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1、第三章 活动构造研究,提纲地质地貌法陆地卫星图像的应用地壳变形测量资料的分析古地震研究现今构造应力场研究,3.1地质地貌法,概念：现今正在活动的构造称为活动构造。由于构造活动发生的时间较新，产生地壳形变过程中遭受到水流、风、海水等外营力作用的时间较为短暂，因而变形的有关标志在地表形态上反映清楚，保存完好。抬升的山区，以地貌标志最为明显；在沉降的平原地区，不仅地貌标志显著，而且在沉积物方面也有明显的反映。,山体位于断裂带的相对上升盘山麓位于活动断裂带的相对下降盘,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,1.洪积锥和洪积扇 干旱和半干旱地区的山地河流流出山区谷口地段，由于地形坡度突然减
2、小，地形开阔，流速减慢，水流分散，从而使得河水搬运能力迅速降低，把从山区所修带的大量砾石和泥砂沉积下来，形成一种扇状堆积体，这种地貌形态称为洪积扇，规模较小的称为洪积锥。,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,湿润地区也有类似的堆积地貌，与干旱地区有所不同：干旱地区仅在降雨时期，河谷内才有洪水，一般情况下河谷内几乎没有水流，组成洪积扇的堆积物都是由于洪水搬运堆积的，所以堆积物成因类型是洪积物湿润气候下，经常有流水，堆积物中，一部分是由常流水搬运和沉积的，属冲积成因类型，但大部分也是洪积物，形成的扇状地貌为冲积洪积扇，规模较小的为冲积洪积锥。,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的
3、地质地貌特征,洪积扇（或冲积洪积扇）组成物质的颗粒大小分布有一定规律：山口附近，即洪积扇顶部，粒径较大，为砂砾石组成，随离出口距离的增大，向山麓方向粒径逐渐变细洪积扇边缘地带，为砂质粘土层，通常为地下水溢出地带，低洼的扇前地带形成沼泽带,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,随着山体不断上升，山麓地带相对下降，洪积扇定点不断向山麓方向迁移较早形成的洪积扇受到河流深切作用，破坏早期洪积扇，孕育新的洪积扇如山体抬升幅度较大，早期洪积扇边缘就会形成新的洪积扇，形成串珠状新、老洪积扇。,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,2.河流阶地,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区
4、的地质地貌特征,河流阶地基本特征在一条河流的同一河段，同时期在河谷两侧形成的阶地，在物质组成和形态特征上应当是一致的；如果有断裂带横切河谷且上游一侧为断层上升盘，下游一侧为下降盘，则同一级阶地在上游的高度较一般正常情况下要高得多；如果活动断裂带沿河道分布，则同一河段两岸阶地的高度不同，上升盘一侧较高，下降盘一侧较低，形成不对称河谷阶地可以通过河流阶地的变化来反映有关断裂活动情况,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,河流阶地错断变形断层错断阶地的实例是屡见不鲜的，它既表现为阶地的垂直位错，也有水平位错（图7-6）。在实际工作中，阶地垂直位错较容易鉴别，表现为同一级阶地的高度变化，
5、而水平位错就难以辨认，需要进行阶地填图和沉积物的年代测定后才能确定。,图7-6 新西兰怀奥海因河阶地错断,3.断层三角面山坡 山体和山麓之间的山坡地形多呈缓坡（或坡度稍陡）连续相接。但是，当沿山坡有活动断裂通过，且山体处在断裂带的上升盘时，就常常保存有陡崖面，亦即主要断裂面，有的甚至还保留有沿段层面滑动的擦痕。对于近代新轰动上升叙述、幅度较大的断裂带，其在山坡上形成的陡崖面常因收到山区河流的继续深切和旁蚀而呈三角形，称为断层三角面坡。,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,4.夷平面,往往还保存有多期成层的不同高度的夷平面,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,5.
