活动断裂本身地质灾害

① 活动断裂的涵义及研究方法

自20世纪年代Willis和Wood提出活断层的概念以来，活动断裂的研究一直受到各国际地学组织、地质学家和工程地质专家的重视，这是因为活动断裂不仅为研究现今地球动力学提供了最为重要和直接的证据，而且活动断裂控制了内外动力地质灾害的发生，同时断裂的蠕滑和粘滑还可能使建（构）筑物遭受不同程度的破坏。目前，人类工程活动正向深部和活动构造区不断推进，活动断裂引发的工程地质问题和地质灾害日益突出，这迫使人们投入大量的人力和物力去研究活动断裂。

一、活动断裂的涵义

到目前为止，对活动断裂的定义国内外还存在不同的观点和认识，主要集中在活动断裂的最新一次活动的时间下限、活动断裂分类（活动强度级别和活动时间的界限划分）等方面。产生上述分歧的主要原因是：①目前国内外划分活动断裂的标准和原则不统一；②各研究者在地壳运动规律的认识上存在差别；③研究者所处的行业不同，特别是研究活动断裂的目的和任务不同。

Willis（1923）将活动断裂定义为：“有可能发生滑动的断层”，尼古拉耶夫（1962）将新近纪以来形成的、决定现代地形基本轮廓的各种构造运动和构造变动称为新构造运动，将新构造运动时期所形成的不同类型的构造变形系统称为活动构造，将新构造运动期形成的不同性质、不同规模、不同方向的断裂构造统称为活动断裂。这一观点曾一度被中国许多学者所接受。Bonilla（1970）认为：“活动断层是不久前曾经活动，且在不远的将来可能再次活动的断层”。丁国瑜（1982）提出：“严格说来，活断层一词的含义还有许多不明确和有争议的地方。但一般说来，把活断层限定为第四纪至今还活动的断层，即指那些正在活动或断续活动着的断层”。任震寰（1983）、许学汉（1994）与其观点相似。1983年联合国教科文与国际地科联组织的国际地质对比计划——全球主要活动断裂的对比项目（IGCP—206）将活动断裂的研究时代从新近纪、第四纪一直持续到现今，把它作为一个连续的过程来处理。美国地球物理研究学会（1986）将活动构造定义为：“对人类社会有显著影响的时间尺度（几十年～几百年）内产生地壳变形的构造过程”。美国原子能委员会和美国核规范委员会将过去5万年内至少发生一次显著活动或过去50万年内发生一次以上显著活动的断裂构造称为能动断裂。李兴唐等（1987）认为，第四纪以来活动过，且未来有可能活动的断裂称为活动断裂。强调活动断裂必须是基岩内的前第四纪深断裂或在第四纪期间复活的区域性大、中型断裂。而对于那些在断裂带内或其附近的第四系中，存在着与它有成因联系的构造形变出露于第四系中的规模较小的断层，只能称其为第四纪断层或活断层，以示与前者的区别。中华人民共和国岩土工程勘察规范（GB50021—2001）将全新地质时期（1万年）有过地震活动或近期正在活动，在今后100年内可能继续活动的断裂定义为全新活动断裂；将近500年内发生过5级以上地震、未来100年内可能发生5级以上地震的全新活动断裂定义为发震断裂；将1万年以前活动过、1万年以来没有活动过的断裂定义为非全新活动断裂。邓起东（2003）将晚更新世或距今10万～12万年以来有过活动的断裂定义为活动断裂。周本刚（2004）将距今3万年（华南地区为5万年）以来有过活动的断层定义为工程活动断层。

总之，目前关于活动断裂的定义还存在很大的分歧，还没有一个各行业通用的国际标准和国家标准。综合考虑上述有关活动断裂的观点和有关国家标准并结合青藏高原和西南地区新生代以来的构造演化规律，认为在青藏高原及其周边地区的重大工程规划过程中，将第四纪以来有过活动的断裂作为活动断裂来处理是比较适宜的，鉴于青藏高原东南部高山峡谷区的地形地貌条件和第四纪地质特点，应当将晚更新世以来的活动断裂作为重点研究对象。

二、活动断裂的主要研究方法

1.活动断裂的鉴别标志

对活动断裂的鉴别标志，易明初（1993）进行过系统总结，归纳出地层标志、地貌标志、断裂破碎带标志、地下水标志、岩浆活动标志、地震标志、遥感标志、考古标志和仪器测量标志9大类76条活动断裂鉴别标志。许学汉（1994）提出从地形地貌、形变观测、地球物理异常、遥感影像特征、地震活动性、火山活动、温泉分布及构造事件测年等不同方面鉴别活动断裂。Keller和Pinter（1996）从历史地震与古地震、第四纪地质、构造地貌、大地测量、地貌指数、河流变迁、海岸地貌和造山作用不同角度，系统论述活动断裂鉴别标志。韩同林（1987）对西藏活动构造分布、形成时代与构造-地震、构造-地貌、构造-地热关系进行过专门讨论。吴章明等（1992）从构造地貌、地震地质和遥感影像角度分析了西藏中部活动断裂鉴别标志。丁国瑜等（1993）进一步论述了不同类型活动断层及分段性鉴别标志，包括形态标志、地貌标志、变形标志、岩石地层标志、地震标志和地球物理标志。马宗晋（1992）将活动断裂鉴别标志归纳为遥感影像标志、构造地貌标志、地层变动标志、水文地质标志、断裂结构组成标志和断裂微地貌标志几大类型。以下结合滇藏铁路沿线的地质构造背景，对适合高山峡谷区活动断裂鉴定的主要标志总结如下：

（1）遥感影像标志

活动断裂在卫星和航空遥感图上常有显著的线性影像标志，尤其是主干活动断裂在遥感影像图上常呈现出明显的线性浅色或深色带。线性色调的粗细、长短、深浅、隐显是区分活动断裂规模、活动强弱的重要标志；强烈活动断裂的特征一般是线性色调明显或两侧色调反差强、影像粗、连续性好，往往反映长达百余公里、宽至数公里的活动断裂带；活动性不明显的断裂，线性形迹仅隐约可见，两侧色调反差微弱，肉眼难以分辨，缺少第四纪活动标志（马宗晋，1992）。

