活动断裂特点.docx

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活动断裂特点

关于活动断裂

一、《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）：

5.8.1抗震设防烈度等于或大于7度的重大工程场地应进行活动断裂勘察。

活动断裂勘察应查明活动断裂的位置和类型，分析其活动性和地震效应，评价活动断裂对工程建设可能产生的影响，并提出处理方案。

活动断裂的勘察和评价是重大工程在选址时应进行的一项重要工作。

重大工程一般指对社会有重大价值或者有重大影响的工程，如医疗、广播、通信、交通、供水、供电、供气等工程。

重大工程的具体确定，应按国务院、省级人民政府和各行业部门的有关规定执行。

大型工业建设场地或者《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定的甲类、乙类及部分重要的丙类建筑，应属于重大工程。

当前国内外地震地质研究成果和工程实践经验都较为丰富，在勘察和评价活动断裂中一般都可以通过搜集、查阅文献资料、进行工程地质测绘和调查就可以满足要求，只有在必要的情况下，才进行专门的勘探和测试工作。

搜集和研究厂址所在地区的地质资料和有关文献档案是鉴别活动断裂的第一步，也是非常重要的一步，在许多情况下甚至只要搜集、分析、研究已有的丰富的文献资料，就能基本查明和解决有关活动断裂的问题。

在充分搜集已有文献资料和进行航空相片、卫星相片解译的基础上进行野外调查，开展工程地质测绘是目前进行断裂勘察、鉴别活动断裂的最重要、最常用的手段之一。

断裂的地震工程分类应符合下列规定：

1．全新活动断裂

为在全新地质时期（一万年）内有过地震活动或近期正在活动，在今后一百年可能继续活动的断裂；全新活动断裂中，近期（近500年来）发生过地震震级M≥5级的断裂，或在今后100年内，可能发生M≥5级的断裂，可定为发震断裂；

2．非全新活动断裂：

一万年以前活动过，一万年以来没有发生过活动的断裂。

全新活动断裂分级

指标

断裂分级    活动性    平均活动速率

ν（mm/a）    历史地震震级M

Ⅰ    强烈全新活动断裂    中晚更新世以来有活动，全新世活动强烈    ν＞1    M≥7

Ⅱ    中等全新活动断裂    中晚更新世以来有活动，全新世活动较强烈    1≥ν≥    7＞M≥6

Ⅲ    微弱全新活动断裂    全新世有微弱活动    ν＜    M＜6

5.8.4断裂勘察，应搜集和分析有关文献档案资料，包括航空相片，区域构造地质，强震震中分布，地应力和地形变，历史和近期地震等。

断裂勘察工程地质测绘，除应符合《岩土工程勘察规范》第八章的要求外，尚应包括下列内容的调查：

1．地形地貌特征：

山区或高原不断上升剥蚀或有长距离的平滑分界线；非岩性影响的陡坡、峭壁，深切的直线性河谷，一系列滑坡、崩塌和山前叠置的洪积扇；定向断续线形分布的残丘、洼地、沼泽、芦苇地、盐碱地、湖泊、跌水、泉、温泉等；水系定向展布或同向扭曲错动等。

2．地质特征：

近期断裂活动留下的第四系错动，地下水和植被的特征；断层带的破碎和胶结特征等；深色物资宜采用放射性碳（C14）法，非深色物资宜采用热释光法或铀系法，测定已错动层位和未错动层位的地质年龄，并确定断裂活动的最新时限。

