在地质学中,活断层一般是指晚更新世以来曾经活动、未来仍可能活动的断层。这一概念最早由美国地质学家贝利·威利斯(Bailey-Willis)等人于20世纪20年代提出。活断层是地质历史中最新活动的产物,与地震活动有密切的联系,并且还直接影响工程的安全,故活断层的研究一直是地球科学中的一个重要领域。

活断层在全球范围内广泛分布,中国也分布较多,尤其是在中国西部地区,活断层规模大、活动性强,曾造成严重的地质灾害。与活断层相关的地质灾害可分为活断层快速活动灾害、活断层缓慢活动灾害、活断层次生灾害三种类型。

断层的基本特性包括:断层的继承性与反复性,隐伏性,分段性,活断层的长度与断距等。对活断层基本特征的研究,有助于认识活断层的规律性,并为评价工程场地的稳定性提供可靠依据。

介绍

我们所说的活断层是第四纪期间,尤其是距今10万年来有过活动,今后仍可能活动的断层。它的规模可大到板块边界,也可小到仅几十公里长。那么,地震带与活断层有什么关系呢?下述现象能帮助回答这个问题。

1.绝大多数强震震中分布于活断层带内。我们知道全球有两个大的地震带:环太平洋带和地中海喜马拉雅山脉带。两者释放的能量占全球地震总能量的95%,而这两个带部是活动的板块边界大断层带。

2.世界上著名的破坏性地震所产生的地表新断层与原来存在的断层走向一致或完全重合。如1906年旧金山发生的8.3级地震沿圣安德列斯断层产生了450公里的地表破裂;我国1920年的海原县地震、1931年的新疆富蕴地震、1932年的甘肃昌马地震、1970年的云南通海地震、1973年的四川炉霍地震、1988年的云南澜沧一耿马地震等,都产生了与原断层大体重合的新断层。

3.在许多活动断层上都发现了古地震(指有仪器记录以前的地震)及其重复现象。每一发震断层上的重复时间从几百年至上万年。我国建国以来受灾损失最大的唐山地震,在断层上也发现了古地震现象。这告诉我们:不仅是现在,而且过去的地震也是沿断层分布的。

4.大多数强震的极震区和等震线的延长方向和当地断层走向一致。大地震的前震和余震也沿断层线性分布。

5.震源力学分析(震源机制)得出,震源错动面的产状大部分和地表断层一致。

总之,这些自然现象说明:地震带与活断层有着成因上的密切联系。因此可通过地震带发现和研究活动断层带,而活动断层带的存在和断层作用又是产生地震和地震成常分布的根本原因。

简介

在地质学中,活断层一般是指晚更新世(约10万年前)以来曾经活动、未来仍可能活动的断层。这一概念最早由美国地质学家贝利·威利斯和H.O.Wood于20世纪20年代提出。活断层是地质历史中最新活动的产物,与地震活动有密切的联系,并且还直接影响工程的安全,故活断层的研究一直是地球科学中的一个重要领域。

活断层在全球范围内广泛分布,中国也分布较多,尤其在中国西部地区,活断层规模大、活动性强,曾造成严重的地质灾害。与活断层相关的地质灾害可分为活断层快速活动灾害、活断层缓慢活动灾害、活断层次生灾害三种类型。

主要特点

活动与地震

活断层有两种基本活动方式:

(1)以地震方式产生间歇性的突然滑动,这种断层称发震断层或粘滑性断层。粘滑性断层的围岩强度高,两盘粘在一起,不产生或仅有极其微弱的相互错动,从而不断积累应变能,当应力达到围岩锁固段的强度极限后,较大幅度的相互错动在瞬间突然发生,引发地震。

(2)断层两侧岩层连续缓慢地滑动,称为蠕变断层或蠕滑型断层。蠕滑型断层围岩强度低,断裂带内含有软弱充填物或孔隙水压、地温高的异常带内,断裂锁固能力弱,不能积累较大的应变能,在受力过程中会持续不断的相互错动而缓慢的滑动。

继承性与反复性

活断层的继承性:活断层通常是继承老的断裂而活动的。

断层的反复性:活断层的发震断层往往是沿着某一活动断裂有规律的重复分布的。

长度与断距

活断层的长度与断距主要是研究发生强震时地震断层的位错长度和位错距离,是活断层区建设时场地评价、设防和地震预报的重要资料。一般地说,地震震级愈大,震源深度愈浅,则地表断层长度愈大,断层位移量也愈大。

统计资料表明,一般7.5级的浅源地震均伴有地表错断,而小于5.5级地震者则少见。

隐伏性

活断层的隐伏性通常是指断层在第四纪有过活动,但未切穿全新世或现代最新地层。在城市规划、大型工程场地选址、烈度区划、地震危险性分析等方面都会考虑活断层的隐伏性。

震源机制解

郯庐断裂压扭运动,兼右旋剪切,浅源地震

活动速率

断层的滑动速率,即单位时间内的断层滑动量,常以mm/a表示.

