活断层的工程地质研究
中国地质大学工程地质学基础精品PPT课件
• 活断层受控于板块构造
• 全球构造（板块构造）理论的基本点是， 全球划分为六个刚性的岩石圈板块。板块 在软流层之上漂移，不断地运动。
• 板块边界的作用力是中国 大陆新生代和现今构造变 形的主要动力源。
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。
等级
错动速率 (㎜/a) 活动性
AA >10 极强
A
B
C
D
1－10 0.1－1 0.01－0.1 <0.01
强
弱
微
非活动
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。
（3）沿该断裂发生过 蠕动或微震活动
活断层工程地质研究意义
• 活断层的活动可视为一类地质病害，可以 对建筑物产生破坏作用而致害。从这个意 义上讲，活断层的工程地质研究就是要研 究活断层与工程建筑的关系，评价其对建 筑物的破坏作用。
• 活断层错动变形对建筑物的直接破坏;活断 层对区域地质环境的影响，如地震、区域 地壳稳定、水库地震等。
二、活断层的活动方式
（1）粘滑型活断层 间歇性突然滑动，常伴有地震活动，也称为地震断层。 发生在强度较高的岩石中，断层带锁固能力强，危害大。 发震断裂特征：深断裂，裂谷，板块接触带。
地质课件-活断层工程地质研究
石崗大壩全長700m, 臺灣 1999.9.21地震中被斷層切錯
• 上述三種活斷層的位移向量都分別是單純走滑或 傾滑，其產生的應力場是三個主應力方向中的兩個 是水準的而另一個是垂直的。
• 實際應力場往往是複雜的，三個主應力方向既不完 全水準也不完全垂直，而是由不同的水準和垂直分 量所合成。因之，斷層的位移向量也多由不同的傾 滑、走滑分量所合成。而活斷層的類型也就可以是 左(或右)旋走滑逆沖斷層或左(或右)旋走滑正斷層 等多種形式。
• 大多學者認為，“近期”的概念應遵循兩大原則：（1）應從 斷裂活動的延續性考慮；（2）應考慮對工程建設最有利、最 合適。
1.1 基本概念與研究意義
• 從工程建築來看，時間界限定得靠前，比較安全，但是太靠前， 會增加很多不必要的處理措施，經濟上不合理；定得靠後，又 會冒險，對許多大型建築工程不妥。定在中更新世較為合適。
1-正斷層;2-逆斷層;3-正走滑斷層;4-共軛斷層;5-逆走滑斷層;6-走滑斷層;7-張破裂;8-性質不 明斷層;
1.2 活斷層的基本特徵
一般說來，地震震級愈大，震源深度愈淺， 則地表錯斷就愈長。大於7.5級的淺源地震均 伴有地表錯斷，而小於5.5級的地震則除個別 特例外均無地表錯斷。
同樣震級的地震則由於震源深度不同或鎖 固段岩體強度不同而地表斷裂的長度各不相 同。
海城縣析木公社近SN向和近EW向鋸齒 狀地裂縫,具有左旋扭動性質,位移36cm
靠近三藩市第六街的布魯克桑姆 街路面出現了深深的地裂縫並有 明顯的垂直位錯
某水電站活斷層監測裝置，監測水準方 向移動，固定在斷層兩側
主要內容：
1.1 基本概念與研究意義
1.2 活斷層的基本特徵
1.3 活斷層的鑒別標誌 1.4 我國活斷層的分佈 1.5 活斷層的調查與研究方法 2.6 活斷層區的建築原則
第四章 区域稳定性问题
③正断层 在错动过程中，垂直断面走向的水平方向有所伸长。伴 随这类断层活动的变形(下沉)和分支断层错动，主要集中于 下降盘。与河谷平行断面倾斜的正断层，可以使拦河坝产生 比其它形式断层运动更宽的初始裂缝（下图）。一般说来， 这类断层的可识别程度介于走滑断层和逆断层之间，其影响 带宽度和对工程的危害程度也介于两者之间。
