第四章 活断层的工程地质研究

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1、第二篇与区域移定性有关的工程地质问题第四章活断层的工程地质研究4.1基本概念及研究意义活断层(activefault)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。后一种情况也可称为潜在活断层(potentiallyactivefault)。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。人类历史时期有过活动记录的当然是潜在活断层。对近期地质历史时期却有不同的理解与限定。有人将之限于全新世(即最近11000a以内)

2、，有人则限于最近35000a(以14C确定绝对年龄的可靠上限)之内，更有人限于晚更新世(最近100,000a或500,000a)之内，或者根据近期地质历史时期(例如第四纪期间)有重复活动来判定。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。活动断层有不同的活动特性:持续不断缓慢蠕动的称为蠕滑(creepslip)或稳滑，(stableslip);间断地、周期性突然错断的

3、为粘滑(stickslip)，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。但活断层错动速率是相当缓慢的，两盘相对位移平均达到lmm／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，两盘间年平均最大相对位移也只有5cm。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，GlobalPositioningSystem

4、)或超长基线(VIBI)测量法测得两盘相对位移。近年研究证明，断层位移往往伴有小地震，所以用密集地震台网精确测定小震震中沿断层线分布(参见图6—23)，也是判定断层活动的可靠标志。有些间断活动的断层，在其非活动期，断层线两侧既无相对位移，沿断层也无小地震产生。但经过一定时期之后，在断层线上的某一点会发生较强地震，有时还伴以位移达几米的地表错断。这类断层可从历史上地震和断层错动记录或从过去的强震震中沿断层分布取得其活动标志。但即使在我国这样—个历史悠久的国家，地震历史记录也不过只有3000a左右，仪器确切测定震中更是最近几

5、十年来才实现的。所以判定断层活动性主要还是要依靠地质标志，即断层近期活动在最新沉积层中、在断层物质中或在地形地貌上留下来的证据。通过这些证据的详细研究，可以判定断层是否活动，其活动方式和规模及是否伴有地震。通过多种绝对年龄测定，还可判定断层的活动时间、速率及重复活动的时间间隔或重复活动周期。对活断层进行工程地质研究的重要意义有以下两个方面。其一是断层的地面错动及其附近的伴生的地面变形，往往会直接损害跨断层修建或建于其邻近的建筑物。其次是活断层多伴有地震，而强烈地震又会使建于活断层附近的较大范围内的建筑物受到损害。活断层错

6、动直接损害建筑物的例子迄今为止为数不多。在我国则有1976年唐山地震时的长达8km的地表错断。它呈北30°东方向由市区通过，最大水平错距3m，垂直断距0.7一lm，错开了道路、围墙、房屋、水泥地面等一切地面建筑物。宁夏石咀山红果子沟一带的活断层，也将明代(约400a前)长城边墙水平错开1.45m(右旋)，且西升东降垂直断距约0，9m。日本神户附近的六甲地区活断层对建筑物的影响也是一个较好例子。津田调查了六甲山南侧平原和阶地上建筑物出现裂缝的情况，并以统计珐编制了受损害建筑物等密线图。图上的高密度延伸线恰好与六甲山麓发育的

7、几条活断层的延长线一致，表明建筑物的损坏与断层活动有关。美国被活断层错开的建筑物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

8、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。4.2活断层的特性活断层的特性包括活断层的类型和活动方式，活断层的规模，活断层的错动速率及其分级，活断层的重复活动周期，以及作为活断层活动记录的古地震事件等。4.2.1活断层的类型和活动方式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