3．地震特征：

与地震有关的断层、地裂缝、崩塌、滑坡、地震湖、河流改道和砂土液化等。

大型工业建设场地，在可行性研究勘察时，应建议避让全新活动断裂和发震断裂。

避让距离应根据断裂的等级、规模、性质、覆盖层厚度、地震烈度等因素，按有关标准综合确定。

非全新活动断裂可不采取避让措施，但当浅埋且破碎带发育时，可按不均匀地基处理。

二、《工程地质手册》（第四版）：

1、活动性断裂划分的时间界限

在我国由于第四系的早更新世和中更新世之间的构造运动是一次大范围的，它引起的断裂活动基本上是一直延续至今。

而且，由中更新世至今几十万年间的具体活动部位也没有多大变化，这个时期以来的活动性断裂与现代地震活动在空间分布上大体也相吻合。

所以把中更新世以来有过活动痕迹的断裂，定为划分活动断裂的时间界线比较适宜。

也可根据工程建设的需要，在近代地质时期（一万年）内有过较强烈地震活动或近期正在活动、在将来（今后一百年）可能继续活动的断裂定为全新活动断裂。

2．    活动性断裂的判别特征：

中更新世以来的第四系地层中发现有断裂（错动）或与断裂有关的伴生褶曲；

断裂带中的侵入岩浆其绝对年龄新或者对现场新地层有扰动或接触烘烤剧烈；

在实际工作中遇到上述两条有充分依据来判断活动性断裂的情况不多，可寻找一些间接地质现象作为判断活动性断裂的佐证，比如：

活动性断裂常常表现为在山区和平原有长距离的平滑分界线；沿分界线常有沼泽地、芦苇地呈串珠状分布；泉水呈线状分布；有的泉水有温度升高和矿化度明显增大的现象；有的有一定规律的形态完整的地表构造地裂缝；有的在断层面上有一种新的擦痕叠加在有不同矿化现象的老擦痕之上。

另外，由断层新活动引起的河流横向迁移，阶地发育不对称，河流袭夺，河流一侧出现大规模的滑坡，文化遗迹的变位，植被被不正常干扰等。

三、《简明岩土工程勘察设计手册》（林宗元）：

1、深断裂带与活动断裂

深断裂带均是高能量的地震震源。

断裂深度愈大，断裂带（面）所受围压愈大，抗剪强度愈高，破坏所需的剪应力值亦愈大。

因此，产生的应变释放能量高，地震震级就高。

高震级地震是由深断裂形变产生的。

因此评价区域地壳稳定性关键是对深断裂的分析与研究。

1．    深断裂的地质分析

确定深断裂切割深度的地质分析方法，主要是研究火成岩类型、变质岩带的特征和其它特殊的地质标志。

表1                        深断裂类型及其地质标志

断裂类型    地质标志

基底断裂    上部地壳岩浆源的花岗岩、闪长岩、正长岩以及与其成分相应的火山岩带；串珠状沉积盆地的分布地带。

地壳断裂    大陆拉斑玄武岩、辉长岩、辉绿岩；中－深变质带；过渡性地壳（相当于冒地槽）残余分布带

岩石圈断裂    超基性岩、金伯利岩、榴辉岩和幔源辉长岩、玄武岩、细碧角斑岩和蛇绿岩套分布带以及高压变质带（蓝闪片岩带）等；还有幔源火成岩带和标志古大洋地壳（相当优地槽）的残留带

2．    深断裂的地球物理分析方法

深断裂的地球物理特征可显示其现代存在状态和活动性。

其物理特征主要包括重力异常、航磁和地震规律的分析等。

探测深断裂的探测方法主要有重力测量、地震测量（包括天然和人工地震）、航空磁测及大地电磁测深等方法。

3．    活动断裂的分类、分级

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规定：

抗震设防烈度等于或大于7度的重大工程场地应进行活动断裂勘察。

这里所指的重大工程场地包括大型工业建设场地或者《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定的甲类、乙类及部分重要的丙类建筑。

并规定：

a．全新活动断裂为在全新地质时期（一万年）内有过地震活动或近期正在活动，在今后一百年可能继续活动的断裂；全新活动断裂中近期（近500年来）发生过地震震级M≥5级的断裂，或在今后100年内，可能发生M≥5级的断裂，可定为发震断裂；

