第二阶梯由多个大型盆地和高原组成。
由于自北而南,白西而东气候带由寒变暖,由干变湿,外动力地质作用的营力、水文地质条件和自然地质作用都随之而改变,所以这一广阔地带又可分为多个各具特点的地质环境。
第三阶梯和第四阶梯,由于东北、华北、华南现代构造活动性及地表沉积层厚又各有不同,故可将之划分为华南,华北,东北三个不同的地质环境区。
2、内动力地质作用是指由地球内能的积累与释放所产生的一系列动力作用,如构造运动、地震、岩浆活动和变质作用等,其中构造运动是一种最为普遍的内动力地质作用,对工程活动的影响最大。
4、活断层对工程建筑有何影响?一、活断层的定义活断层(activefault)是指目前正在活动着的断层,或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。
后一种情况也可称为潜在活断层(potenti ally activefault)。
美国将活断层叫做能动断层(capable fault)。
各国学者对目前正在活动着的断层,因有鉴别标志佐证而无争议。
但对潜在活断层的判定则有不同见解,主要是对“近期”一词的看法不同,即对活断层活动时间的上限有不同的标准。
有的将第四纪开始以来活动过的断层都叫活断层,有的将活断层的时间上限定在晚更新世,有的则限于最近35000年(以Cl4确定绝对年龄的可靠上限)之内,也有的认为只限于全新世之内。
时间差距竟达近200倍。
从工程使用的时间尺度和断层活动资料的准确性考虑,活动时间上限不宜过长。
一般工程的使用年限为数十年,一些重大的工程设施如高坝、核电站等使用年限在一二百年以内。
因此人们更为关心的是“不久的将来”(例如一二百年内)有无活动的可能性。
从工程勘察的角度出发,应给予潜在活断层以明确的含义。
美国原子能委员会(USNRC)1973年对能动断层做出了三条规定:①在35000年内有过一次或多次活动的断层;②与能动断层有联系的断层;③沿该断裂带仪器记录到小震活动和多次的历史地震事件,或该断裂发生过蠕动。
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在晚第四纪它们有过活动;②该断裂有地面破裂的证据。
日本的核电部门强调了“在最近可能发生活动”的含义。
在世界许多地区,对活断层的辨认和研究最初是从地震断层(earthqu ake fault)开始的。
如日本1891年浓尾地震,美国1905年旧金山地震,都产生了明显的地震地表断层,从而推动了对活断层的研究。
工程地质分析原理第一章地壳岩体结构特征的工程地质分析岩体(rockmass):通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石,它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。
结构面:是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸(或具有一定厚度)的地质界面(或带)。
如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。
工程地质之所以要将岩体的结构特征作为重要研究对象,意义如下:⑴岩体中的结构面是岩体力学强度相对薄弱的部位,它导致岩体力学性能的不连续性、不均一性和各向异性。
只有掌握岩体的结构特征,才有可能阐明岩体不同荷载下内部的应力分布和应力状况。
⑵岩体的结构特征对岩体在一定荷载条件下的变形破坏方式和强度特征起着重要的控制作用。
岩体中的软弱结构面,常常成为决定岩体稳定性的控制面,各结构面分别为确定坝肩岩体抗滑稳定的分割面和滑移控制面。
⑶靠近地表的岩体,其结构特征在很大程度上确定了外营力对岩体的改造进程。
这是由于结构面往往是风化、地下水等各种外营力较活动的部位,也常常是这些营力的改造作用能深入岩体内部的重要通道,往往发展为重要的控制面。
总之,对岩体的结构特征的研究,是分析评价区域稳定性和岩体稳定性的重要依据。
结构面的成因分类:原生结构面、构造结构面及浅表生结构面结构面的工程地质分级:断层型或充填型结构面、裂隙型或非充填型结构面、断续延伸的非贯通型岩体结构面,它们分别对应于I级、U级、川级结构面岩体结构分类: 按建造特征可将岩体划分为块体状(或整体状)结构、块状结构、层状结构、碎块状结构和散体状结构等类型。
按岩体的改变程度可划分为完整的、块裂化或板裂化,碎裂化、散体化的等四个等级。
第二章地壳岩体的天然应力状态地壳岩体内的天然应力状态,是指未经人为扰动的,主要是在重力场和构造应力场的综合作用下,有时也在岩体的物理、化学变化及岩浆侵入等的作用下所形成的应力状态,常称为天然应力或初始应力。
