断裂构造中电阻率与声波波速特征分析及其在探测过程中的联合运用

查明断裂构造的具体位置对于工程场址的选择和稳定性评价具有重要意义。高密度电阻率法和声波测井是广泛运用于探测断裂构造的地球物理方法。高密度电阻率法具有对低阻体敏感且探测范围较大的特点,但高密度电阻率法的分辨率有限,难以准确圈定地质体的边界位置;声波测井具有准确识别地层的特点,但其横向探测范围非常有限。为了克服上述问题,结合2种方法在断裂构造探测中各自的优势以提高圈定地质体的精度,文章首先通过物性试验证明岩石破裂前后电阻率与声波波速变化的相关性,随后用一实例分析断裂构造的电阻率与声波波速特征以及两者在探测过程中的联合运用,最后借助声波测井数据对高密度电阻率法反演结果进行深度校正,得到断裂构造在地下空间的三维分布位置。结果表明:岩石破裂后的电阻率与声波波速较未破裂前均偏低;断裂构造的破碎带在高密度电阻率法反演剖面上以低阻异常区域存在,在声波波速曲线上破碎带区域的波速值会有明显的骤降,2种方法的组合探测模式可为断裂构造具体位置的圈定提供更好的指导。钻探结果验证了借助声波测井数据校正后的高密度电阻率法反演结果比未校正之前更加符合实际地质情况。

北京平原区南苑—通县断裂南西段结构特征和活动性

南苑—通县断裂是北京市平原区重要的隐伏断裂之一,其结构特征及活动性的研究对于优化北京市国土空间格局及城市地质安全具有重要意义。采用可控源大地音频电磁测深和高精度重力勘探方法,结合钻孔地层剖面及地质年代学测定,对南苑—通县断裂南西段的结构特征及活动性进行深入探讨。研究结果显示:南苑—通县断裂在北京市南部地区具有较好的延展性,其断裂行迹在可控源音频大地电磁测深和重力剖面上得到了良好的反映。通过钻孔地层剖面及钻孔年代学格架分析,发现断裂没有错断中更新统以上地层,推测南苑—通县断裂南西段在中更新世以来不活动。此外,钻孔中新近纪玄武岩的出现也证明了断裂带定位的准确性,推断玄武岩岩浆来源于软流圈地幔的上涌和区域内大断裂的伸展活动共同作用结果。研究结果填补了南苑—通县断裂南西段活动性研究的空白,为北京市南部地区城市地质安全和国土空间开发提供了重要的科学支持,具有重要的理论和实践意义。

干热岩开发断层滑动及诱发地震风险研究:以唐山马头营干热岩场地为例

诱发地震是干热岩大规模开发面临的主要问题之一,断层滑动和流体超压是较大地震的两大主要诱因,同时每个场地的诱发地震情况受具体的地质条件控制。本文选取马头营干热岩场地为研究区,在地震地质、构造地质、地热地质条件分析基础上,建立水热力多场耦合数值模型,综合考虑地应力场和多条断裂的影响,通过计算断层滑动趋势评估干热岩开发过程中的断层稳定性,并依据注入扰动体积估算长期注入可能诱发的最大震级。结果显示,10年干热岩开发过程中,马头营干热岩场地断层的孔隙压力变化不超过0.8 MPa,不会引起断层上有效应力的明显变化;注采期间断层滑动趋势均远低于滑动预警线,注采过程安全。优选出两种适用于马头营场地的地震矩计算模型,10年开采过程中可能诱发的最大震级为2.0级至2.1级。研究成果不仅能够为马头营场地干热岩安全规模化开发提供支撑,而且有助于深入理解工程活动影响下的地球动力学过程。

跨断层工程结构研究中地震断层作用研究综述

强震断层地震动的破坏作用主要表现为断层破裂引起的方向性效应和断层盘间错动引起的滑冲效应。其中断层盘间的滑冲错动会使跨断层结构面临严峻的错断风险,是跨断层结构抗错断设计、分析和进行防灾减灾决策必须考虑的内容和前提。但目前有关跨断层工程结构设计地震动的确定尚缺乏统一的方法和规定。通过对近年来跨断层结构破坏机理研究中的输入地震动,尤其是模型试验中地震动的选取和加载方式的归纳与总结,分析了断层作用地震动选取和加载方法的特点与局限性。针对现阶段强震断层地震动选用和试验加载方式中存在的问题进行探讨,提出断层作用下设计地震动的选取思路和方法,以期为跨断层工程研究输入地震动的选用提供借鉴,也为强震断层地震动模拟方法的研究提供参考。

