【文章內(nèi)容簡介】 面提到的寧夏石咀山附近長城被錯斷即為一例。長達1000余公里的圣安德列斯大斷層是世界上最活躍的活斷層，特別是舊金山東南從霍利斯特至帕克菲爾德約200km的區(qū)段內(nèi)，激光測距獲得的斷層蠕動速率是1－4cm／a，因而跨越斷層的公路、圍墻等建筑物幾年后就能發(fā)現(xiàn)較大的錯位。我國唐山大地震時有一條長8km，走向N30176。E的地表斷層，正好由市區(qū)通過，最大水平錯距3m，－1m。該斷層穿過的道路、房屋、圍墻等一切建筑物全被錯開(圖2－1)。
圖2－1　唐山大地震地表斷層錯動()　　活斷層發(fā)震所產(chǎn)生的地震波，對附近大范圍內(nèi)的建筑物發(fā)生影響；尤其是那些累積很大彈性應(yīng)變能的粘滑型斷層，當其鎖固段或端點一旦破裂時，應(yīng)變能大量釋放所發(fā)生的強烈地震，將會導(dǎo)致建筑物的嚴重損害。所以在預(yù)測地震危險性時必須首先研究活斷層。 上一頁　 下一頁　 返回　
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________________________________________你的位置：第二章 | 第二節(jié) | 一、活斷層的類型 第二節(jié)　活斷層的基本特征一、活斷層的類型 　　根據(jù)斷層面位移的矢量方向與水平面的關(guān)系，可將活斷層劃分為傾滑斷層與走滑斷層。傾滑斷層又可分為逆斷層和正斷層；走滑斷層也叫平移斷層，又可分為左旋斷層和右旋斷層。逆斷層、正斷層和平移斷層，它們的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)、幾何特征和運動特性不同，所以對工程場地的影響也各異?！　∧鏀鄬拥臉?gòu)造應(yīng)力狀態(tài)是 近于水平， 近于豎直。斷層面與水平面的夾角一般小于45o，且往往呈舒緩波狀。逆斷層的上盤(上升盤)分支和次生斷裂往往較為發(fā)育，巖性破碎，地表變形強烈(圖2－2)。這類斷層的規(guī)?？珊艽?，長達數(shù)千公里，且斷層帶很寬。世界上許多大的地震都是伴隨逆斷層錯動產(chǎn)生的，如日本島弧一系列大的地震即是由太平洋板塊向歐亞板塊俯沖而產(chǎn)生；我國西部地區(qū)的喜馬拉雅山、天山和祁連山等山前巨大的逆斷層，頻頻發(fā)生地震。這類逆斷層有時地表變形范圍很大，如1964年阿拉斯加地震時，2105km2面積發(fā)生變形，最大垂直上升達12m。　　正斷層的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)是 近于豎直， 近于水平，斷層面與水平面的夾角一般大于45o，且往往呈參差狀，斷層帶也較寬。正斷層的上盤(下降盤)分支和次生斷裂也往往較為發(fā)育，巖性破碎，地面變形強烈(圖2－3)。太平洋、大西洋和印度洋的中脊即為世界上規(guī)模最大的活動正斷層。大陸上著名的活動正斷層有東非裂谷帶、美國西部大盆地省、歐洲萊菌地塹、蘇聯(lián)貝加爾裂谷帶等。我國的活動正斷層主要分布于東部地區(qū)，主要有汾渭地塹、銀川地塹、太行山東緣斷裂等。上述地帶的地殼均承受了水平張應(yīng)力。由正斷層活動所產(chǎn)生的地震較之逆斷層和平移斷層要少得多，且地震震級相對也較小。 圖2－2　活動逆斷層的應(yīng)力狀態(tài) 　圖2－3　活動正斷層的應(yīng)力狀態(tài)　　平移斷層的構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)是 和 均近于水平，斷層面即為 、 之間的最大剪應(yīng)力面，近于直立，斷層線平直，而斷層帶極窄。世界上最著名的活動平移斷層有美國加州的圣安德列斯斷層帶、土耳其安納托利亞斷層帶、新西蘭阿爾卑斯斷層帶等。在我國，此類活斷層最多，它們主要分布于西南和西北地區(qū)，其規(guī)模巨大，如鮮水河斷裂、小江斷裂、紅河斷裂、阿爾金斷裂、阿尼瑪卿斷裂、喀依爾特二臺斷裂、班公湖斷裂等。