理论教育 地壳构造应力活动与区域稳定性:高等工程地质导论

地壳构造应力活动与区域稳定性:高等工程地质导论

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:地壳内剧烈的构造运动,短期内将产生很大的构造应力;缓慢的构造运动,构造应力还可以继续积累,地壳继续变形。当地震发生时,构造应力得以释放,在地震发生后,构造应力的大小和方向可能发生变化,以后又有可能形成构造应力的重新积累,从而显示出地震活动的阶段性。

地壳构造应力活动与区域稳定性:高等工程地质导论

所谓区域稳定性应包括两个方面:一是区域性地壳变形,新构造运动状态;二是地震火山。实际上,这两方面均说明区域不稳定,它们都和地应力(主要指构造应力)有关。

(一)构造应力的形成和积累地区

在地壳运动中,必然产生地壳的变形。大规模的强烈褶皱运动称为造山运动,广大地区长期缓慢的隆起运动称为造陆运动。各种断裂活动、各种构造形迹,都是地壳运动的结果,对地壳都有建造和改造。这些地壳的运动及变形,都是内力地质作用或主要是内力地质作用的结果。同时,也在其中蕴集了能量,一些地区还积聚了很大的能量。老的断裂、褶皱构造中也能继续积聚很大的能量。这就是构造应力的形成和积累的过程。

晚第三纪、第四纪的褶皱运动,在我国西部有很好的发育。西部的褶皱构造多以背斜形式出露,卷入的地层主要是晚第三纪到第四纪中更新世,向斜部分多被晚更新世及全新世沉积覆盖。在塔里木盆地、准噶尔盆地周围褶皱强烈,背斜成山,两翼不对称,南坡缓,北坡陡。在柴达木盆地周围褶皱平缓,两侧对称。在这些褶皱带中大多数都存在走向断层。在新疆青藏高原北部主要受天山构造带的影响,构造应力呈SN向挤压。宁夏中部经过甘肃和四川交界带至四川和云南中、东部地区,在这个构造带上虽有构造体系的复合作用,但径向构造活动占主导地位,所以地应力呈EW向挤压。在我国大陆东部,构造活动比较复杂,地应力作用也比较复杂,有的地方呈EW向挤压,有的地方呈近SN向挤压。

岩石圈、地壳的构造状况来看,可以分为若干个大、小板块,板块之间的碰撞、挤压、推动、错动、掀起、剪切等也产生强大的构造应力,如欧亚板块与非洲板块碰撞、挤压形成了阿尔卑斯山;欧亚板块与印度洋板块碰撞、挤压形成了喜马拉雅山,这些地区构造活动强烈,还有火山活动。巨大的SN方向的挤压力形成了深断裂,逆、冲断层,褶皱,形成了青藏高原上近EW方向的山脉及山间盆地。

我国的台湾省位于亚洲大陆东部边缘和太平洋板块的接触带上。新生代以来,构造活动十分强烈,升降运动、水平挤压、火山活动都很明显,强烈的挤压褶皱、逆掩、逆冲断层分布很广。构造应力(主压应力)的方向以NWW占主导,其次是NEE及近SN方向,都是以水平压应力为主。

由于构造运动的叠加,所以构造应力也受到干扰,产生叠加并延续。

(二)构造应力的释放和地壳断裂地区

由于构造运动产生了构造应力。地壳内剧烈的构造运动,短期内将产生很大的构造应力;缓慢的构造运动,构造应力还可以继续积累,地壳继续变形。当构造应力超过岩石强度时,岩石就会断裂,有时断而不震,即只有微小的相对位移,而不产生明显震动;有时在地壳深部引起断裂和震动,但未引起地壳表层的断裂;只有当构造应力超过了岩石强度,大规模岩体又突然断裂,瞬间释放巨大能量时,才引起地壳的强烈震动,这就是地震。原有的断层产生新的活动断裂也会引起地震,在构造地震中,这种情况占多数。能引起地震的断层称为发震断层。由此可知,地震的发生、分布、活动水平、断裂方式及地震时的地壳变形等都和构造运动有关,也都和构造应力有关。当地震发生时,构造应力得以释放,在地震发生后,构造应力的大小和方向可能发生变化,以后又有可能形成构造应力的重新积累,从而显示出地震活动的阶段性。例如北京市顺义区的一个测点,1976年测定:σh,max=36×102kPa=3.6MPa,方向N83°W;到了1977年再测定时,σh,max=22×102kPa=2.2MPa,方向为N75°W。

在中国大陆,20世纪共发生6级及6级以上地震300多次,在西部就有250多次,占 83%,而东部地震又主要集中在华北,所以西部的构造活动强度大,构造应力也大,地震释放能量也大。

在断裂带的端点、拐点,尤其在断裂带的交汇处最易发生地震。(www.daowen.com)

断裂可能形成大裂谷。例如,东非大裂谷,美国的科罗拉多大裂谷,俄罗斯的贝加尔大裂谷,中国的攀西大裂谷和雅鲁藏布江大裂谷,秘鲁的科尔卡大裂谷等都属于大断裂形成的。

断裂也可能形成断块山和断陷谷,两者之间呈阶梯状地形地貌。例如,太行山和华北平原之间,贺兰山银川平原之间,秦岭和渭河平原之间,大青山和河套平原之间等。

应该指出:构造应力释放的方式很多,有一些构造应力的释放方式不引起地壳断裂,不影响区域稳定。

(三)中国西部的地应力(构造应力)场

地应力方向以贺兰山、六盘山、龙门山、大凉山、滇中东部一线为界,这是一条中国东、西部分界的重力异常带,该带以西以SN方向的挤压作用为主,该带及其以东以EW方向的挤压作用为主。

地应力的分区现象是中国西部,尤其西南地区地应力场的主要特点。西南地区的川滇断裂(龙门山—锦屏山—玉龙山断裂)地应力主压应力轴向呈SSE方向。沿该断裂北纬30°以南,四川的构造应力场比云南更为复杂,主要表现在地应力场的方向上,断裂的东、西两侧,地应力方向明显不同。沿该断裂带在北纬30°以北,又以鲜水河断裂为界,以东、以西,地应力方向表现出明显的转折。

中国西部的水平地应力明显大于垂直地应力,前者是后者的若干倍,所以强大的水平地应力控制着中国西部的地震活动,包括分布及强度。西南地区著名的鲜水河断裂,地应力实测、西昌的地应力测试资料也都证明了这一点。西北地区新疆富蕴1931年发生M=8.0级的地震,断裂两侧的水平位移达14.6~20.0 m,垂直位移才1.0~3.6 m。

地质力学的重要工作就是由构造现象去推断力的互相作用方式,去推断地壳运动的方式和方向,这也是反分析法。由上述的地壳运动(构造运动)特征,可以推断出地应力的状态即地应力各分量之间的关系,如σh,max>σh,min>σv,在甘肃的金昌市(金川)和青海的拉西瓦等地的地应力测量也证明了这一点,这种地应力状态以逆、冲断层为主。西南地区许多地方以σh,max>σv>σh,min为主,构造现象以走滑(平推)断裂为主,也有异常地区,如川北的平武县、川滇断裂边界上的剪切滑移性质。

中国西部的地应力场除了上述特征之外,还受局部地质构造和地形条件的强烈影响,而使地应力(包括大小和方向)复杂多变,如川南的安宁河断裂(安宁河是长江上游金沙江的支流)。

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