基岩地质差异对活动断层地表几何形态的控制作用——以祁连山北缘佛洞庙-红崖子断层为例

全球广泛分布的活动断层是孕育地表破裂型强震的天然载体,地球科学观测揭示活动断层的先存几何结构对地震地表破裂的发育演化具有很强的控制作用。目前针对活动断层地表构造变形特征与基岩地质背景关系的研究较少且仅局限于高温高压岩石力学实验尺度,缺乏数百千米尺度天然活动断层结构特征的直接参考,尤其是关于活动逆冲断层的研究相对更少。不断发展的高精度对地观测技术和活动构造定量研究方法能够更加精细地刻画活动断层大尺度几何结构,清晰揭示断层多参数错断地貌特征,深化断层活动行为的定量研究。利用青藏高原东北缘佛洞庙-红崖子逆冲断层上长约120 km的高精度地形数据(分辨率为0.5 m),系统分析了该断层浅表错断地貌参数特征,并将其与基岩地质背景进行综合对比。研究结果揭示出断层上断错地貌参数显著变化区与断层上盘沿走向的基岩地质界限、断层分段位置以及垂直位移显著衰减区明显对应。对比断层东段和西段,佛洞庙-红崖子断层中段志留系花岗岩发育区几何结构更加粗糙且浅表变形带宽度更大,断层阶跃宽度分布沿断层的变化也更为剧烈。研究结果进一步提示基岩地质背景对逆冲断层的浅表构造变形具有很强的控制作用,在活动断层地震危险性分析中也需要关注基础地质背景可能带来的影响。

四川省活动断层管理与服务系统的设计和实现

四川省地震灾害严重,活动断层发育,为统一管理全省境内主要活动构造与活动断层分布情况及活动性,将相关探测数据的入库过程标准化、规范化、可视化,建立四川省活动断层管理与服务系统势在必行。该系统采用目前先进的云计算、大数据架构进行底层的基础设施环境设计,包括活动断层信息管理、辅助决策、专题图、成果可视化展示和移动终端五大子系统,实现四川省活动断层普查项目各个专题数据的综合管理、统计查询、二三维展示,为全省国土空间规划利用、重大工程项目选址、抗震设防要求管理、地震灾害风险评估和防治、地震安评等提供基础支撑。

穿越活动断层输水隧洞病害研究进展

穿越活动断裂带及大型城镇的输水隧洞,具有洞线长、埋深大、地质条件复杂等特点。为研究穿越活动断裂带的输水隧洞病害,归纳总结了关于穿越活动断裂带的隧洞结构变形、应力和损伤特征等方面的研究成果,对汶川地震和台湾集集地震灾区位于活动断裂带影响范围内的隧洞结构破坏统计数据进行系统整理,分析隧洞病害的主要特点、产生原因、破坏机理与案例病害类型,并将病害等级分成无病害、轻度病害、中度病害和严重病害4级。最后对隧洞病害处理措施进行归纳,并提出相应处置建议。研究结果可为输水隧洞病害的归类与处置提供参考。

城际铁路隐伏活动断层勘察方法研究

城际铁路隐伏活动断层探测易受城市复杂环境的影响,传统勘察方法效果不佳。为了查明某城际铁路沿线隐伏活动断层的空间特征,揭示隐伏活动断层周围地下介质的分布规律和深部地质环境,首先采用测氡法对城际铁路沿线隐伏活动断层进行初步勘察,将断层的位置确定至500 m范围内;其次在测氡法的成果基础上,采用微动法与等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)进行详细勘察,将隐伏活动断层位置确定至150 m范围内,并查明隐伏活动断层空间发育特征与覆盖层厚度等信息;最后对上述勘察成果进行综合分析,确定隐伏活动断层的位置分布特征等相关信息。该勘察方法具有效率高、成本低、不易受城际铁路沿线环境的影响的特点,能够在复杂的城区环境下迅速查明隐伏活动断层,研究成果可为以后相关类似勘察提供借鉴。