平移斷層具有鮮明的地貌特征，尤其對水系的錯斷改造最為清楚，所以水工建筑物也往往受這類活斷層的威脅。實際資料表明，板塊內(nèi)部的大地震大多是伴隨平移斷層活動而產(chǎn)生的。平移斷層往往是大陸內(nèi)部地塊問的邊界，直接顯示出各地塊間近期相互運動的狀況?！　∩鲜鋈惢顢鄬拥奈灰剖噶渴菃渭兊貎A滑或走滑，而實際上的位移矢量多是傾滑－走滑兩種分量的合成。因此斷層也叫做左旋逆斷層、右旋正斷層等?！　“磾鄬拥闹鞔侮P(guān)系，又可將活斷層分為主斷層(main fault)、分支斷層(branch fault)和次級斷層(secondary fault)。次級斷層實際上仍屬主斷層的分支，對于逆斷層和正斷層來說它主要產(chǎn)生在上盤，而平移斷層是很少有次級斷層伴生的。 上一頁　 下一頁　 返回　
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________________________________________你的位置：第二章 | 第二節(jié) | 二、活斷層的活動方式 二、活斷層的活動方式 　　活斷層的活動方式基本有兩種，一種是以地震方式產(chǎn)生間歇性地突然滑動，這種斷層稱地震斷層或粘滑型斷層(stickslip fault)。一種是沿斷層面兩側(cè)巖層連續(xù)緩慢地滑動，這種斷層稱蠕變斷層或蠕滑型斷層(creeping fault)。粘滑型活斷層的圍巖強度高，斷裂帶鎖固能力強，能不斷地積累應(yīng)變能。而當應(yīng)力達到一定強度極限后產(chǎn)生突然滑動，迅速而強烈地釋放應(yīng)變能，造成地震。所以沿這種斷層往往有周期性的地震活動。蠕滑型活斷層主要發(fā)育在圍巖強度低，斷裂帶內(nèi)含有軟弱充填物，或孔隙水壓、地溫的高異常帶內(nèi)，斷裂的鎖固能力弱，不能積累較大的應(yīng)變能，在受力過程中易于發(fā)生持續(xù)而緩慢地滑動。斷層活動一般無地震發(fā)生，有時可伴有小震?！　〗陙?，一些研究者注意到了粘滑型斷層在大震前后一段時間內(nèi)在震源和震源外圍的蠕滑問題。1976年唐山地震前后的一些宏觀現(xiàn)象，如井壁坍塌、井噴等，可能是與深部斷裂的蠕動有關(guān)。據(jù)唐山地震震中區(qū)地形變資料反演求得，在1969－1975年曾發(fā)生了走滑錯距為104cm的無震蠕滑，／／a。此外，有的地震剛發(fā)生時，地表上見不到斷層位移，經(jīng)過數(shù)日或一年后，地表才出現(xiàn)這次地震產(chǎn)生的位移。這種斷層后效蠕動位移現(xiàn)象，已由美國帕克菲爾德和博利戈山兩次地震后的觀測資料所證實。說明地震時基巖中發(fā)生的斷層位移，在其上覆蓋層中是以塑性流動的形式而滯后到達地表面的。 上一頁　 下一頁　 返回　
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________________________________________你的位置：第二章 | 第二節(jié) | 三、活斷層的繼承性與反復(fù)性 三、活斷層的繼承性與反復(fù)性 　　研究資料表明，活斷層往往是繼承老的斷裂活動的歷史而繼續(xù)發(fā)展的，而且現(xiàn)今發(fā)生地面斷裂破壞的地段過去曾多次反復(fù)地發(fā)生過同樣的斷層運動?！　∫恍┗顒訕?gòu)造帶的古地震震中，總是沿活動性斷裂有規(guī)律地分布的，巖性和地貌錯位反復(fù)發(fā)生，累積疊加，其中尤以走滑斷層最為明顯。例如，新疆喀依爾特二臺活斷裂在地質(zhì)時期內(nèi)長期活動，其右旋走滑運動幅度的最大值26km；。根據(jù)大量古地震現(xiàn)象，不同期次斷層錯動不同層序沉積物的資料和C14年代測定等綜合分析，初步可確定斷裂帶上有3－5次古地震事件，各次地震位移累積疊加。說明該斷裂在相當長的地質(zhì)歷史時期內(nèi)，在差不多同一構(gòu)造應(yīng)力條件下以同一機制沿著已經(jīng)發(fā)生錯動的斷裂帶繼續(xù)活動，主要活動方式是粘滑?，F(xiàn)今的富蘊地震斷裂帶是它繼承性活動和發(fā)展的產(chǎn)物，它的展布范圍與該活動斷層完全一致。 　　我國活斷層的分布，主要繼承了中生代和第三紀以來斷裂構(gòu)造的格架。在現(xiàn)代地應(yīng)力場的作用下，東部以正斷層和走滑正斷層為主，西部則以走滑和逆沖走滑斷層為主。 上一頁　 下一頁　 返回　
