梁地震地质第二章第二节2

活动断裂专题研究与大比例尺地质填图80年代以前：活动断裂研究重点是进行区域性调查。主要成果：地震烈度区划图和中国地震构造图。80年代初：开始了对新疆富蕴断裂带的综合专题研究。1983年起：开始组织对海原活动断裂带进行1：5万地质填图，并于1988年通过鉴定，取得了我国第一份活动断裂大比例尺填图和综合研究成果。（一）

含义：与一般的地质填图不同，活动断裂大比例尺填图是一种融汇了地质、地貌（特别是微地貌）和第四纪地质等多学科理论和方法的特有的填图技术，应用这一技术，有可能把活动断裂的定量研究建立在更全面、更扎实的基础上，取得更准确的定量资料和研究成果，并在实际中加以推广。（二）图面内容：地层：根据新地质体细分，老地质体粗分原则。前新生界划分到系或统；第四系至少划分到统、组。断层：前第四纪断裂有一定程度的反映；对活动断裂则详细调查测量，包括：与老构造的关系，平面展布（分叉、拐弯、），性质，活动时代（全新世，前全新世，前中更新世）其它构造：拉分盆地，推挤构造微地貌：断层崖、断层三角面、水系错动量、地震地表破裂带、地震位移（冲沟、山脊、阶地）、地震陡坎、鼓包、垅脊、凹槽、地震滑坡、地震土林、地震陷落坑

大比例尺地质填图成果完成了华北张性构造区、青藏高原东缘走滑断裂区和西北挤压构造区15条主要活动断裂的大比例尺地质填图。已经出版的专集有：《鄂尔多斯周缘活动断裂系》《秦岭北缘活动断裂带》《郯庐活动断裂带》《海原活动断裂带》《东昆仑活动断裂带》《阿尔金活动断裂带》《小江活动断裂带》《富蕴地震断裂带》《红河断裂带》《鲜水河活动断裂带》

活断层分段一．有关的基本概念

通过对许多大地震的实地调查，发现大震形变带仅沿断裂带的某一地段分布，而且不同地段的断裂活动性和相应的震级也是不同的。由此，人们逐渐形成了活动断层分段的概念。1968年C.Allen描述了沿圣安德列斯断层5个活动情况不同的区域，三个是地震活跃区，两个是地震弱活动或不活动区。1970年R.Wallace将圣安德列斯断层分为9段，主干断层分为7段，另2段是分支段,并详细描述了各个段落在活动习性上的特点。中国从80年代后期，也开始了活断层分段的工作，1987年在新西兰全球主要活断层特性对比（IGCP-206项目）讨议会上中国工作组的报告给出了有关中国郯庐等六条活断层的活动特性研究，发表了对断层分段标志问题的看法。段（segment），分段（segmentation）。断层分段本是一个较古老的概念。早期的工作主要是对断层结构分段及长期活动性差异的分段。随着近年来对断层活动习性特别是古地震研究的深入，对断层分段这一概念赋予了许多新的认识和含义。更加强调了断层与地震间的时空关系。不同类型的断层分段断层分段可概括为以下四种：（1）断层形态的几何学分段：根据断层分布排列等几何学特征进行的段落划分；（2）断层的结构分段：根据断层带内及两盘岩性、地层结构的特征进行分段;（3）断层的活动性分段：是根据断层长期活动性差异的分段；（4）断层的破裂分段：是断层破裂状况的分段；我们讨论的主要是断层的破裂分段。即力图把断层活动与地表破裂联系起来的分段。我们对断层进行分段的一个重要目的，就是要寻找未来地震破裂段的位置和长短。前三种分段不能给出与未来地震危险性必然联系的明确结论。破裂分段，在地震危险性评估中有更重要的意义，但有更大的难度。这一问题的解决需要有地质学、地震学、地球物理学多方面的资料，理论和方法的综合运用。

几个概念对断层分段理解的深入是与下面几个概念的发展分不开的

1．特征地震（Characteristicearthquake）R.Wallace（1968）研究圣安德列斯断层卡里左平原段断错水系时，发现：大量小冲沟的断错量大致为1857年大震断错量的倍数。如果认为震级大小与地表破裂断错量正相关，则相同断错量可认为对应大致相等的震级，断错量的倍数关系则反映相同地震的原地重复。1984年Schwartz把这种原地重复的近乎同等大小的地震称为特征地震。它不仅有原地重复大小相近的断错，而且有相同的运动方式和相近的破裂长度。2．地震空区大震在地震带上连续发生，如果考虑一个合适的长度，大震破裂会连续覆盖一条地震带。如果大震破裂带空间分布有空区，未来大震会发生在这里以充填空区。地震空区的概念揭示了一个事实：即在地震带内，断裂活动是以一次次地震破裂为单位分布的，相邻破裂重叠部分很小。

