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第二篇 与区域稳定性有关的 工程地质问题 第四章 活断层的工程地质研究 4.1 基本概念及研究意义 活断层(active fault)一般理解为目前还在持续活动的断层，或在历史时期或近期地质时期活动过、极可能在不远的将来重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层(potentially active fault)。 4.2 活断层的特性 活断层的特性包括活断层的类型和活动方式，活断层的规模，活断层的错动速率及其分级，活断层的重复活动周期，以及作为活断层活动记录的古地震事件等。 4.2.1 活断层的类型和活动方式 按构造应力状态及两盘相对位移的性质，可将活断层划分为地质上熟悉的三种类型，即：走向滑动或平移断层，逆断层和正断层。其中以走向滑动型最为常见。三类活断层由于几何特征和运动特性不同，所以它们对工程场地的影响也各异。 图4—30给出了青藏高原内部及其边缘、甘新一带、华北三个地带的16条活断层上120 00 a以来的古地震事件在时间上的分布情况。 会持续不断的相互错动而不能锁固以积蓄应变能，这种方式活动的断层仅伴有小震或无地震活动。有些断层则兼有粘滑与蠕滑。这三种方式的错动位移随时间的变化如图4-9所示。 近年来，一些研究者注意到了粘滑型断层在大震前后一段时间内在震源区及其外围的蠕滑现象。1976年唐山地震前后的一些宏观现象，如井壁坍塌变形，沿八宝山断层地下水位的变化、河北省中部的井喷现象等，都可能与深部断层的蠕动有关。据唐山地震区地形变资料反演求得的震中区8km-6km的地带内，于1969-1975年发生了走滑错距为104cm的无震蠕滑、走向和倾向滑动的平均速率分别达18.6cm/a 和1.4cm／a。 我国大陆内部还有一种特殊的反映断裂蠕动的构造形式：因地壳块体或断裂带蠕动，导致在地面产生一系列微型破裂构造，一般称为地裂缝(ground fissure)或“地裂”现象。典型代表有西安地裂缝。当然地面裂缝有多种成因，外生的地裂分布是比较广泛的。但上述的地裂现象不受地貌、土质和水文条件影响而广泛分布在大范围内，与区域构造方向和区域应力场方向协调，表现出有统一的受力方向，反映出它们可能是一种大范围构造活动或深部断裂的蠕动而引起的地表蠕裂现象。 西安地裂缝就被认为是由于渭河断陷南侧的长安临潼断裂的张性蠕动，为厚达一千余米的第四纪土层提供了潜在临空面，在自重应力场作用下产生了侧向扩展(gravitational lateral spreading)而形成的； 4.2.2 活断层的长度和断距 活断层的长度和断距是表征活断层规模的重要数据，通常用强震导致的地面破裂(地震断层或地表错断)的长度(L)和伴随地震产生的一次突然错断的最大位移值(D)表示。通过对地表错断的研究，可以了解地震破裂的方式和过程，判定地震断层动力学特征，又可了解地震时的地面效应，判定地震危险性和震害程度，为在活断层区修建建筑物的抗震设计提供参数。所以近年来世界各地都对地表错断进行了广泛的研究。近年来，我国地震部门也对全国40余条地震地表错断进行了研究(图4一11)。 研究表明，地震地表错断长度自1km至数百公里，最大位移自几十厘米至十余米(表4－2、表4－3)。一般说来地震震级愈大，震源深度愈浅，则地表错断就愈长。大于7.5级的浅源地震均伴有地表错断，而小于5.5级的地震则除个别特例外均无地表错断。同样震级的地震则由于震源深度不同或锁固段岩体强度不同而地表断裂的长度各不相同。一般认为，地面上产生的最长地震地表断裂，可以代表地震震源断层的长度。而地震震源断层长度与震级大小是正相关的。所以各国学者又开展了地震震级与地表破裂长度及地表断层位移的统计关系分析，力图建立它们之间的相关关系式，以便据已知断裂估计可能地震震级， 或者据已知震级估计工程场地可能出现的位错的大小。我国已有的这类关系式 有： M=1.19lgL+5.25 L=0.56M-2.25 日本松田时彦得出的关系式为： M=（1/0.6）lgL+4.85 lgD=0.55M-3.71 博泥拉通过统计、回归分析，获得如下关系式： Ms(L)=6.04+0.708lgL 4．2．3 活断层的错动速率和重复错动周期 活断层的错动速率是反映活断层活动强弱、断层所在地区应变速率大小的重要数据。 如前所述，活断层的活动方式以粘滑为主，往往是间断性地产生突然错断，所以错动速率以一定时间段内的平均错动速率表示。断层的错动速率愈大，两次突然错断之间的时间间隔，亦即其重复错动周期，也就愈短。突然错动事件总是伴