研究岩体天然应力状态的意义:(1)岩体天然应力状态或地应力场是工程岩体存在的基本环境条件之一。
工程地质条件:与工程建筑有关的地质条件的总称。
包括岩土体工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质特征、自然地质现象、工程动力地质作用和天然建筑材料等七方面。
工程地质问题:工程地质条件与工程建筑之间所存在的矛盾(稳定和安全)。
因工程建筑结构类型、受力特点和工作方式不同,存在各种工程地质问题。
工程地质分析的基本研究方法:1.自然历史分析法2.力学分析法3.模型模拟试验法4.工程地质类比法断层分类:走滑断层、逆断层、正断层,按断裂的主次关系划分为主断层、分支断层和次断层野外识别:走滑断层:1地表出露线平直,断层倾角较陡。
2断层面两侧相对的水平运动,相对的垂直升降很小。
3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。
走滑断层:位移方向与断层走向相同或相近的大型平移断层活断层:一般理解为目前还在持续活动的断层,或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。
活动断层的活动特性:蠕滑:持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑或稳滑 ;粘滑:间断地、周期性突然错断的为粘滑,粘滑常伴有地震,是活断层的主要活动方式。
各类活断层在我国的分布1.分布于我国西部的多个NWW—NW向的长大弧形断裂,主要为逆走滑—走滑断层,其走滑速率由南而北有所减小。
2.活动逆冲断裂也主要分布于我国西部分、3.现代活动正断层主要分布于我国东部。
活断层区规划设计建筑物的原则(1)有低级别的活断层的场地优于有高级别的; 有活动时期老的断层的场地优于有活动时期新的; 有全新世(10000 a)内无活动的断层的场地优于有全新世内有活动的断层的场地等。
(2)尽可能避开主断层带;(3)如为逆断层或正断层类型,尽可能避开有强烈地表变形和分支、次生断裂发育的断层上盘(逆断层的上升盘、正断层下降盘)。
如有较大的正、逆断层,场地往往需要选在距主断面数千米之外。
地震:接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动称为地震。
震级:衡量地震本身大小的尺度烈度:衡量震动强烈程度的尺度基本烈度:一个地区今后一定时期内在一般场地条件下可能普遍遭受到的最大地震烈度。
吉音水利枢纽近场区活动断裂研究摘要:该文论述了吉音水利枢纽工程近场区的地质构造条件,为坝址的选择提供了关键性的地质依据。
关键词:活断层构造单元吉林水利枢纽中图分类号:p2 文献标识码:a 文章编号:1674-098x(2013)02(c)-0-051 工程概述吉音水利枢纽工程位于新疆和田地区于田县境内的克里雅河干流上,吉音水利枢纽工程总库容0.82亿m3。
拦河坝最大坝高124.5 m,电站装机24 mw,年发电量1.041亿kw.h。
工程建成后,可满足克里雅河灌区灌溉面积70.73万亩的用水要求,将下游防洪堤防洪标准由3年一遇提高到20年一遇。
工程规模属中型ⅱ等工程。
吉音水利枢纽在规划之处选择了三个坝址,分别为上、中、下坝址。
在可研阶段为了查明工程区近场区的断裂构造,与新疆地震局的同志共同对近场区的构造进行了分析研究,现将主要结论分述如下。
2 区域大地构造环境2.1 构造单元划分在大地构造上,按板块构造观点,区域北部属一级大地构造单元塔里木—华北板块,南部为华南板块,两者之间以康西瓦深大断裂为界,塔里木—华北板块在本区域内涉及塔里木地块和塔里木陆块南缘活动带两个二级大地构造单元,塔里木地块可分为塔里木中间地块和铁克里克陆缘地块两个三级构造单元。
测区在大地构造上位于三级构造单元—塔里木中间地块中于田坳陷的南缘,其南部为北昆仑山强烈隆起区,两构造单元之间以柯岗断裂为界。
区内新构造活动强烈,断裂发育,与山体走向一致,大都呈近nee向延伸,主要集中在两构造单元之间的边界附近。
塔里木地块近场区南部的北昆仑强烈隆起,以喀拉塔什山为中心的强烈隆起。
新生代晚期以来,受印度板块向北推挤的影响,喜马拉雅运动使昆仑山山体向塔里木盆地挤压,形成于田坳陷,西昆仑山急剧块断上升,形成了现今的地貌景观。
场地位于两构造单元的分界附近。
图1 大地构造单元划分图2.2 区域深大断裂区域深大断裂有多条,主要分布在昆仑山区,深断裂呈nww或近ew,可分为超岩石圈断裂、岩石圈断裂和壳断裂三种(图2,表2)。
