第十九章第五節(jié)知識資料動力地質(zhì)（一）

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁第五節(jié)動力地質(zhì)一、地震地震是由地球的內(nèi)力作用而產(chǎn)生的一種地殼的振動現(xiàn)象。（一）地震波的傳揚地震從震源向四面?zhèn)鲹P的彈性波叫地震波。地震波包括體波和面波，地震時通過地殼巖體在介質(zhì)內(nèi)部傳揚的縱波和橫波，總稱為體波；體波到達地面后激發(fā)的次生波，稱為面波。它只限于沿著地球表面?zhèn)鲹P，如圖19-27所示。地震波的傳揚以縱波速度最快，橫波次之，面波最慢，普通情況是當橫波和面波到達時，地面發(fā)生強烈震動，建造物也通常都是在這兩種波到達時開始破壞。主要緣故是：地震發(fā)生時，由震源發(fā)出的地震波傳至地表巖土體，迫使其振動，因為表層巖土體對不同周期的地震波有挑選放大作用，并以某種周期的波挑選放大的異常顯然、突出，這種周期即為該巖土體的卓越周期。卓越周期的實質(zhì)是波的共振，即當?shù)卣鸩ǖ恼駝又芷谂c地表巖土體的自振周期相同或相近時，因為共振奮用而使地表振動加強。地震時地基巖土體及建造物各自的振動周期相等或相近時，也將引起共振，使建造物振動的振幅加大，并遭遇破壞。圖19-27地震波的傳揚與運動形式暗示圖（二）地震震級地震震級是按震源釋放能量的多少來劃分的地震大小等級，放出能量越多，震級越大。一個1級地震的能量相當于2×l06J，震級每增強一級，能量增強30倍左右。震級普通采用里氏震級標準，其計算主意是取距震中100km處標準地震儀所測到的地震波最大振幅值的對數(shù)，振幅值以μm計算，其表達式為M=lgA(19-1)式中：M--震級；A--地震波最大振幅值（μm）。如最大振幅為10mm即10000μm，它的對數(shù)值是4，故震級定為4級。而實際上，震級普通是按照隨意震中距、隨意型號的地震儀的記錄經(jīng)修正后求得的。（三）地震烈度地震烈度是按照人感覺和地面建造物遭遇破壞的程度來劃分地震大小的等級，它同震級大小、震源深度、震區(qū)地質(zhì)條件及震中距離有關。同級地震，淺源地震較深源地震對地面的破壞性要大，烈度也更大。同是一次地震，離震中越近，破壞越大，反之則小。按地震烈度相同的地點銜接起來的線叫等震線，震中點的烈度稱為震中烈度。對于淺源地震，震級與震中烈度有如下關系Ms=0.58I+1.5(19-2)式中：Ms——震級；I-一震中烈度。地震的基本烈度是指某一地區(qū)在今后的一定期限內(nèi)（在我國普通考慮100年或50年左右），可能遭遇的地震影響的最大烈度。它實質(zhì)上是中持久地震預告在防震、抗震上的詳細預計。目前抗震強度的驗算和防震措施的采取都是以基本烈度為基礎，并按照地質(zhì)、地形條件及建造物的重要性按抗震設計規(guī)范作適當?shù)恼{(diào)節(jié)。經(jīng)過調(diào)節(jié)后的烈度稱為設計烈度。（四）近震與遠震近震是距震中小于1000km的地震。其震級用下列公式計算ML=lgAu+R(△)(19-3)式中：ML--震級；Au--記錄到的水平地動位移（單振幅）（μm）；R(△)——起算函數(shù)，隨震中距離和儀器性能而定。遠震是震中距大于1000km的地震，其震級用下列公式計算(19-4)式中：Ms——按照面波求得的震級；T——相應于AU的振幅；σ(△)——面波震級的起算函數(shù)。世界地震主要擴散分布在環(huán)太平洋地震帶、阿爾卑斯一喜馬拉雅地震帶、洋脊和裂谷地震帶及轉(zhuǎn)換斷層地震帶上。