对ETM卫星遥感资料进行特殊图像增强处理，能够使活动断裂及相关地形、地貌、水系、沉积等线性影像更加清晰，从而提高活动断裂遥感解译的精度和可靠性。滇藏铁路沿线的ETM遥感数据和图像质量总体优良，对活动断层及断层位移具有良好的解译效果。在一些关键地段，将中小比例尺的卫星遥感影像和大中比例尺航空照片结合起来进行综合解译，或者应用高精度、高分辨率的SPOT卫星遥感资料鉴别活动断层、确定断层位移，取得了很好的效果。

（2）断裂带构造变形与断层位移标志

断裂运动常伴有强烈的构造变形，形成不同类型的构造岩和形变构造。断裂带常见的构造岩包括断层角砾岩、碎裂岩、碎粒岩、假玄武玻璃、断层泥等。活动断层破碎带常发育新鲜的断层泥或未胶结的松散断层角砾、沿断层带发育构造楔和崩积楔；在一些断层面发育擦痕、阶步和摩擦镜面，对断层擦痕、阶步进行观测可判断断层性质和运动方向。断层泥、断层钙质胶结物和崩积物可用热释光、光释光、铀系、ESR、¹⁴C方法测年，以便进一步确定断层活动时代。活动断层破碎带常切割第四纪地层，断层内部常发育不同类型的节理或裂隙，部分活动断层发育片理，并伴生小型褶曲。不同性质的活动断层具有不同特点的断层位移，活动走滑断层常长距离水平错动第四纪地貌面如夷平面、河流阶地、湖岸阶地与水系、山脊、冲洪积扇等，导致水系与冲洪积扇定向迁移；部分活动走滑断层切割错断河流，形成断头河和断头沟。活动正断层切割第四纪地貌面，导致地貌面高度梯次规律性变化，如玉龙雪山东麓活动断裂成为盆-山边界断层。活动逆断层切割错动地貌面，导致地貌面顺断裂带发生梯次抬升，如喜马拉雅山主中央逆冲断裂带（MCT）。通过观测断层错动的第四纪不同时期沉积标志，可以鉴别活动断层性质和不同时期位移量，估算断层运动速度。在探槽揭露的断层带和天然断层剖面，对断层产状、构造岩结构组成、错断地层时代、断层运动特点进行观测，对鉴别活动断层、测定断层活动时代、判别断层性质具有重要意义。

（3）地层与沉积标志

尽管滇藏铁路沿线大部分处于高山峡谷区，但在活动断裂调查过程中，地层与沉积标志仍是鉴别活动断层、判别断层活动时代的良好依据。通过观测断层与地层关系，测定受断层切割、错断、控制的地层时代，能够良好地确定断层活动时期。滇藏铁路沿线广泛分布着第四纪不同时期冰碛和冰水沉积、湖相沉积、冲洪积物等，对这些沉积地层进行精确测年，建立第四系地层的年代框架，能够为鉴别、研究活动断层提供重要科学依据。明显切割、错动上更新统湖相沉积地层、上更新统河流相砾石层、上更新统冰碛物和冰水沉积物、上更新统泉华沉积而未明显切割全新统沉积层的断层均属晚更新世活动断层；明显切割、错断全新统河流相砂砾石层、全新统湖相沉积层、全新统泉华沉积、全新统冰碛和冰水沉积的不同性质断层均属全新世活动断层。

（4）地震标志

活动断裂不均匀粘滑运动是孕育地震的重要原因，活动断裂对地震孕育、发生和分布具有显著的控制作用。因此历史地震和古地震是鉴别活动断裂、研究断裂活动习性的重要标志。古地震、历史地震、现代地震分布明显受活动断裂控制，地震遗迹如地表地震破裂带、堰塞塘、地震裂缝、地震陡坎、地震崩积楔、地震沙土液化、地震崩塌、古地震沟成为全新世活动断裂（地震断裂）重要鉴别标志。仪器观测、记录地震震中的显著线性分布能够良好地揭示地震断裂的空间分布。古地震断层具有快速切割、错动痕迹，如快速剪切、错断松散沉积物中的砾石、结核、湖相沉积和人工建筑。古地震断层被后期沉积所覆盖、掩埋，通过确定切割地层和覆盖层的时代，可以判别古地震发生相对时代和古地震复发规律。古地震沟是古地震活动所遗留的具有陡坎的线性凹地和线性沟槽（马宗晋，1992），是鉴别古地震和地震断裂的重要标志之一。

统计分析表明，地震震级和复发周期与断层运动速度存在函数关系，断层运动速度越大，活动性越强，地震复发周期越短。因此，地震破裂、地震分布、地震遗迹既是研究地震活动规律的重要线索，也是鉴别地震断裂、研究断裂活动规律的重要标志。值得指出，活动断裂鉴别的地震标志仅适用于粘滑型地震断裂，对蠕滑型活动断裂需要应用其他非地震标志进行鉴别。

（5）地貌标志

不同性质的活动断层对地貌形成演化都具有显著的控制作用，形成不同类型的断层地貌。常见活动断层地貌包括断层陡坎、断层三角面、断层沟谷、断层隆起、悬谷与断层崖、不对称地貌阶地、地貌分界及地貌梯度带。不同类型的断层地貌成为不同性质活动断层鉴别的常用标志；但仅据活动断层的地貌标志难以确定断层时代和准确标定断层位置，需要与沉积标志、地震标志、物探标志及年代学标志等有机地结合，进行综合分析，必要时可以考虑使用钻探和槽探方法进行揭露。

活动断层切割现代水系和沟谷，导致水系和沟谷错位、偏离、急剧拐弯，形成断头河、断尾河、断塞塘及断层两盘河谷宽度的不对称现象。活动断层也能够切割、错断现代冲洪积扇体，切割、错断夷平面、河流阶地、山脊、湖积台地，成为鉴别活动断层、测量断层位移的重要标志。

