断层及破裂带和地震断裂带的区别

3.5　活断层

活断层是指现在正在活动或在量近地质时期（全新世，1万年）发生过适动的断层。由于它对工程建设地区稳定性影响大，所以是区域稳定性评价的核心问题。

活断层对工程建筑物的影响是通过断裂的蠕动、错动和地震对工程造成危害。活断层的蠕动及伴生的地面变形，直接损害断层上及附近的建筑物。例如，宁夏石嘴山红果子沟明代（约400年）长城错动就是活断层蠕动造成。长城边墙水平错开1.45m（右旋），且西升东降垂直断距约0.9m。断层蠕动还会导致地面产生地裂缝，如西安地裂斜缝贯通西安市共有9条，最长者可达10km以上。该地裂缝发现于1959年，至今仍在活动，使大量建筑物开裂、道路变形，并切断地下管线、多次穿越陇海铁路线。地震缝发育不受地貌单元影响，有的地方见到地裂缝向深处延伸与基岩断裂一致。西安地裂缝大多研究者认为是由于长安临潼断裂的张性蠕动引起。活断层发震错动并伴有地表断裂会对工程造成危害。

例如，1976年7月28日我国唐山地震时，产生长达8km的地表错动。它呈北30°东方向由市区通过，最大水平错距3m，垂直断距0.7～1m。错开了道路、房屋、水泥地面等一切建筑物（见图3－16）。

图3－16　唐山地震地面断层错动

3.5.1　活断层的特性

1）活断层的活动方式图

活断层的活动方式可以分为蠕滑和黏滑两种形式。蠕滑是一个连续的滑动过程，因其只发生较小的应力降，因而不可能有大地震相伴随。这种方式活动的断层仅伴有小震或无地震活动。黏滑活动则是断层发生快速错动，在突发快速错动前断层呈闭锁状态，往往没有明显的位移发生。在同一条断裂带的不同区段可以有不同的活动方式。例如黏滑运动的断层有时也会伴有小的蠕动，而大部分地段以蠕动为主的断层，在其端部也会出现黏滑，产生大地震。由于活断层错动速率相当缓慢，所以不能采用一般的观测方法，通常用定期的形变测量来取得它的活动标志。活断层平均水平位移量与垂直位移量之比能反映块体运动状态。例如，根据80年代初对西安南郊地裂缝所进行形变观测，在其东段断层两侧水平运动分量与垂直运动分量的比值在1／2.98与1／2.61之间，地裂缝运动性质以正断层为主。反映了最大主压应力轴垂直，引张轴（南北向）和中间应力轴均呈水平；又如中国西北部，北北西向的可可托—二台断裂，地震时断层具有右旋逆冲走滑性质，最大水平错距与最大垂直断距比值为6，地质法所得水平与垂直方向运动速率比为7.6，水平方向走滑分量特大，是大型走滑断层所具有的特点。

2）活断层的规模及活动速率

断层的规模包括其长度和切割深度，它能反映其能量和破坏力。据邓起东等（1987）统计：我国M（震级）≥8级大震，有关断裂长度约超过500km，有些超过1000km；M＝7～7.9级地震，有关断裂长度达100km以上；M＝6～6.9级地震，有关断裂长度＞10km。通过地震观测得到的震源深度代表断层错动的位置，所以它小于断层切割深度。根据中国各地区地震震源深度的统计（李兴唐，1991），大多数地震震源深度比沉积盖层厚度大（多数地区沉积盖层厚度为3～5km）。M≥6级地震震源深度都在地壳下部或震源深度都在10km以上，最深达570km。

活断层的活动速率是断层活动性强弱的重要标志。世界范围统计资料表明，活断层活动速率一般为每年不足1毫米到几毫米，最强的也仅有几十毫米。

我国沿贺兰山、六盘山和青藏高原东缘为一条近南北方向的活动构造带。它不仅是东、西两侧地形的分界线，也是重要的构造分界线。我国大陆活断层水平滑动速率，在南北构造线两侧具有不同特点。南北构造线以西的断层两盘相对位移速率每年多在6mm以上，有的甚至可达10mm以上。例如云南东川（位于小江活动断裂带）1956年至1965年累积滑动位移量达10cm，平均每年大于10mm，并于1966年2月5日发生6.5级地震。南北构造线以东地区，活断层两盘相对位移速率多在每年5mm以下，有些断层则在每年0.1～1mm之间，如京津地区一些活断层，活动速率为每年0.24～0.27mm。

断层滑动速率不仅是断层活动性强弱的标志，而且也是计算大地震重复周期的重要参数。

3）活断层重复活动周期

活断层的活动方式以黏滑为主时，往往是间断性地产生突然错动。两次突然错动之间的时间间隔也就是地震重复周期。确定活断层突发错动事件的重复周期可以通过取得某一断层多次古地震事件及其年代数据来进行。相邻两次发震的时间即为重复周期。此方法称古地震法。表3－4列出了我国部分活断层的大震重复周期，主要是用古地震法获得的。