6、水系的变化以上均为断裂垂直位移的标志可利用水系变化来判定水平位移,3.1地质地貌法 3.1.1上升山区的地质地貌特征,（1）曲流、沼泽和湖泊下沉的平原或盘地区，地面的坡度平缓，河流的河床坡度也相当平缓，常形成自由曲流。在沉陷中心或断裂带下降盘沉降幅度较大的地段常出现沼泽和湖泊。,3.1地质地貌法 3.1.2下降地区的地质地貌特征,（2）第四纪堆积层的岩相和厚度沉降平原区继续下沉，则较老的河湖相沉积层之上将为新的河湖相沉积物所覆盖沉降平原区之下有隐伏的活动断裂带存在，且断裂带的两侧上升幅度不同，则上升盘一侧沉积层较薄，下降盘一侧沉积层较厚,3.1地质地貌法 3.1.2下降地区的地质地貌特征,AT
7、TENTION 地质地貌标志的分析，必须把构造运动所产生的形变与气候等非构造因素变化的影响区别开来,3.1地质地貌法 3.1.2下降地区的地质地貌特征,上升山区的地质地貌特征洪积锥和洪积扇河流阶地断层三角面山坡夷平面水系的变化下降地区的地质地貌特征曲流、沼泽和湖泊第四纪堆积层的岩相和厚度,3.1地质地貌法 3.1.3小结,地球资源卫星图片是在卫星轨道高度上，接收到的地表及地表以下一定深度的各种物体反射太阳电磁波谱特征的记录不同物体反射太阳电磁波辐射能存在差异，构成了各种图像信息根据图片上的色调特征信息和图形特征信息的差异，可识别地质体和地质现象的属性,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.1基本概
8、念,俄罗斯火山喷发图片,瓦努阿图火山喷发,海地地震卫星图片,优点：视野开阔 一张1：100万的像片，相当于185*185平方公里的面积信息多透视性好重复成像线性图像清晰,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.1基本概念,1.线性图像研究在地震分析中的意义其线性特征通常是各种地表线条电磁波信息在遥感图像上的显示，线性特征往往受断裂构造控制，有的本身就是断层和破裂，有的是褶皱排列、岩石露头、植被、水系、运河或铁路等我国很多强震发生在活动的深大断裂带内，活动断裂在图像上呈线状构造，其色调、图形和阴影呈线状。,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的线性特征,概括：线形粗、延伸长则为深大断裂面
9、规模小、连续性差、区域分布密度大、有多种排列方向则为局部破裂带水系格局、地下水及湖海岸等变化则是活动构造运动的动态表现,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的线性特征,2.线状图像的分类压性断裂 以线形平行排列为主，顺走向延伸长而稳定，规模较大剪切性断裂 呈平直线状，延伸直而远，有时呈雁行排列张性断裂 呈直线或锯齿状追踪现象，延伸不长张剪性断裂 有直线形及一长一断的折线或帚状弧形线，其两盘有明显错位，延伸长短不一,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的线性特征,在卫星图像中，活动断裂构造常常是根据线形图像附近的地貌标志来进行判别的，常用的标志有：水系与山系呈明显的不
10、协调，线形负地形（如河谷、陡崖等）常排列成行，呈线状延伸，平直的河谷切穿了一系列山脊和横向谷地；山脊和山谷的延伸方向被错断；沿线形特征两侧岩层产状（走向）、褶皱轴有截然不同的变化；山区与平原的交界线呈线状延伸，多为断裂的显示；,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的线性特征,盆地或湖泊呈珠状分布，有可能是活动断裂的一种表示；山前呈直线展布的许多第四纪洪积扇被错开或变形，是活动断裂的显示新生代火山岩呈线状分布，特别是第四纪火山的线状分布，或泉水呈带状展布，多为活动断裂的显示；水系的流向突然转折，水系呈直线或格状延伸，主支流反向等，常是活动断裂的显示；湖泊、水系的变迁，往往也是隐伏活