在基础理论、研究思维方法等方面的一些新进展。
1)学科理论体系的建立和完善。重点论述地壳稳定性分析、主要 地质灾害风险估算和地壳稳定性评价3个层次的基础理论。
2)研究思路和方法不断更新。主要论述系统的、多层次的研究思
路；动态的、发展演化的研究思路和多种方法相互补充验证的研究思 路。
第二节 活断层的工程地质研究
美国原子能委员会:
狭义上,是全新世一万年以内; 广义上,能动的断层,过去3.5万年内活动过; 过去50万年内反复活动过,与之有联系的断层; 有地震活动记录的断层。
在我国:分铁路1万年内; 核电站5万年内。
2．活断层的基本特征
(1)深大断裂反复活动的产物；
(2)具有继承性，反复性； (3)具有两种活动方式：
补充阅读:
(2)我国区域地壳稳定性研究的新进展 区域地壳稳定性研究是工程地质学中与地质力学和构造地质学关 系密切的一个分支学科。近10年来，随着国家大型工程建设的高速发 展，区域地壳稳定性研究取得了长足的进步，逐步形成了自己的学科 理论——区域地壳稳定性工程地质学。我们从两个方面介绍这门学科
在我国逆冲型活断层主要发育于西部地区。 受印度板块年速率约6cm的NNE向俯冲的推挤， 自南而北有喜马拉雅山南麓逆冲推覆断层，天 山南侧，天山北侧逆冲推覆断层等几个长达数 百公里走向近东西的逆冲型活断层，青藏断块 东界的北段，则有走向北东的龙门山逆掩推覆 断层；所有这些断层都是活动性强烈的发震断 层。
1 活断层工程地质
1 活断层 活断层工程地质
活断层评价
1、地震振动破坏及对策 地震振动破坏程度与地震 强度、 强度、场地条件及建筑 物抗震性能有关。 物抗震性能有关。 烈度（ 大小与震级M 烈度（I）大小与震级M， 震源深度H 震中距Δ 震源深度H，震中距Δ及 有关。 地质条件 有关。 f(M、 I＝f(M、H、Δ、 ……) )
坑探是研究活断层必不可少的手段， 坑探是研究活断层必不可少的手段，借助它可以获取 活断层活动特性的一些参数。 活断层活动特性的一些参数。探槽一般横跨活断层开 4m， 挖，深3—4m，根据由新到老各地层愈来愈大的错动量， 4m 根据由新到老各地层愈来愈大的错动量， 以及测定各地层的绝对年龄， 以及测定各地层的绝对年龄，即可估算出该活断层在 近期地质时期或历史时期内错动的次数，错移量， 近期地质时期或历史时期内错动的次数，错移量，错 动周期和错动速率，还可根据埋藏, 动周期和错动速率，还可根据埋藏,沉积层中的砂土液 地震构造裂缝、软层理揉皱等遗迹， 化，地震构造裂缝、软层理揉皱等遗迹，以及测定它 们的绝对年龄， 们的绝对年龄，通过确定古地震事件的次数来进一步 估算活断层的活动参数，也可通过考古和古建筑错动 估算活断层的活动参数， 的证据，估算活断层在历史时期的某些活动参数。 的证据，估算活断层在历史时期的某些活动参数。
图示
1活断层工程地质
活断层的特性
1)、 1)、活断层的活动方式 蠕滑：连续滑动过程， 蠕滑：连续滑动过程，伴小震或无震 粘滑： 粘滑：断层快速滑动 同一条断裂带的不同区段可有不同的活动方式
1 活断层 活断层工程地质
活断层的特性
2)、 2)、活断层的规模及活动速 率 断层规模包括： 断层规模包括：其长度和切 割深度，反映能量和破坏力 割深度， 活断层的活动速率： 活断层的活动速率：活动性 强弱 mm/年 mm/年 活断层分级： 活断层分级：
工程地质勘察中断层的活动性研究