3．累计滑动亏损由空区的概念可知，每次大震破裂很少相重叠，即地震破裂是分段破裂的。这种情况可以用两种模式来解释：①大震随机相间分布，即地震破裂起始点和终止点并无明显的构造标志，破裂的终止也是能量自由释放（完了）的结果；②大震特定分布，即由于断裂带的不均匀性，地震破裂被限定在一定的范围之内发生。特征地震的发现，为第二种模式提供了证据。由于地震破裂始发点的位移量大，向两侧逐渐衰减，如果断层活动符合第二种模式，则在多期地震破裂重复后，势必造成破裂终止部位的位移量远小于起始部位的位移量，这就是累计滑动亏损的概念。4．障碍体Aki（1979）在研究地震波的传播时，提出了地震破裂的障碍体（barrier）模型。其特点是：断面失稳错动后的终止应力是不均匀的，具有部分应力降或负应力降的区域可解释为障碍体。由于障碍体吸收了继续破裂需要的应力，所以对破裂的扩展产生阻碍作用。岩性障碍：指地下岩体,在破裂传播方向上障碍体可分为岩石抗剪强度发生变化。构造障碍：特殊构造部位对破裂传播的影响。（几何障碍）障碍体概念的提出为活断层分段提供了理论依据。

滑动模型与段的持久性Schwartg等提出了三种断层滑动模型可变滑动（Variableslip）均一滑动（uniformslip）特征地震（characteristicearthgualce）可变滑动模型：破裂事件随机分布于断裂带上，具有可变的破裂位置和破裂规模，即一次破裂的发生并不能保证下次破裂原地重复发生，破裂段不具有稳定性；均一滑动和特征地震模型：大震具有固定的位置和规模，显示出大震重复段断裂活动的相对独立性。所以：根据上述理论模型和事实资料，可以从稳定时间角度把段分三类：①

不稳定的破裂段相当于可变滑动②

非持久性破裂段在断层发展的一定时间段内，可作为稳定的破裂单元重复破裂③持久性的破裂段作为永久性的破裂单元而存在以上三种类型对未来预测的意义是不同的类型①由于极不稳定，很难对未来破裂进行预测类型③可以很好地预测未来类型②则需判断现在所处的状态

可变滑动模型（Variableslip）特点：在同一点上每次地震破裂产生的位移量不同；沿断层走向具有定常滑动速率（从一段时间来看）地震震级大小不等因此在断层带的任何一个点上位移量是随时间可变的。由于没有习性永久不变的段落，在较长时间段里，平均滑动速率沿断层基本上处处相等。

均一滑动模型（uniformslip）特点：在同一点上每次地震破裂产生的位移量相同；沿断层走向具有定常滑动速率（从一段时间来看）大地震震级相似，且有大量中强地震发生。

因此地震是非随机分布的；大地震周期性地在断层的某一段上发生，而在其它段上，则发生多次中强地震，以弥补位移量的不足。同时，在一较长时间段里看，累积位移和平均滑动速率沿断层基本上处处相等。

特征地震模型（characteristicearthgualce）特点：在同一点上每次地震破裂产生的位移量相同；沿断层走向的滑动速率不同大地震震级相似，很少发生中强地震

断层分段的方法1．断层几何形态分段的方法：利用断层几何形态的变化，如弯曲、分支、间断、斜列、阶区几何形态的变化等作为标志进行分段。2.

断层结构、构造特色分段的方法：利用沿断层的结构特点，如宽度、断层两侧岩性的变化等等作为标志进行分段;3.

断层活动性分段的方法：根据蠕滑段、粘滑段的区别，滑动速率变化等进行分段；4.

断层地貌特征分段的方法：根据特定的地貌形态作为标志进行分段；5.

地震活动性分段的方法：根据中小地震活动、空区、震源机制等特点进行分段的方法6.

古地震活动历史分段的方法：根据活断层的古地震事件的大小、复发间隔以及破裂状况的分析进行分段的方法7.

断裂带地球物理特性分段的方法：根据沿断裂带重、磁异常进行分段的方法8.

分形几何学分段的方法9.