工程地质测绘研究的内容工程地质测绘是为工程建设服务的,自始至终应以反映工程地质条件和预测建筑物与地质环境的相互作用为目的,深入地研究建筑区内工程地质条件的各个要素。
一、工程地质测绘中对岩土的研究岩土是工程地质条件最基本的要素,产生各种地质现象的物质基础。
它当然是工程地质测绘的主要研究内容。
目前在工程地制裁测绘特别是小比例尺的工程地制裁测绘中对岩土的研究仍多彩地层学的方法,划分单位也与一般地质测绘基本相同。
但在建筑物分布地区内的小面积大比例尺工程地质测绘中,可能遇到的地层常常只是一个“统”、阶“甚至是一个”带“,此进就必须根据岩地工和地质性质差民作进一步划分才能满足要求。
特别是砂岩中的泥岩、石灰岩中的泥灰岩、玄武岩中的凝灰岩等夹层对建筑物的稳定和防渗有重大影响,常会构成坝基潜在的滑移控制面,更要突出地反映出来,这是工程地质测绘与其它地质测绘的一个重要区别。
工程地质测绘对岩土的研究其特点还表现在既要查明不同性质岩土在地壳表层的颁、岩性变化和它们的成因,也要测定它们的物理力学性质指针,并预测它是建筑物作用下的可能变化。
这就必须把岩土的研究建立在地质历史一成因基础上才能达到目的。
在地质构造生产简单、岩相变化复杂的特定条件下,岩相分析法对查明岩土的空间分布是行之有效的。
在查明岩土成因和分布的基础上还应根据野外观察和采取简易现声测试方法握取得的物理力学指针,初步判断岩土与建筑物相互作用时的性能。
通过这种判断不公应分出那些能产生严重变形以致铖及建筑物安全和不常使用的岩土,即使这类岩土是很薄的夹层、透镜体、或是裂隙中的充填物也不能忽视。
在工程地制裁测绘中常用来测定岩土强度参数的简易方法有回弹锤测试和点荷载仪测试等。
二、程地质测绘中对地质结构的研究地制裁结构一词的含义是比较广泛的,有关岩体结构等内容在先修课程中已有论述,这里着重讨论对地质构造条件的研究。
地质构造特别是现代构造活动与活断层是决定区域稳定性的首要因素,所以修建大型水工建筑物和原子能电站等极重要建筑物时,就必须在很大范围内研究活断层和地震危险性,例如原子能电站选场,一般就要求在声地周围半径为300KM的范围内进行研究。
教学大纲一、课程性质和目的本课程为高年级本科生开设的专业课的基础部分,是工程地质学科的骨干课程,同时也是土木工程、环境工程、水利水电工程等专业的重要必修课。
通过本课程的学习,为学生将来从事本专业的科学技术工作打下良好的基础。
目的:1.向学生传授内外动力及人类活动引起有关物理地质现象方面的基本知识,以及从工程地质角度研究这些动力地质现象(问题)的基本方法等。
2.通过本课程学习,具备解决某些重大工程地质实际问题的初步能力。
3.该课程应用性很强,要求学生尽可能紧密联系某些具体工程动力地质现象的实际进行学习,同时要求学生具备必修的专业基础知识,以便更好地掌握该门课程的内容。
二、课程的基本内容第一章绪论介绍工程地质学的主要研究内容、研究方法及实际意义,它与其它学科间的相互关系,工程地质学发展历史、现状和研究前沿。
如何学习该课程。
第二章活断层工程地质研究活断层的基本概念、基本特征、活断层鉴别及研究方法、活断层区建筑原则。
第三章地震工程地质研究地震的基本知识,地震效应,场地条件对震害的影响,地震小区划,建筑抗震原则及措施。
第四章砂土液化工程地质研究砂土液化机理及影响因素,砂土液化的判别方法,砂土液化的防护措施。
第五章岩石风化工程地质研究基本概念,影响岩石风化因素,风化壳及分带标志和方法,岩石风化防护措施。
本章教与学两方面没有难度,主要问题是实际工作中风化岩分带的标准很难把握,带有很大的不确定性,最好配合现场考察进行教学。
第六章斜坡变形破坏工程地质研究基本概念,斜坡应力分布特征,斜坡变形破坏形式及机理,崩塌形成条件及基本特征滑坡形态要素及分类、稳定性影响因素及评价,斜坡变形破坏预测预报及防治。
第七章渗透变形工程地质研究渗透变形概念及形式,产生渗透变形的基本条件,渗透变形预测,防治措施。
第八章岩溶工程地质研究溶蚀机理,岩溶发育的影响因素,岩溶渗漏、塌陷工程地质问题分析,渗漏及塌陷处理措施。
第九章水库诱发地震工程地质研究诱发地震的类型,水诱发机制,水库诱发地震发生的地质背景条件,水库诱发地震的基本特征,诱发地震的工程地质研究及预测。
《工程地质学基础》绪论一、名词解释1)工程地质学:地质学的一个分支学科,是一门研究与工程建设相关的地质环境问题,是工程科学和地质学相交叉的一门边缘学科。
2)地质工程(Geoengineerig):指以地质体为工程结构.以地质体为工程的建筑材料,以地质环境为工程的建筑环境修建的一种工程。