藏南佩枯错地堑西缘岗彭庆断裂带活动特征及工程效应

岗彭庆断裂带位于喜马拉雅山脉北侧、佩枯错—措勤裂谷西南侧,是马拉山东侧的控制性活动断裂带。通过区域地质背景分析、航空航天遥感技术、地面调查、物理勘探及槽探等方法,查明了岗彭庆断裂带的准确位置、空间展布特征,以及断裂组合、断裂深部结构等断层要素。结合断裂地貌实地测量及阶地、探槽古地震年代学测试分析,确定了该断裂带晚第四纪以来的活动性强弱、活动周期和活动速率。岗彭庆断裂带中北段表现为3条次级断裂,自西向东分别为F_(1)、F_(2)、F_(3),其中,F_(1)、F_(2)活动时间较早,为非全新世活动断裂;F_(3)活动时间较晚,为全新世活动断裂。F 3断层垂直滑动速率中等,晚更新世垂直滑动速率约为0.28 mm/a,全新世垂直活动速率为0.10~0.60 mm/a,断层活动周期为6000~8000 a,最新活动时间约为7000 a.BP。岗彭庆断裂带具有长期、分段和多期活动的显著特征,断层不同段落的地貌特征、空间展布形态和深部结构均有明显差异,这种差异带来的工程效应存在较大不同。藏南裂谷区该类型活动断裂普遍发育,研究成果可为藏南线性交通工程穿越该类型活动断裂的方案选择、工程设置及结构设计提供重要的基础支撑。

崩塌地质灾害岩体结构与变形特征分析研究

针对发生崩塌灾害后岩体结构发生变化,导致周围路段地质灾害频发的问题,提出了崩塌地质灾害岩体结构与变形特征分析方法。介绍研究区域的基本情况,结合实际勘察结果,确定具有代表性的崩塌灾害后岩体为研究对象;通过扫描电子显微镜观察岩体微观结构,分析崩塌灾害下岩体结构,模拟岩体变形特征,实现崩塌地质灾害岩体结构与变形特征分析。研究结果显示,崩塌灾害发生后,该区域岩体存在大量裂缝,在岩体自重的作用下形成拉张折断破坏模式,并且因为岩体中紧密镶嵌角砾与胶结结构,导致晶体挤压错位明显;由于岩体受到崩塌灾害影响和长期处于蠕变状态,导致岩体上部弯曲变形,严重威胁周边公路与居民安全。

地震荷载下饱和黄土高填方边坡稳定性研究

依托延安新区填沟造地工程,针对大规模填方工程可能形成的黄土高填方边坡采用FLAC^(3D)软件进行了稳定性分析,讨论了不同挖方坡度、填方坡度及结合面形式在不同工况下对黄土高填方边坡位移和安全系数的影响,并研究这些复杂因素对黄土高填方边坡稳定性影响的规律。研究结果表明:在地震工况下,随着挖方坡度的增大,其坡面总位移最大值随着坡度的增大而增大,但增幅不大,挖方坡度的大小对其位移的影响并不显著;而在饱和地震工况下,黄土高填方边坡的位移大小随填方坡度的增大而增大,但随着坡角的增大,饱和工况的影响效果逐渐减弱,表现为坡面最大位移的增幅相对于地震工况逐渐减小。

芦山M_(S)6.1级地震石棉县城谷坡动力响应特征

在揭示山体不同部位和不同场地条件对斜坡地震动响应程度的研究中,学者们多采用振动台和建模等方法,较少使用天然地震下记录到的地震波数据进行研究分析。本研究以2022年芦山M_(S) 6.1级地震为对象,分析了布置于石棉县的强震监测仪所记录到的主震数据,采用小波变换方法分析了山体部位、高程、场地条件等因素对斜坡地震动力响应峰值加速度和Arisa强度的影响,明确了地震时频演变规律。研究结果表明:(1)坡折处水平向放大效应更加明显;(2)南桠河左岸坡体卓越频率为6~10 Hz,右岸为5~12 Hz;(3)深厚风化层场地相较于基岩场地具有更显著的放大效应;(4)S波到达地面时会分异成不同频值,其主频值分别为8.50 Hz和4.20 Hz附近。研究结果可为地震区类似斜坡变形破坏模式和稳定性研究提供参考。