地形地貌法和地震考古是确定地质历史时期断层平均活动速率最常用的方法.

断裂现代活动速率是用现代仪器测量确定的.在我国的一些活动性较强的断裂上,都布设有短水准、短基线水准测量网和三角观测网,获得了一批具有较高精度的数据。

在城市,由于人为活动的附加作用,使得断层活动的速率值增大。

分段性

活断层的分段性是指超长活断层在地震中通常分为互不相同的地段。超长活断层上发生一次地震并不是整个断层带破裂,而是破裂仅局限在一定段落,这是因为超长断层在延伸方向上并不是连续的,特别是受到其他断层的错断,使得超长断层具有分段,在一些活动段存在锁固段,当应变能积累达到这些锁固段极限强度时,会产生突然错断,从而产生地震,这也正说明了地震发生的活断层是分段的。

断层长度与地震震级不协调的另一情况是有时一次地震引起的地震断层,常常呈现枝状或出现平行、次平行的破裂群,对这些成群的小断层,如仅用单条破裂长度,按经验公式计算,只能得到很小的震级,显然不能反映断层长度与地震的真实关系。

断层群集

根据断层活动与地震的关系,把成因上有联系的一组断层集合成一条较大的活断层。

分类

性质分类

依据安德森的分类方法,活断层分为三类,即正断层、逆断层及平移断层。通常在地壳压缩的地区(例如造山带)容易产生逆断层;在地壳伸张的地区(例如中洋脊)容易产生正断层。平移断层则发生在压缩区与伸张区的转移带或各区内部局部应力状况变化之处。

时代分类

世界各先进国家的地质调查所在编制活断层地质图时,对于活动时代的分类略有不同。虽然在分类上未趋于一致,但仍可归纳为下列主要的四类:

1、历史时期(随世界各地历史的长短而定)的断层

2、全新世(约一万年以来)的断层;

3、第四纪(约200万年以来)的断层;

4、第四纪以前的断层。

第四纪以前的断层通常不被认为是活断层。在台湾省这种地质作用变化快速的地区,第四纪早期活动过的断层,并不一定都在第四纪晚期持续活动,故不一定可视为活断层。但第四纪断层在某些国家被视为活断层。

速率分类

根据滑移速率(sliprate),活断层可以分为AAA、AA、A、B及C五个类型:

AAA级(活动度极高):1000-100公尺/1000年

AA级(活动度甚高):100-10公尺/1000年

A级(活动度高):10-1公尺/1000年

B级(活动度中等):1-0.1公尺/1000年

C级(活动度低):0.1-0.01公尺/1000年

形式分类

按滑动力学中粘滑(stickslip)及蠕滑(stablesliding)的不同,可将活断层分为粘滑断层及蠕滑断层。

粘滑断层:其内部一般含有较少的断层泥,两侧岩盘并时有突起(asperity),故滑动时粘滞性高。在一定的区域位移速率下,它会有一个长时间的不动期,然后再来一个短时间的滑动期。这个滑动会释放先前所蓄积的应变能,并以弹性波向四面八方传递,这也就是地震。

蠕滑断层:其内部一般含有较厚的断层泥,因断层泥的强度极低,故绝大部份时间是处於塑性流状态,滑动平稳,不会有地震发生或仅有极微小的地震发生。

深度分类

若按切穿深度分类,断层可区分为四种类型:

1、岩石圈断层:切穿岩石圈而达到软流圈,为大地构造一级单元的边界,重磁力异常梯度带及地震带;

2、地壳断层:切穿地壳而达到莫荷界面,为大地构造二级单元的边界,重磁力异常梯度带及地震带;

3、基底断层:切穿上部地壳花岗石地层而达到康拉德面,为大型构造盆地边界、磁力异常带和地震带;

4、盖层断层:切穿沉积盖层达到基底,常表现出地形差异。

这四种深度不同的断层,有的可以切穿到地表,有的只发育在相应层圈而隐伏在地下。

关联分类

考虑断层与地震的关联,可分出地震断层(earthquakefault)及震源断层(seismogenicfault)两类。

地震断层:它是地震发生时在震央地区因地层强烈扭曲变形而产生的地表断裂,它不一定是释放应变能的主要断层。

震源断层:即地震时释放应变能的主要断层,它不一定露出地表。

判断方式

一个地区有没有活断层,采用的主要方法是根据活断层的判别标志来进行判断的。

地貌标志

地貌上的标志有:断层崖、三角面、洪积扇叠置、河流裂点等标志;河流、山脊或冲沟的水平位错;全新世以来的最新地层被错断现象;地表疏松土层出现大面积有规律分布的地裂缝,且其总体延展方向与基底断层的方向大体一致;深断裂第四纪新活动(复活)所形成的第四系内断层等。

