1-活断层的工程地质研究

第一章活断层的工程地质研究,第一节概述,一、活断层:或活动断裂,是指目前正在持续活动的断层，或在人类历史记载时期(或近期地质时期)曾有过活动极可能在不久的将来重新活动的断层。后一种情况亦称为潜在活断层。目前国内外学者对活断层的时间界限不很明确，存在不同的认识。对不久的将来重新活动断层考虑：从工程使用的时间尺度和断层资料的准确性，考虑可能重新活动时间不宜过长，一般工程使用年限数十-上百年，一些重大的设施使用年限100-200年内。在确定活断层合理的时间界限时，一是要考虑工程建筑物的经济、安全；二是要考虑断裂活动的延续性。时间界限定得太早，则将某个时期以来就已停止活动的断层亦划在活断层之内，势必增加不必要的工程处理措施；如定得太晚，则又过于冒险，特别是大型工程，还要考虑潜在活断层的影响。,活断层拟应划分为晚近活断层（一般活断层）和现代活断层（或称工程活动断层或潜在活断层）二类型。前者指新第三纪以来有过的活动，而现今未见活动证据的断层，在工程建设中虽不能忽视，但不是研究的重点；后者指晚更新世以来至今仍有活动的断层，特别是人类历史记载时期由于强震而形成过地震断层的活动构造带，是地震工程地质研究的重点。二、活断层对工程建筑物的影响(研究意义)有以下两个方面:1)活断层的地面错动及其附近伴生的地面变形,往往会直接损害跨越断层或邻近的建筑物;2)活断层多伴有地震,强烈的地震会使活断层附近较大范围内建筑物受到损害。,第二节活断层的基本特征,一.活断层的类型与活动方式1.类型1)根据断层面位移矢量方向与水平面的关系，可分为倾滑断层(分为正断层和逆断层)和走滑断层(亦称平移断层,分为左旋和右旋断层)，其中以走滑断层最为常见。它们的构造应力状态,几何特征，运动特征不同.故它们对工程场地的影响各异。a.逆（活）断层:构造应力状态是1近水平,3近直立,故断层面与水平面的夹角一般小于45,一般20-40,呈舒缓波状.上盘(上升盘)上升,伴有地面变形,并伴有多分支和次级断层发育,岩石破碎,断层规模较大（可达上千km）,断层带很宽。世界上许多大的断层都是伴随逆断层错动产生的。,b.正断层：1近垂直,3近水平,断层面与水平面的夹角一般大于45,一般为60-80,往往呈参差状,断层带较宽,上盘(下降盘)分支和次级断裂常较发育,岩石较破碎,地面变形强烈。其变形和分支断层活动，主要集中于下降盘。c.走滑断层或平移断层1,3均近水平,故断层面近直立,断层线平直,断层带极窄。两侧相对作水平运动,垂直升降很小，分支断裂较正逆断层少。断层类型不同由主断层中线到分支和次级断层带外缘宽度不同.2).按断层的主次关系:可分为主断层、分支断层和次级断层。,2.活断层的活动方式1)粘滑粘滑型断层或地震断层：以地震的方式产生间歇地突然滑动称粘滑，形成的断层称为粘滑型断层。该型活断层的围岩强度高，断层带锁固能力强，能不断积蓄应变能，当应力达极限强度后产生突然滑动，迅速而强烈地释放应变能，造成地震，故沿此断层常有周期性的地震活动。2).蠕滑蠕滑型断层或蠕变型断层：沿断层面两侧岩层连续缓慢地活动。围岩强度低，断层带内含软弱充填物，断层带锁固能力弱，不能积蓄较大的应变能，在受力过程中易发生持续而缓慢的滑动，无地震发生，有时伴有小震。,二.活断层的继承性和反复性活断层往往继承老的断层活动历史而继续发展，且现今发生地面断裂破坏的地段过去曾发生过同样的断层活动。三.活断层的长度与断距习惯上将地震时地表断裂带的长度和断层的最大位移值来分别表示活断层的长度和断距。一般认为，地面上产生的最长地震断裂最能代表震源断层的长度。我国地震工作者1965年提出关系式:M=3.3+2.1lgL四.活断层是深大断裂复活的产物研究表明，活断层往往是地质历史时期产生的深断裂在近期及现代构造应力条件下重新活动而产生的。,五.活断层的错动速率和错动周期1.错动速率:活断层每年错动的距离.a.错动速率的确定:一般通过紧密地形测量和研究第四纪沉积物年代及其错位量而获得.精密地形测量可准确地测定活断层不同地段的现今错动速率.错动速率是不均匀的.第四纪沉积物和错位量研究,可测定活断层在最新地质时期内平均错动速率.b.错动速率的分级:可分为AA,A,B,C,D五级(见表),2.错动周期：活断层相邻两次突然错动之间的时间间隔即为错动周期。错动时代的确定：可分为错断地层年龄法(间接法)和断层物质绝对年龄法(直接法)两种。错断地层年龄法适用于错断断层带及其所在地质体上覆盖第四纪沉积物的条件下；绝对年龄法是用断层带采集的样品测定同位素年龄。,第四节活断层的鉴别标志,一.地质、地貌和水文地质特征1.地质标志：断层错动在地层中或地表面留下的证据。最新沉积物的地层错开，是活断层最可靠的地质特征。一般地，只要见到第四纪中，晚期的沉积物被错断，无论是老断层的复活或新断层的出现，均可鉴别为活断层。这是鉴定活断层最本质、最直接的标志。但要注意与由于滑坡、土层不均匀沉降、岩溶塌陷引起的局部地层错动相区别。断层为区域深大断裂的组成部分。松散、未胶结的断层破碎带也可作为判别活断层的地质特征。断层陡坎和地裂缝：亦是鉴别活断层的重要证据。,2.地貌特征：活断层穿切出现在地表往往造成地形突变。两种不同的地貌单元的分界线（长距离相接）,两侧分别为断陷区和隆起区。同一地貌单元的分解和异常（夷平面解体）。如同一夷平面或阶地被错断。深切的直线型河谷或沉陷谷地：沿断层有断层陡坎，断层面平直新鲜，并呈线状分布。走滑型活断层可使穿过的河流，沟谷方向发生明显变化。此外，在活断层带上滑坡,崩塌和泥石流等常呈线性密集分布。,3.水文地质特征：地下水位在断层两侧有明显变化：这是由于活断层带的地应力增强，引起岩体不同程度的变形，而促使地下水压力增高，引起局部地下水高程不同。沿断裂带泉水常呈线状分布，且植被发育；沿活断层带常有温泉、地热异常呈带状分布。水化学成分异常：由于活断层一般比较深大，在活动过程中常将深部的化学成分带上来，表现为某些微量元素，如氡、氦、硼、溴等异常。,二.历史地震和历史地表错断资料沿断裂带历史上有发生地震的记录，震中呈有规律的分布。沿断裂带有地震断层的历史记录，或记录有地面高程的变化、开口裂隙、新泉形成等情况。此外，还可寻找古地震的遗迹。三.使用仪器测定利用密集的地震台网能确切地测定小震震中位置，并确定活断层的存在。采用重复精密水准测量和三角测量所获得的地形变的证据，能判定无震的蠕滑断层或地震断层的活动性,它可求算活断层不同地段两盘相对活动的趋势和幅度。,第五节活断层的调查和研究方法,活断层的调查研究分阶段进行:第一阶段,区域性踏勘.第二阶段,场地内及其附近的详细地质测绘,第六节活断