活动断层避让距离确定的理论基础与应用实例

活动断层避让是活动断层探测走向减灾应用的最后“1公里”,也是地震链生灾害风险源的阻断技术。地震现场考察和实验研究表明,只要离开活动断层迹线一定的有限距离就能够保证建(构)筑物免遭活动断层同震破裂和错动引起的灾难性毁坏。因此,活动断层的避让工作是活动断层探测和准确定位的最终目标之一。从活动断层避让相关定义和术语出发,系统论述不同类型活动断层地震破裂局部化宽度特征、倾滑断层地表破裂/灾害的上盘效应及其同震破裂和错动对建(构)筑物的剪切和撕裂作用控制了毁坏带空间展布等特征,这些特征构成了活动断层避让理论;在此基础上着重讨论了活动断层避让标准的适用范围、活动断层管制区划定依据和范围,建设场址区避让活动断层所需的定位精度要求,活动断层管制区内一般建(构)筑物避让活动断层距离基本值(D0),可以作为近于直立走滑断层和倾滑断层下盘避让的最小距离;倾滑断层中倾角约60°正断层上盘的避让距离为避让距离基本值(D0)的2倍左右,而倾角约为30°的逆断层上盘避让距离为避让距离基本值(D0)的3~4倍;特殊建(构)筑物有别于一般建(构)筑物,它们的安全直接影响到社会安定和国家的兴衰,因此,专门给出了分类避让距离,保证这些建(构)筑物在地震期间不会引发严重的次生灾害;最后简明扼要地介绍了国内外活动断层避让的相关法律法规和避让实例。活动断层避让作为一种科学有效的地震灾害阻断技术,不仅可以有效地解决建(构)筑物的抗断问题:如何避让?避让多少?还可为保障国家经济社会可持续发展和“一带一路”基础设施建设的地震安全提供创新性技术支撑。

地震区跨活动断层桥梁桩基动力时程响应分析

为了研究强震区桥梁跨活动断层时,桩基在地震中的动力响应,以海文大桥为工程背景,利用Midas GTS有限元软件建立其强震区桩-海床岩土体-断层耦合作用的数值模型,研究不同强度(0.20g~0.60g)的50年超越概率为10%的地震波(后文简称5010地震波)作用下,桥梁桩基加速度、位移、弯矩及剪力的动力时程响应特性。结果表明:上部大厚度松散土体对桩身加速度有放大及滤波作用,而基岩对桩身加速度几乎不产生作用;断层上、下盘桩基础的桩顶水平位移随输入地震动强度的增大而增大,但达到振幅的时刻一致;上、下盘桩基础桩顶竖向位移时程响应都在50 s以后产生永久沉降;桩身最大弯矩截面处时程响应均在40 s以后产生永久弯矩;应重点考虑上部覆盖层软硬土体界面和基岩界面的抗弯承载力设计,及桩顶和基岩面附近的抗剪承载力设计;上盘桩基础按桩身加速度、弯矩、桩顶水平位移等动参数控制设计,下盘桩基础按动剪应力控制设计。

山西断陷带主要活动断层基本特征与避让区划

山西断陷带是华北地区新近纪以来构造活动强烈的典型代表,其控盆边界断裂的活动是造成山西省地震灾害风险的重要因素之一。在山西断陷带14条断层填图研究的基础上,利用晚更新世以来滑动速率的比对来表征断层的晚第四纪运动学特征,得出交城断裂、霍山山前断裂和六棱山山前断裂晚更新世以来的滑动速率分别为>1.4 mm/a、0.76~1.49 mm/a和1.6 mm/a,其余断裂均小于1 mm/a。同时,结合山西省地震灾害风险普查工程中的方案划分山西断陷带活动断层避让区划,探讨不断加强完善山西省活动断层探测工作。

胶州湾第二海底隧道穿越活动断层抗错断结构方案研究

为保证海底隧道在断层错动作用下的结构安全,依托胶州湾第二海底隧道工程,对隧道穿越最大位错量为0.49 m的沧口断裂段落进行衬砌结构设计,提出扩大断面和多孔脆性材料填充2种方案。采用有限元数值模拟方法对2种方案衬砌结构的变形与受力特点进行分析,并综合对比2种方案的衬砌结构受力情况、扩挖量和施工难易度,最终推荐采用柔性连接结合多孔脆性材料填充的抗错断结构设计方案。该方案在减小开挖量、未明显增加施工难度的同时,克服了扩大断面方案二次衬砌在断层错动作用下易破坏的问题,可保证止水构造正常发挥作用,提升海底隧道衬砌结构在断层错动下的安全性。