b．非全新活动断裂：

一万年以前活动过，一万年以来没有发生过活动的断裂。

表2                        全新活动断裂分级

指标

断裂分级    活动性    平均活动速率

ν（mm/a）    历史地震震级M

Ⅰ    强烈全新活动断裂    中晚更新世以来有活动，全新世活动强烈    ν＞1    M≥7

Ⅱ    中等全新活动断裂    中晚更新世以来有活动，全新世活动较强烈    1≥ν≥    7＞M≥6

Ⅲ    微弱全新活动断裂    全新世有微弱活动    ν＜    M＜6

4．    活动断裂的鉴别与调查

判别活动断裂有地质地貌标志、历史标志和古地震标志，其中以地质地貌标志为主。

（1）    地质地貌标志

a．    活动断裂的线形地貌标志：

如沿断裂带的断层崖、断层梯形面及三角面、洪积扇、泉水等；

b．    活动断裂与河流地貌：

河谷、溪流、山脊、冲沟的水平位错，河流同步弯曲或直角转折；断裂两盘阶地发育不对称，阶地级数、阶面高程和阶地类型都不一致，基岩型阶地阶面高程的突然变化；

c．    活动断裂与盆地地貌：

一个单独的盆地周围受不同方向的活动断裂围限时盆地边缘山麓线比较直，或呈折线状，且山坡较陡。

由于断层两盘的差异活动，在横剖面上呈阶梯状陷落，构成一系列的地堑、地垒式构造；正断层形成的封闭洼陷或下陷池塘；

d．    第四系地层中发现断层露头，并连续或断续分布，第四系最新地层被错开；

e．    在缺失第四系地层的基岩地区鉴别活动断裂时主要靠发现研究断层破碎带，采取断层泥样品实测地质年龄来确定是否属于活动断裂。

（2）    历史标志

历史上记录的地震证据和说明、地表错断的证据和说明及断层错动的大地测量记录等。

（3）    地震标志

断裂的错动引起地震，历史上沿发震断裂呈带状分布的多次中强地震也是断裂活动的标志。

古地震所造成的各种残留的地质现象是识别古地震的主要标志，如：

古地震断层、古地震沟、古地裂缝、古地震滑坡、古地震崩塌、古地震液化、古地震湖（塘）沉积层弯曲、褶皱、古地震楔等。

古地震一般是指人类历史有记载以前所发生的地震，广义的古地震主要是指第四系以来的史前地震。

古地震的年代确定一般用地质年代学方法，根据古地震遗迹所处层位和上覆地层的年代来加以确定。

5．    断裂最新活动年龄的确定

断裂最新活动年龄的确定是活动断裂工程评价的基础。

地震危险性分析对各类工程按其重要性不同采用不同的概率标准和风险度。

重大工程概率要求小，相应要求风险度要低，断裂活动周期要求长些。

a．    生命线工程和一般的工业与民用建筑（即乙、丙、丁类建筑）只需考虑全新世时期一万年以来有活动的工程活动断裂。

这类工程以全新世作为活动年龄标准。

b．    特殊重大工程（即甲类工程）为保证其绝对安全，应延长断裂的活动年龄段，到晚更新世10万年为标准。

以晚更新世作为断裂活动年龄标准，晚更新世以前的不予考虑。

6、断裂发震的标准

断裂最强活动是地震，因此，活动断裂工程评价的直接标准是否具有震中烈度I0≥6°的发震断裂条件，特别重要的工程是否具有震中烈度I0≥8°的严重破坏的发震条件。

因为这时既有高烈度影响要抗震设防，同时又将出现地震断层，建筑物要防止位错。

评价活动断裂发震标准的要点是未来工程使用期内可能出现的最大震级和震中烈度，断裂如不在工程区域内的要确定邻近强震影响下的影响场的烈度，作为工程建设抗震设防的依据。

对可能出现的地震断层的发震断裂评价时，要考虑第四系覆盖层厚度对产生地震断层的抑制作用，不同类型建筑对起始覆盖层厚度有不同要求，可按照活动断裂埋藏条件分别进行评价。

必须着重指出：

第四系地层厚度是指未经受错动的原状厚度，对于隐伏于第四系地层中的断裂，要以其上断点的埋藏深度作为真实厚度评价依据。

因此这里要求：

凡一般的工业与民用建筑可以第四系地层厚度作为评价依据，可不查清断裂上断点的埋深；但是对于甲类工程必须查清第四系地层中有无隐伏断裂及其上断点的埋藏深度，以真实的厚度作为覆盖影响的评价依据。

