活断层的基本特性

1.活断层定义和特性

（1）活断层定义。

活断层一般是指现今正在活动的断层，或近期曾活动过、不久的将来可能会重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层。

国内外学者对现今正在活动的断层，因判别标志明确而无争议；但对潜在活断层的判别则有不同见解，因为有“近期”和“不久的将来”两个不确定的用词。争论的焦点主要是近期活动的时间上限问题。从工程使用的时间尺度和断层活动资料的准确性考虑，时间上限不宜过长，但时间上限过短，对一些重大工程的安全性来说也未必妥当。人们更关注的是“不久的将来”断层有无活动的可能，一般工程使用年限为数十年，重大工程（如核电站、高坝）为一二百年。一般考虑按100年较为合适。从工程勘察角度，应结合工程类型及其重要程度给予活断层以明确的含义。

美国原子能委员会从历史性和现实性观点出发，将新断层分为两类。一类是狭义的，称为“活动断层”，是指全新世（1万年）以来活动的断层，并且未来仍有可能活动，其活动可以找到地质的、历史考古的、地震活动的、地球物理的以及大地测量的诸种证据，它对现代工程实践和地震预报等有着最直接和密切的关系。另一类是广义的，称为“能动断层”，其含义是指在过去3.5万年内至少有过一次活动证据，或在过去50万年内有反复活动的证据；美国的这个概念后来被不少国家参考使用。

我国现行的《岩土工程勘察规范》 （GB 50021—2001）是把活动断裂分为全新活动断裂和非全新活动断裂。全新活动断裂是指在全新地质时期（1万年）有过地震活动或近期正在活动，在今后一百年可能继续活动的断裂；全新活动断裂中、近期（近500年来）发生过地震震级M≥ 5级的断裂，或在今后100年内，可能发生M≥5级的断裂，可定为发震断裂。非全新活动断裂是指1万年以前活动过，1万年以来没有发生过活动的断裂。

（2）活断层特性。

据研究资料概括，活断层基本特性有以下几个方面：

1）活断层是深大断裂复活运动的产物。国内外大量的研究结果表明。活断层往往是地质历史时期产生的深大断裂，在晚期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生的。深大断裂指的是切穿岩石圈、地壳或基底的断裂。其延伸长度达数十、数百、甚至数千千米，切割深度数公里至百余千米。复活运动的标志是地震活动和地热流异常等。尤其是那些走滑型活断层最易伴生强震，形成地震带。例如，我国川西的安宁河地震带和则木河地震带等。

2）活断层的继承性和反复性。研究资料表明，活断层往往是继承老的断裂活动的历史而继续发展的，而且现今发生地面断裂破坏的地段过去曾多次反复地发生过同样的断层运动。一些古地震震中总是沿活断层有规律地分布。

我国活断层的分布总体来说是继承了老的断裂构造，尤其是中生代和第三纪以来断裂构造的格架。这些断裂处于由几个板块相互作用所控制的现代地应力场中而继续活动，并在一定程度上发育了新的活动部位。根据活断层的类型和活动方向，东部地区以NE和NNE走向的正断层和走滑一正断层为主，西部地区以NW和NWW走向的走滑和逆冲一走滑断层为主。而且西部地区的活动强度明显大于东部，一些巨大的活动断裂带控制了强震的孕育和发生。

一些活动构造带的古地震震中总是沿活动性断裂有规律地分布，岩性和地貌错位反复发生，累积叠加，其中尤以走滑断层最为明显。例如，新疆喀依尔特一二台活断裂在地质时期内长期活动，其右旋走滑运动幅度为26km；晚更新世早期形成的水系被错移的最大值2.5 km；根据大量古地震现象、不同期次断层错动、不同层序沉积物的资料和C14年代测定等综合分析，初步可确定该活动断裂带上有3～5次古地震事件，各次地震位移累积叠加。说明该断裂在相当长的地质历史时期内，在差不多同一构造应力条件下以同一机制沿着已经发生错动的断裂带继续活动。

