地震灾害带来的环境地质工程问题

地震灾害带来的环境地质工程问题提交人：西北大学地质学系孔嘉旭2017319672017年9月地震概述•地震是地壳快速释放能量过程中造成的震动，期间会产生地震波，其中地震波又分为S波及P波。纵波（P波）:振动方向与传播方向一致横波（S波）:振动方向与传播方向垂直地震概述•按地震形成的原因分类构造地震：是由于岩层断裂，发生变位错动，在地质构造上发生巨大变化而产生的地震，所以叫做构造地震，也叫断裂地震。火山地震：是由火山爆发时所引起的能量冲击，而产生的地壳振动。火山地震有时也相当强烈。但这种地震所波及的地区通常只限于火山附近的几十公里远的范围内，而且发生次数也较少，只占地震次数的7%左右，所造成的危害较轻。陷落地震：由于地层陷落引起的地震。这种地震发生的次数更少，只占地震总次数的3%左右，震级很小，影响范围有限，破坏也较小。诱发地震：在特定的地区因某种地壳外界因素诱发(如陨石坠落、水库蓄水、深井注水)而引起的地震。人工地震：地下核爆炸、炸药爆破等人为引起的地面振动称为人工地震。人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动；在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力，有时也会诱发地震。地震概述•地震次生灾害指，强烈地震发生后，自然以及社会原有的状态被破坏，造成的山体滑坡，泥石流，海啸，水灾，瘟疫，火灾，爆炸，毒气泄漏，放射性物质扩散对生命产生威胁等一系列的因地震引起的灾害，统称为地震次生灾害。这些灾害的破坏程度不亚于地震灾害本身，同时诱发一系列环境地质工程问题，会长期对人民生命财产造成危害，值得我们高度注意。地震直接破坏•对公路造成破坏转换断层•两个相邻的板块在边界两侧作平行于板块边界方向的平错运动,板块在此既不增生也不消减,这就是转换型板块边界——转换断层.转换断层是岩石圈板块的守恒型边界。转换断层•转换断层类型转换断层•1.伸展型转换断层转换断层“平移”断层终端为拉伸环境的构造类型“调节”,如扩张的大洋中脊、裂谷及断陷盆地等,其基本构造组成为正断层。此类转换断层以“平移”断层和终端伸展构造所分割的块体整体作背离运动为特征,实质上“平移”断层是“调节”整体背离的“转换”地段。转换断层•2.挤压型转换断层“平移”断层终端为挤压构造环境下的构造类型“调节”,如海沟、造山带等,其基本构造组成为逆断层或褶皱-冲断构造。此类转换断层以“平移”断层和其终端挤压构造所分割的块体整体作聚合运动为特征,“平移”断层是聚合体制下的一“调节”构造。此类转换断层自然界非常普遍。转换断层•3.复合型转换断层复合型转换断层特点为“平移”断层两末端的构造性质不同,一端为伸展体制的构造组合,另一端为挤压体制下的褶皱-冲断构造组合。此类转换断层以恰慢左行复合转换断层为典型例证。水库诱发地震•水库地震是诱发地震中震例多、危害大的类型，是由于水库蓄水导致环境物理状态的改变，从而在库区和坝址区引发地震的现象水库诱发地震•水库地震是诱发地震中震例多、危害大的类型，是由于水库蓄水导致环境物理状态的改变，从而在库区和坝址区引发地震的现象。自１９３１年希腊６０ｍ高的马拉松（Ｍａｒａｔｈｏｎ）大坝水库在１９２９年蓄水后发生一系列地震，以及１９３５年美国米德湖（ＬａｋｅＭｅａｄ）高２２０ｍ的胡佛（Ｈｏｏｖｅｒ）大坝蓄水后发生地震以来，世界上已有３０多个国家先后报导了１２０多个与水库蓄水有关的事例。１９６９年在联合国教科文组织内，由国际工程地质协会、国际地震和地球内部物理学协会、国际大坝委员会等８个学术团体的专家共同组成了一个水库地震工作组，广泛搜集各国水库地震资料，探讨水库诱震的机制。水库地震的机理复杂，与普通天然地震有不同的活动特征，具有反复性、群发性、震源浅、地震动高频信息丰富等特点，往往较低震级可造成较大破坏。不仅能给工程建筑物和设备等财产造成破坏，还可能诱发滑坡等地质灾害，引起涌浪。