平均波速比（Vp/Vs）分段的方法。

活动正断层的分段标志1．主要的阶区和间断区阶区：两条相邻断层迹线不在同一直线上的；间断区：两条相邻断层迹线在同一直线上的阶区和间断区都反映了断层发育过程中次级断裂的相对独立性，因此是正断层破裂分段的重要参考标志。在对美国Wasatch断层和盆-岭地区正断层的研究中，其中很多段的分界点标志为阶区或间断区。注意：阶区和间断区作为段分界区应有一定的量级，例如以公里为量级（美国盆-岭地区）。2．沿山前的主要突出指基岩山体向盆地内突出的部分。围限突出体的第四纪断层的活动性一般弱于山前断裂部分。3．横向基岩隆起4．断裂的宽度、断层数目及断裂复杂性的增加5．变形特征，运动方式的变化等6．横向构造

活动走滑断层的分段标志1．

沿走向的断层弯曲分拉张型或释放型弯曲（releasingbend）挤压型或限制型弯曲（restrainingbend）一般弯曲角在5度到30度之间，小于5度的情况被认为是平直的，大于30度时，主断层要么被其它断层横截，要么出现阶区与分叉。2.

断层阶区一般宽度应大于5公里才有意义，否则可能仅是浅表部构造而不能延伸到发震深度，因而就没有障碍构造的意义。3.

断层带的分叉（branch）4.

断层带的分离或空缺（gap）5.

断层带宽度的突然增加或减小6.

与主断层横向交汇的地质构造（断层、褶皱、盆地、隆起和火山群等）

活动逆断层的分段标志地质构造标志1．

构造变形标志2．

断层几何标志3．

横向构造标志地球物理标志低速层有无、数量的增减、深度差异微小地震活动资料地形地貌标志1．

地貌面变化2．

断层陡坎3．

线性凹谷4．

山湾（embayment）这是由于两个相邻的逆冲席块的逆冲方向不甚平行，略带会聚，形成“山湾”（因类似海湾而称之）。

分形与分维分形具有自相似结构的几何形体称为分形“分形”的英文是Fractal,它是由分形几何学的创始人Mandelbrot根据拉丁形容词Fractal（破碎的）创造出来的。分形现象：水系分布：主流上分布着许多支流，在支流上又分布着许多亚支流….等等。高品位铜矿：在全球分布不均匀，主要集中在少数几个地区，如果考察其中某一地区的铜矿分布，就会发现其分布仍然是不均匀的，而又集中在少数几个子区域，如此等等。地震分布：地震带，子地震带。分形的一个突出特点是无特征尺度。特征尺度：指某一事物在空间或时间方面具有特定的数量级。对于特定的量级要用恰当的尺子去测量。用尺去量万里长城，用寸去测细菌，都是不适当的。当你在一张十万分之一的地图上看到一个海湾时，如果对它在万分之一的地图上进一步观察，就会发现有更小的海湾冒出来，在千分之一的地图上还会出现更小更小的海湾。（如：北戴河海滨）因此海岸线是一种自相似现象，它无特征尺度。用不同长度的尺子去量海岸线，会得到不同的海岸线长度。如果用不断缩小的尺子去测量，海岸线总长度就会不断增加，最后趋于无穷大。这就是英国气象学家Richardson在上世纪初提出的海岸线有多长的问题。

实例：北戴河海岸形态特点：海湾与岬角相间分布有不同尺度的岬湾秦皇岛海港是一个岬角金山嘴是一个岬角这两者之间是海湾北戴河海滨是一个大海湾但细分：又有几个岬角和海湾原因：有伟晶岩脉穿插的花岗岩（硬）-------形成岬角两岬角之间为片麻状花岗岩（软）-------形成海湾

分数维那么在无特征尺度区，是什么量与测量的尺度无关？这个特征量就是分数维。Koch雪花对一个边长为2厘米的正三角形作自相似变化：在它每一边的正中间1/3处再造一个边长为2/3厘米的外凸正三角形，这样原来的三角形就变为六角形。对这个六角形再进行同样的变换，就会得到18角形。经过无穷次变换，最后得到的极限图形接是由无穷短的边连接成的闭合曲线。这条曲线处处连续，但处处不可微。瑞典数学家Koch把它称为一粒理想的雪花。如果对最初的三角形作一个外接圆，可以看出这条曲线不会超出这个外接圆，即它的面积是有限的。然而，曲线的周长为无穷大。一条无穷长的曲线位于有限平面上，因此它的维数既不是1也不是2，而是介于1和2之间的分数维。

拓扑维的定义：一个几何对象的维数等于确定其中一个点的位置所需要的独立坐标数目。要把拓扑维数定义推广到分数维需要做两件事：突破维数一定是整数的限制因为分形本身是一种极限图形，要对拓扑维数的式子取极限。

活动断裂研究进展

1.

时间尺度由几十万年、几百万年发展到10万年、1万年；2.由定性发展到定量的研究阶