工程地质勘察中断层的活动性研究摘要:断层对工程项目的破坏可分为：断层活动诱发地震导致的破坏、断层缓慢蠕动导致的地裂缝和地表位移、断层活动导致的次生灾害如滑坡、泥石流等。
因此，断层的活动性研究在工程地质勘察中尤为重要。
为保证工程项目的安全，正确判定断层的活动性是避免地质灾害的必要手段。
在工程进行设计和施工前，工程勘察人员必须给予高度的重视，以避免断层给工程项目的安全带来的隐患。
关键词:地质勘察；断层；活动性1工程概况1．1基本情况根据矿山生产需要和前期地质测绘和水文地质调查，某库区内存在一条NW走向断层。
按活动断层调查相关技术和规范要求，通过地表调查、地球物理探测(高密度电法、电测深)、工程钻探、槽探等多种手段对目标断层进行调查研究，查明其在区内的位置、产状、影响范围等空间分布特征以及活动性，评价断层对该库区建设的影响。
总的地势是西高东低。
境内山峦起伏，地貌复杂，海拔为460~1010m。
主要地貌可分为低山和河谷阶地地貌。
2断层空间分布特征2．1地表特征目标断层在基岩区地表出露，通过调查揭示断层地表分布特征：断层在局部零星出露，出露地貌为鞍部，发育为蚀变破碎带，见已经固结构造角砾岩。
构造角砾岩为角砾结构，块状构造，角砾大小不等，大者可达3~4cm，岩性为白色流纹斑岩，胶结物为固结粉末状长英质矿物。
围岩均为流纹斑岩，蚀变严重，局部破碎，可见高岭土化，风化面黄褐色，新鲜面灰白色，斑状结构，块状构造，斑晶主要为石英，基质主要为长英质矿物，发育一组近东西向节理，走向约W270°；构造破碎带附近围岩可见一组断面，见清晰擦痕，控制宽度约1．5~2．5m，反映断层控制宽度约2m。
断层擦痕表层发育斜向上正阶步，表层铁染呈锈黄色。
局部断面产状N E70°∠70°，根据擦痕方向初步判定断层为正断层；零星出露断层破碎点延伸走向约NW310°，之间推测断层隐伏产出。
隐伏段地貌均发育为冲沟[1-2]。
活动断裂带工程地质研究
１９８０）。１９９５ 年 日 本 阪 神 ７．２ 级 地 震 ９０％ 以 上 的 震 亡 人 数、３０％ 以 上 的 倒 塌 房 屋 均 分 布 在 地 震 断 裂 １ｋｍ 范 围 内 （Ｔｓｕｋａｗａ，１９９５），造 成 Ｒｏｋｋｏ 隧 道 多 处出 现 裂 缝，交 通 中 断 ４ 个 月 （Ａｓａｋｕｒａ，１９９７）。 １９９９年台湾集 集 ７．６ 级 地 震 的 发 震 断 裂 两 侧 十 几 米内几乎所有建筑 物 夷 为 平 地，而 该 范 围 以 外 的 建 筑物结 构 基 本 完 好 （Ｘｕ Ｘｉｗｅｉ ｅｔ ａｌ．，２００２）。２００８ 年汶川 Ｍｓ８．０级 地 震 沿 龙 门 山 中 央 断 裂 带 形 成 长 约２７０ｋｍ 的地表破裂带，导致 山脊 水 系和 建筑 物大 多 被 错 断 毁 坏 （Ｄｏｎｇ Ｓｈｕｗｅｎ ｅｔ ａｌ．，２００８；Ｘｕ Ｘｉｗｅｉ ｅｔ ａｌ．，２００９；Ｚｈａｎｇ Ｙｏｎｇｓｈｕａｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２０１０ｂ）、都 汶 高 速 公 路 穿 越 断 裂 的 １３ 座 隧 道 严 重 破 坏（Ｑｉａｎ Ｑｉｈｕ ｅｔ ａｌ．，２００９），地 震 触 发 的 滑 坡 崩 塌 泥石流 直 接 造 成 ２ 万 人 死 亡 （Ｙｉｎ Ｙｕｅｐｉｎｇ ｅｔ ａｌ．， ２００９；Ｓｕｎ Ｘｉａｏｙｕ ｅｔ ａｌ．，２０１０）。在 川 西 鲜 水 河 断 裂带 沿 线 发 育 一 系 列 大—中 型 滑 坡，不 少 是 历 史 地 震造成的老滑坡，在 断 裂 蠕 滑 作 用 下 产 生 复 活 并 转 化 为 泥 石 流 ，几 乎 每 年 都 导 致 公 路 中 断 、阻 断 河 道 。