（6）温泉活动

天然温泉是地壳深部热水沿活动断裂运移、富集并向上涌出地表所形成的、具有较高温度的上升泉水，是地球内部热能释放的重要方式之一。温泉据泉水温度划分为低温温泉（25～40℃）、中温温泉（40～60℃）、中高温温泉（60～80℃）、高温温泉（80～100℃）和沸泉（≥100℃）。绝大部分天然温泉分布都严格受活动断裂控制，出露于断层谷地和山麓地区断层破碎带；很多著名的温泉发育于不同方向区域性活动断裂的交叉复合部位，高温温泉活动带和强烈地震活动带在空间上具有良好的对应关系。张性正断层、张扭性斜滑断层和扭性走滑断裂都是温泉形成的有利构造部位，部分中低温温泉受褶皱构造和地形地貌控制，与断裂关系不明显。

滇藏铁路沿线绝大部分温泉都成群、成带分布于活动断裂带与裂陷盆地、拉分盆地与断陷盆地，盆地内部温泉空间展布明显受盆缘边界活动断裂或盆内活动断层控制。因此，天然温泉既是断裂活动的产物，又是活动断裂的重要鉴别标志，环形或椭圆形温泉群常指示不同方向活动断裂的交叉复合，线性展布的温泉群和泉华群能够较好地指示活动断裂的位置。

（7）地球物理异常

地球物理探测如电法勘探、地震反射、氡气测量能够较好地揭示隐伏活动断裂的位置、产状和性质，是活动断裂鉴别的重要标志。活动断裂具有良好的含水性，产生显著的低电阻率异常，与完整岩石之间的电性差异较大。采用直流电联合剖面测深方法，通过固定电极距的电极排列，沿剖面线逐点供电和测量，获得视电阻率剖面曲线。应用电法勘探获得测线的视电阻率曲线，地下岩层、土层横向电性变化有明显反应，对追索构造破碎带、确定活动断层位置具有良好效果。氡气放射性测量是勘测活动断裂的成熟方法，通过测量土壤氡及其衰变子体产生的α粒子的数量，能够有效地确定活动断层和构造破碎带位置和宽度。部分学者观测到氡气含量在地震前后的显著变化规律，并尝试应用氡气含量连续观测方法监测断层运动和地震活动规律。活动断裂还具有显著的地震波速异常，断层面和断层破碎带对地震波传播具有显著影响，能够利用地震探测方法揭示活动断层和隐伏活动断层的产状、性质和延伸情况。

2.断裂活动时代的测年方法

测年技术的发展为定量研究断裂活动时代提供了有效工具，常用的活动断裂测年方法包括铀系等值线测年、电子自旋共振（ESR）测年、热释光（TL）测年、光释光（OSL）测年和¹⁴C同位素测年，通过测定断层切割最新地层、覆盖断层的最老地层、断层破碎带方解石脉、断层泥和构造楔形体的形成年龄，确定断层形成与活动时代。本次研究主要应用铀系等值线、电子自旋共振（ESR）、热释光（TL）、光释光（OSL）、¹⁴C等测年方法，取得可靠的年代学数据。

（1）铀系等值线法测年

铀系法是铀系不平衡测年方法的简称。铀系不平衡测年方法的基本原理是：自然界中存在3个放射性衰变系列，放射性元素铀、钍和锕的衰变遵循以下放射性衰变规律：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

式中，t代表时间（年龄）；N₀为初始放射性强度；N为t时的放射性强度。放射性系列中的母体与子体元素在复杂的地球化学环境中，由于溶解度的差异、扩散迁移、吸附作用、齐拉-契满斯效应等物理和化学性质的差别，当地质条件改变时，子体从母体的衰变链中分离出来，造成衰变平衡的破坏，从而使子体相对亏损或相对过剩。通过测定样品中母体与子体含量，根据衰变产物的积累或过剩产物衰变的方法，可由衰变定律推算出年龄。

在天然放射性系列²³⁸U^-206Pb中，当母体与子体达到平衡时，有λ₁N₁=λ₂N₂=λ_nN_n。然而，当样品所处的地球化学环境改变时，平衡链被破坏，造成子体的相对亏损或相对过剩，即铀系不平衡。²³⁰Th和²³⁴U是衰变链中的2个子体，假定在封闭系统中，²³⁰Th全部由样品的²³⁸U和²³⁴U衰变生成，那么²³⁰Th／²³⁴U比值可用下式表示：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

²³⁰Th随时间的生长速率为：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

式中，λ₂₃₀、λ₂₃₄、λ₂₃₈分别是²³⁰Th、²³⁴U、²³⁸U的衰变常数。根据实际测量得到的²³⁰Th／²³⁴U和²³⁴U／²³⁸U的比值，按照上述公式计算年龄t。²³⁰Th的半衰期（T_1／2）=75200年，这一方法可以测44～40万年的样品，是铀系法中最为常用的方法。U系法测年范围一般在4000年至30万年之间。

对海洋珊瑚礁与洞穴纯碳酸盐，可直接测定样品²³⁰Th/²³⁴U和²³⁴U/²³⁸U比值，计算样品形成年龄。但湖相沉积与断层相关碳酸盐样品常含早期矿物残留物，由于难以将样品碳酸盐相和非碳酸盐相完全分开，新生碳酸盐矿物和残留非碳酸盐矿物年龄相差很大，因此常规分析方法难以得到合理的年龄数据。通常可以对所测量的含碳酸盐沉积物样品采用筛分和沉降方法对样品进行粒级和密度分选，取得3～4个子样；对每个子样进行全溶，分别测定U、Th同位素比值，以²³⁴U/²³²Th对²³⁸U/²³²Th作图，所得等值线斜率就是碳酸盐²³⁴U/²³⁸U比值；以²³⁰Th/²³²Th对²³⁴U/²³²Th作图，所得等值线斜率就是碳酸盐²³⁰Th/²³⁴U比值；这样得出的比值代表去掉碎屑和残留物质污染的新生碳酸盐的同位素比值，代入公式可计算得出新生碳酸盐样品的形成年龄，称之为U系等值线年龄。

