地震工程地质研究

地震工程地质第一节概述地震:在地壳表层,因弹性波传播所引起的振动作用或现象构造地震火山地震陷落地震诱发地震按成因分类浅源地震：070km大陆地震多属此类，占73%，30km以内更多中源地震：70~300km占23%深源地震：300km占4%，最深达720km震源深度：构造地震最严重一类，数量多规模大，波及面广，破坏性大，世界90%以上属于此类。本章介绍此类地震及水库诱发地震。大地震：M=7级强烈破坏地震中地震：7M=5破坏性地震小地震：5M=3,2-4级有感地震微地震：3M=1超地震：M=1按地震M级大小据统计，全世界每年大约发生几百万次地震，人们能感觉到的仅占1％左右，7级以上强烈破坏性的灾害性地震每年多则二十几次，少则三、五次。我国位于环太平洋和地中海一南亚两个地震带之间，是一个多地震活动的国家。在我国三千多年的历史资料中，记录地震近万次，其中上世纪以来破坏性地震达6000多次；据1200～1989年资料统计，7级地震147次，8级及其以上巨大地震共19次。建国以来发生=7级的地震12次。我国地震分布以西南、西北、华北、东南沿海和台湾省区破坏性地震最多。其中台湾尤甚，大震多，频度高；新疆和西藏次之。若以地震烈度6度为轻微以上破坏性标准，我国约575万平方公里属于轻微以上破坏区，其中，宁夏、兰州、海口、北京、太原、大同、西安、昆明、天津、呼市、汕头位于8度区。第二节地震基础知识一、几个概念：1、震源：地震发源地（能量E、深度H）2、震中3、震中距4、震源深度5、地震区（烈度6度区）；地震作用；远场（烈度衰减2度以上）近场地震6、地震波：质点振动，弹性波，能量传播，产生振动（地震力），破坏源动力，信息载体，透、反、折射传播。体波：通过地球本体传播的波面波：体波经过反射、折射后，在介质的界面或自由面（如地面）传播纵波（P）：压缩波，对应于介质体应变，三维扩散横波（S〕：剪切波，对应于切应变，二维扩散破坏性最大体波瑞利波（R）：质点在XZ面上椭圆滚动前进勒夫波（Q）：质点在XY面上曲线前进面波（L）瑞利波勒夫波振幅A周期T波长波速VP波最小最短最短最快S波最大长长慢R波、Q波最大最长最长最慢地面为自由界面，建筑位于其上，该面只存在面波，它对建筑的基础破坏性大；体波对建筑破坏性最大，P波能量最大，S波及L波波长大，使建筑慌动最大。地震部门最关心P、S波。)21)(1()1(EVP)1(2EVS22.0SPVV67.1/43kmVS一般情况下一般地震表面秒，对建筑界面，P波先到达，然后是S波，最后L波。7震级（M）：是衡量地震本身大小的尺度，由地震所释放出来的能量大小所决定。M＝LOGA8烈度：一次地震于某地地面震动强烈程度与地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质条件有关。一次地震只有一个M，但有不同I。震中烈度用I0表示。震源深度和震中距越小，地表岩土越软弱，地震烈度越大。浅源地震（据152次大震统计）震级与烈度的关系：M=0.68I0+0.98A：距震中100公里处标准地震仪在地面所记录的震波最大振幅。（微米）标准地震仪：自振周期0.8秒，阻尼比0.8，最大静力放大倍率为2800。能量E（J）与震级（M)关系：logE=4.8+1.5M理论上M无上限，实际上，因地壳岩石强度有限，即累积应变能有限，目前最大M为8.9级。烈度是估算灾情，进行区划，抗震设计的直接依据。震害大小取决于地震破坏力和地物本身抗震性两方面，烈度划分以两方面作为标准。目前全世界均是以一次地震造成一个地区的宏观震害（如房屋倒塌程度等），同时引入地震加速度等物理指标作为参考，划分烈度。国际上有数十种划分标准，我国是国家地震局制定的标准，根据一个地区某一地震及代表性地质条件（一般二类土层）建筑破坏情况划分烈度。根据：人的感觉，房屋及器物地物震害程度，加速度和速度（参考），等级：1——12级烈度人的感觉一般房屋其它现象考物理指标大多数房屋震害程度平均震害指数加速度/（CM/S2）（水平向）速度/（CM/S2）（水平向）I无感II室内个别静止中的人感觉III室内少数静止中的人感觉门、窗轻微作悬挂物微动IV室内多数人感觉，少数人梦中惊醒门窗作响悬挂物明显摆动，器皿作响V室内普遍感觉，室外多数人感觉，多数人梦中惊醒门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落，抹灰出现微细裂缝不稳定器翻倒31（22~44）3（2~4）VI惊慌失措，仓惶逃出损坏——个别砖瓦掉落、墙体微细裂缝0~0