11、动断裂的显示,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的线性特征,河谷宽窄变化的部位，水文网的分流点、汇流点、展宽点、变窄点，直流段和曲流段等起止处，以及河床被陡坡降急剧变化的地段，可能是数组活动断裂的交汇处，同时也是孕育地震的有利部位；湖岸线的展布形态呈直线或折线，可能与活动断裂有关；海岸线呈直线展布，岛屿呈直线状排列，水下浅滩呈直线状延伸，以及峡湾、溺谷等，也常常是活动断裂的显示；,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的线性特征,平原或盆地区，贫水与富水段的河界呈直线展布，是活动断裂的显示平原地区因地下水埋藏深度的不同或疏松沉积物的岩性不同所引起的色调差异，往往是活
12、动断裂的显示沙漠边缘基岩出露或基岩残丘呈直线状排列，往往是活动断裂的显示；沼泽带、盐碱化土壤地带的界线呈直线分布，常常也是活动断裂的显示。,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的线性特征,1.环形图像及其研究意义在卫星图像中，常常可辨出环形的色调和图形，系圆形或不规则圆形地质体的显示。每个环形既可以是一个地质体，也可以是多个地质体组合的结果。环形图像有环形构造之称，可以根据色调、地貌形态、放射水系和环形水系等特征来辨别。,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的环形特征,2.环形图像的成因分类深部地幔上涌地幔柱，在地表表现为热点，为已知的地表巨型环形图像；火山构造和火
13、山口，如近代或古老的残余火山椎体、火山口、破火山口，近代或古老熔岩流覆盖区等火山构造，以及环状侵入体、环状岩墙、环状断裂；沉积岩、岩浆岩和变质岩形成的环形图像；隐伏岩体形成的环形图像；环形陨石坑图像,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的环形特征,3.环形图像的判别（1）环形图像中凹陷的判别图形凹陷的色调常常是逐渐过渡而界线模糊不清；在图像中表现为圆形盆地；出现向心状水系，且因水系汇流聚集，常在地表引起土壤盐碱化、沼泽化和湖泊化，在影像中显示出来；陆上三角洲呈椭圆形、半椭圆形、要不外突形，沿海峡湾式海岸及三角港在图像中呈锐角形，均为下沉的标志。,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.
14、2陆地卫星图像中的环形特征,（2）环形图像中隆起的判别可分为断块状、阶梯状、掀斜、倾斜等隆起及圆形隆起，在图像中表现为：断块状及阶梯状隆起的图像呈块状，龙阔清晰，如大别山的图像；对于阶梯状隆起和掀斜状隆起，如隆起较快，可迫使河流侧向绕流，形成圆形图像；隐伏圆形隆起多呈浅色图像，如合肥盆地、定远、肥东地区；陆上三角洲呈腰部内凹式、半分裂式，为该地区发生新隆起在图像上的显示。,3.2陆地卫星图像的应用 3.2.2陆地卫星图像中的环形特征,陆地卫星图像中的线性特征线性图像的研究意义线性图像的分析陆地卫星图像中的环形特征环形图像的研究意义环形图像的分类环形图像的判别凹陷的判别隆起的判别,3.2陆地卫星
15、图像的应用 3.2.3本节小结,地壳形变测量是应用大地测量方法，使用各种测量仪器（如水准仪、经纬仪、激光测距仪、微波测距仪和倾斜仪等）测量地壳的相对位移，为研究地壳运动的方向和速率，现今应变场的主应变方向和大小，活动构造的位移和大小，震前、震时和震后的地面变化等提供资料。,3.3地壳形变测量资料的分析,一.垂直形变测量资料分析主要通过精密水准测量来测定各测点的垂直位移，它是研究大面积地壳垂直运动和活动构造垂直位移的最有效的方法。每隔一定时期需要对布设在活动构造带或地震危险区的水准测线或测点进行重复测量，重复观测周期可根据活动构造的运动速率以及实际研究地震地质和预报的需要而定。,3.3地壳形变测