巴塘断裂黄草坪段地震地裂缝破裂特征及成因机理研究

地裂缝是地表岩土体内产生线性破裂的一种地质灾害,其中构造型地裂缝形成和发展与活动断层的运动特征密切相关。现有构造型地裂缝的报道大多与断层蠕滑活动有关,而针对断层黏滑运动(地震)所形成的地裂缝通常统一划分为地震地表破裂带,主要注重对其分布特征的调查,而针对其中单条地裂缝破裂特征和成因机理研究较为少见。本文以巴塘断裂在黄草坪段所形成的地裂缝为研究对象,通过野外地质调查、无人机测绘、野外槽探、物探等手段,揭示了地裂缝的浅-中-深几何结构及其成因机理。巴塘断裂在黄草坪段形成一槽谷地貌,地裂缝在槽谷中表现为一条具有线性特征的地貌陡坎S_(1),坎高为0.26±0.03m。横跨槽谷的探槽揭露出陡坎下部及两侧密集发育有18条地裂缝,根据地裂缝贯通上覆地层的情况可大致划分出3个活动时期,可能代表巴塘断裂全新世以来的3次地震事件,部分地裂缝贯通至地表与S_(1)陡坎相连,这可能是1870年巴塘M 7^(1)/_(2)地震所致。横跨槽谷的地震反射剖面中表现出槽谷边界受控于两条相向而倾的铲型断裂,两条断裂共同形成了“Y”字型拉张地堑结构,而在地堑内部表现出有近直立的反射层变形带,位置大致可与陡坎S_(1)对应。全新世以来,巴塘断裂在右旋走滑过程中,在局部近地表形成多级“Y”字型拉张地堑构造,而地堑内部地裂缝密集发育,且地裂缝形成及贯通上覆土层过程与巴塘断裂地震活动密切相关,因此该地裂缝形态受巴塘断裂几何结构控制,活动期次与巴塘断裂的强震活动相对应,具有典型地震地裂缝的特点。

高原山地城市安全韧性家园构筑——云南省防震减灾避难场所规划策略优化研究

高原山地城市在遭受地质灾害时,有着灾前预测效果差,灾时持续时间长,灾后恢复效率低的特点。为构筑“人人安居”的安全韧性家园,本文基于USGS监测校正后数据,对云南省地震灾害情况进行地震点位、地震频率、震级强度和断层距离分析;结合分析结果,以普洱市为典型,利用植被覆盖数据、地震断层数据、土壤类型数据和地形坡度等土地资源数据构建地震安全韧性指标评价体系,并利用熵权法确定指标权重,栅格计算得出实际地域层面地震安全韧性空间分布情况;再结合防灾减灾规范和应急避难场所规划要求进行静态指标分析,构建城市道路网络,分析动态可达性。结果表明:当下高原山地城市防震减灾避难场所规划往往停留在静态人均指标层面,缺乏对自然资源要素的综合分析,在交通路线单一的高原山地城市中应急避难场所的可达性远不达标,据此提出优化策略。

北京南苑-通县断裂北东段结构特征及第四纪活动性研究

南苑-通县断裂是北京凹陷与大兴凸起的边界断裂,也是1665年北京61/2级地震的主要控震断裂,其活动性对北京市土地规划利用和地质灾害预测有着重要意义。文章通过高精度重力、纵波和横波地震综合物探剖面以及钻孔联合地质剖面探测方法,调查研究了南苑-通县断裂带北东段的几何特征及其活动性。研究结果显示,南苑-通县断裂经过通州区平家疃村后转为近东西向,倾向北,倾角56°~75°;北东段新生代活动呈正断层属性,推测上断点埋深约为21.6 m,为晚更新世活动断裂。文章论证了南苑-通县断裂北东段的活动时代与中段、南西段不同,为首都地区国土空间规划及防灾减灾体系建设提供了重要的地质依据。

微地震技术在裂缝监测中的应用研究

论述压裂过程中诱发微地震的激发机理,分析人造裂缝与地应力关系并叙述了微震事件的定位方法。利用微地震监测技术,通过实时定位理论系统对深凹区BYHF1井页岩水平井分段大型压裂过程实时监测,运用偶极子测井和VSP资料建立监测井区的初始速度模型,并通过射孔炮对其校正。在对实时监测定位理论系统数据进行综合处理分析,及有效微震事件识别的基础上,利用纵波和横波信息分析计算得到微地震事件的位置,通过可视化技术对压裂井区裂缝发育的方向、大小、空间分布进行了描述,监测结果是裂缝发育方向基本上为NE34°,与成像测井结果吻合良好。