遥感影像

可以利用遥感影像解译资料帮助判断活断层,地貌标志中的断层崖、三角面、洪积扇叠置、水系变迁、冲沟、山脊的水平位错等在遥感影像上均有反映;冲积层中的活断层带经常构成地下水的障壁,往往沿活断层出露一系列泉,或形成断层两侧地下水位高程不同,致使地面的色调或植被不同,成为遥感影像判别活断层的有力标志。遥感影象解译活断层时应注意现场调查验证。

年龄测定

可以用断层新活动年龄测定的方法对活动断层的最新活动年龄进行测定,用以确定断层是否为活断层或进一步确定其活动年代。如,14C法,热释光法、电子自旋共振法、系测年法,以及光释光法等。由于测年方法本身的局限性及样品采集等方面的原因,测年数据的可信度还不太高,所以应注意综合分析,不应仅根据单一标志、单一方法来确定,而应采取综合评判的方法。

研究方法

对活断层的研究可以通过航卫片解释、地质地貌调查、地质填图、探槽开挖等手段,在第四纪覆盖地区则必须使用各种地球物理学探测和工程地质勘探方法。其目的就是要查明活断层的位置、活动时代、运动性质、滑动速率以及该断层上曾经发生地震的情况。

20世纪70年代以来世界各国对活断层的研究取得了巨大成就,形成了一套完整的研究活断层活动习性的方法,特别是探槽开挖技术和古地震研究方法已非常成熟。研究表明活断层具有分段破裂特性,一条活断层的不同段落往往具有不同的破裂活动历史,它们可能分别发生破裂,每一次破裂对应一次地震。因此,通过对活断层破裂分段的研究,可以有效地提高地震预报的精度。

与地震的关系

关系

活断层与地震灾害关系密切,活断层决定着多数破坏性地震的发生位置,活断层的规模大小、运动性质和活动时代等属性决定着地震震级的大小,同时,对强地震地面运动具有复杂的影响。城市及附近地震可加重发震活断层沿线建筑物的破坏和地面灾害,特别是位于城市之下的活断层突然快速错动所导致的“直下型”地震能引起巨大的城市地震灾害。

相关事件

1976年,唐山7.8级地震造成了约24万人死亡,其地震与活断层有关。

1999年,土耳其伊兹米特7.8级地震死亡人数为18000。

1999年,台湾集集地震死亡人数为2375人,也与活断层有关。

2001年11月14日,昆仑山8.1级地震发生在青藏高原的南缘断裂带上,这条断裂带是青藏高原内部的一条重要的左旋走滑断裂带,地震中沿断裂区在地表形成了长度350公里的地表破裂带。如此强烈的地震如果发生在城市及附近,在地震地表破裂带上的所有建筑物将遭受破坏,会产生巨大的人员伤亡和财产损失。

2012年3月26日,日本一家由海洋研究开发机构、广岛大学等组织组成的研究小组发布消息:在距离日本千叶县房总半岛南侧100多公里外的太平洋海底,新发现两处活断层。研究小组认为,由于断层巨大,无论哪个断层单独出现整体运动,都将导致8至9级的地震。同时,地震引起的海啸可能会波及关东地区南部和东海地区。

2012年5月11日,日本教育部一个研究小组称,日本最高峰富士山正下方很可能存在活断层,有可能引发强达7级的地震,而地震的晃动或将导致巨大山崩和泥石流,附近居民会遇到巨大灾难。此次发现的断层位于神绳·国府津-松田断层带的西延长线上。由于附近的泥流堆积层非常厚,所以一直不清楚其地下结构。日本政府2004年制作的富士山灾害地图没有包含这个断层,因此今后有必要制定新的防灾措施。

2012年12月10日,日本原子能规制委员会委员长代理岛崎邦彦表示,敦贺核电站2号机组正下方的D-1破碎带“很可能为活断层”。根据日本的规定,核电站不能建在活断层上方。经过这次调查,日本原子能安全保安院要求原子力发电公司,追加对该断层附近的挖掘调查及分析。

参考资料

新华网:日本近海发现两处活断层 若移动可引发8级地震 2012-03-27.tech.sina.com.cn.2012-03-28

中国新闻网:评估称日本敦贺核电站下可能存在活断层 2012年12月11日 10:53.tech.sina.com.cn.2012-12-11