铀系法测年样品应新鲜，不纯碳酸盐中碳酸盐样品含量尽可能高。本次研究主要采用铀系等值线法对湖相地层、钙质泉华、钙质胶结物进行测年，取得了良好效果。

（2）电子自旋共振（ESR）测年

断裂在形成与活动过程中，沿断裂破碎带常形成不同类型的断层裂隙，成为地下水或热流体储藏和运移的重要场所，并在一定温压条件下（温度≤100℃，深度≤3 km）沉积同构造期方解石脉与石膏脉。采取同构造期的方解石脉与石膏脉样品，应用电子自旋共振（ESR）方法测定其年龄，便可以确定断层的形成活动时代。其原理是：样品自形成以来，受到周围环境的放射性辐射，在晶体内部产生空穴电子。样品所受到辐射总剂量（Nd）与样品所积累的空穴电子数量呈正比，而样品空穴电子数量可通过ESR磁谱仪测定，由此可以确定样品在地质历史时期所受辐射总剂量（Nd）。

样品所受辐射总剂量（Nd）的测定是ESR测年的关键。将样品粉碎，挑选0.1～0.2 mm的纯方解石或纯石膏颗粒，在0.1N的盐酸溶液中浸泡3分钟；然后用蒸馏水清洗样品，在60～70℃的温度条件下将样品烘干。将烘干后的样品缩分为5～8份，每份样品重300 mg。将缩分后的样品用⁶⁰Co产生的剂量为5、10、20、30、40、50、60、70、80krad的γ射线照射。将照射后的样品放入石英管，用ESR波谱仪测定样品的波谱曲线与信号强度。样品的ESR信号强度（I）与⁶⁰Co剂量呈线性相关关系或指数相关关系，相关直线或曲线在⁶⁰Co坐标上的截距（信号强度I=0）便为样品自形成以来所受辐射总剂量（Nd）（Henning et al.，1983；Wagner，1998）。ESR测年的另外一个重要参数是年辐射剂量（D），与样品放射性元素U、Th、K含量呈线性相关关系。可通过测定样品或环境中放射性元素U、Th、K含量，根据放射性平衡模式得到各元素放射性衰变对α、β、γ射线强度的贡献（Henning et al.，1983；Nambi and Aitkan，1986），计算年辐射剂量（D）。计算公式如下：

滇藏铁路沿线地壳稳定性及重大工程地质问题

上式中，U表示放射性元素铀含量（×10^-6），Th表示放射性元素钍含量（×10^-6），K表示放射性元素钾含量（%）。在测定样品辐射总剂量（Nd）与年辐射剂量（D）的基础上，依据公式t=Nd/D，计算得出样品年龄（t），进而确定断层活动时期。

（3）热释光（TL）测年

热释光（TL）测年是从考古学发展起来的一种方法，目前已经成为第四纪沉积年龄和第四纪地质事件年代的重要测年手段。其原理是：物质加热至400～500℃，能发出一种光（热释光），再加热，光消失，即贮存的能量被耗尽。因为某些晶体矿物通过放射性元素能吸收一些能量，贮存起来，时间越长，吸收越多，主要吸收的是铀、钍、钾、⁴⁰K放射性衰变释放出来的能量，这样可测定岩石矿物生成或结晶时代和岩石矿物受热时代。当岩石矿物受到断层活动作用时，某些矿物有可能使原来的热释光能量全部退掉，重新积累能量。根据现在已知的能量大小可推断其受热事件的年代，即该晶体所经受的最后一次热事件至今的年龄。

热释光法测年范围可从几百年至约50万年，误差2%～5%，测年最佳时段为5万～10万年。样品采集对象主要为陶片、烘烤层、黄土及含大量方解石或石英颗粒的细砂或粉砂，样品要求新鲜的，最好从表层刨进去20～50 cm，并进行周围地质环境记录。因此，在条件许可情况下，在采集陶片、砖瓦、方解石、砂土等样品过程中，应把标本周围的环境物质一起取来进行分析（表3-1）。

表3-1 热释光法测年采样要求

（4）光释光（OSL）测年方法

尽管TL方法可测对象种类多，然而在遇到诸如沉积作用（或构造事件）中样品继承性的辐射效应能否消除，即何时才作为计算沉积地质样品的年龄起点等问题时，该类测年方法在应用理论和实验技术上均存在难以克服的困难。为此，基于沉积作用（沉积物）的光释光（OSL，Optically Stimulated Luminescence）测年技术开始产生并发展起来。OSL测年技术是由加拿大学者D.J.Huntley 1985年首先提出的，它为短期地质、气候、考古事件的年代测定提供了一种有效的技术手段。与TL测年技术不同，OSL测年技术的零点是阳光，因而从根本上克服了TL测年技术零点难以确定的不足，这大大提高了测年的准确性。利用OSL信号来测定沉积物地层的年龄时，地质样品应满足如下条件：①沉积物中的石英等矿物在搬运、沉积过程中曾暴露在阳光之下，即使暴露的时间很短暂；②这些石英等矿物OSL信号具有足够高的热稳定性，即在常温下不发生衰减；⑧沉积物沉积埋藏以来，这些石英等矿物处在恒定的电离辐射场里，它们所接收辐射剂量率为常数，这要求沉积层基本上处于U、Th、K封闭体系。只有这样，石英等矿物天然积存的OSL信号强度测量值才是自然样品所在沉积层的沉积年龄。

（5）¹⁴C同位素测年方法

¹⁴C同位素测年是晚第四纪研究中最常用的测年方法。在含碳质的生物死后，同位素¹²C、¹³C及¹⁴C的交换停止，这时¹⁴C按指数规律不断衰变，半衰期为5730±40年。含碳质的物质年龄越长，剩下的¹⁴C越少。¹⁴C方法所测得年龄可由4万年至几百年，现在最新技术可检测到12万年的样品。我国用¹⁴C年龄测定法所测得岩层的年龄最老的是5万年。