水库地震已成为了水电工程建设中面临的主要技术难题之一，同时也成为学术界研究的热点之一。水库诱发地震•水库诱发地震的机理地震中的能量释放是地球内部复杂的地球物理过程作用的结果。很多地震都是在水库蓄水的同时或者不久以后发生的，虽然人们对这些地震活动究竟是水库诱发还是巧合无法给出明确的答案，但一般认为水库蓄水等外部过程可以诱发地震，并对其诱发地震的原因及机理进行了大量的研究，大致可以归纳为以下几个方面。水库诱发地震•水库诱发地震的机理1.水体荷载作用由于库区基岩体介质的不均匀性，水体荷载所产生的附加应力场、形变场的形状相对库轴并不对称，在断层处产生的垂直位移迅速增加，除了库岸区域存在附加张应力区之外，在断层中同样形成了附加张应力区，增加了断层的不稳定性。如果初始应力与附加张应力平行，附加张应力可以部分抵消断层面上的正应力，使正应力摩尔圆向左移动，更易与破裂线相交，从而使构造应力更易于造成断层滑动。因此这些附加张应力区是诱发地震的重要场所。水库诱发地震•水库诱发地震的机理（1）润滑软化作用2.库水对岩石的物理化学作用认为水的作用增强了断层带介质的滑动弱化特性；同时水的渗透也增强了弹性岩体的软化特性，降低了岩体刚度。这种耦联作用易使刚度比降低，从而诱发水库地震。润滑弱化作用指的是由于库水渗透对断层面起了润滑作用，同时大量水的渗入可能消除断层面的某些“壁垒”，从而使断层面的摩擦系数减小。实验证明，为水所饱和的岩石强度比干燥状态下的强度要低得多。一般来说，孔隙大、胶结差的沉积岩，特别是含泥质和亲水矿物较多时，水的软化作用较大。（2）水热膨胀作用库水渗透到地下高温岩体附近，成为高温热水或高压蒸气并在某些部位聚集起来，变成诱发地震的动力，即汽化膨胀作用。另一方面，温度升高能使孔隙水压力增加，如果孔隙容积保持不变，温度升高１℃，孔隙水压力至少增加１０×１０５Ｐａ，亦即当温度升高１００℃时，就可使流体压力增加１０００×１０５Ｐａ以上，这对诱发地震的作用是不可忽视的。水库诱发地震•水库诱发地震的机理2.库水对岩石的物理化学作用（3）应力腐蚀应力腐蚀作用是指硅酸盐类岩石在地下水和应力的持续作用下矿物的结合力遭到削弱，结构强度降低，最后在应力场或重力场的作用下，裂隙的形成过程加速。专家称这种物理过程为应力腐蚀，并且指出，在库水位不太高时应力腐蚀作用可能是一种诱发地震的机制。地震概述•地震次生灾害指，强烈地震发生后，自然以及社会原有的状态被破坏，造成的山体滑坡，泥石流，海啸，水灾，瘟疫，火灾，爆炸，毒气泄漏，放射性物质扩散对生命产生威胁等一系列的因地震引起的灾害，统称为地震次生灾害。这些灾害的破坏程度不亚于地震灾害本身，同时诱发一系列环境地质工程问题，会长期对人民生命财产造成危害，值得我们高度注意。山体滑坡•滑坡和崩塌：这类地震的次生灾害主要发生在山区和塬区，由于地震的强烈振动，使得原已处于不稳定状态的山崖或塬坡发生崩塌或滑坡。这类次生灾害虽然是局部的，但往往是毁灭性的，使整村整户人财全被埋没。山体滑坡•滑坡前滑坡后2017年6月24日5点45分，四川省阿坝州茂县叠溪镇新磨村新村组富贵山山体突发高位垮塌，垮塌方量巨大，约800万立方米，有62户100余人被掩埋，堵塞河道约2公里。截止6月27日上午10时，118名失联人员中，共有35人确认安全，累计发现遇难者遗体10具，仍有73人失联。山体滑坡•6月25日下午，两位地质灾害应急专家给这次灾难“把脉”，认为在近84年时间里，富贵山南北100余公里范围内，先后经历了1933年叠溪镇7.5级地震、1976年松潘小河7.2级地震、2008年汶川8.0级地震，“而这几次大地震给山体带来了内伤。”地质灾害发生地处于松坪沟断层，历史上地震频发，包括1933年叠溪地震和2008年汶川特大地震。地震给地层带来的是深部岩体损伤——也就是“内伤”而不是“皮肤病”。受地震影响，山体稳定性下降，遇到降雨更容易诱发滑坡。山体滑坡•根据四川省政府新闻办消息，初步统计结果显示，本次茂县叠溪镇山体垮塌事件，受灾面积约0.8平方千米。