5 活断层_地震_火山

地球与自然灾害活断层地震水库诱发地震,第七章火山与地震,一、火山岩浆喷出地表叫做火山喷发，火山喷发则形成火山。火山喷发是地球内部物质和能量骤然强烈释放的一种形式。火山喷出物很复杂，既有气体、液体，也有固体。,火山喷发组图,（一）火山的类型与分布1.火山的类型（1）裂隙式（带状，洋中脊的中央裂谷）（2）中心式（管状）喷发夏威夷型（宁静式），培雷型（爆炸式）中间型（按爆发力的从弱到强又可分为几类）2.火山的分布主要分布在板块的边缘（二）火山地貌（P52,Fig2-23）,二、地震,1.定义岩石圈中某部位聚集的内力超过岩体的承受能力时，该部位岩体发生变形、破裂、错动，急剧释放能量，并以弹性波的形式向四周传播，引起地表震动。地震形成的地裂,2.关于地震的几个基本概念（1）震源：岩石圈中最先破裂的部位（震源深度）（2）震中：震源在地面上的垂直投影位置（震中距）（3）震级：一次地震释放的能量的大小目前测到最大地震震级为1960年的智利8.9级地震（4）地震烈度：地震对地面的影响和破坏程度,3.地震烈度划分,4.地震的分布:全球的地震分布很不均匀，存在着一些震中密集的地带，即地震带。在地震带外，地震很少，且分布零散。地震带的存在与一定的地质构造相关，全球地震最频繁的区域分布在板块的边缘。最大的两个地震带是环太平洋地震带和欧亚地震带（即地中海喜马拉雅地震带），它们存在于全球几大板块的接触带上，分布着占全球85%的浅源地震、全部的中源和深源地震。5.我国的地震分布:我国的地震活动具有分布广且不均匀的特点，6级以上地震几乎遍布全国。6.地震的发育部位与规律（1）地震的发育部位板块边缘、构造块体边缘的深大断裂列、活动性断裂等，断层的转弯、转折处、多条断裂的交汇部位等（2）地震的发育规律能量逐渐积聚能量急剧释放能量转移,世界地震分布与板块构造的关系,图中的红点为19621967年全球浅源与深源地震的震中位置，其他时期的震中位置与此相似,活断层的工程地质意义,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（11000a35000a间）活动过、极有可能在不远的将来（一般理解为重要建筑物如大坝、核电站的使用年限之内，约100a200a）重新活动的断层。,活动特点,粘滑间断性、周期性突然错断，常伴有地震,活动强度,速率变化特点,圣安德列斯断层（最有名的）仅5cm/a,SanAndreasFaultThroughCarrizoPlainTheSanAndreasfaultcutsspectacularlyacrosstheCarrizoPlainofCaliforniainthisviewlookingtothenorthwesttowardSodaLake(whitesaltflatvisibleonthehorizon).StreamsdrainingofftheTemblorRangetotheeast(lowerrightofpicture)areoffsettothenorthbyright-lateralstrike-slipfaultmotionalongtheSanAndreas.TheSanAndreasmarkstheboundarybetweenthePacificPlatetothewestandtheNorthAmericanPlatetotheeast,andisamongthemostactivefaultsystemsintheworld.Geologistsbelievethatthetotalaccumulateddisplacementfromearthquakesandcreepisatleast550kilometersalongtheSanAndreasfaultsinceitcameintobeingabout15-20millionyearsago.TheentireSanAndreasfaultsystemismorethan1300kilometerslongandextendstodepthsofatleast16kilometerswithintheEarth.Indetail,thefaultisacomplexzoneofcrushedandbrokenrockfromafewhundredmeterstoseveralkilometerswide.ManysmallerfaultsbranchfromandjointheSanAndreasfaultzone.,活动性断层判定标志,最新沉积层被错断（Q3以来的地层直接测量数据）,断层物质绝对年龄测试结果,研究意义,专家：两大断层之间挤压频繁洛杉矶随时大地震据媒体综合报道，美国地震学家近日说，美国洛杉矶市不久可能发生地震，因为位处南加州两大断层之间的圣盖博山和洛杉矶市中心，地层下方压力不断聚积，能量一旦释放便会造成地震。强度可达里氏6.7级，但无法预测何时发生。美国太空总署喷气推进实验室地震专家阿格斯上周四发表声明，指洛杉矶可能发生的地震属于中度规模。