常用¹⁴C同位素测年方法测定与断层活动相关的沉积层含碳物质的年代，从而间接推知断层活动的年代。测定被错断的沉积层年代，可得知断层活动的下限年代；测定断层活动的相关堆积物（如断塞塘和崩塌楔等底部）年代，可得知断层活动的年代；测定没有变动的断层上面的覆盖沉积层年代，可得知断层活动的上限年代。¹⁴C样品包括各类有机碳和无机碳，样品采集量与样品中碳的含量有关（表3-2），对于年龄大于36000年或要求有较高精度的样品，样品采集量应为要求量的2倍。

（6）地质定年方法

滇藏铁路沿线部分活动断裂发育于第四系分布区，部分活动断裂位于基岩出露区。第四纪不同时期、不同类型的沉积层以及地貌标志可以在鉴别活动断裂、判别断裂活动时代方面发挥重要作用。例如，研究程度比较高的第四纪冰碛与冰水沉积层、第四纪湖相沉积层、第四纪泉华沉积、第四纪地貌面、河流阶地、河流沉积等通过区域研究和对比都有相应的时代归属，在不易取到年龄样品的情况下，可以直接通过研究活动断裂与这些沉积层和地貌标志之间的切割、覆盖关系，大致判别第四纪断裂的形成活动时代，为分析断裂活动规律、估算断裂运动速度提供重要资料。

表3-2 ¹⁴C同位素测年采样要求

三、活动断裂的分级

断裂带分级是区域地壳稳定评价需要考虑的重要方面之一。李兴唐等（1987）认为，产生大地震的活动断裂总是沿着近代活动的深断裂和新生代以来形成的深断裂和裂谷发育。如果没有深断裂，较完整的地块不会发生中强以上地震（Ms≥5）。断裂延伸越长，切割深度越大，断裂的规模、深度越大。断裂带岩石的粘结程度越高，所需要的形变应力越大，地震的震源规模和震级也就越大。因此，断裂规模和切割深度是控制地壳近代活动性、地震带的极重要的因素。许多工程地质和构造地质学家都重视深断裂与地壳近代活动性和地震的关系。

张文佑先生（1975）按照断裂的切割深度，将断裂分为4级，即岩石圈断裂、地壳断裂、基底断裂和盖层断裂。在区域地壳稳定性评价研究中，断裂带分级的主要指标通常包括：断裂带的规模（断裂带的长度、宽度及其所涉及的构造层次等）、断裂带与该区不同级别活动地块的关系及其在地块活动中所起的作用。根据青藏高原东南缘的地质构造格局以及最新的活动地块划分方法，可将研究区的活动断裂划分为4级（表3-3）。构成一级活动地块边界的活动断裂带属于一级断裂带（岩石圈断裂），如雅鲁藏布江断裂带、红河断裂带。位于一级地块内部构成二级活动地块边界的活动断裂带属于二级断裂带（地壳断裂），如德钦-中甸断裂带、龙蟠-乔后断裂带、丽江-剑川断裂带和永胜-宾川断裂带等。位于二级活动地块内部的次一级活动断裂带属于三级断裂带（基底断裂），如丽江-大具断裂、松桂西缘断裂带和鹤庆东缘断裂带等。位于盆地内部的中小规模断裂一般属于盖层断裂。

表3-3 活动断裂的分级及其主要特征表

② 活动断裂

活动断裂是指晚更新世以来一直在活动，现在正在活动，未来一定时期内仍会发生活动的断裂。活动断裂与现代构造活动是相连一体的，它是现代构造活动的一部分，与现代地球动力作用、地震活动和地质灾害紧密相关^[23]。由邓启东等编制的中国活动构造图（1∶400万）详尽地表示了活动断裂、活动褶皱、活动盆地、活动块体、火山和地震等不同类型的活动构造及其运动学参数（图3–3）。中国处于印度板块、太平洋板块和菲律宾海板块的夹持之中，是一个晚第四纪和现代构造活动强烈的地区。板块之间的晚第四纪和现代活动边界通过喜马拉雅和台湾地区，其他地区为板块内部地区。板块边界构造带是最重要的活动构造带，因而形成现代活动造山带及强烈活动的地震带和火山带；板块内部并不真正是刚性的，尤其是在大陆内部存在板内块体的相对运动，且其活动程度有所区别，从而形成活动程度不同的活动块体和活动构造带^[24]。中国活动构造图共表示了（10～12）×10⁴a以来有活动的断裂800余条，现代地震和古地震地震破裂带80余条，其中有近200条活动断裂约400个滑动速率值，70余条地震地表破裂带约150个同震位移参数。总的来看，西部活动断裂规模大、数量多、活动强，东部活动断裂规模小、数量少、强度弱。

③ 地震活动断裂灾害评价

地震活动断裂探测工作的重要内容之一是客观地科学地评价其灾害性。从现有的资料看，海口地区尚未进行过专门的地震地质灾害（包括活动断裂灾害）评价工作。但区内开展的大量地震地质、历史地震、地质调查、工程地震安全性评价等工作，均为活动断裂的灾害评价提供了一些实际资料。

地震断裂是城市规划、工程建设、地区安全性评价中最受重视的问题之一。地震断裂灾害是构造力破坏地表的直接现象，它延伸的方向性明显，破坏力强，不受地形地貌与岩性所控制，常把水系、公路、山脊错开，位于断裂带上和附近的建筑物在强地震活动的瞬间均遭严重破坏。世界上所有的强震活动都证明，地震断裂活动是现有抗御条件下难以抗御的地震地质灾害。海口潜在震源区震级上限是7级，邻区的铺前潜在震源区震级上限是7.5级，老城潜在震源区震级上限是7级，其他稍远的潜在震源区震级上限也有6级以上。因此，在海口地区均有产生地震断裂灾害的可能性。