断层的类型及研究现状
断层的类型及研究现状断层在我们工程应用中有着重大的影响，对断层进行分类，并对研究现状进行总结分析。
可为今后断层的研究，以及活断层引发的地质现象的研究提供了可靠地理论依据。
标签：断层；活断层；现状1 引言由于我国是一个地质灾害多发的国家，海啸，地震，泥石流，矿难等等频繁的发生严重威胁人们的生命财产安全，这些灾害产生不仅是动力地质条件的原因，还有人为的影响，所以我们必须研究并了解断层及其形成机制。
对那些在地质方面有浓厚感情的学者或科学家而言断层的研究是任重而道远的，由于地震是因为地下岩层受力达到一定程度后产生断层并且顺着断层突然的运动，所以研究断层的形成机制对发现地震的产生有重大意义。
在地质学家眼里：地震和断层间的联系是密不可分的，两者大多数同时出现。
并且他们有信心：随着科学技术的不断前进，仪器越来越先进，对于断层的了解及其形成机制不断加深，在地震造成的损失会极大的降低，更有甚者相信有一天我们能阻止地震的发生。
近些年来我们对于断层的认识已经取得了很大的前进。
有学者认为地下不断出现的一些对我们生活生产没有造成危害的较小型地震，比如火山地震，陷落地震等。
通过对他们的研究，发现大地震产生所必需的条件，并且像拆解炸弹一样解除这些潜在威胁，进一步实现对有威胁的大地震的控制和不能控制的大地震的预报[1]。
当然这只是一方面，在采矿过程中研究断层，可以确定采掘方向，降低风险。
对于汽液能源，比如天然气、瓦斯、石油等对于石油和天然气来说，断层为其提供了很好的运输巷道[2]。
断层构造与地下水运移和存储也密切相关，它的研究对于我们开采地下水源有重要作用。
一句话，学习地质研究地质构造，都必须在断层方面作大手笔，只有这样我们才能学好地质，更好的造福人类。
2 断层的分类断层的定义——两盘出现一定位移的裂隙，可是现实是，大自然中有相对位移的裂隙是一定不存在的，同时断层的数量比节理的数量要少很多。
它反应了从裂隙发展至断层还要一定的力学条件。
活断层的工程地质研究
断层的工程地质研究1 基本要领及研究意义活断层：目前还在持续活动，或在近期地质历史时期活动过，极可能在不远的将来重新活动的断层10000年以来活动过的断层称全新活动断层。
活断层的活动特征：蠕滑、粘滑。
意义（工程意义）：规避重大破坏性地震对建筑群的破坏，防止因活断层位错坏建筑物（无破坏性地震）。
2 活断层的特性包括：活断层的类型活动方式规模错动速率及基本分级活动周期古地震事件2.1 活断层的类型和活动方式按构造应力状态，活断层可划分为三类：走向滑动型（平移断层）逆断层正断层由于三类活断层的几何特征及运动特性各不相同，因而对工程场地的影响也不同。
一、走向滑动断层应力状态为2σ垂直，1σ、3σ水平。
特征：断层面倾向大（近于垂直）断层的地表出露线平直地貌上常形成陡直的断崖以水平运动为主，相对垂直升降量很小分支断裂较少，断层带宽度小这类断层的水平错动量往往很大，因而易于识别，易于发生强震。
一、逆断层应力状态为3σ垂直，1σ、2σ水平。
特征：断层地倾角较小，一般20－40o 之间，上盘上升引起上盘一侧地面隆升，下盘一般无地表变形，分支断层发育，主要产生在上盘。
断层面的地面出露线不平直，呈波状弯曲。
逆断层也是强烈发震断层。
三、正断层应力状态为1σ垂直，2σ、3σ水平。
特征：断层面倾角介于逆断层与平移断层之间，一般60~80º之间。