山西省工程场地地震安全性评价活动断层探测成果数据库建设综述

工程场地地震安全性评价活动断层探测成果数据库建设是山西省地震灾害风险普查工程中的一项重要工作。文章介绍数据库建设使用的数据库模板、入库软件等,简述资料收集整理、数据转换入库、检测汇交的过程,并以运城市地震小区划项目为例进行成果展示,讨论数据库建设中数据格式转换、坐标转换等关键点的技术处理。该数据库的建设方法可为其他数据库建设提供参考。

活动断层研究进展及其科学前沿问题讨论

回顾了我国城市活动断层探测工程、活动断层大比例尺填图计划、我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价等项目的立项过程和主体研究内容,结合近20余年大地震现场地表破裂带的科学考察成果,阐述了强噪声弱信号条件下隐伏活动断层探测定位技术、断层活动性定量鉴定技术、地震危害性评价理论与方法、全过程多源数据管理技术和活动断层探测技术标准体系建设等多方面取得的显著进展;提出了青藏高原隆升变形动力学新模型、活动断层级联破裂机理与大地震成因理论、地震局部化破裂特征与避让理论和高震级地震地质判识标志及其在高震级地震危险区划分中应用等,形成了活动断层滑动习性与避让、震害预防和地震监测预测的新理论、新方法和新理念,并对活动断层探测和研究中活动性定量参数不确定性、相邻段落级联破裂条件与特大地震震级预测、地震地质标志定量化演化特征、基于三维活动断层模型的强震动模拟与地震灾害预测、重大工程跨活动断层的抗断等亟需解决的科学问题和技术难题进行了讨论;最后指出我国需要继续加强活动断层探测与填图工作及其成果的管理,保持城市活动断层探测和大比例尺填图以及深浅构造关系勘探等方面的国际领先优势,引领国际震害预防和有物理意义地震监测预报发展方向。

镇江市活动断层探测项目主要断层活动性研究

镇江市是江苏省破坏性地震发生较多的地区。对镇江市主要发震断层开展活动性探测及地震危险性评价工作,查明其发震能力,对于镇江市防震减灾事业发展具有重要意义。对镇江市区威胁较大的主要隐伏断层有4条,分别为幕府山-焦山断裂、五峰山-西来桥断裂、丹徒-建山断裂、汝山-上会断裂。通过开展浅层人工地震勘探、钻孔联合地质剖面探测、野外地震地质调查等相关工作,评价4条断裂的活动历史、活动性质、规模、展布及最新活动时代。研究结果表明,幕府山-焦山断裂最新活动时代为中更新世晚期,丹徒-建山断裂最新活动时代为早更新世至中更新世早期,五峰山-西来桥断裂最新活动时代为中更新世,汝山-上会断裂为前第四纪断裂。幕府山-焦山断裂和五峰山-西来桥断裂是目标区具备一定发震能力、地震危险性较大的2条断裂;判断五峰山-西来桥断裂潜在地震的最大震级为6.0级,幕府山-焦山断裂潜在地震的最大震级为6.5级。

《活动断层的地震地表永久位移研究》简介

震害调查表明近场的结构破坏不仅由地震动引起,地表破裂或永久位移引起的破坏也占很大比重。近年来的汶川地震、集集地震、昆仑山口地震、土耳其伊兹米特地震等都引起了大规模的地表破裂,其可能对道路、桥梁、隧道、大坝、输油(气)管网、通讯电缆等大型工程造成严重破坏,导致巨大人员伤亡和资产损失。另外,目前各类抗错动构件的实际应用也促使地震地表永久位移与地震动一样,成为工程结构的地震输入。因此,活动断层的地震地表破裂研究已经成为地震工程中关注的焦点课题之一,地表永久位移的分布特征对防震减灾具有十分重要的工程意义和理论价值。