（五）斷裂活動與地震的關系大量事實表明地下斷層活動引起地震，而地震作用又可產(chǎn)生地表斷層。絕大多數(shù)的淺源地震與活動斷層密切相關。按照我國大陸地區(qū)地震地質(zhì)研究，兩者之間有以下關系：(1)絕大多數(shù)的強震的震中坐落于活動的大斷裂上或其附近。(2)許多破壞性強震（普通大于6.5級或7級，如2008年5月12日汶川大地震高達8.0級）的形成都與當?shù)刂饕獢嗔炎呦蛞恢?，甚至大體重合。(3)曾經(jīng)發(fā)生過多次強烈地震的大斷裂，大都為切過震源破碎位置的深大斷裂。(4)我國絕大多數(shù)強烈地震的極震區(qū)和等震線的延伸方向與當?shù)卮髷嗔训淖呦蛞恢?。斷層活動是否伴生地震，主要取決于斷層的運動方式。當斷層活動方式是一種蠕動，即相對穩(wěn)定的滑動時，普通不伴有破壞性地震。當斷層活動方式是一種粘滑，即斷層兩盤互相粘住時，使滑動受阻，當應力堆積到等于或大于摩擦力時，斷層兩盤發(fā)生驟然的相對錯動時，便會發(fā)生地震。（六）活動斷裂的分類和識別及對工程的影響活動斷層是指現(xiàn)今仍在活動著的斷層，或是近期曾有過活動，不久的未來可能活動的斷層。后一種情況也可稱為潛在活斷層。在《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)（以下簡稱《勘察規(guī)范》）中規(guī)定：在全新地質(zhì)時期（一萬年）內(nèi)有過地震活動或近期正在活動的斷層定為全新活動斷裂；對其中近500年來發(fā)生過不小于5級地震的斷裂，或在未來100年內(nèi)可能發(fā)生不小于5級地震的斷裂，稱為發(fā)震斷裂。1．活動斷裂的分類(1)按照斷層面位移方向與水平面的關系，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，走滑斷層即平移斷層，又可分為左旋斷層和右旋斷層。(2)按斷層的主次關系，又可將活斷層分為主斷層、分支斷層和次級斷層。對于逆斷層和正斷層來說，次級斷層主要產(chǎn)生在上盤，而平移斷層很少有次級斷層伴生。(3)按活斷層的活動方式基本分兩種：一種是以地震方式產(chǎn)生間歇性地驟然滑動，這種斷層稱地震斷層或粘滑型斷層（又稱突發(fā)型活斷層）；另一種是沿斷層面兩側(cè)巖層延續(xù)緩慢地滑動，稱蠕變斷層或蠕滑型斷層。2．活斷層的識別標志1)活斷層的地質(zhì)、地貌和水文地質(zhì)識別標志(1)錯斷晚更新世(Q3)以來地層的即為活斷層，如保留在最新沉積物中的地層錯開，是鑒別活斷層的最可靠根據(jù)。(2)活斷層的斷層帶（面）普通都由未膠結(jié)的松散的破碎物質(zhì)所組成，是鑒別活斷層的地質(zhì)特征之一。(3)陪同有強烈地震發(fā)生的活斷層，強震過程中沿斷裂帶常浮上地震斷層陡坎和地裂縫，是鑒別活斷層的重要根據(jù)之一。(4)兩種截然不同的地貌單元直線相接的部位，其一側(cè)為斷陷區(qū)，另一側(cè)為隆起區(qū)，如高聳的山區(qū)驟然轉(zhuǎn)為平原、盆地，并有平直的清新的斷層陡崖、斷層三角面等，即為活斷層的分布地段。(5)走滑型的活斷層，常使一系列的河流、溝谷向一個方向同步移錯(見圖19-28)時，即可作為決定活斷層位置和錯動性質(zhì)的佐證；山脊、山谷、階地和洪積扇等的錯開，也是鑒別走滑型活斷層的標志。(6)活動斷裂在地貌上若為深切的直線形河谷，晚更新世以來形成的階地發(fā)生錯位，同一級階地的高程在斷層兩側(cè)顯然不同。