上盘下降并发育分支断层近断层可以引发中强震。
由于地应力场的复杂性，因此，实际发育的断层往往既有水平运动分量亦有垂直运动分量。
因为形成走滑逆冲断层或走滑正断层等。
活断层活动的两种基本方式：粘滑和稳滑。
易发生同期强地震。
2.2 活断层的长度和断距对活断层，其长度和断距是表征活断层的重要数据，通常用：强度导致地面破裂的长度（L ）和一次错段的最大位移（D ）来表示。
一般地震地表错段长度从由百米至数百公里，最大位移自几十厘米至十余米。
地震愈大，震源愈浅，则地表错段就愈长。
我国的经验公式为：25.5lg 19.1+=L M或： 25.256.0-=M L统计分析是一种常用的研究方法。
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有蠕滑成分时，
3 活断层活动的时空不均匀性
时间上，时密（群发性），时稀。
空间上，有弱活动区和强活动区这分，并随时间发生迁移。
3.1
活断层活动具有间歇性活动特点。
特点总体时间上具群集性相对于分布稀疏
总体：单发型每隔一段时间发生一次强震，新验的二台断裂
断层面的地面出露线不平直，呈波状弯曲。
逆断层也是强烈发震断层。
三、正断层
应力状态为 垂直， 、 水平。
特征：
断层面倾角介于逆断层与平移断层之间，一般60~80º之间。上盘下Байду номын сангаас并发育分支断层
近断层可以引发中强震。
由于地应力场的复杂性，因此，实际发育的断层往往既有水平运动分量亦有垂直运动分量。因为形成走滑逆冲断层或走滑正断层等。
2.3
错动速率与地震重现周期是地震预报的重要数据。一般活断层错动的速率愈大，则两次错断的时间间隔就愈短。
根据断层速率，我国将其分为四级。
A
B
C
D
100<R<10
10>R>1
1>R>0.1
R<0.1
特别强烈
强烈
中等
弱
m>8.0
7~7.9
6~6.9
6以下
对断层错动速率的研究，可以采用跨断层重复测量，但对于获取平均错动速率有时较难。
群集型在某段时间多发，别的时间稀少阿尔金断裂
混合型某时段群发，某时段单发解水河断裂
3.2
我国活断层的错动速率具有区域性的不均匀性，根据区域性差异，共分为七个断块，其中青藏高原、台湾等断块、断层的新活动性比较强烈。
同一区域的断层，也存在不均匀性。
同一断层的不同段，也存在不均匀性。
3.3
当活断层的活动段发生一系列的群集方式的破裂后，（地震）断裂活动往往会转移到别的段落式别的区域，即形成活断层的迁移。
红外摄影，了解地下水的分布特征。
五、大地测量和活断层监测
六、断层带研究
开挖措施，研究最新沉积物是否被错断及错动幅度。
提取样品14C、TL、ESR
研究擦痕
研究断层性及混入物充填物（砂脉等）
注意区别假象
另一种研究方法，叫地质、地貌分析法。重要研究大地震事件。古地震事件的地貌证据：
走滑型：冲沟、溪流、阶地、冲积扇和山脊错断
倾滑型：断层陡坎、断层三角面、断陷湖等
此外，如错断第四系、地震崩积楔、地震冲填楔等。
通过对这些地震事件的分析、判断事件发生时间，次数、累积错的距离，各事件的绝对年龄，就可以求出平均错动速率和重复错动事件。
以郯庐断裂为例。
活断层的迁移，对地震的预报关系极大。研究活动断裂的发展规律及其时间序列。
4 活断层区规划设计建筑的原则
活动断层对建筑物的安全性危害很大，一般在活断层附近不宜选择建筑场地，特别是重要建筑物。
当不能避让活断裂时，也必须在场地选择、建筑物类型选择、结构设计等方面采取措施，以保证建筑物的安全。