活动断层作用下管土有限单元模型研究

为研究断层作用下埋地管道的力学状态,基于管土相互作用理论,采用固定边界壳单元模型、管壳耦合模型、等效弹簧边界模型、管单元模型4种管土作用模型,对比分析管道穿越断层计算效果。结果表明:4种模型得到的计算应变趋势基本一致,其中固定边界壳单元模型、管壳耦合模型、等效弹簧边界模型结果基本吻合,计算应变大于管单元模型。同时,4种模型均得出管道与走滑断层交叉角不宜为90°。在此基础上,提出有限单元适用的断层工况,并给出相关应用建议。

活动断层地震勘探中的高精度偏移与反偏移技术

为了进一步发展活动断层空间位置和精细结构探查技术,解决在活动断层探测地震数据处理过程中,缺少一种通过数学手段对地震成像结果进行可靠性评价的问题,开展了将‘反偏移’这一地震波偏移成像的逆运算引入活动断层探测地震数据处理的研究。分析了偏移与反偏移的关系,提出了以叠前深度域逆时偏移和波动方程反偏移为核心的主动源地震勘探数据高精度处理流程。选择了生长断层、花状构造等有代表性的复杂断裂构造实际探测数据进行处理。处理结果表明,利用本文提出的以波动方程逆时偏移和反偏移为核心的地震数据处理流程,能够有效提高活动断层地震成像剖面的可靠性和精确度。通过本次研究可以认为将偏移和反偏移这一对严格对应的地震数据处理算子引入活动断层探测领域,有助于推动活动断层探测精确度和分辨力的提升。尤其是在开展钻孔联合地质剖面探测或科学钻探研究时,应用本文方法进行地震勘探数据高精度成像处理,利用多种数学手段相互检验,能够有效确保断层上断点定位准确,节约钻探成本。

活动断层探测综合标准化

活动断层探测是防震减灾的基础性工作。随着业务工作的不断深入,标准化工作取得的进展对业务发展起到了重要的支撑作用。目前,现有标准和新标准的制定进度远远无法满足实际需要。文中将综合标准化运用于活动断层探测,提出以提升工作质量和应用效益为综合标准化目标,并将目标细化分解成业务过程、成果产出和推广应用3个方面进行相关要素分析,系统地梳理出活动断层探测的主要工作环节及其涵盖的工作内容和技术方法,汇总各工作环节中获得的数据、图件、报告和数据库等成果产出内容,给出支撑活动断层探测成果应用的主要技术要素。以此为基础,结合工作实际和已有标准现状,分业务基础、项目实施、技术方法、成果产出和推广应用5个序列提出了组成标准综合体的41项标准,并列出标准明细表。活动断层探测标准综合体涵盖了全业务链条所需的标准,标准间相互衔接协调,发挥成套标准的整体优势,将为进一步提升活动断层探测标准化水平、加快标准制、修订进度奠定良好基础,也将为防震减灾工作其他业务领域的高质量创新规范发展提供有益示范。

上海张堰-金山卫隐伏活动断层活动特征及综合地球物理证据

上海城市隐伏断层十分发育,第四纪以来沉积了数百米厚的松散沉积层,受限于其特大城市复杂高干扰环境背景,隐伏断层的探测与活动性特征研究难以取得理想的效果,城市地质安全面临严重风险。文章通过高精度重力面积测量、高分辨率浅层地震勘探等地球物理探测方法,结合周边钻孔地层分层、地应力和年代学测试分析(碳十四和光释光),对张堰-金山卫断层第四纪和现今的活动性开展了探测与研究。结果显示,该断层空间上具有较好的延展性,断层行迹在布格重力异常和地震时间剖面上均有较好的地球物理证据反映。研究认为张堰-金山卫断层为逆冲断层,同时具有继承性和新生性活动特征,总体走向为北西向315°,倾向南西,基岩面断距约10 m,上断点已错断至第四系中更新统内,最新活动时代为中更新世,目前北西向地应力状态易于发生张扭性活动,该断层现今活动性依然需持续关注。此次研究探测思路与成果可为类似城市开展隐伏活动断层探测及活动性分析提供借鉴和参考。