7．活动断裂位错的工程防裂评价

一次地震中，由于场地条件的不同，引起建筑物的反应有很大的差异。

场地的地震效应主要表现在以下几方面：

（1）    场地土层软硬及厚度的影响

一般土层软弱、覆盖厚度大时，反应谱在长周期部分反应突出。

地震动时间长，在这类场地上建造的长周期建筑物与地基往往产生共振，导致高层建筑破坏加重。

为此规范要求，根据场地土类别及覆盖层厚度两项指标对建筑场地类别进行划分。

（2）场地与地基土层地震液化可能性

饱和的砂类土及粉土在地震中如发生液化，将导致建筑物产生沉降或差异沉降，引起建筑物开裂破坏，或造成大面积地面沉降，这方面的破坏事例在国内外历次地震中累见不鲜。

因此，场地地震效应分析中，对饱和砂类土及粉土进行液化与否的判别是重要内容。

（3）断裂对地面建筑影响

强震区对重大工程场地应进行断裂勘察，查明场地内是否分布有断裂，其位置、规模、性质、类型、最新活动年代及产生地震的历史等。

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）根据最新研究成果及大型离心模拟实验，在《岩土工程勘察规范》的基础上提出了对一般建筑物的评价标准：

场地内存在发震断裂时，应对断裂的工程影响进行评价，应符合下列要求：

对符合下列规定之一的情况，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响：

①抗震设防烈度＜8度；

②非全新活动断裂；

③抗震设防烈度为8、9度时，前第四系基岩隐伏断裂的土层覆盖厚度分别大于60m和90m。

如不符合上述情况时，应避开主断裂带。

避让距离不宜＜下表对发震断裂最小避让距离的规定。

表3                      发震断裂的最小避让距离

烈度    建筑抗震设防类型

    甲    乙    丙    丁

8    专门研究    300m    200m    －

9    专门研究    300m    300m    －

（4）不利地形部位的影响

不利地形部位对地震动是有放大作用的，但由于研究深度不够，所以在老的《建筑抗震设计规范》中没有规定。

近些年由于震害实例增多，并经过大量有限元计算分析，在新修订的《建筑抗震设计规范》中新增加了不利地形部位对地震影响系数的调整方案。

即：

当需要在条件突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段建筑丙类及丙类以上建筑时，除保证其在地震作用下的稳定性外，尚应估计不利地段对设计地震动参数可能产生的放大作用，其地震影响系数最大值应乘以增大系数。