阿格斯的研究发现，圣盖博山下层的西拉玛德瑞和位于洛杉矶市区地下的朋地冈两大断层挤压频繁，能量释放速度为一年0.2英寸，相当可观。南加州大学华裔地震专家郦永刚同意阿格斯的说法，郦永刚的研究发现，洛杉矶位处圣安德里斯和圣哈辛多两大断层上，地震频率非常高，南北两断层挤压产生能量，一边释放造成另一边积压，这种规模为里氏3级或以下的地震几乎每天发生，但是一般人通常感受不到。,美国专家称洛杉矶极有可能遭毁灭性大地震据美联社报道，美国地质勘探局地震专家琼斯至今记忆犹新，2001年8月，就在“911”恐怖袭击之前，她参加了由美国联邦紧急措施署召开的一个紧急情况训练研讨会。会议列出了最有可能威胁美国的三大潜在灾难：一是纽约发生恐怖袭击，二是新奥尔良遭遇超强飓风，三是圣安德烈亚斯断层(加利福尼亚州地带)发生大地震。截至目前，前两大潜在灾难不幸被言中，都已经变成无法挽回的事实，只剩下最后一项大灾难还未出现。琼斯和其他地震专家想借“卡特里娜”飓风的契机对加州如何预防大地震做全面评估。琼斯和其他地震专家同时指出，过去20年间，加州很少遭遇地震袭击，这是非常幸运的一件事，但是，这并不代表加州以后都能平安无事。南加利福尼亚地震灾害小组预测，2024年以前，南加州发生里氏七级以上地震的可能性高达80%到90%，可以说大灾难就在眼前。比“卡特里娜”可怕其实，美国加利福尼亚州居民长期以来一直认为，一场空前的大劫难“大地震”正在该州赫赫有名的圣安德烈亚斯断层下面蠢蠢欲动。美国地质学家1999年在洛杉矶市普恩特丘陵地带地下3公里处发现活性断层，科研人员在今年6月25日根据不同震荡方式模拟了多个场景，以确定该断层引发大地震后可能造成的损失。他们发现，此类地震可能使洛杉矶这座拥有900万人口的美国第二大城市毁于一旦。美国地质勘探局地球物理学家菲尔德说：“这场大地震带来的经济损失将在8200万美元和2.52亿美元之间，死亡人数将在3000到1.8万之间。”,ThemapsontheleftshowthelocationofthetwoquakesplottedontheDigitalTectonicActivityMap(/dtam/data.html),acomprehensivedatabaseoffaultlines,earthquakezones,andvolcanismderivedfromgeologicalandsatellitedata.,Turkey,siteofamagnitude7.4earthquakein1999thatkilled18,000people,issandwichedbetweenthecollidingArabianandEurasianplates.ThecontinentalcrustunderneathTurkeyisbeingcompressedbythecollidingplates,forcingthebedrocktoshearalongfaultlines.Rocksontheoppositesidesofthefaultsaremovingrelativetoeachother.Earthquakesoccurwhentherocksalongthefaultmovesuddenly,releasingshockwavesthroughtheground.,ThequakeofJune6,2000,(theleftone)occuredinCerkes,100km(60miles)northofAnkara,Turkeyscapital.Withamagnitudeof6.1,itkilled2peopleanddamagedmorethan100buildings.,Amuchmoreseriousquake(therightone)strucktheIndonesianislandofSumatratwodaysearlier.Thatquakewaspoweredbyadifferentgeologicalmechanism.SoutheastofSumatratheoceaniccrustoftheAustralianplateisbeingforcedundertheIndonesianislandsinaprocesscalledsubduction.AstheoceanicplateisdrivendeeperunderneaththesurfaceoftheEarthitgeneratesearthquakesfarbeneaththeoceanfloor.,Bengkulu,Indonesia,washardesthitbythemagnitude8.0quake.Morethan100peoplewerekilledintheremoteregion,andalmostaweeklaterthefullextentofthecatastrophewasnotknown.,活断层区规划设计建筑物的原则,规划选场,尽可能避开主断层带;,尽可能避开正、逆断层的上盘（此处地表变形强烈，