青藏高原东缘活动构造

青藏高原东缘由岷山断块和龙门山构造带构成。以活动构造地貌学为主线,在解析该地区主干断裂晚第四纪以来活动的地质地貌表现的基础上,对一批断裂运动学和史前强震活动的定量数据进行分析研究,结果表明:在岷山断块中,虎牙断裂的平均左旋滑动速率为1.4 mm/a,垂直滑动速率为0.3 mm/a。岷江断裂的平均垂直滑动速率介于0.37 mm/a^0.53 mm/a之间,左旋位错量与垂直位错量大致相当;在龙门山构造带中,茂汶-汶川断裂、北川-映秀断裂和彭县-灌县断裂的平均垂直滑动速率均在1 mm/a左右,且几条主干断裂的右旋位错量与垂直位错量相当。结合震源机制解结果和GPS测量资料,建立晚新生代以来青藏高原东缘向南东方向逸出的构造变形模式。

四川省泸定县Ms6.8级地震地质灾害发育规律与减灾对策

2022年9月5日四川省泸定县发生Ms6.8级地震,诱发大量次生地质灾害。为深入认识此次地震地质灾害发育分布规律及特征,分析地质灾害发展趋势及潜在风险,文章基于现场调查获取的一手资料,结合震区首轮地质灾害排查成果、遥感解译和区域地质背景综合研究,对地震地质灾害的特征、控灾条件及防灾减灾对策进行了研究。结果表明:截至2022年9月14日22时,地震重灾区泸定县和石棉县境内,地震共诱发有威胁对象的地质灾害隐患点565处(包括崩塌331处、滑坡234处),导致81处已有地质灾害隐患点加剧变形;地震诱发的地质灾害类型主要以中、小型群发性高位崩塌和滑坡为主,主要集中分布在震中附近地震烈度Ⅸ度区域,包括泸定县磨西镇、得妥乡、得妥乡—德威镇段大渡河两岸及石棉县草科乡、王岗坪乡;根据汶川地震经验,认为位于地震烈度Ⅸ度区内的湾东河等流域,在未来5 a内泥石流将处于活跃期,泥石流防治工程设计需考虑其高频率、黏性泥石流等特征;得妥乡—德威镇段大渡河两岸残留在坡面的崩滑体在降雨作用下易转化成坡面泥石流,建议在防治工程设计时要充分考虑2种灾害类型的转化形式。研究可为震区地震地质灾害防范及灾后重建规划提供科学参考。

汶川地震震后大成都地区断裂带活动性氡气测量分析评价

本文运用活动断裂剖面上的土壤氡气浓度测量,对大成都地区断裂的位置、范围和活动性进行监测,监测结果表明汶川地震对大成都地区断裂带有较大的影响。通过对北川断裂虹口剖面、彭灌断裂小渔洞剖面、彭灌断裂中坝剖面、彭灌断裂白鹿剖面以及新津-蒲江断裂剖面进行监测,从测量结果分析可知:断裂剖面土壤氡浓度背景高于无断裂带地区,且受地震影响较大,距汶川地震震中越近,断裂剖面土壤氡浓度值越高;断裂剖面氡浓度异常阈值与背景值之比均不大于3,最大值与背景值之比均小于5。结合测量地点的地形、表层土壤结构等地质条件,对大成都地区震后活动断裂的相对活动性的强弱进行科学评价,认为目前大成都地区并无活动性极强的断裂,且北川断裂与新津-蒲江断裂的活动性高于彭灌断裂。

表层土剪切波速的不确定性对地表设计谱平台值的影响

土层剪切波速对地表反应谱有重要的影响。选取构建了不同场地类别的235个场地地震反应模型,人工合成了12条强弱及频谱特性不同的加速度时程,运用一维土层地震反应的等效线性化波动方法,研究了不同地震动输入下表层土剪切波速的不确定性对设计谱平台值的影响,统计给出了表层土剪切波速的变异率与地表设计反应谱平台值间的经验公式。结果表明:地表设计反应谱平台值与表层土剪切波速的变异率呈负相关关系,即随表层土剪切波速变异率的增大而减小;不同地震波输入条件下各类场地类别地表设计谱平台高度与表层土剪切波速变异率的数学模型为一阶指数函数。

应用断层泥石英形貌测龄评价桥基断裂活动性

简介了断层泥石英形貌测龄的基本原理 ,并实际应用于润扬大桥桥基断层的年代测定。该大桥原有的断层测龄资料都是利用热释光同位素测年法 ,对同一断层会出现不同测年结果 ,致使设计单位难以决断 ,应用该文提出的方法解决了上述难题。研究成果为大桥区主要断层的活动性评价、场区稳定性评价和大桥合理设计提供了可靠地质依据 ,对以后建在断裂带上的大型工程的断层测龄研究也有着重要的参考价值。