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________________________________________你的位置：第二章 | 第二節(jié) | 四、活斷層的長度與斷距 四、活斷層的長度與斷距 　　活斷層的長度與斷距，是在活斷層區(qū)修建建筑物時地震預(yù)報和設(shè)防的重要資料。它是根據(jù)地震時地表錯斷的情況來確定的，習(xí)慣上以地表斷裂帶長度和斷層最大位移值這兩個參數(shù)來表征。一般地說，地震的震級愈大，震源深度愈淺，則地表斷裂愈長，斷層位移量也愈大。實測資料表明。這個問題的分析，是針對沿已有斷裂帶上發(fā)生的淺源地震而言。　　地震時地表錯斷的長度可從小于1km到數(shù)百公里。同樣震級的地震由于震源深度和鎖固段巖體強度不同，其地表斷裂的長度是不相同的。　　一般認為，地面上產(chǎn)生的最長地震斷裂最能代表震源斷層的長度。據(jù)此觀點，我國地震作者統(tǒng)計了我國和鄰近地區(qū)地震的地面斷裂資料，于1965年提出了如下關(guān)系式： lgL=－ 　　　　　　　　　　(2－1)　　日本提出的類似經(jīng)驗關(guān)系式是：lgL=－ 　　　　　　　　　　　(2－2)　　上兩式中：M為M8地震震級；L為相應(yīng)的最長斷層長度(km)。當某次地震已知其震級時，即可按上式估算震源斷層的長度?！　?2－1)式的可靠性，可取主震后余震分布帶的長度作對比。，按(2－1)式計算其震源斷層的長度為80km，邢臺地震的余震密集帶長度也約為80km，與上述計算結(jié)果基本相符。，按(2－1)式計算其震源斷層長度為80km，而其余震密集帶長度約為70km，兩者也大致相符。 　　博尼拉(M?G?Bonilla)和布哈南(R?C?Buchanan)根據(jù)全世界幾十個地震地表錯斷資料，繪制了震級與主斷層地表錯斷長度的關(guān)系圖(圖2－4)，圖中線條按最小平方擬合得出)。根據(jù)此關(guān)系可估計在一定震級的地震中可能產(chǎn)生的地表錯斷的最大長度。它對走滑型斷層更為適用。兩位學(xué)者還根據(jù)相同的資料繪制了震級與主斷層地表最大位移關(guān)系圖(圖2－5)。由圖中可看出，資料的離散性很大，其原因在于：①有些活斷層在地震時地表錯斷的長度往往只是它的一部分；②斷層類型不同，地表斷層產(chǎn)生的錯距也不相同?！　〈送猓€可利用地震地面錯斷資料，繪制主斷層地表錯斷長度與地表最大位移的關(guān)系圖解，并用統(tǒng)計的方法得出它們之間的線性方程。顯然，最大位移與錯斷的長度是呈正比關(guān)系的。以上所述的均為主斷層的情況，而分支和次級斷層的錯距一般是隨距主斷層距離加大而減小的，如圖2－6所示。 　　 圖2－4　地震震級與地表錯斷長度的關(guān)系　　　　　圖2－5　地震震級與地表最大位移的關(guān)系(據(jù)Bonilla和Buchanan，1970)　　　　　　　　　　(據(jù)Bonilla和Buchanan，1970) 圖2－6　分支和次級斷層位移(占主斷層位移百分數(shù))與距主斷層距離的關(guān)系 (據(jù)Bonilla，1970)　　為了保證核電站運行時的安全可靠，要求定量預(yù)測地震時發(fā)震斷層兩側(cè)地表變形或次級斷層的錯動量，以便將建筑物置于安全場地上。日前已初步嘗試采用解析法和有限單元法計算和預(yù)測當發(fā)震主斷層產(chǎn)生一定錯動時，周圍地表變形和次級斷層上的錯動量。 上一頁　 下一頁　 返回　