本区的断裂有延伸上百千米、延深大于30km、切割莫霍面延深至上地幔的深大断裂（如近东西向的马袅－铺前断裂），有延伸长度达几十千米、延深大于10km的基底断裂（如北西向的海口－云龙断裂、长流－仙沟断裂）。它们共同的特点是活动时间晚且强烈，均为正断层。近东西向的马袅－铺前断裂带上（或者与北西向断裂的交会处）一旦发生破坏性地震，其震级可能达到7级，沿着断裂带及其两侧数十米的范围内，断裂面发生错动，将引起地面位移和发生沉降或抬升，造成毁灭性破坏。北西向的长流－仙沟断裂、海口－云龙断裂一般只会发生5级左右的地震，但它们与马袅－铺前断裂的交会处，强震时，断裂两侧的地带也会发生严重震害，尤其是海口－云龙断裂北段的海府地区，将会发生严重的砂土液化、软土震陷等震害。

1605年7月13日午夜，琼北发生7.5级大地震，震中位于光村－铺前断裂的东端，琼山区的塔市与文昌市的铺前镇之间，断裂北侧坡体下陷成海，面积逾100km ²，最大下陷幅度达9m，毁灭了72个村庄，死亡人口约3300人。

④ 活动断层的概念及研究意义

新构造的重要表现之一是活动断层，又称活断层。它是与人类活动关系最为密切的活动构造。但活动断层的概念争议较大，其焦点在于活动断层活动的时间上限问题。有的主张把第四纪以来活动过的断层都叫活动断层，有的主张限定在晚更新世之内，有的主张限于最近35 ka（按¹⁴C确定的绝对年龄的可靠上限）之内，也有的主张只限于全新世之内。时间差距较大。然而，大家研究的重点则是一致的，都注重研究从第四纪以来反复活动着，与地震活动紧密相关的，今后可能继续活动的断层。从工程使用的时间尺度和断层活动资料的准确性考虑，时间上限不宜过长与过短。时间上限太长，则活动断层太多，不利于工程建设；如时间上限过短，则会遗漏很多活动断层，对工程也有影响。因此，应结合工程类型及其重要程度，给予活动断层以明确的含义。

美国原子能委员会等机构从历史性和现实性观点出发，将活动断层分为两类。一类是狭义的，称为“活动断层”，其概念是全新世（10ka）以来活动的断层，并且未来仍有可能活动，该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多证据，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：①在过去35 ka 内至少有过一次活动的证据，或在过去0.5Ma内有反复活动的证据；②与之有联系的断层；③沿该断裂带仪器记录到微震活动。美国的这个概念后来被不少国家参考使用。

目前一般认为晚第四纪（晚第四纪指距今100～120ka以来的时段）以来有活动的断层叫活动断层。

活断层研究具有十分重要的意义。随着国民经济建设的发展，大型工程设施愈来愈多，如超高建筑、大型桥梁、隧道、大型水库、核电站、高速公路、地下铁道、国际机场、重要广播、电视发射台、重要通信枢纽、大型化工厂等。为确保工程的安全，活断层对工程的影响和破坏作用是不可忽视的。活断层对工程设施的破坏作用主要表现在三个方面：①由于断层重新活动发生地震引起的破坏；②由于断层缓慢蠕动造成地表破裂和位移；③由于断层活动引起地质灾害如滑坡、崩塌等。因此，在工程进行可行性研究前，务必引起工程主管决策人和设计人员的高度重视，以避免或减少活断层给工程安全带来的隐患。

⑤ 活动断层标志

1.地质标志

（1）新地层（沉积物）错断标志

最新沉积物（地层）错开是活动断层最可靠的地质特征。一般地说，只要见到第四纪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，均可鉴别为活动断层（图10-1，10-6，10-7）。鉴别时需注意与滑坡产生的地层错断相区别。

图10-6 四川鲜水河活动断裂（四川石棉县）

活动断裂下部发育在基岩（花岗岩）中，上部错断2级阶地冲积物

①第四系中的错动面；②角度不整合；③冲积物（Q₃）；④基岩断层；⑤花岗岩

（2）断层岩特征标志

活动断层破碎带通常由松散物质组成，而老断层的破碎带均有不同程度的胶结。未胶结和胶结极差的疏松构造岩、断层泥的存在可作为判别活动断层的地质标志。

（3）成生关系标志

在地质构造上，证实与已知活断层有共性或同生关系的断层也可认为是活动断层。

2.地貌标志

活动断层产生的地貌标志多种多样（图10-8），如断层崖、水系、山脊、阶地、洪积扇等错断（图10-9）；断层破碎带形成的断层沟槽、坡中谷等线性地貌；串珠状或斜列式盆地或沼泽、湖泊的分布；密集的台阶式陡坎（图10-10）、线形脊、闸门山、断塞塘、地震沟；干旱地区的一线绿洲、沼泽、沙丘等出现，它们往往指示活断层的存在。

图10-7 云南巧家南热水村第四纪断层

（赵和平摄）

3.地质灾害标志

山崩、滑坡、倒石堆沿断裂带呈明显的带状分布，但应注意区别重力作用的地质灾害。

4.地球物理标志

图10-8 活动断层地貌

图10-9 四川则木河断裂左旋错移冲沟3.8m

（闻学泽摄）

图10-10 念青唐古拉山南东山麓断层陡坎

（据国家地震局，1992）

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ示4级陡坎

重力和磁力正负异常的分界线和梯级带，尤其是排除了地貌、岩性所引起的异常，即由于压强差所反映出的重力均衡异常梯级带，以及地震波探测剖面中所反映的断距明显的（常以千米计）深部界面的存在。

5.地球化学标志

地球化学测量反映的水化学异常及冷泉、温泉、承压泉、汽泉等呈线状排列；同位素异常成带分布，很多气体，如CO₂、H₂、He、Ne、Ar、Rn、Hg、As、Sb、Bi、B等的含量一般都会偏高。