分支、次生断裂发育）;,有较大规模正、逆断层，场地要选在距断面数公里以外.,Thedeveloperwantsthelandtobeasclosetodowntownaspossible,butfarawayfromactivefaults.,ActiveorNot?ThatIsTheQuestion,PurposeToevaluateseismicactivityalongmajorSanFranciscofaults.Materials1999Landsat7imageoftheSanFranciscoBayareafaultmapoftheSanFranciscoBayarea,Andyouhavealsofoundagoodmapofthefaultsinthearea.,ForthisworkyouhaveselectedarecentimagefromLandsat7,youhaveaddedayellowmarktoshowthecenterofeachseismiceventthathasoccurredduringthepast100years,Comparethesatelliteimagewiththefaultmap.Lookforfaultsthatseemthemostactive.,Printoutthefaultmapanduseittomarkthespotwhereyourecommendplacingthenewapartments.,Writeashortparagraphinwhichyouexplainyourselection,建筑物类型选择,即使坝体部分被错开35m，因坝体本身非常宽厚而且是柔性的，单纯因错动是不会破坏的。而混凝土坝都是坚硬脆性的，任何有垂向分量的断层错动，即使是1020mm的次级断层错动，必然导致或使坝、基分离，或使坝体破裂。,当场地有活断层穿过，或场地位于正、逆断层上盘只能建散体堆填坝，不宜建混凝土坝。,（3）建筑物结构设计原则,能安全控制大的渗流量（心墙两侧的无粘性土的过渡带要有较低的渗透性，渗流量可以被降低到一个可以控制的数量）,保证土坝在产生57m的错动（距今200年来活断层最大位移）时不致出现大的开裂（一般设计为有相当厚的无粘性土过渡带的多种土质坝）,地震的工程地质研究,1.关于地震,指：接近地表面的岩层中弹性波传播所引起的震动,中源地震（70300Km）,深源地震（130700Km）,火山地震,陷落地震,人工诱发地震,分类,（最广、最多、最严重）,2.构造地震发震机制,产生于板块边缘和板块内部活动构造带，地壳和上地幔岩石在地球内力作用下，产生构造变形积蓄应变能，一旦达到岩体强度极限，就会发生突然的剪切破裂或沿已有破裂面产生突然错动，积蓄的应变能就会以弹性波的形式突然释放使地壳震动而发生地震。,地震波,面波,分为,P-Wave:ThesearecalledPforPrimaryWave.Theyaretheonesthattravelfastestandtherebyareusuallyfeltfirst.Theyarebasicallysoundwavesthattravelthrutheearthfromtheepicenterofanearthquake.Physicstypesknowthisasalongitudinalwave.Itshakesthingsinthesamedirectionittravels.Forexample,ifaP-WaveistravelingWesttoEast,allthethingsintheway,likepeopleandbuildings,willoscillateormovebackandforthintheWest-Eastdirection.Similartoalongstraightlineofbumbercars!Theoneintherearhitsthefirstoneandithitstheoneinfrontofitandsoonandsoon.Aftereachcollision,thecarbouncesbacktoitsoriginalpositiononlytobehitandbumpedforwardagain.Someproperties?,S-Wave:TheseSecondaryWavesaremuchslowerandmuchmoredestructivethanP-Waves.Theyaretransversewaves.Thismeanstheymaketheearthvibrateperpendicularlytothedirectionofthewavetravel.Notgettingit?Thinkofaropelooselyheldbytwopeople.Onepersonstartsmovinghis/her/itshandupanddownrapidly.NoticethewaveintheropegoesfrompersonAtopersonBwhiletheropeitselfsimplyvibratesupanddown-perpendiculartothedirectionbetweenthetwopeople.Thiswavecausesdamageduetoitsconfiguration.Itcausesbuildingstobethrustupwardfromthegroundthenthegrounddropsoutfromunderitasthewavetravelsby.,RayleighWave:ThisisacombinationPandS-Wave.Itsanalogoustoanoceanwave.ItsbothlongitudinalANDtransverse.Itshardtoenvision,butlookatthediagrambelow.Thesurface,whilebeingtoldtovibrateforwardandbackwardinthedirectionofthewaveisalsotoldtovibrateupanddownperpendiculartothedirectionofthewave.Gotit?Theresultisthesurfacemovinginaverticalcircularpath-backandforthANDupanddown.TheRayleighwaveisparticularlydamagingbecauseittellsstructurestomoveintwodirectionsatonce.,LoveWave:Notascarysoundingwave,right?Damaging,yes!ThisoneissortaaRayleighWaveonitsside.IttellsthesurfacetomoveforwardandbackwardANDleftandrightatthesametime,sortalikeasurfacecircle.Also,verydamaging.,注意,面波对建筑物的破坏最大（常具有很大振幅，能在建筑物地基之下造成水平剪切）,相关术语,震中:震源在地面的垂直投影点,震中距:地面上任一点距震中的距离,震级,震级能量,每增大一级约增30倍,一个7级地震的能量约合30颗两万吨级的原子弹,震级指标,如：10mm=10000um，则M=lg10000=4,实际里氏震级：采用修正算法得出,1935年由美国地震学家里克特及古腾堡共同制定的里氏地震规模的主要缺陷在于它与地震源的物理特性没有直接的联系，且在8.3至8.5级左右产生饱和，使强度不同的大规模地震显示同一数值。21世纪初，地震学者普遍认为这些传统的标度已经过时。1977年美国加州理工学院的金森博雄教授提出了地震矩规模(momentmagnitudescale)，该标度能更好地描述地震的物理特性，如地层错动的大小和地震之能量。地质学家塞恩斯坦和埃米尔欧卡尔认为去年年底印度洋大地震地震矩规模不是开始认为的9.0级，而为9.3级，因为地震矩的标度每增加0.3级，能量就大约增加两倍。历史纪录中最强烈的地震是1960年5月22日的智利大地震，地震矩规模9.5级。,地光是强地震前后常见的一种自然现象，地光闪耀的同时，往往伴随着轰隆隆的地声。,早在1961年，日本学者安井丰等在研究地光时，就注意到了大气电场的问题，后来他陆续研究了日本、美国等地的地震发光现象，于1972年提出了地光现象是地震时剧烈的低层大气振荡的看法。他认为：在地震区常会有以氧为主要成份的放射性物质，被从地里抖到大气中。特别在含有较多放射性物质当中、酸性岩石分布区和断层附近，大气中的氡含量将有显著提高(这一点已为实测结果证明)，这也将使大气离子化增强，导电率增加。如果这时地面存在一个天然电场(这个电场可以由压电效应产生)，那末就会发生向空中的大规模放电，使地光闪烁起来。大面积放电和氡蜕变时放出的射线都有可能激发荧光，使日光灯管闪亮。,另外，也有人用压电效应理论来解释地光。物理学的实验发现，许多晶体在受到挤压拉伸时，会在两个平面上产生相反的电荷，称为压电效应。压电石英就是一种具有压电效应的晶体。如果沿着石英晶体的垂直轴切制一个薄片，并沿薄片厚度的方向施加一定压力，这时薄片的两个受压面将产生不同的电荷，且电荷的密度与压力成正比。美国的科学工作者为揭开地光之谜作了大量的研究工作，已迈出了重要的一步。据报道，他们在实验室里对圆柱的花岗岩、玄武岩、煤、大理石等多种试样进行压缩破裂实验时发现，当压力足够大时，这些试样会爆炸性地碎裂，并在几毫秒内释放出一股电子流。正是这股电子流，激发周围的气体分子，使它们发出微弱的光亮。芬克尔斯坦和波威尔认为，当石英在地壳岩层中作有规律排列时，如果沿长轴排列的石英晶体的总长度，相当于地震波的波长时，就会产生地震等压电效应。若地震压力的压强为30-300帕，就有可能产生500-50000伏/平方厘米的平均电场，这个电场足以引起闪电那样的低空放电现象，产生地光。,何谓地震速报？