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________________________________________你的位置：第二章 | 第二節(jié) | 五、活斷層的錯動速率和錯動周期 五、活斷層的錯動速率和錯動周期 　　活斷層的錯動速率和錯動周期，也是近年來進行地震預(yù)報的重要資料之一。 　　活斷層的錯動速率，一般是通過精密地形測量(包括精密水準和三角測量)和研究第四紀沉積物年代及其錯位量而獲得的。 　　精密地形測量可以精確地測定活斷層不同地段的現(xiàn)今錯動速率。如圣安德列斯斷層經(jīng)過精密地形測量后，根據(jù)蠕動速率的大小和地震情況劃分為九段，其中的比特瓦特谷至帕克菲爾德段蠕動速率極高，達5cm／a以上；但沒有發(fā)生地震，而門多西諾角至洛斯加托斯段及喬拉姆至卡宗隘口段則未發(fā)現(xiàn)蠕變斷錯，(即舊金山大地震)，；?！　⊥ㄟ^第四紀沉積物年代和錯位量的研究，可以測定活斷層在最新地質(zhì)時期內(nèi)的平均錯動速率。據(jù)統(tǒng)計，－／a；水平平均錯動速率:新疆地區(qū)8－l8mm／a，青藏高原周同2－9mm／a，－10mm／a。東部地區(qū)大部分活斷層的垂直平均錯動速率:／a，銀川地塹。／a、／a，華南地區(qū)每年百分之幾至十分之幾毫米；水平平均錯動速率:－／a，鄂爾多斯周圍8－5mm／a，－2mm／a，臺灣6－12mm／a。　　需要指出的是，活斷層的錯動速率是不均勻的，一些地震斷層在臨震前住往加速，地震后又逐漸減緩。根據(jù)錯動速率的大小，一般將活斷層分為AA、A、B、C、D等五級(表2－1)。表2－1　活斷層按錯動速率分級等級 錯動速率（mm／a）AAABCD 101－10－1－ 　　地震斷層兩次突然錯動之間的時間間隔，就是活斷層的錯動周期。由于活斷層發(fā)生大地震的重復(fù)周期往往長達數(shù)百年甚至數(shù)千年，已超出了地震記錄的時間。因此要正確制定一些活斷層上強震的重復(fù)時間間隔，必須加強史前古地震的研究；即利用古地震時保存在近代沉積物中的地質(zhì)證據(jù)以及地貌記錄，來判定斷層錯動的次數(shù)和每次錯動的時代。例如克拉克(C1ark)等人在加里福尼亞博利戈山地震(1968年，M=)時產(chǎn)生的地表斷層上開挖溝槽，發(fā)現(xiàn)地層年代越老，錯動越大。利用C14測定各地層的絕對年齡，判定該斷層存過去3000年間大約每隔200年錯動一次?！　〉卣饠鄬拥腻e動周期豐要取決于斷層周圍地殼應(yīng)變速率和鎖固段斷層面的強度。若應(yīng)變速率小，則應(yīng)力達到斷層面強度的時間(錯動周期)就變長；若斷層面強度小的話，即使應(yīng)變速率也小，它也能在較短時間內(nèi)達到極限強度而發(fā)生地震。地殼應(yīng)變速率用斷層的平均錯動(位移) 速率s表示，斷層面強度用一次地震的錯移量d表示。則該斷層的錯動周期(或該級地震的蔣現(xiàn)期)R=d／s(圖2－7左圖)。若兩次地震間斷層有蠕滑運動時，則R=d／(s－c)，c為平均蠕滑速率(圖2－7右圖)。顯然，平均錯移速率低的斷層錯動周期要大得多。松田時彥統(tǒng)計了日本大陸上主要歷史地震的震級M伴隨的錯移量d的關(guān)系，其相關(guān)方程式為: 圖2－7　平均錯動速率和一次地震錯移量，地震再現(xiàn)期的關(guān)系lgd=－　　　　　　　　　　(2－3)于是得：lgR=－(lgs+)　　　　　　　(2－4)上兩式中d、s單位各為m及m／a。 圖2－8　地震重現(xiàn)周期計算圖解(據(jù)松田時彥，1978)　　根據(jù)上述關(guān)系式可繪制出圖解(圖2－8)?？芍?；s為1－10mm／a的A級活斷層，當發(fā)生M=7－8的火地震時，其發(fā)震周期約為103年，而s小于一個數(shù)量級的B級活斷層，要發(fā)生這樣大的地震，大約周期為104年。因此，可以這樣認為：剛發(fā)生過大地震的斷層，即使是AA級斷層，該地帶應(yīng)該是安全的?！　‘?shù)卣饠鄬影橛腥鋭铀茣r，由它所發(fā)動地震的震級和周期