理论教育 高工程地质:新构造运动与地质灾害

高工程地质:新构造运动与地质灾害

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:由于地质事件而造成的人类灾难叫地质灾害。当然,地质灾害和环境地质也有相关的一面,如森林砍伐、水土流失、沙漠化、生态恶化,水库地震等。这种活断层的活动方式及其引起的地震具有很大的破坏性,是工程抗震研究的重点。河谷深切、盆地沉陷,同级阶地发生显著的相对运动,夷平面解体。

高工程地质:新构造运动与地质灾害

由于地质事件而造成的人类灾难叫地质灾害。有的是直接的地质事件如地震火山爆发,构造运动,大规模岩爆,采空区、岩溶区塌陷,突然涌水,地面沉降,海侵,地裂地陷,大崩塌,微量元素严重失调等;有的是由于气候、人工活动引发的地质事件,如洪水泥石流、崩塌、滑坡、地面沉降、地裂地陷、诱发地震、水土流失等。

地质灾害和环境地质要区别开来,环境地质是生态学和人类的生存空间的问题。环境地质有自然方面的原因,如水、旱灾害,生态恶劣,水库地震;而更多的是社会运行、人类作用于自然不按客观规律办事、工作失误、管理不良等在一定的时空条件下造成的,本质上属于事故,如水质污染、垃圾堆(排)放、森林砍伐等。当然,地质灾害和环境地质也有相关的一面,如森林砍伐、水土流失、沙漠化、生态恶化,水库地震等。

(一)活断层和地震

活断层是活动构造体系的一部分,某一构造体系的活动性与构造应力场有关。活动断层和活动体系对地震的产生、区域的稳定、工程的稳定与安全影响极大。

1.活动断层的定义

目前仍在持续活动的断层,在地质历史上近期活动过的断层,在不远的将来可能产生活动的断层,都可以称为活断层。活断层是指已有断层的活动性,它和新产生的断层不是一回事。关于活断层“在地质历史上近期”所指的时间范围有四种意见:第一种是自新(晚)第三纪以来;第二种是自第四纪以来;第三种是自第四纪中更新世以来;第四种是自全新世以来,重大的工程也可自晚更新世后期(距今5万年)以来。在上述时间范围内有活动的断层称为活断层,仅在上述时间范围以前有活动的断层,在工程上就不考虑了。关于活断层“在不远的将来”所指的时间范围是100年或更长一些时间。

关于活断层的定义及活动的时间范围,也可根据工程类别及重要性进行专门的规定,如美国原子能委员会和国际原子能机构曾规定:

(1)在3.5万年内有过一次或多次活动的断层。

(2)与活动断层有构造联系的断层。

(3)沿断裂带仪器记录到小震活动和多次的历史地震事件或者发生蠕动。

(4)在晚第四纪(距今约50万年)有过活动。

(5)该断层有地面破裂的证据。

符合上述条件之一即可认为是活断层。我国的核电站设计中也采用了这一标准。

2.活断层的活动方式与分类

活断层的活动方式按其活动方向可分为正断层、逆断层和走向断层。按错断状态及对区域稳定、工程稳定影响的大小可分为蠕动、震动和错断。

蠕动:一般的蠕动是动而不震或断而不震。在工程抗震上可以不考虑它。有的蠕动是强震前、后的蠕动,这是强震前的应力和变形的积累或是强震后的弹性后效。前者和地震预报有关,后者与强震后的余震有关。另一方面,蠕动过程中也要消耗能量和释放能量,这样就可以避免巨大能量的积累和突然释放,由此可以避免强震发生。

蠕动是指速率很小、位移量很小的运动,但蠕动的积累变形也能使地下建(构)筑物及地面山坡上的建(构)筑物发生位移、变形及破坏。许多断层都有蠕动,如北京的八宝山断裂及山东、安徽境内的郯庐断裂。

震动:这是指由于断层的活动引起了震动即地震,但没有产生新的断裂,原有的断裂也没有明显的延伸扩展,尤其是没有产生地表断裂,这种情况可称为震而不断。通常这样引起的地震级别不高、破坏不严重,采取工程抗震措施就可以保证工程安全。

错断:活断层和断层的活动性以及地震,它们不完全是一回事。把能产生地震的新断层或活断层称为发震断层。断裂和地震常是伴生现象。由错断引起的地震是强震,具有突然性,震动剧烈,产生新的断裂或原有断裂带大规模地延伸、扩展。断裂两侧地层的错距很大,通常水平错距大于垂直错距。这种活断层的活动方式及其引起的地震具有很大的破坏性,是工程抗震研究的重点。这种情况下的震害常常是不可抗御的,属于自然灾害,可以通过工程措施减轻震害。对于重要工程,应该避开强震带和极震区(震中附近区域),因为离开震中区的远近不同,工程场地的地震效应就不同,震害的轻重也不同。