6.地震活动性标志

断层带内有现代强震，或历史上有破坏性地震，或发现有晚更新世以来的古地震遗迹，或现代小震沿断层密集成带分布。

诱发或产生地震的活动断层称震源断层或发震断层。地震在地面产生的各种变形形迹叫地震遗迹。研究古地震及现代地震遗迹，对研究活动断层的位置、规模、产状、运动方式等具有十分重要的意义。地震时在地表产生的破裂叫地震断层，也有人称地震地表破裂（带）、地表断层等。大地震的地震遗迹主要有地震断层、地裂缝、构造楔、崩积楔、地震沟、地震鼓包、地震滑坡、地震崩塌、碎石林及沙土液化（沙脉）等（图10-11）。

图10-11 四川雷波翼子坝断层古地震遗迹

①第四纪砂砾石层；②地震裂缝；③含砾细砂层；④泥质层；⑤沙脉

2008年5月12日14时28分发生的四川汶川的8.0级地震（简称5·12汶川地震）震惊世界，是新中国成立以来破坏性最强、影响范围最广、救灾难度最大的一次地震。地震造成大量人员伤亡和房屋倒塌损坏，基础设施大面积损毁，工农业生产遭受重大损失，生态环境遭到严重破坏，直接经济损失数千亿元。地震引发的崩塌、滑坡、泥石流、堰塞湖等次生灾害举世罕见。

“5·12”汶川地震地表破裂样式是近期发生的大陆特大地震中结构最复杂、地表破裂的长度也最长的一次地震地表破裂。汶川大地震与龙门山推覆构造带的中央断裂（北川-映秀断裂）的前山断裂（灌县-江油断裂）的强烈活动有关。地震活动时北川-映秀断裂地震地表破裂带长约240km，以右旋平移-逆断层型破裂为主，最大垂直位移（6.5±0.5）m，最大右旋走滑位移4.9m。灌县-江油断裂地震地表破裂带长约72km，主要为逆断层型地表破裂，最大垂直位移3.5m。另外，在上述两条地表破裂带西部的彭州小鱼洞一带还发育一条NW向带有逆冲垂直分量的左旋走滑地表破裂带，长约6km。

7.地形变测量标志

跨断层的短水准和基线测量系统会发现断层具有明显活动，包括水平运动和垂直运动。

8.文物古迹错断标志

沿断裂带一侧或两侧古墓群、城墙或其他地物标志发生明显的变形。如宁夏红果子沟北东向断裂切错长城1.45 m等。

9.遥感影像标志

沿断层线性异常，包括线性影像醒目，但应注意区别非构造成因的线性异常。

在识别活动断层时，上述标志必须综合考虑，互相引证，并从区域性着眼，才能得出正确的鉴别，避免被个别标志和局部现象混淆迷惑。如第四纪地层中的小规模断裂，可以是由于种种非构造原因（如下部地层的充水膨胀或脱水下陷）所引起的，所以需强调多方面的综合论证，以防止误断。

⑥ 断层算不算地质灾害

不算，那是自然形成，地质灾害因为板块活动，引起

⑦ 活动断裂调查与区域稳定性评价确保铁路工程建设和运行安全

中国地质科学院地质力学所

青藏铁路是实施西部大开发战略的标志性工程,是中国新世纪四大工程之一。该路东起青海西宁,西至拉萨,全长1956千米。滇藏铁路是我国规划建设的重点工程之一,是继青藏铁路之后规划的第二条进藏铁路,途经云南西北部和西藏东南部,全长约1500千米。

青藏铁路和滇藏铁路均处于印度板块与欧亚板块碰撞带附近,铁路沿线地形地貌和地质条件极其复杂,活动断裂、地震和地质灾害强烈发育,而且铁路沿线前瞻性区域工程地质和地质灾害等方面的研究成果十分匮乏,铁路工程规划和建设受到严重制约(图1)。

为了查明铁路沿线新构造活动特征和重要活动断裂分布特征,完善青藏、滇藏铁路设计与施工方案,诊治地质“病害”并解决重大工程地质问题,保障铁路安全运营,国土资源大调查项目先后开展了“青藏铁路沿线活动断层调查与地应力测量”、“青藏铁路活动断裂调查与监测”、“滇藏铁路沿线地壳稳定性调查评价”等工作。

开展活动断裂调查与区域稳定性评价的中国地质科学院地质力学所技术人员克服野外生活条件艰苦、交通不便和高原缺氧等不利条件,瞄准铁路规划建设中迫切需要解决的活动断裂、地壳稳定性和地质灾害、特殊性岩土体等重大工程地质问题,采用多种先进技术方法和手段开展了调查与评价研究。实测了364个冰丘、24条构造裂缝带、14个滑坡体和7处泥石流,发现了6个移动冰丘和若干严重灾害隐患。沿青藏铁路唐古拉—拉萨段埋设了15个GPS测量标志,建立GPS观测局域网,完成了2期GPS测量任务;在西大滩、安多、羊八井、五道梁分别建立了地应力综合监测站;重新厘定了14条重要的全新世或晚更新世以来的活动断裂。

通过项目实施,获得了大量的地质资料,取得了显著的经济社会效益:

(1)提交了铁路隧道地应力测量与工程稳定性分析报告、1:2000活动断层与地质灾害分布图、1:10万卫星遥感影像图与活动断层分布图及青藏铁路沿线活动断裂勘测成果报告,应用于设计施工中,为青藏铁路优化设计施工方案提供了重要依据。

(2)发现85道班移动冰丘、83道班移动冰丘、雅玛尔南移动冰丘及牦牛成群穿越路基产生的灾害隐患,沿青藏铁路对断裂诱发地质灾害进行了跨季节对比观测,应用三维数值模拟技术计算分析了移动冰丘等地质灾害对线路工程的破坏机理,多次提交青藏铁路沿线地质灾害隐患报告及防治建议,管理部门及时采取了必要的工程防治措施,有效地消除了隐患,保障了青藏铁路工程质量和运营安全。