金坛-如皋断裂北东段浅层地震勘探新证据

NE向的区域性深大断裂——金坛-如皋断裂为苏北坳陷区和南通隆起区的分界断裂。为了调查金坛-如皋断裂北东段的空间位置、性质和断裂构造特征并重新厘定其活动性,文中在石油地震勘探剖面提供的金坛-如皋断裂北东段大体空间位置及反射标志层的基础上,布设了4条浅层人工地震勘探剖面,对金坛-如皋断裂北东段进行了高分辨率地震反射成像,获得了测线控制范围内清晰的地下结构和断裂构造成像结果。结果表明,金坛-如皋断裂北东段并非单一的一条断层,而是由2条N倾、NEE走向的正断层组成的断裂带。浅层地震叠加剖面揭示活动性更强的南支上断点埋深235~243m,断错了下更新统底界,结合测线周边的钻孔资料推测其最新活动时代为第四纪早更新世(QP^1)。文中的研究结果为确定金坛-如皋断裂北东段的位置及其活动性评价提供了可靠的地震学资料。

基于构造活动历史的活断层工程避让研究

活断层工程避让在本质上属于工程抗断问题,其目的是减少活断层未来发生地表破裂时对建筑物的破坏。不是所有活断层都能产生地表破裂,只有地震活断层才是工程避让的对象。各种研究方法确定的活断层工程避让安全距离,是否适用于某一具体的活断层,尚需对活断层本身开展相关研究。本文基于活断层研究的基本方法,分别以贺兰山东麓断裂和银川隐伏断裂为例,通过对活断层构造活动历史的分析,以活断层的"过去"预测"未来",为裸露和隐伏活断层的工程避让提供依据。对裸露活断层而言,采用地震地质填图、槽探、断层陡坎地貌调查的方法,鉴定其是否为地震活断层,古地震和断层陡坎地貌的原地复发特征是确定工程避让位置的依据,探槽剖面断层带宽度及断层陡坎宽度可作为避让距离的参考。对隐伏活动断裂而言,首先应通过多种手段进行断层定位,槽探和钻探是鉴定地震活断层并进行构造活动历史分析的基础。古地震事件的原地复发、以及钻探剖面不同深度不同沉积时期的地层界线的断距变化是分析未来地表破裂位置的主要依据,已有断层面在地表延伸的位置是下次地震地表破裂发生的位置,是工程避让的参照。通过分析,认为前人统计的15m避让距离适用于贺兰山东麓断裂和银川隐伏断裂,银川隐伏断裂考虑最大定位误差后的避让距离为40m。

九寨沟M_S7.0级地震斜坡地震动响应监测研究

通过在九寨沟县聚宝山不同位置处布设微震监测仪器,采集到了九寨沟M_S7. 0级地震后几次典型的余震监测数据。对地震动监测剖面上1#(1414 m)和2#(1551 m)监测点的余震加速度响应数据进行系统的研究,表明:(1)孤立突出山体的地形放大效应显著,各监测点的水平向加速度幅值一般要大于竖直向;(2)在地震过程中,聚宝山近SN走向的山脊沿水平东西方向震动更为猛烈,即沿东西两侧发生猛烈"甩动",形成沿山脊走向发育的地震裂缝。对余震监测数据的研究证实了斜坡地震动方向效应的存在,聚宝山山顶处的2#监测点水平东西向峰值加速度放大效应明显强于其他方向,地震波能量在水平东西向上得到显著放大,因而坡顶处建筑物也更容易沿该方向发生破坏,证明了局部地形对斜坡地震动力响应具有控制效应;(3) 2#监测点竖直向主频值主要为6～12 Hz,水平东西向主频值主要为5～8 Hz,水平南北向主频值主要为5～10 Hz,其水平东西向主频率值主要为低频成分;相较于1#监测点,2#监测点各向的主频值发生明显衰减,即随着高程的增加,地震动主频值呈现出减小趋势,在斜坡上部地震波以中低频为主。通过进一步地计算分析得出,九寨沟地震诱发单薄山脊、条形山体、多面临空山体等地形放大效应与地震波半波长密切相关,斜坡在局部地形尺寸与地震波丰富的波长成分的耦合作用下,地形放大效应显著,山体震害发育。