3)工程地质条件(Engineering geological condition):指与工程建筑物有关的地质因素的综合。
地质因素包括岩土类型及其工程性质、地质结构、地貌、水文地质、工程动力地质作用和天然建筑材料等方面,是一个综合概念。
4)工程地质问题(Engineering geological problem):工程地质条件与建筑物之间所存在的矛盾或问题。
五、简答1)工程地质学的任务是什么?①阐明建筑地区的工程地质条件,并指出对建筑物有利和不利的因素;②论证建筑物所存在的工程地质问题,并进行定性和定量评价,做出确切结论;③选择地质条件优良的建筑场地,并根据场地工程地质条件对建筑物配置提出建议;④研究工程建筑物建成后对地质环境的影响,预测其发展演化趋势,提出利用和保护地质环境的对策和措施;⑤根据所选定地点的工程地质条件和存在的问题,提出有关建筑物类型、规模、结构和施工方法的合理建议,以及保证建筑物正常施工和使用所应注意的地质要求;⑥为拟定改善和防治不良地质作用的措施方案提供地质依据。
2)工程地质学的研究方法是什么?工程地质学的研究方法主要有自然历史分析法、数学力学分析法、模型模拟试验法和工程地质类比法。
自然历史分析法即为地质学的方法,它是工程地质学最基本的一种研究方法。
工程地质学所研究的对象——地质体和各种地质现象,是自然地质历史过程中形成的,而且随着所处条件的变化,还在不断地发展演化着。
查明各项自然地质条件和各种地质现象以及它们之间的关系,预测其发展演化的趋势及结果。
数学力学分析法是在自然历史分析的基础上开展的,对某一工程地质问题或工程动力地质现象在进行自热历史分析之后,根据所确定的边界条件和计算参数,运用理论公式或经验公式进行定量计算。
活断层的工程地质研究姓名:班级:学号:一、基本概念活断层,是指现今在持续活动的断层,或在人类历史时期或近期地质时期曾经活动过,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。
断层在目前持续活动的标志,当然是判定活断层的无可争议的证据。
如何判定潜在活断层则有各种不同的标准。
《岩土工程勘察规范》:在全新地质时期(一万年)内有过地震活动或近期正在活动,在将来(今后100年)可能继续活动的断裂,称为活断层。
全新活动断裂中,近期(近500年来)发生过地震震级大于或等于5级的断裂,或在今后100年内,可能发生大于或者等于5级的断裂,为发震断裂。
活断层有不同的分类。
按运动速率分为A、B、C、D不同级别;按运动性质分为粘滑断层和蠕滑断层;按发震与否分为发震断层的和非发震断层的;按几何形态(两盘相对运动方向)分为走滑断层(又分左旋断层和右旋断层)、倾滑断层(正断层和逆断层)和混合型断层等。
二、活断层特性活断层的特性需要从活断层类型、规模、错动速率和活动周期等方面进行研究。
(一)活断层工程地质分类为适应我国振兴经济, 建立对工程适用性较强的活断层工程地质分类, 已经成为当代中国和国际社会大规模工程建设急待解决的新问题。
鉴于活断层对工程的影响主要表现为灾害性质, 工程地质的目标是要提出灾害减缓的对策, 首先建立一个满足工程需要的灾害性工程地质分类原则, 弥补当代活断层研究中为地震学服务的局限性, 摆脱现存活断层研究中那种以时限为基础的状况, 使活断层研究与工程灾害直接结合起来。
大量实践证明, 活断层的工程灾害主要通过直接发震、蠕动、积累较高的地应力及增强断裂带地下水循环交替而导致断层带岩石软化, 进而导致滑坡和崩塌作用等的发生。
据此, 提出活断层工程地质分类如表2。
第一类, 灾害型活断层, 第二类, 危害型活断层, 第三类, 灾害减缓型活断层, 第四类, 安全型活断层。
(二)活断层规模(断层活动段的长度L和错距D)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 和错距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: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。
断层长度一到数百公里不等,错距一般几米。
一般小于5.5级地震很少产生地表错动。
地表所见断层长度是地下的1/2~1/5.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。
断层锁固力强的部位往往是活动部位。
(三)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:(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。