图1 滇藏铁路沿线复杂的工程地质条件

(3)铁路设计部门采纳了调查技术人员提出的丽江—香格里拉线路优化方案,使昆明铁路局滇西铁路建设指挥部在该段工程节约投资约4.3亿元,初步估算可节约工期4个月。

(4)活动断裂调查与区域稳定性评价核心成果还在西藏地质矿产勘查开发局、成都地质矿产研究所、成都理工大学地质灾害防治国家重点实验室、西藏大学、西南交通大学等单位得到推广应用,产生了显著的经济效益和社会效益。

(5)建立了具有很高的工程实用价值且简便易行的分区评价及特殊岩体判定方法,已在滇西片区铁路建设中推广应用。

⑧ 活断层和地震的关系及有关地震减灾的知识

本世纪末，全球拥有200万以上人口的城市已达110余个，其中有40%位于构造板块边界200公里以内，或靠近过去曾发生过破坏性地震的地区。44个左右的大城市已发生过破坏性地震的就有28个。从1906年的旧金山大地震开始，到1999年为止，死亡人数达50余万，财产损失约3750亿美元，影响经济产值（停工停产、外贸等）1800亿美元。
另外，从联合国人口报告统计来看，有30亿大中小城市居民（其中发展中国家城市占80%）生活在地震危险区中，预计到2035年以前，地震危险区的人口还会增加1倍。
这种状况延续下去只会有增无减，所以做好防灾减灾工作是必须的，应积极有效地计划、实施防灾减灾工作。
怎样才能最有效地开展防灾减灾工作？25个多地震国家都曾采取过各种抗、防、救措施，这为我们提供了丰富、宝贵的经验。
一些发达国家的大都市（如美国加州圣安德烈斯大断层上的旧金山、洛杉矶等大城市，日本东京地震圈及阪神地震带），已形成地震抗震防灾人员和城市规划人员之间的协作，并在政府指导下，共同采取措施减轻未来地震所造成的人员伤亡、财产损失和对社会经济的冲击，已经收到一定的实际效果。据估计1994年1月17日洛杉矶7.1级地震，灾害损失减少50%；1995年9月30日墨西哥城7级地震，灾害损失减少了60%。
可借鉴的多地震国家的经验
在实施减灾措施同时，需保持社会经济可持续发展，各国的做法各不相同，如：日本：提高建筑抗震性能、防震演习、快速通信与运输，有效利用地下空间；墨西哥：备用城市通信系统、利用地下空间；美国：整治城市环境（土地利用、活断层调查等），改进建筑物的建筑方式、提高抗震效果，加强地震早期检验系统、快速反应救援、保障运输系统、让"地震的发生是日常生活的一部分，下一次你准备好了吗？"成为公民的生活意识。
此外，多震国家必须具备地震早期预警系统；发展智能建筑，安装强震仪，自救设备、自开自关设备（传震开关，球形避震屋，高层下滑自控，计算机保安）；个人、志愿队、社区、军队和政府的快速反应；推广高中低档的救灾工具设施；参观地震现场（编制现场考察-社会经济报表格式）；开发建筑物地震测检台；成立社区防震联合培训班；开展小型地震演习，安装警报器；利用GPS、GIS、可视光盘、车载电视系统防灾救灾；高技术设备的防震；计算机系统的防震；生命线系统的防震，包括家庭的、公用设施；散发地震准备手册；购买地震保险，个人、公司都参加；建房要选址抗震，老房要加固，选用地震警报器，购置自救、自保护、逃生器具；群测群防；编制关于城市的、社区的、公司的、工厂的、家庭的、个人的地震抗震防灾规划和准备计划；普及地震理论与应用教材；防灾减灾所用图表汇集；地震预防手册；地震救援自愿组织；地震慈善救济（红十字会救灾统计数据库资料）；军队应急响应的经验教训。
究竟该如何做好防灾减灾工作
据统计，从1960年到1997年，主要自然灾害的种类增加了4倍，现有14种；在同一时期经济损失增加了6倍，保险损失共增加了14倍。这种趋势表明，减灾战略和计划比预期中的效率要低。城市在增加，人口在增长，高价值设施在集中，而人的防抗救能力（知识、技术、投资等）在减弱。在这种情况下，我们的战略应表达为要象重视国家安全那样，重视地震安全，增强减灾能力。
从各个国家的防灾减灾行动中可以看出国际间的合作和政府与有关部门的统筹规划是必不可少的。政府可制定从上到下的减灾措施，包括：
建立地震预测预警系统；建立灾害评估系统；建立应急救援系统和建立震后恢复重建系统，把研究、开发和实际应用很好地结合起来，协调起来，获得减灾效果。
政府还要告诉大众和决策部门，防震减灾应做什么，包括：
学习灾害提供的经验；购买地震灾害保险，利用法律保护自己；普及宣传教育，提供各类防抗小册子；改进各类地震信息的传播方法和利用；增加防抗救的技术手段供选择使用；公开承认人类在防抗救做法上的错误，增加地震安全方面的意识与知识；多学科交叉做好防抗救的研究与应用。
概述以上政府做法，总结出防灾减灾管理工作的运作准则可分为：人才、资金、物资的大量投入；有效的信息传播和运输保障；实用的城市抗震防灾规划编制；有效的监督检查及改进。
最后产生的防灾规划应具备以下特征
一、从个人方面
（1）认识和承认灾害的存在；
（2）用现有知识主动行动以保持安定秩序；
（3）技术、政治、社会、经济、法律、心理、军事、国际相结合的灾害整体观念。
二、从有关决策部门方面
（1）理论与应用、新概念与新技术的结合而不是分割；
（2）应急资源协同与准备，自主决策、自主保障；
（3）预估可能发生的问题与困难，准备解决的方案，加速紧急状态下的快速反应行动。
三、从政府方面
（1）组织协调：政府、单位、社区、家庭、个人；
（2）城市功能的整备与发挥、维修与重建；
（3）实际需要与供给
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⑨ 活动性断裂通过什么对工程造成畏寒和引起巨大灾害

活动性断裂→活动→形变→形变应变能→粘滑活动，释放能量，产生强烈地震→地震灾害+地害诱发的地质灾害等，地震堰塞湖溃坝等→引起巨大灾害。