(7)在活動斷裂帶上滑坡、崩塌和泥石流等工程動力地質(zhì)現(xiàn)象常呈線形密集分布。(8)活動斷裂帶常有串珠狀泉水、沼澤、湖泊、火山、殘丘、洼地；呈定向斷續(xù)線狀分布的鹽堿地、蘆葦?shù)?、跌水、植被。但應與其他識別標志結(jié)合考慮。(9)因為活斷層_般比較深，地下水在循環(huán)交替過程中能攜帶深部的某些化學成分，主要表現(xiàn)為某些微量元素會顯著增強，如氡、氦、硼、溴等。因此，也可按照地下水中這些微量元素的異常，探測活斷層。(10)沿活斷層帶具有重力和磁力異常。2)活斷層的歷史地震、歷史地表錯斷識別標志(1)歷史上有關地震和地表錯斷的記錄是識別活斷層的證據(jù)。如歷史上記錄的中、強震震中位置的分布，晚更新世以來的古地震遺跡斷裂長度及地表錯斷距離等。(2)活斷層錯斷古建造物、古陵墓、古城堡等，如明代萬里長城已查明在寧夏石嘴山紅果子溝有兩處錯斷。3)活斷層的微震測量和地形變識標志目前我國已使用密集的地震臺網(wǎng)，測定微震震中位置來探測活斷層的位置、斷層兩盤的相對活動性、震源參數(shù)等，實現(xiàn)微震監(jiān)測。采用重復精密水準測量和三角測量獲取地形變證據(jù)，能判定無震的蠕滑斷層或突發(fā)的地震斷層的活動性。通過區(qū)域水準測量及臺站流動短水準測量所反映的垂直形變，可以探求活斷層不同地段的兩旁相對升降活動的趨勢和幅度。利用三角網(wǎng)復測所得水平變形資料，可探求活斷層的走滑趨勢和幅度、主壓應力方向。【例19-20】下面幾種現(xiàn)象中，能夠作為活斷層的標志是：A.強烈破碎的斷裂帶B．兩側(cè)地層有牽引現(xiàn)象的斷層C．河流凸岸內(nèi)凹D．全新世沉積物被錯斷解其他現(xiàn)象是斷層存在的標志，全新活動斷裂為全新世（一萬年）以來有過活動的斷裂，錯斷的全新世沉積物是活斷層的重要標志。答案：D3．活斷層對工程的影響活斷層對工程建造物的影響表現(xiàn)為兩個方面：一方面是因為蠕變型活斷層，當相對位移速率較大時，地面錯動使地基產(chǎn)生不勻稱下沉，直接傷害跨越該斷層修建的建造物，有些活斷層錯動時附近有伴生的地面變形，也會影響到鄰近的建造物。另一方面是伴有強烈的地震發(fā)生的突發(fā)型活斷層，錯斷距離普通較大，將使較大范圍內(nèi)的建造物遭遇破壞。因此，在活斷層分布地區(qū)舉行工程建造選址時，普通應避免全新活斷層，如高壩、核電站這類重要的永遠性建造物，不能修建在活斷層附近，避免距離應按照斷裂等級而定。鐵路、運河、橋梁等線性工程必須跨越活斷層時，也應盡量使其大角度相交，并應避免主斷層。所修建的建造物應采用與之相適應的建造形式和結(jié)構措施。二、巖石的風化因為溫度、大氣、水和生物等因素的影響，巖石發(fā)生物理和化學變化，在原地破碎分解，稱為風化作用。（一）風化作用的類型風化作用按因素的不同，可分為物理風化、化學風化兩大類型（偶爾還分出生物風化）。1．物理風化作用引起巖石物理風化作用的主要因素是溫度的變化、水的凍融和可溶鹽結(jié)晶脹裂、巖石釋重、植物根劈等。以物理風化為主的地區(qū)，風化深度普通不超過10～30m，最厚60m。2．化學風化作用巖石在水溶液和大氣以及生物的分泌物、遺體腐爛后分解的一些物質(zhì)等的作用下，在原地發(fā)生化學變化，逐漸破壞并產(chǎn)生新礦物的過程叫化學風化作用。引起化學風化作用的主要因素是水和氧。化學風化作用主要有溶解作用、水化作用、水解作用、碳酸化作用、氧化作用等幾種方式。化學風化作用在溫暖、濕潤的地區(qū)最為活躍。