16、量资料的分析,二.水平形变测量资料分析在地壳形变测量过程中，以三角测量、三边测量和两者兼有的边角同时测量等方法应用较多。从活动构造及断层的位移分量来看，一般情况下，水平位移都大于垂直位移，通过三角测量等方法可以绘制出水平形变矢量图。从矢量图上能够直观地了解该地区现今应变场的水平应变方向分布以及活动构造与断层的水平运动状况。由两次测量结果比较所获得的变长变化或角度变化，还可以计算出一个三角形或一个地区的平均应变，绘制出水平应变分布图，包括应变图、面积变化率分布图和剪应变分布图，从而为了解应变集中地段、最大主压应力方向、活动断层附近剪应变积累等情况提供具体的有意义的图像。,3.3地壳形变测量资料的
17、分析,三.地壳形变与地震预报的关系震区的地壳形变过程可分为以下四个阶段：震前长趋势缓慢形变阶段，又称孕震阶段；临震前形变加速阶段；震时形变突变阶段，有同向形变和异向形变两种类型震后形变恢复阶段，有同向和异向两种类型,3.3地壳形变测量资料的分析,四.应用大地形变测量资料确定现代应力场应用长期的大地形变测量资料，可以确定现代应力场，求得主压应力方向和主张应力方向，甚至计算主压应力值和主张应力大小。目前还处于初步尝试阶段,3.3地壳形变测量资料的分析,古地震研究，是指用地质、考古等方法查明史前地质时期和有震记载以前的浅源强震产生的地表沉积物剩余变形的地质标志，并复原古地震的震中位置、强度及其发生的
18、大致时间。,3.4古地震研究,3.4古地震研究,一.古地震研究的意义通过对古地震的研究，首先可以增补地震目录，特别对地震目录不详，记录时间短暂和没有地震记载的地区，其作用更为显著；古地震研究为地震烈度区划提供了可靠的科学依据；古地震研究对地震小区划也有很大意义。有的原定为震中区，地震危险区的面积较大，经古地震研究缩小了面积，节省了大量建筑费用；有的低烈度区改为高烈度区，为地震设防提供了科学依据。,3.4古地震研究,二.古地震的地震标志及烈度的判定1.古地震断层古地震产生的地表岩层错动（垂直或水平方向），在地层上呈现不连续，在地貌上呈现断层陡坎或断层三角面，古地震断层长度L和位移量D与震级M的关
19、系采用：,3.4古地震研究,美国采用的数据上限为：日本采用的数据上限为：,3.4古地震研究,2.古地震沟 一般分为两种基岩古地震沟：是由地表两条断层彼此平行分布，构成楔状断块，形态上呈陡坎的凹地，分布在无沟谷的坡地上，沿着等高线顺坡延伸；覆盖层古地震沟：有的分布于狭窄的分水岭之上，其方向与分水岭走向一致，有的分布于平坦分水岭顶面与坡地的交界处，也有地分布于地震崩塌谷后缘。,3.4古地震研究,3.古地震崩塌 地震成因的崩塌体常具有下列特征：没有河流侧蚀切坡作用，没有粘土夹层影响的坚实岩体（花岗岩和块状石灰岩）的崩塌；崩塌的规模宏大，崩塌圈谷深度亦很大，常达300-500m；崩塌体运移很远，有的达
20、12km，非一般坡地和水库崩塌规模所能及；在形态上，崩塌圈谷后缘有地震沟出现，其底部呈现凹地，崩塌体尾堤部分呈陡坎，高出附近地面达50-100m崩塌发生在坡度30度以下的缓坡坡地。,3.4古地震研究,4.古地震滑移一般非地震滑坡带常发生在坡脚，发生切坡作用，坡高在“临界角”以上的不稳定坡地区；在无充水、无切坡痕迹，坡度在临界角一下的稳定坡地区，如发生有大量滑坡，均可认为是地震成因的滑坡。,3.4古地震研究,5.山前堆积平原及洪积扇的特殊变形经过地震的山前堆积平原及洪积扇常出现阶梯状倾斜地形。地震后的洪积扇上常出现阶地状岗地，在岗地周围有大量纵向、横向的地震裂缝。有地洪积锥或冲积洪积锥的表面呈反
21、向倾斜，地形陡坎十分显著。,3.4古地震研究,6.古地震沉积相及其构造在第三系或更新统趁机层剖面中垂直或倾斜贯入了大量粗碎屑物，在近代沉积物中出现大量断裂，断裂滑动和附近地层破碎的现象，以及出现新形成的构造角砾岩和糜棱岩等，都可以作为古地震断层错动的标志和参考依据；在中生代和新生代的山间沉积盘地内，山麓堆积层内经常夹有山体崩塌相的透镜体，这可作为古地震崩塌错误的参考标志；在平原河湖相沉积层地区，沉积层出现次生扰动，上覆地层陷落，隆起和褶曲变形，粉砂质脉管道穿插上覆许多地层，以及在沉积层面上出现次生粉砂质透镜体和有方向性的裂缝或粉砂质矿脉都是大于8度古地震的产物；在海相沉积区，由海底大地震产生海