其值可根据不利地段的具体情况确定，但不宜大于。

本条中以突出地形的高度H,边坡降的正切H/L以及场址距突出地形边缘的相对距离L1/H作为参数，对各种地形的地震放大作用按公式和下表调整。

λ=1+ξα

式中λ－局部突出地形顶部的地震影响系数的放大系数；

α－局部突出地形地震动参数的增大幅度，按下表采用；

ξ－附加调整系数，与建筑场地离突出台地边缘的距离L1与相对高差H的比值有关。

当L1/H＜时，ξ可取1；当≤L1/H＜5时，ξ可取；L1/H≥5时,ξ可取；L、L1按距离场地的最近点考虑。

表4                  局部突出地形地震动参数的增大幅度α

突出地形的高度H/m    非岩质地层    H＜5    5≤H＜15    15≤H＜25    H≥25

    岩质地层    H＜20    20≤H＜40    40≤H＜60    H≥60

局部突出台地边缘的侧向平均坡降

H/L    H/L＜    0            

    ≤H/L＜                

    ≤H/L＜1                

    H/L≥1                

最大调整幅度是根据分析结果和综合判断给出的。

本条的规定对各种地形，包括山包、山梁、悬崖、陡坡都可以应用。

8．断裂的活动方式和活动速率

活动断裂有缓慢蠕动和突然错动两种基本活动方式。

蠕动在活动断裂带普遍存在，一般不直接产生地震，突然错动往往产生地震，但有部分活动断裂的长期蠕动达一定程度时有可能速率明显增加而导致突然错动引发地震。

因此，研究断层的蠕动是可以进行地震预报的。

大量的活动速率有地质的、历史的和现代仪器测量的。

现代活动速率代表今天的活动水平，以此作为活动断裂工程评价标准之一，地震的和历史的活动速率可作参考。

在中国东部地区的活动断裂年活动速率S≥1mm/a,西部地区要求活动速率S≥5mm/a的活动断裂将有可能发生中强级以上的地震。

9．    活动断裂的工程效应

断裂最强活动是地震，断裂的工程效应也是地震的工程效应。

活动断裂的工程效应主要有：

地震振动波直接破坏建筑物；地震断层的位错剪切破坏建筑物；强地动影响下使部分场地或地基失效而破坏建筑物，如强震引起的山崩、滑坡、饱和土液化等。

工程效应不同工程措施也不同。

对于地震动的破坏，是大范围的，主要是采取就地按烈度抗震设防加固的措施，当然对在高烈度区的新建工程也可以易地另选场址。

地震断层的位错影响主要局限在断裂带或其两侧一定的范围内，沿其走向方向狭长的条带状，范围是有限的，完全可以采取避开建设的措施，根据建筑物重要性不同，避开的距离可采用不同的建筑安全距离。

场地或地基失效与地震强度和场地本身的地质地形条件有直接关系。

场地失稳的工程抗震措施主要在大震级高烈度条件下考虑，可以先行勘察查明，属危险区者可以调整布置，局部避开，或抗震加固。

10．    活动断裂的最大可能震级与震中烈度的确定

评估断裂活动的最大可能震级是一个复杂的不确定性的问题，根据已有经验和资料综合评估，震级与发震断层长度和位移量关系密切，统计的相关关系有：

M＝+lgL和M＝+lgD

以上两式研究范围为中国及邻区，L为断层长度（km）；D为位移量（m），M为震级。

中国地震震级M和震中烈度I0统计经验关系。

M＝I0+lgL（1980邓起东）

发震断裂不在本工程场地内，与长度相距一定的距离，邻近强震影响到本场地的烈度叫影响场烈度，它是本场地工程抗震设防的依据。

该烈度可据《中国地震动峰值加速度区划图》由设计基本地震加速度需要查得。

表5            抗震设防烈度与设计基本地震加速度值的对应关系

抗震设防烈度    6    7    8    9

设计基本地震加速度                        

11．    活动断裂最危险地段的确定

活动断裂系统具有分段活动特征，同一条断裂的活动在几何学、运动学、地球物理场异常等方面均呈现分段性，且不同地区的断裂活分段作用特征也大不相同。

断裂作用的方式表现为孕震、减震、隔震和无震滑动等。

强烈地震往往发生在活动深断裂带的特殊部位，在实地调查中应特别重视与研究的地段有：

①    两条或多条第四纪以来活动断裂交汇，或交而不汇区及活动断裂曲折、弯曲最突出的部位；②第四纪以来活动断陷盆地内断距较大的一侧；③活动深断裂围限的三角形、四边形等构造闭锁段；④活动断裂带的两头常是震中往返跳动的地方，在端部应力集中并进一步推动它继续被延伸的地点；⑤活动断裂带上具有强活动速率地段或跨断裂带地形变测量的显著形变梯度带；⑥活动断裂带有多次强震重复发生或活动断裂带缺震区。

12．    大地震复发周期和“警告断裂”

大地震复发周期是指震级M≥7的地震源地（或邻近约10km范围内）重复发生同等级的大地震相隔的时间（a）,估计大地震复发周期的作用有二，一是评价发震断裂大震频度特征；二是评估大震危险性。