3）活断层的活动方式。活断层的活动方式有两种：①以地震方式产生间歇性地突然滑动，称地震断层或粘滑型断层；②沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动，称蠕变断层或蠕滑型断层。一条大的活断层，由于不同地段围岩性质不同，因而可有不同的活动方式。

一般认为：粘滑型断层的围岩强度高，断裂带锁固能力强，能不断积累应变能。当应力达到围岩强度极限后产生突然滑动，迅速而强烈地释放应变能，造成大的地震。所以沿这种断层往往有周期性地震活动。蠕滑型断层主要发育在围岩强度低，断裂带内含有软弱充填物，或孔隙液压和地温的高异常带内，断裂锁固能力弱，不能积累较大的应变能，在受力过程中易于发生持续而缓慢的滑动，断层活动一般无地震发生，有时可伴有小震。

4）活断层类型。根据活断层位移矢量方向与水平面关系，可将活断层划分为倾滑断层和走滑断层。倾滑断层又可分为逆（冲）断层和正断层，走滑断层又可分为左旋断层和右旋断层。它们的构造应力状态、几何特征和运动特征不同，对工程场地的影响也各异。

2.活断层的判别标志

活断层的鉴别是对其进行工程地质评价的基础。由于活断层是第四纪以来构造运动的反映，它便显示出新的构造活动形迹。所以，我们可以借助地质学、地貌学、地震地质学以及现代测试技术等方法和手段，定性和定量地鉴别它。

（1）地质、地貌和水文地质特征。

1）地质特征。最新沉积物的地层错开，是活断层最可靠的地质特征。一般地说，只要见到第四纪中、晚期的沉积物被错断，无论是老断层的复活或新断层的出现，均可鉴别为活断层。鉴别时需注意与地表滑坡产生的地层错断相区别。

一般活断层的破碎带由松散的破碎物质所组成，而老断层的破碎带均有不同程度的胶结。所以松散、未胶结的断层破碎带，也可作为判别活断层的地质特征。

2）地貌特征。由于活断层的构造地貌格局清晰，所以许多方面可作为其鉴别特征。它们也是断层错动在地表面留下来的证据。主要地貌证据有：

①断崖。活断层往往构成两种截然不同的地貌单元的分界线，并加强各地貌单元之间的差异性。典型的情况是：一侧为断陷区，堆积了很厚的第四纪沉积物；另一侧为隆起区，高耸的山地，叠次出现的断层崖、三角面、断层陡坎等呈线性分布。两者界线截然分明。

②溪流错开。相邻溪流沿同一条线作方向相同的肘状转折。走滑型活断层可使穿过它的河流、沟谷方向发生明显变化；当一系列的河谷向一个方向同步移错时，即可作为鉴别活断层位置和性质的有力佐证。根据水系移错的距离和堆积物的绝对年龄，还可推算该活断层的平均错动速率。

③封闭洼陷或下陷池塘。应与岩溶塌陷形成的下陷池塘相区别。通常活动的走向错动或正断层往往有下陷池塘。

④冲积层中的活断层带经常构成地下水的障壁，这是活断层的特有现象。往往沿活断层出露一系列泉或断层两侧地下水位高程不同，致使地面的色调或植被不同，所以也就成为判定活断层的有力标志之一。

⑤滑坡分布线，由于活断层错动形成的陡崖常发育一系列滑坡。

⑥错开的阶地或错开的冲积扇。

⑦活断层经常造成同一地貌单位或地貌系统的分解和异常。如同一夷平面或阶地被活断层错断，造成高差和位错。

此外，在活断裂带上滑坡、崩塌和泥石流等动力地质现象常呈线性密集分布。

3）水文地质特征。活动断裂带的透水性和导水性较强，因此当地形、地貌条件合适时，沿断裂带泉水常呈线状分布，且植被发育。但需注意的是，有些老断层沿线泉水也有线状分布的特征，判别时要慎重，应结合其他特征与之区别。