参照日本的标准,活断层按活动(错断)速率的定量分类如下:

(1)基本不活动:活动速率小于0.1 mm/年;

(2)弱活动:活动速率为0.1~1.0 mm/年;

(3)强活动:活动速率为1.0~10 mm/年;

(4)极强活动:活动速率大于10 mm/年。

一般认为:活动速率大于1.0 mm/年,就称为活断层。

3.活断层的判别

活断层是新构造运动的重要内容之一,所以识别新构造运动中关于断裂活动的一些方法和证据,也是对活断层的识别(判别)的依据。

(1)地质方面的标志。

第四纪地层被错断。例如正在深入研究的西安、大同的地裂缝和深部基岩断裂的关系。秦岭北麓的正断层下盘(南盘)上升,基岩出露,正断层上盘(北盘)下降,第四纪地层厚达几百米。甘肃金川矿区震旦纪以前的地层逆掩(上盘上升的逆断层)于第四纪早更新世地层之上。

活动断裂一定有许多新的构造形迹出现,即产生第四纪地层中的次级构造,如湖北荆门N30°W的断裂引起了表土层的小褶曲。有时活断层会使第四纪砾石层中的碌石被剪断或被压碎。

断层破碎带松散、未胶结、未压密,断层角砾岩、糜棱岩、断层泥成分新鲜,硬岩挤压或剪切处有断层擦痕。

第四纪火山群的活动及喷出大量的火山岩,如山西大同、云南腾冲等地区的地质活动。(www.daowen.com)

(2)地貌方面的标志。

在地貌分界线处,如山地和平原、山地和盆地等之间的相对高差进一步扩大,出现新的陡坎、陡崖,错断的山脊和山谷(垂直错断或水平错断)之间出现的断层崖面,洪积层呈很厚的叠复状或出现明显的偏移,出现线性分布的洼地、泉水沼泽、崩塌体、滑坡等。宋代沈括在《梦溪笔谈》中曾考察了太行山东麓残存的海岸(洋)生物,证明这里曾经是海陆分界。

河谷深切、盆地沉陷,同级阶地发生显著的相对运动,夷平面(在地质作用下使之成为平地)解体。

(3)水文及水文地质方面的标志。

沿地貌分界线出现线性分布的泉水,尤其是出现温泉。因为活断层处都有异常的地热,而且富水性、导水性好,是形成泉水尤其形成温泉的有利条件,如郯庐断裂、太行山东麓断裂、秦岭北麓断裂,上述特征很明显。

地表水系作有规律的变迁,如形成瀑布、河流拐陡弯或反向流动等。四川的鲜水河断裂、云南的红河断裂、小江断裂、青海的一些断裂、秦岭北坡等水系的变迁都很明显。活动断层也使分水岭发生变迁,产生河流袭夺,即一条河流的源头或上游段出现反向流动,注入另一条河流。

活断层区域也常使地下水系的地下水应力场(渗流场)发生变化,地下水位发生变化,甚至也使地下水的化学成分发生变化并由此影响到地表土质和植被的变化。

文献资料记载,1939年1月宁夏平罗地震,M=8.0级,NE向的断裂使石嘴山附近的明代长城水平错距1.45 m,垂直错距0.95 m。河北邯郸的古城也被地震断裂错断,两侧高差很大。

1303年山西赵城地震,M=8.0级,震中烈度I0=11度,这次地震产生的断裂将霍县城东、城西垂直错开10 m以上。霍县城西2.5 km处的白龙村发现元代驿道及瓷器埋在现今地表下8.5 m深处,而城东1.5 km处的赵家庄阶地中埋藏的元代瓷器高出现今地面1.8 m,这就是地震时断裂活动的证据。

陕西韩城西原村西山上,发现了由地震陡坎、地裂缝、地震凹地等组成的一条N40°E,长3 000 m,宽300 m的地震变形带,因在山上,又分布在奥陶纪石灰岩中,风化、侵蚀轻微,至今清晰可见。

除上述之外,在一些文献及地方志中常有地震、地裂、地陷、崩塌、滑坡以及地震后形成的湖泊、沼泽、泉及水系变化,当地文物建筑及重要建(构)筑物的破坏情况等的记载,这是了解活断层在有文字记载历史以来活动情况的根据。古代的地震记载文献可供我们了解断层的活动性情况。

地震观测及地球物理测量观测、预报地震不仅是防震抗灾工作的需要,也是判断活断层的有效方法,伴随强震都有新的断裂发生。要弄清断裂构造、断层活动和发震断层在概念上的区别。