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 。
②根据2次地震条件、时间间隔确定ML 57.148.0lg -=a mm S /8.2348.8水平==a mm S /25.0375.0垂直==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R=d(错移量)/s(错动速率),即有按上式计算,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。
三次运动:①第一次(4200a )上盘块体下滑,产生张裂缝,堆积W1②第二次(2700a )上盘继续下滑,产生拉张裂缝,将W1拉开,途中堆积W2②第三次(820a )继续下滑,出现F1断裂,将W2错断(垂直距离0.6m )周期:一次→二次4200-2700=1500年二次→三次2700-820=1880年速度:二次→三次 0.6÷1880≈0.75mm/a 北天山西部喀什河断裂三、活断层的危害(一)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(二)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,圣·安德烈斯断裂的错动→圣·安德烈斯坝(27米)(三)唐山地震地裂缝我国唐山大地震时有一条长8km ,走向N30°E 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四、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。
(一)地质标志最新沉积物被错断,断层破碎带,砂土液化,地面破裂等。
1、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,错断晚更新世中晚期的黄土,以及早中期更新世地层,断距40—50m 。
如图:沉积物错断2、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。
)0.4(lg 6.0lg +-=S MR 唐山大地震地表断层错动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(二)地貌标志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、夷平面、坡洪积扇等地貌单元,由于活断层作用,使其产生错断、分解。
例如,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。
(三)历史地震标志我国有长达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。
(四)其他标志1、水文地质标志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。
2、微震及地形变测量标志自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。
3、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。
五、活断层的工程地质评价在工程建设中, 工程设计人员、地质工程师和决策部门对活断层的危害抱有极大的关心, 甚至感到忧虑, 这并不是毫无理由的。
因为在人类历史上活断层通过发震或其它方式, 给工程带来的损害是屡见不鲜的。
所以, 在工程建设中, 对活断层给予高度重视, 特别是一些大型工程的选址可行性论证, 对活断层进行深入研究是非常必要的。
(一)研究方法我们也应看到,并非凡有活断层分布的地区, 都将不加分析地一律放弃修建工程的可能性。
从表2所列的工程地质分类可以看出, 活断层既不全是安全的, 也不全都是那么危险的。
由于活断层特点和种类的不同以及工程类型的差异, 所做出的工程地质灾害性评价则有原则性的差别。
不过目前阶段尚未建立起有关活断层工程地质评价的原则和内容的具体标准。
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。
(二)活断层区的建筑原则1、建筑物场址一般应避开活动断裂带2、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3、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。