掩埋及损毁房屋共103栋；掩埋及损毁公路(104乡道)约2.1千米；破坏桥梁1座；灭失园地约430余亩；灭失耕地约38亩。导致约2千米河道被碎屑流掩埋，威胁上游南河口村约133栋房屋，以及下游松坪沟景区游客集散中心约28栋房屋，威胁下游朝高水电站和较场电站安全。火灾•火灾：地震火灾多是因房屋倒塌后火源失控引起的。由于震后消防系统受损，社会秩序混乱，火势不易得到有效控制，因而往往酿成大灾。火灾•如1906年4月18日美国旧金山发生8.3级地震,一刹那问有50多处起火,很快全城陷于烈火硝烟之中。由于道路被瓦砾、人群堵塞,供水系统瘫痪,无法消防灭火,以致连烧三天三夜,最后在火区外围用炸药炸出一条隔离带,才阻止了火势的蔓延。市区106平方千米的28万栋房屋被烧毁,死亡700人,直接经济损失35亿美元(约合现今50多亿美元)。火灾•1．易燃易爆场所引起的火灾易燃易爆场所由地震引起的火灾主要有：(1)各种化学危险物品的生产、储存、运输、加工经营的企业场所；(2)各类加油站、液化气站；(3)炼油厂、酒厂。2．生活设施引起的火灾主要指地震致使建筑物遭破坏而倒塌，生活用煤气罐和天然气管道遭破坏出现泄漏，遇炉火、电火等火源后引起火灾；震后，灾民居住的防震棚多由芦席、油毡、竹竿、塑料布等可燃材料搭建，因停电使用蜡烛等明火照明，一旦失火，极易蔓延，形成重大火灾。火灾3．汽车、火车、船舶、飞机等交通工具碰撞引起火灾行驶或停靠的汽车等交通工具，在地震时与外界相互碰撞，导致自身和所载物品起火，极易引发周围建筑和设施起火。4．电线、电器引起的火灾地震突然发生，往往引起遍布城乡的电线短路，产生电弧、火花，短路电流又会引起导线过热和相关电器过载而起火。火灾•5．其他情形引起的火灾地震产生的裂缝致使地下可燃气体逸出，遇明火后引发火灾，如甲烷等。我国1975年辽宁海城地震和1976年唐山地震都曾发生过这类火灾。强烈地震给人类社会的发展和财产造成了巨大的威胁和损失，而地震引发的火灾则是最主要、最严重的一种次生灾害。由于地震火灾起火原因的多样性，起火面积大、地点多，火灾扑救的复杂性和艰巨性，特别是地震后消防站、消防道路、水源、通讯等设施遭到破坏，给灭火工作带来了极大困难，海啸•海啸：地震时海底地层发生断裂，部分地层出现猛烈上升或下沉，造成从海底到海面的整个水层发生剧烈“抖动”，这就是地震海啸。海啸•环太平洋地震带浅源大地震最多，深海海沟的分布也最广泛，故地震海啸多发生在这一海域。据统计，世界上近80％的地震海啸发生在太平洋四周沿岸地区，其中受地震海啸袭击最严重的是夏威夷，其次是日本。为减少地震海啸可能造成的灾害，在夏威夷、日本、南北美洲太平洋沿岸以及俄罗斯的堪察加地区，都已建立了海啸警报系统。印尼苏门答腊岛附近海域去年2004年12月26日发生的强烈地震引发的印度洋巨大海啸，已经吞噬了１５万多人的生命，让人类再次感到海啸的恐怖。水灾•水灾：地震引起水库、江湖决堤，或是由于山体崩塌堵塞河道造成水体溢出等，都可能造成地震水灾。水灾•水灾形成原因主要是地震造成水库大坝或河湖堤防开裂、陷落、垮塌,使水库、河湖溃决；其次是地震引发滑坡、崩塌,进一步摧毁水库大坝、河湖堤防,或者堵塞河道,而后水库、河湖溃决。地震水灾是主要的地震次生灾害,常造成严重的破坏损失。如1933年8月25日四川省茂县(今茂汶羌族自治县)叠溪地区发生75级地震,两岸高山大量崩塌、滑坡阻塞岷江,形成4个堰塞湖,45天后(10月9日)溃决,洪水掀起几十米高的大浪,翻腾汹涌而下,下游临江村寨被冲击一空,并于10月10日凌晨涌人灌县县城,摧毁都江堰渠首和防洪堤。此震使叠溪镇全部覆灭,死亡6800余人。堰塞湖冲击形成岷江洪水,又淹死2500多人,毁田500多公顷。放射性物质扩散和毒气泄漏•放射性物质扩散和毒气泄漏：强烈地震会引发核电站、化工厂之类建筑结构发生破坏，致使放射性物质扩散和毒气泄漏，对周围环境地质造成极大破坏，威胁人民生命财产安全。瘟疫•瘟疫：强烈地震发生后，灾区水源、供水系统等遭到破坏或受到污染，灾区生活环境严重恶化，