地球物理测量除了测量断裂构造的活动方式、活动速率之外,在地震孕育的过程中,越到后来就越会出现许多地球物理特征的异常现象,例如重力、地应力、地温、地热、地磁、地电、波速、地球自转速度、大气层、地下水等都会发生异常。在地球物理测量中,这些指标的突变或反向变化常是地震发震的前兆,是地震预报的重要根据。1966年在邢台地震前,一些地震观测站就已经发现了上述一些指标异常。在1976年唐山地震前,就观测到了北京八宝山断裂的活动情况有明显的变化和异常。

(二)火山活动

这里主要讲我国第四纪的火山活动。我国第四纪的火山活动很活跃,目前,在我国已经发现的火山总数就有660座,有些直到全新世,甚至直到现代,还有喷发。在吉林、黑龙江、内蒙古、山西、新疆、云南、海南、江苏、台湾等省都有火山活动,这也是新构造运动的主要形式之一。

1.东北地区的火山活动

第四纪时,吉林长白山的火山强烈喷发,喷出大量的白色浮石和正长岩,白头山因此而得名。中更新世时火山继续喷发,又喷出了大量的白色浮石,火山口继续扩大。更新世末仍有喷发,形成粗面岩。在停止喷发后,留下一个很大的火山口,后来聚水成湖,湖水面海拔2 155 m,面积达10 km2,湖面直径为3~4 km,湖水深度都在200 m以上,最大深度为375 m,这就是有名的长白山天池

黑龙江省牡丹江上游地区全新世火山喷发,熔岩流阻塞牡丹江,像一道拦河坝,形成了一个大堰塞湖,这就是镜泊湖。湖水面积约达100 km2(长约40 km),水深超过60 m,湖水有两个出口,形成了两个高20~25 m的瀑布。

位于黑龙江德都县的五大连池火山群,从早(下)更新世一直喷发到全新世,最近的一次喷发是在1719—1721年期间,即清代康熙末年,在停止喷发后,留下五个堰塞湖,即五大连池。该区域内地震不断,这是岩浆活动的结果,这里的岩浆处在地下70 km处,该区内的地层也在缓慢上升。人们在这里建立了火山博物馆

2.大同火山群

大同盆地散布着20座火山锥体和大片玄武岩,在大同盆地东部也有火山群,大同地区是我国北方最大的第四纪火山群。火山灰形成的凝灰岩夹于湖相黏土中,玄武岩层厚达20 m,柱状节理发育。桑干河畔的一个地层剖面中就有三层火山凝灰岩。大同火山群的主要喷发期是在中更新世,直到全新世才处于休眠状态。

3.新疆的火山活动

昆仑山区自中更新世以来,一直有火山活动,全新世火山活动更为强烈。从卫星照片很清楚地看到,在长达300 km,宽10~20 km的范围内散布着20多个火山口。昆仑山区的火山活动在古书《山海经》中就有记载。历史文献还记载了公元825年这里的火山喷发。南疆的于田地区,直到1951年还有过3次强烈喷发,1956年还在冒烟。据宋史记载,吐鲁番地区也有火山活动,火焰山的故事有它的依据。古代也称煤层自燃为火焰山。

4.华北平原的火山活动

从河北省太行山东麓到渤海之滨,都有过火山活动,地域包括河北省、河南省北部、山东省西北部。河北省的西北部已和大同盆地东部相接,都有火山活动。活动时期从早(下)更新世到全新世。在渤海之滨的黄骅市、无棣县平原上有高出地面36~73 m,由火山碎屑及玄武岩构成的小山、大山,这就是火山活动的证据。玄武岩下的砾石层有明显的被熔岩烘烤、挤压的现象,局部还有小褶曲及断裂。

5.云南腾冲的火山活动

腾冲处在欧亚大陆板块的边缘地带,地壳运动特别活跃,地震活动频繁。1512—1981年的470年间,腾冲共发生M>5.0级的地震约30次,发生强震11次。这里的地震多由岩熔上升到地表,属于火山地震,也有由地层断裂引起的。腾冲境内仍保留着第四纪60多个火山口,并排着3座火山,有深三四十米的铁锅形火山口。有的火山口有泉水涌出,称为火山湖,湖口直径约100 m。

火山喷发带来灾难,也带来资源。火山灰可作水泥原料,也可作肥料。此外,还有丰富的地热资源,例如庞大的温泉群、热泉、沸泉群,地热可以发电,地热泉对人体有疗效作用,也可从地热水中提取矿物。

(三)其他地质灾害

与新构造运动有关的地质灾害,除了地震和火山喷发之外,还可能有地形地貌的改变,水系的改变,海平面和海岸线的变化,局部小气候、局部环境的改变,水土中微量元素的变化及其引发的地质灾害。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