表3－4　我国部分活动断裂的强震重复周期（据罗国煜等，1992）

3.5.2　活断层评价

活断层因其未来具有活动的可能性，会以发震、错动或蠕动等方式对工程建设场地稳定性产生影响，所以活断层评价实质上是区域稳定性评价的核心问题。我国学者罗国煜（1992）根据多年实践，认为应从活动性断裂中依据一系列指标划分出优势活动性断裂，并分为两类：①区域优势活动性断裂，是常以发震形式影响工程场地稳定性的断裂；②场区优势活动性断裂，是常以错动和蠕动等方式影响场地稳定性的断裂。这一理论和方法得到广泛支持和应用。

活断层评价一般需首先了解工程场地及其附近是否存在活断层，以及活断层的规模、产状特征，活断层活动时代（其中最晚一次活动的时代最为重要），活断层活动性质（黏滑、蠕滑）、活动方式（走滑、倾滑）、活动速率等特征。还要了解和评价断层地震危险性，即是否为发震断裂，其最大震级及复发周期。

活断层发震造成工程震害，就其原因和特点来看，主要有两方面：地震振动破坏和地面破坏。

1）地震振动破坏及对策

地震振动破坏程度取决于地震强度、场地条件和建筑物抗震性能。工程地质研究的重点是场地条件对工程的危害性。

地震振动破坏取决于工程场地在未来地震造成的地表影响范围或影响场中的位置，或震中距等一系列因素。当活断层发震时，其影响场中各点烈度大小可用下式表示：I＝f（M、H、Δ、α…），式中f表示烈度（I）、震级（M）、震源深度（H）、震中距（Δ）及地质地形条件（α）等综合因素的函数。由于这些因素的复杂性和不确定性，目前难以直接进行求解。而是用烈度衰减经验公式，通常是采取若干有仪器观测结果的地震资料，测量每条等轴线长半轴（a）及短半轴（b）的长度，用二元回归分析得出烈度衰减的经验公式。或是根据历史地震等震线所得的平均衰减曲线（震级、烈度与震中距关系曲线）查找。

国内外地震灾害统计资料表明，场地地形地质条件会引起地震震害或烈度发生变化。地震震害与震级大小、场地条件和建筑物抗震性能三方面因素有关。工程地质着重研究场地条件对地震烈度的影响，又称做工程场地地震效应研究。主要反映在以下方面。

①地质构造条件。就稳定而言，地块优于褶皱带，老褶皱带优于新褶皱带，隆起区优于凹陷区。非发震活断层往往形成高烈度异常区，而老断裂构造无加重震害趋势。

②地基特性。在震中距相同情况下，基岩上的建筑物比较安全。就土而言，土的成因有很大影响，抗震性能顺序是洪积物＞冲积物＞海、湖积物及人工填土。软硬土层结构不同，烈度影响也不相同。硬土层在上部时，厚度愈大震害愈轻；软土层在上部时，厚度愈大则震害愈重。

③砂土地基液化。疏松的砂性土，特别是粉细砂，被水饱和时，在受到地震的情况下，砂体达到液化状态，丧失承载能力。

④孤立突出的地形使震害加剧，低洼沟谷使震害减弱。

⑤地下水埋藏愈浅，地震烈度增加愈大。

3.5.3　地面破坏及对策

在某些大地震，例如唐山地震中，由地震引起地裂、地表形变破坏是超过地震振动破坏的主要破坏类型。由于这种破坏位错量大并且是瞬时发生的，工程措施难以抵御它的破坏，所以要避开一段距离。即使是不发震的活断层，工程也应避开，更不能跨越其上，以防断层位移错动或蠕动，对工程造成影响。

继1959年西安发现地裂缝，1963年以来我国东部不少地区相继发现地裂缝。地裂缝按其成因主要有两类。

（1）构造地裂缝

构造地裂缝可以指示深部发震断裂或蠕动断裂方向。构造成因地裂缝不受地形、土体性质和其他自然条件控制，延伸稳定、活动性强、规模大。在强地震区等现今构造活动带常常出现地裂缝。

（2）非构造地裂缝

非构造地裂缝与地基液化、抽取地下水等有关。

工程避开活断层和地震危险区，应从烈度衰减规律出发，即顺断层走向烈度衰减缓慢，而垂直时衰减快。所以工程布局应垂直活断层并离开一段距离。以下规定可供参考：地裂缝处每边要离开100～200m，活断层要离开1km，核电站8km范围内不允许有长1.5km的活断层。汤淼鑫（1999）提出对于重大工程（主要指一线工程）活动断裂安全距离，如表3－5所示。

表3－5　活动断裂安全距离