22、地滑坡，可以于海相沉积剖面中出现砂质层和泥质层互层的现象，是古地震的标志。,3.4古地震研究,三.关于古地震的年代问题主要由古地震标志附近的上、下沉积层年代、地形面年代以及地形面发生变形的年代来确定。,3.4古地震研究,五.古地震研究的主要方面根据地震地质、地球物理及测震学资料，划分出强震区和可能出现强震区；判读这些地区的航空照片，划分出发生地震剩余变形的范围，并对这些变形范围进行详细判读和分析；在地面变形范围内进行实测，调查和分析区内地震沉积相结构剖面，并将实测调查结果的材料汇编在一起；分析确定（或推测）地震断层，判明它们的性质、类型及地震伴生现象（崩塌、滑坡、堵塞河与湖、地震沉积相构造等）
23、，并判定出年代；将上述资料一一标在地形图上进行综合分析。,3.4古地震研究,活动构造是在现今构造应力场作用下地壳在已有的构造结构基础上继续发生构造变形与运动的结果；地震的发生则是在现今构造应力场作用下断层构造产生瞬间位移的结果,3.5 现今构造应力场研究,一.地应力测量地应力测量是研究现今构造应力场的最直接的手段；地应力测量工作目前在我国比较集中在华北地区，特别是北京附近，其他地区仅有少数观测点，目前测量数据还很少，而且多局限于地下几十米深的浅部。在国外，北欧的纳维地区的地应力测量工作开展得较好，已取得二万多个应力测定数据，测量深度达1000米。,3.5 现今构造应力场研究,从北欧资料，可总结
24、如下结果：地壳上部应力状态的最重要的特征是存在很大的水平应力，而且在所有深度上水平力都是超过覆盖层静压力的几倍；两个水平主压应力的大小很少是相等的，说明在地壳的垂直剖面内有水平剪切应力作用，并且两者之差不随深度增加；在基岩内的水平应力与上覆岩石荷载之间随深度线性增加的广大崎岖处于稳定的动力平衡状态，而在一些局部地带，如在板块之间的边界地带，则属于重力非稳定状态；近年来的应力测量还表明，根据北欧地区的地应力测量，得出现今应力方向与该地区地震震源机制的结果非常一致。,3.5 现今构造应力场研究,二.震源机制分析三.模拟实验模拟实验是指用人为的方法，按一定比例在实验室条件下来模拟实际地壳结构、构造活
25、动性和现今应力场，研究应力可能集中的部位，为判别地震危险区提供参考。,3.5 现今构造应力场研究,1.物理模拟光测弹性模拟利用透明的弹性固体材料，将研究区内所包含的主要断层按其分布特点刻制在实验材料上，加以模拟实际的应力作用，并通过试件受力发生弹性变形在光学性质上的改变，测定其应力分布情况。网格法在弹性平板模型上印刷一定性状的网格，然后对模型加载，测出加载后网格的变形，计算出网格的应变，再根据虎克定律换算为应力分布。泥巴模拟法用湿粘土制成的泥饼模型进行人工调节加载来实现研究区的地质构造现象和应变集中部位的方法。,3.5 现今构造应力场研究,物理模拟中应注意以下几点：必须在尽可能充分地研究了客观
26、地质体边界条件和该地区活动构造分布特征后，才能根据相似原理，按构造现象，制定模型；应根据研究地区的现今构造应力场特征，利用应力作用方式的相似性，对模型按一定方向和方式施加一定大小的作用力；必须将研究模型上显示的应力集中部位与实际资料相对比，以验证所确定的模型是否与研究区的实际情况相符。,3.5 现今构造应力场研究,2.数学模拟步骤确定地质构造边界条件和受力状况选择力学参数选定在边界上作用的外力恢复研究区原来存在的应力场数学模拟结果需要与实测的结果进行比较,3.5 现今构造应力场研究,地质地貌法上升山区的地质地貌特征下降地区的地质地貌特征陆地卫星图像的应用基本概念陆地卫星图像中的线性特征陆地卫星图像中的环形特征地壳形变测量资料的分析垂直形变测量资料分析水平形变测量资料分析地壳形变与地震预报的关系应用大地测量资料确定现代应力场,3.5 本章小结,古地震研究研究意义古地震的标志及烈度判定古地震年代问题古地震研究的主要方面现今构造应力场研究地应力测量震源机制分析模拟实验,3.5 本章小结,