包括：活断层的类型
活动方式
规模
错动速率及基本分级
活动周期
古地震事件
2.1
按构造应力状态，活断层可划分为三类：
走向滑动型（平移断层）
逆断层
正断层
由于三类活断层的几何特征及运动特性各不相同，因而对工程场地的影响也不同。
一、走向滑动断层
应力状态为 垂直， 、 水平。
特征：断层面倾向大（近于垂直）
断层的地表出露线平直
e.避开有加重震害的突出孤立地形、崩滑斜坡地带。
f.持力层的选择宜选择基岩或坚硬岩土作为地基。
4.2
选择有利于抗大变形的建筑物类型。
大坝：以堆石坝、抗变形能力较强。
选择有利于抗震的平面设计（图、方形、矩形）无凹凸，有利的立面设计（利用沉降缝分割成规则单元）减轻重量，降低重心。
5 活断层的调查与判别
活断层活动的两种基本方式：粘滑和稳滑。
易发生同期强地震。
2.2
对活断层，其长度和断距是表征活断层的重要数据，通常用：强度导致地面破裂的长度（L）和一次错段的最大位移（D）来表示。
一般地震地表错段长度从由百米至数百公里，最大位移自几十厘米至十余米。
地震愈大，震源愈浅，则地表错段就愈长。
我国的经验公式为：
地震崩积楔
关于测年，有许多方法，用得较普遍的是14C，此外如热释光（TL）电子自旋共振等方法（ESR）。K-Ar法。
因此，研究活断层错速率和重交周期的地质、地貌学方法，首先是取得某一断层多次古地震事件位错资料（地震崩积楔、地震充填楔）。亦获得其年代数据（K-Ar、14C、TL、ESR）。由此研究这一条断裂的平均位错速率及由这一速率形成地震的位错量，推算下一次地震的重复周期。
断层的工程地质研究
1 基本要领及研究意义
活断层：目前还在持续活动，或在近期地质历史时期活动过，极可能在不远的将来重新活动的断层
10000年以来活动过的断层称全新活动断层。
活断层的活动特征：蠕滑、粘滑。
意义（工程意义）：规避重大破坏性地震对建筑群的破坏，防止因活断层位错坏建筑物（无破坏性地震）。
2 活断层的特性
或：
统计分析是一种常用的研究方法。
然而，断裂面长度与震级之间的关系并非如此简单，还受许多因素的影响。如断裂面的形状，剪切模量、断层性质、大地构造环境等因素有关。
但若采用地震面波震级Ms与 或 进行相关分析，则有较好的关系，见图4-12和4-13。（P147）
分支断裂的错断位移则随主断层的距离加大而减少。
目的：确定断层带的位置、宽度、分支断裂发育情况。错动幅度及变形带宽度，以及活断层的活动时间间隔。
一、地质、地貌调查
植被、溪流、山脊错动、微地貌变形、不良地质现象、断层三角面等。断陷湖及洼地。
二、历史标志
历史上记录的地震证据和说明。
三、地震标志
震中沿一定的断层线分布。
四、航空摄影
低阳光角源空摄影，增加断层崖、断层三角面等地面起伏的阴影效果。
4.1
一、选择对抗震有利的地段
a.低级别活断层地带优于高级别活断层地带。活动时期老的活断层地带优于新的地带。（尤其是全新世活动地带）
b.避开主干断层带，避开有强烈变形的地带，分支断层发育地带。（逆断和正断的下盘有利抗震）
c.避开填土层，避开结构自振周期与土层特征周期相同（相近）地带。
d.避开浅埋大溶洞、地下采空区等地带。
地貌上常形成陡直的断崖
以水平运动为主，相对垂直升降量很小
分支断裂较少，断层带宽度小
这类断层的水平错动量往往很大，因而易于识别，易于发生强震。
一、逆断层
应力状态为 垂直， 、 水平。
特征：断层地倾角较小，一般20－40o之间，上盘上升引起上盘一侧地面隆升，下盘一般无地表变形，分支断层发育，主要产生在上盘。