地质、地貌和水文地质特征地表迹象明显的活断层，在遥感图像中的信息极为丰富，即使是隐伏的活断层，也可提供一定的信息量。因此，利用遥感图像判释来鉴别活断层，是一种很有效的手段。尤其是研究大区域范围内的活断层，利用遥感图像判释更有明显的优越性。

（2）历史地震和历史地表错断资料。包括历史上记录的地震的证据和说明，历史上记录的地表错断的证据和说明，以及断层错动的大地测量记录等。

一般地说，老的历史记载，往往没有确切的震中位置，又无地表错断的描述，所以只能用以证实有活断层存在，而难以确切判定活断层的位置。较新的历史记载，震中位置、地震强度以及断裂方向、长度与地表错距等，都较为具体、详细。因此，对历史记载要加以分析。

利用考古学的方法，可以判定某些断陷区的近期下降速率。这种方法主要的依据是古代文化遗迹被掩埋于地下的时间和深度。例如，山西省山阴县城南公元1214年的金代文物被埋于地下1.5～1.8m处，由此可估算汾渭地堑北端的雁同盆地近700多年平均下降速率是2.2mm/a。

在某些较早的记录中，也可能有关于地表错断的某些记录，如记录有地面高程发生变化、开口裂缝、新泉形成等，但必须小心的排除其他作用如滑坡、震陷等造成这些现象的可能性，才能作为活断层的可信标志。

（3）使用仪器测定。

利用密集的地震台网能确切地测定小震震中位置，并确定活断层的存在。但是有些活动性较强的蠕滑断层，并不发生地震。所以单纯依靠它来鉴别活断层，就不会获得满意的效果。采用重复精密水准测量和三角测量所获得的证据，能判定无震蠕滑断层或地震断层的活动性。它可求算活断层不同地段两盘相对活动的趋势和幅度。

（4）地震标志。

经地震台网仪器记录确定大地震震中沿一定断层线分布，则表明此断层曾经错动并发震，将来也会错动和发震。近年来很多人主张以密集的地震台网确切测定小地震震中位置，以它们沿一定断层线分布作为判定活断层的一种地震标志。但这种活断层是否会产生大地震或地表错动，单凭这种标志还不能确定。美国沿加州圣安德烈斯断层所进行的微震监测是这类研究的先驱。我国进行此项工作较迟，尚未取得足够资料。

通过上述方法可以确定断层带的位置、宽度、分支断裂发育情况。错动幅度及变形带宽度，以及活断层的活动时间间隔。

3.活断层的工程评价

活断层的工程评价内容包括：断裂对工程建设和环境可能产生的影响，断裂活动性和地震效应的分析以及处理方案等。应根据工程的类型、规模和重要性，按有关规范要求，将活断层进行分级；活断层的地震效应，应根据其基本活动形式和工程的重要性进行综合评价。在活断层区选择工程厂址时应慎重，一般应该考虑以下几点要求：

（1）建筑物场址一般应避开活动断裂带，尤其是高坝和核电站这类重要的永久性建筑物，失事的后果极为严重，更不能在活断层附近选择场地。

（2）铁路、桥梁、运河等线性工程必须跨越活断层时，尽量使其大角度相交，并尽量避开主断层。

（3）必须在活断层地区兴建的建筑物，应尽可能地选择相对稳定地块即“安全岛”，尽量将重大建筑物布置在断层的下盘。

（4）在活断层区的建筑物应采取与之相适宜的建筑型式和结构措施。活断层上修建水坝时，不宜采用混凝土重力坝和拱坝，而应采用土石坝这类散体堆填坝，而且坝体结构应是一种有相当厚且无粘性土过渡带的多种土质坝。建于活断层上的桥梁，也应采取相应的结构措施。