发震断裂大震复发周期估计的方法有：

根据完整的长时间序列的历史地震记录来估计大震复发周期；古地震研究估计大震复发周期。

直接的方法是用发震断裂带上的古地震序列两次大地震的古地震事件的年龄间隔，即为大震复发周期；间接地用震裂滑移速率来估算大地震重复周期。

大震重复周期与断裂的平均滑移速率成反比，与一次强震位错量成正比。

即：

RX=D/S

式中：

RX－大地震复发周期（a）

D－一次强震位错量（mm）

S－发震断裂的长期平均滑移速率（mm/a）

考虑活动断裂的蠕动影响时有  RX=D/（S－C）  C-蠕动速率（mm/a）

近年来中国研究出12个大地震的重复周期，大部分为1500～3000a，平均2700a；国外的研究，大陆板内地震，大地震周期大多在2000a。

大地震周期是比较长的，比工程周期大2～3个数量级。

但是在地震危险性分析中，特别应注意前次大震至今的时间（年），时间愈长则距下次发生新的大震的时间就愈近，对工程建设危险性就增大，因此，提出了“警告断裂”的专门术语，用下式可以粗略估计断裂的潜在危险程度。

E=t/T

式中：

E－重复发生率；

t－距前次大震的时间（a）

T－大震平均重复周期（a）。

当E＞时，发震断裂为“警告断裂”，即有发生大地震的可能性，E值愈大，大震可能性愈大，危险性愈高。

即表示前次大震距今年限已接近大地震周期了。

当E＜时，表示前次大震距今年限不长，小于大地震重复周期，故不可能原地重复发生前次一样震级的大地震，不够“警告断裂”的标准，可以认为是安全的。

13．    极高烈度区工程抗震措施

对烈度（基本烈度或设防烈度）为6°～9°区的工程，按现行规范抗震设防。

对于已建在10°极高烈度区的城镇或工程，其抗震设防应专门研究。

对于将拟建在10°的新建城市或新建工程，抗震的原则是采取远离的措施。

远离的安全距离为：

a．8级大震的10°区新建城市和新建工程应远离震中20km以外。

级的10°区新建城市与新建工程应避开8km以外建设。

14．水库诱发地震潜在危险性评价

（1）评价原则

水库诱发地震潜在危险性评价，是根据库区的地质环境、地应力状态、地震活动背景与孕震断裂附近岩体的导水性等条件进行评价，也可进行统计分析作出概略性估计，或采取两种方法相组合的评价原则对水库诱发地震的潜在危险性作出预测。

（2）    评价内容

a．    圈出可能诱发地震的地段；

b．    确定不同地段可能发生的最高震级；

c．    根据震级与烈度关系和衰减规律给出坝址、库区和重要居民点烈度；

d．    必要时给出坝址的峰值加速度、时程曲线和加速度反应谱。

（3）    发生地点的预测

根据目前掌握的资料，水库诱发地震主要有构造型与非构造型两类。

a.易发生构造型水库诱发地震的综合地质条件有：

①块状或层状坚硬岩体组成的库段；②库、坝区有区域性断裂通过；③库、坝区有活断层，尤其是它的端点、交点、拐点以及雁列式断层的错列区；④新生代以来继承性活动盆地的边缘，具有强烈差异活动的地段；⑤断裂和破碎带有一定的规模和导水能力，断裂带与水库水有直接接触，有可能成为库区通往地质体深部的通道；⑥库、坝区地应力不均匀，有明显的地应力集中或导致地应力集中的地质构造；⑦沿断层有可靠的历史地震记载或仪器记录的地震活动。

b．易发生非构造型水库诱发地震（以岩溶塌陷型为主）的综合地质条件有：

①库区有较大面积的碳酸盐岩类分布；②现代岩溶作用发育，并可见明显的岩溶管道系，蓄水前已有岩溶塌陷或岩溶气爆型地震的记载；③一定的气象和水文条件；④合适的岩溶水文地震条件。

15．断裂评价原则

《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）对全新活动断裂、发震断裂的地震效应评价的规定：

a．    对重大工程场地或大型工业场地在可行性研究中，对可能影响工程稳定性的全新活动断裂应采取避让的处理措施，避让距离应按断裂的等级、规模、区域地质环境、地震烈度、覆盖厚度以及工程的重要性按表3确定。

b．    对深埋的全新活动断裂或发震断裂，当发生地震地面不会产生构造性地裂的场地，可按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规定的抗震措施进行评价。

c．    对非全新活动断裂可不采取抗震措施，当断裂破碎带发育时，宜按不均匀地基处理。