化學風化作用使巖石礦物破壞后形成兩部分產(chǎn)物：一部分是能溶于水的可遷移物質(zhì)，包括各種易溶鹽類、K+、Na+的氫氧化物和少部分難溶的物質(zhì)（如Sj4+、Al3+、Fe3+等的氧化物），另一部分是堆積于原地的殘積物，如石英顆粒和硅、鋁、鐵的化合物如高嶺石、蛋白石、鋁土礦和褐鐵礦等?；瘜W風化為主地區(qū)風化深度普通為30～50m，最厚可達100m?！纠?9-21】最有利于化學風化的氣候條件是：A．干熱B.濕熱C．嚴寒D．冷熱交替解溫度較高、濕度較大的南方地區(qū)是化學風化作用占主導作用的地區(qū)，因此濕熱環(huán)境是化學風化作用的最有利氣候條件。答案：B（二）風化作用的影響因素1．巖石性質(zhì)巖石性質(zhì)包括巖石的礦物成分、結(jié)構和構造，是風化作用的內(nèi)在因素。巖石在風化帶中的穩(wěn)定性，主要是由其中所含礦物的抗風化能力決定的。礦物按抗風化能力強弱大致可分為穩(wěn)定礦物（石英、白云母等）、較穩(wěn)定礦物（正長石、酸性斜長石、角閃石、輝石、方解石等）和不穩(wěn)定礦物（黑云母、橄欖石、基性斜長石、石膏、黃鐵礦等）。2．氣候控制氣候的主要因素是降雨量和藹溫。在嚴寒的極地和高山及氣候干燥地區(qū)，雨量小，植被稀少，以物理風化作用為主，巖石風化后多為棱角狀的碎屑殘積物；在濕熱氣候區(qū)，雨量充沛，氣溫高，植被繁茂，化學風化作用強烈，巖石風化分解徹底，往往發(fā)育較厚的土壤層?！纠?9-22】在荒漠地區(qū)，風化作用主要表現(xiàn)為：A．被風吹走B．重結(jié)晶C．機械破碎D．化學分解解風化作用類型分為物理風化作用、化學風化作用和生物化學風化作用。在荒漠地區(qū)，因為水分參加極少，氣候干燥，溫差變化大，因此化學分化和生物化學風化作用微弱或不發(fā)生，巖石主要因為溫差變化帶來的巖石熱脹冷縮因其巖石的機械破碎的物理風化。風化作用與風的地質(zhì)作用屬于兩個概念，不能混淆。答案：C3．地質(zhì)構造在構造變動強烈地區(qū)、褶皺核部、斷層破碎帶及侵入巖接觸帶，裂隙較發(fā)育，為水、空氣及生物等進入巖石內(nèi)部提供良好的通道，能促使風化作用向巖石內(nèi)部縱深發(fā)展，因而巖石風化強烈。球狀風化就是經(jīng)風化作用后，巖石表面變成球形或橢球形的現(xiàn)象。4．地形地形的陡緩對巖石風化有一定的影響，地形起伏大、陡峭、切割深的地區(qū)，巖石易遭遇風化，且以物理風化作用為主，風化產(chǎn)物不易保存且很薄。地形起伏較小的緩坡地帶，則以化學風化作用為主，巖石遭遇風化分解較徹底，風化產(chǎn)物易保留且厚度較大?！纠?9-23】下列地質(zhì)條件中，對風化作用影響最大的因素是：A．巖體中的斷裂發(fā)育情況B．巖石的硬度C．巖石的強度D．巖石的形成時代解風化作用是使巖石機械破碎、物質(zhì)成分和結(jié)構發(fā)生改變的過程，但巖石中的斷裂發(fā)育使得各類風化營力（溫度、水：生物等）更易使巖石風化進程加快。答案：A（三）巖石的風化程度1．巖石風化程度的判斷按照巖石的色彩、礦物成分、破碎程度、強度的變化來判斷巖石的風化程度強弱。2．巖石風化程度分級如表19-9所示，共分為5級。3．巖石風化程度分帶巖石的風化是由表及里，地表部分受風化作用的影響最顯著，由地表往下風化作用的影響逐漸削弱以至出現(xiàn)，直至過渡到不受風化影響的清新巖石，因此從工程地質(zhì)的角度，在風化剖面的不同深度上，普通把風化巖層自下而上相應于風化程度分級劃分5個帶：未經(jīng)風化帶、輕微風化帶、中等風化帶、嚴重風化帶、極嚴重風化帶。4．殘積物(Qel)地表巖