所谓“紧急地震速报系统”遵循的是这样一套理论：地震发生时，一般是破坏力较小但速度较快的地震波(日本简称“P波”)先活动，接着就是破坏力大但速度慢的地震波(简称“S波”)。两种震波之间存在几秒到几十秒的时间差。日本技术人员正是利用这个时间差，使用仪器探测出P波后，迅速发出预警。在S波来临之前，人们可以得到几秒到十几秒的宝贵逃生时间。这套预警系统以前多用于特殊机构。如安装了信号接收装置的列车、电梯在接到信号后，可以迅速自动停止运行，建筑工地和医疗机构等也能够马上停止作业，减少工程人员和病人的损失。从去年9月开始，日本气象厅开始面向一般市民提供5级以上的地震警报。普通市民可以通过电视、广播和专用的防灾行政无线设备接收警报，在更大的地震波来临前，保存生命，减少损失。地震来临前的几秒6月14日早上8点43分51秒，紧急地震速报系统检测到了“岩手宫城内陆地震”震源地的P地震波，3秒后总务省气象厅发出了面向一般国民的5级弱自动紧急地震警报，1秒后自动修正为5级强地震，4秒后再次更正为6级强地震。宫城县大崎市田尻地区在这次地震中的震度为6级弱。在S波到来前的5.33秒，地震预测警报启动了。据朝日新闻报道，49岁的高桥厚志当时正在看电视，电视里响起了“大地震！大地震！”的警报，“快躲起来！”他马上朝在客厅的两个儿子大喊。就在一家人刚躲好时，地震来了。所幸，一家人没有受伤。大崎市的古川第三小学的学生们也很幸运。因为学校安装了速报预报装置，在距离震动10秒前，校内就响起了地震预报广播。学生们在老师的指导下，马上跑到附近的安全地带，逃过一难。实际上，离震源越远，震度越低，预警时间与实际S波到来之间的时间差就越大，预警效果就越好。除了宫城县的大崎市(震度为6级弱)在地震前5秒就接到预警以外，离震源70公里的仙台市宫城野区五环(震度为5级弱)在15.32秒前就接到了预警。由于这套防灾无线装置造价昂贵，动辄数百万日元。根据总务省消防厅统计，日本全国1788个市町村中只有61个安装了此系统。这次遭受地震的宫城县栗原市和岩手县陆前高田市就是其中的两个。,地震烈度,单凭破坏现象的描述进行烈度划分,地面位移加速度,地面位移速度,与震级的关系,M=0.66Io0.98(M为震级，Io为震中烈度),距震中等距离的不同点上的烈度,不一定相同,基本烈度含义的时代变化,特点,是用统计学方法计算得来的综合烈度,“基本”二字是为了与一般使用的烈度意义有别,基本烈度,特点：没有明确的时间含义,7080年代,特点：有较明确的时间含义,90年代以后,特点：有较明确的时间含义和概率含义,常用地震烈度术语,场地烈度：指某一地区或场区，根据其地区的地质条件的不同（如岩性、地质构造、地下水、地形地貌、自然地质特征），参照地区的基本烈度而加以修正的烈度。,地震区划图,地质条件相同的地区，地震活动性亦可能相同,90年代后，加入遭遇地震危险的可能性因素(即发生概率),工作中应查阅最新的中国地震烈度区划图,用途,中小型工程抗震设计,特点,只能提供较大地区内地震危险度的平均估计,不能用于预测地震破坏作用在较小范围内的变动,场地地震效应,分为,强烈震动效应,现象:绝大多数破坏性地震是由于沿活动性断裂产生突然错动而引起.如果震源较浅,断层错动可直达地表造成地表错断.它沿一定方向展布于一个狭长地带内,绵延数公里至数百公里,跨越这一断层的房屋、堤坝、桥梁以及各种管线会因此破裂而产生严重破坏。,现象：如果建筑物地基强度很低或地震动加速度很大，就会导致地基承载力的下降、丧失以致地基的变位、移动。,无水震陷砂土抗剪强度ntg,砂土的抗剪强度n砂粒接触面上的正应力,饱水无震砂土抗剪强度（npwo）tg,pwo孔隙水静水压力,饱水振动砂土抗剪强度n（pwopw）tg,pw振动过程中的剩余孔隙水压力,当受到振动时，粒间剪力使砂粒间产生滑移，改变排列状态。如果砂土原处于非紧密排列状态，就会有变为紧密排列的趋势；如果砂体的孔隙是饱水的，要变紧密就要从孔隙中排出一部分水；如果砂粒很细，整个砂体的渗透性不良，瞬时振动变形须从孔隙中排出的水来不及排出砂体以外，结果必然使砂体中孔隙水压力上升，砂粒间有效正应力就随之降低。,当孔隙水压力上升到使砂粒间有效正应力为零时，砂粒就会悬浮于水中，砂体也就完全丧失了承载力，这就是砂土液化。,地震(区域性的，面积可达数千平方公里),自滦河口以西直至宁河一带,数千平方公里范围内到处喷水冒砂,十几万亩农田为砂土所覆盖,十几万口机井为砂所淤塞,不少公路铁路大桥由于强烈沉降而被毁,许多工业民用建筑物受到破坏.其它如75年的海城地震、64年的阿拉斯加地震等都引起过较大区域的砂土液化.,地基失效：随粒间有效正应力降低，地基土层的承载力也迅速下降，直至砂体呈悬浮状态时地基的承载能力完全丧失。,地面沉降和地面塌陷：变密而沉降，涌砂而塌陷,砂土特性,粉(0.075d0.005)、细(0.25d0.075)砂体最易液化,粘粒含量少、粒径愈均匀，愈有利于液化,砂体埋藏条件,地下水埋深愈浅，非液化盖层愈薄，愈易液化,地震特性,地震持续时间愈长，愈易引起液化,良好场地的选择,地下水埋深大,人工改良地基,换土（适于地表处理