活动断层避让相关问题的讨论

2008年汶川地震、2010年玉树地震、2014年鲁甸地震等大量震例研究表明,严重的地震灾害损失和人员伤亡主要源于发震断层的同震地表破裂、近断层的强地面运动和地基失效引起的建(构)筑物倒塌。因此,避让活动断层是有效减轻可能遭遇的地震灾害损失的一项重要措施。但如何避让活动断层和避让多少距离能够保证地面建(构)筑物不受活动断层同震错动引起的直接毁坏,一直是国内外学者争论的焦点科学问题。1)首先基于历史地震地表破裂资料,定量分析了活动断层同震地表破裂的局部化特征、同震地表破裂与建(构)筑物的破坏关系,得出了地震地表破裂带及其直接严重地震灾害带宽度的平均统计值约为30m的认识。2)通过1999年集集地震、2008年汶川地震等地表破裂带宽度资料和地震灾害空间分布关系的分析,指出了倾滑断层具有明显的上盘效应,断层上、下盘地表破裂带或严重地震灾害带宽度之比为2︰1至3︰1。3)基于上述分析获得的最新认识,进一步讨论了避让对象、活动断层定位要求、不同类型活动断层最小避让距离、特殊建(构)筑物避让和"抗断"设计理念等问题。最后,呼吁立法机构加强活动断层避让和活动断层探测的立法工作,规范活动断层上及其邻近地段土地利用规划和基础设施建设过程中合理避让活动断层的行为,防患于未然,提高中国防震减灾的基础能力。

隧道穿越活动断层震害机理及抗震措施研究

隧道跨活动断层时将受到地震惯性力及断层黏滑、蠕滑运动的多重影响,破坏形式包括振动破坏和剪切错断破坏。此时,隧道抗震设计需兼顾考虑结构的减震及抗错断措施。以西北地区某典型穿越活动性断层隧道为依托,研究了在地震惯性力、断层错动作用下,跨断层隧道衬砌的变形及受力特性,提出了减震、抗断措施设计参数,并通过数值模拟分析验证了方案的适用性效果,可为穿越活动性断层隧道抗减震设防提供参考。

城市活动断层探测成果图件集的编制规范研究

城市活动断层探测成果图件集是近年国家活动断层探测科学工程项目开展以来形成的重要资料,其集成编绘将有助于今后地震地质研究和防震减灾的开展。城市活动断层探测成果图件集包括20个城市的1:250000区域地震构造图与1:50000活动断层分布图。文中系统详细地探讨了区域地震构造图与活动断层分布图地图信息的组织与表达、设计思想、制图综合、图例规范与编制过程。最后,还简要介绍了基于ArcGIS平台的计算机规范化制图过程。

城市隐伏活动断层避让典型案例分析——以新沂市郯庐断裂带沿线某场地为例

随着城市化进程的加快,如何减小城市隐伏活动断层所引发的地震及其链生灾害的损失,是未来城市公共安全体系建设所必须面对的议题。文中以新沂市郯庐断裂带安丘-莒县断裂沿线某场地为试验区,在城市活动断层项目目标区1︰1万条带状活动断层分布图成果的基础之上,借鉴即将颁布的国标《活动断裂避让距离》中对隐伏断层精确定位的技术要求,实施了间距不大于50m的浅层地震勘探测线和典型钻孔联合地质剖面探测,获得了场地内隐伏活动断层的地表迹线、断层倾向以及上断点埋深等信息。精确定位活动断层的平面位置与1︰1万条带状分布图平面距离差异约为200m,探测结果精准确定了场地内活动断层的平面展布,满足场地开发所需的精度。基于精确定位的活动断层地表迹线,遵照即将颁布的国标《活动断层避让距离》的相关规则,既科学确定场地内活动断层的避让距离,又释放了城市紧缺土地资源,达到既科学避让潜在危险的城市隐伏活动断层,又充分利用土地的目的。