.10河岸和松软土上出现裂缝，饱和砂层出现喷砂冒水，地面上有的砖烟囱轻度裂缝、掉头63（45~89）6（5~9）VII大数多人仓惶逃出轻度破坏——局部破坏、开裂，但不防碍使用0.11~0.30饱和砂层常见喷砂冒水，松软土上地裂缝较多，大多数砖烟囱中等破坏125(90~177)13(10~18)VIII摇晃颠簸，行走困难中等破坏——结构受损，需要修理0.31~0.50干硬土上变有裂缝，大多数砖囱严重破坏250(178~353)25(19~35)IX坐立不稳，行动的人可能摔跤严重破坏——墙体龟裂，局部倒塌，修复困难0.51~0.70地方出现裂缝、基岩上可能出现裂缝、滑坡、坍方常见，砖烟囱出现倒塌500(354~707)25(19~35)X骑自行车的人会摔倒，处不稳状态的人会摔出几尺远，有抛起感倒塌——大部倒塌，不堪修复0.71~0.90山崩和地震断裂出现，基岩上的拱桥破坏，大多数烟囱从根部破坏1000(708~1414)100(72~141)XI毁灭0.91~1.00地震断裂延续很长，山崩常见，基岩上的拱桥XII地面剧烈变化，山河改观《中国地震烈度表（1980）》使用说用（１）烈度VI度，判定地震烈度以房屋震害为主，人的感觉仅供参考；X度应结合建筑物或构筑物的破坏程度，并根据地表现象来确定；XI、XII度的评定，需要专门研究。（２）“一般房屋”在《中国地震烈度表（1980）》中指土构架和土、石砖墙构造的旧式房屋和单层或多层未经抗震设计的新式砖房。由于我国城市目前一般都已设防，有的乡村也开始设防，烈度表中的“一般房屋”一般已不普遍，调查中应区别设防与不设防的房屋破坏程度对烈度的反映，给出合理的烈度值。对于质量特别差或特别好的房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。（３）“人的感觉”指平房内或楼房低层内人的感觉。（４）表中震害指数是对上述“一般房屋”而言。“完好”为０，“毁灭”为１，中间按表列震害程度分级。平均震害指数是对所有房屋的震害指数的总平均值而言，可以用普查或抽查的方法确定之。（５）使用本表时可根据地区具体情况，作出临时的补充规定。（６）烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。（７）表中数量词的说明：个别：１０％以下；少数：１０％～５０％；多数：５０％～７０％；大多数：７０％～９０％；普遍：９０％以上。（８）对重要的工业设施，如桥梁、重要车间、高层建筑、巷道等，要进行专门的调查，在调查中应结合设防情况进行评估。（2）场地烈度（I场）：同一I基区，场地条件不同而进一步划分，对I基修正。（3）设防烈度（设计烈度）（I设）：是抗震设计所采用的烈度。依建筑物重要性、抗震性、经济性、对I基调整。原则上一般建筑用I基，重要建筑适当提高。设计部门很少用I场。I度区不设防。建筑物等级抗震设防烈度甲类：特殊要求的后果极为严重（放射性、毒气、大爆炸）特殊抗震、专门研究乙类：国家重点抗震城市的生命线工程（交通、通讯）基本烈度提高一度丙类：一般工业民用建筑物基本烈度丁类：次要的临时性建筑物降低一度或不设防几个烈度概念：（1）地震基本烈度（I基）：一定时间和一定地区范围内一般场地条件下可能遭遇的最大烈度。一个地区的平均烈度。二、地震地质基本特征1.介质条件2.结构条件活断层的一些特定部位：端点、拐点、交汇点等。3.构造应力条件构造应力场包括1、3的大小方向，构造应力方向与断层的关系。坚硬岩石现代构造运动强烈的部位，应力集中4强震活动受活动构造的控制5绝大多数强震发生在一些稳定断块边缘的深大断裂带上,而稳定断块内部很少或基本没有强震分布。6.裂谷型的断陷盆地尤其是晚第三纪、第四纪新生盆地业常发生强震。一）世界范围内的主要地震带及其形成的大地构造环境1环太平洋地震带这是世界上最大的地震带，在狭窄条带内震中密度也最大，全世界约80％的浅源地震、90％的中源地震和几乎全部深源地震集中于此带，释放的能量约为全世界地震释放能量的80％。很早以前就已经知道，此带的震源深度有自岛孤外线的深海沟向大陆内部逐步加深的规律，并解释为大陆与大洋之间的一条倾向大陆的大断裂面。。2地中海喜马拉雅地震带或欧亚地震带仅次于环太平洋地震带的第二大地震带，震中分布较前者为分散，所以带的宽度大且有分支。以浅源地震为主，中源地震在帕米尔、喜马达雅地区有所分布，深源地震主要分布于印尼岛弧。环太平洋地震带以外的几乎所有深源、中源和大的浅源地震均发生于此带，释放能量约占全球地震能量的15％。3大洋海岭地震带主要呈线状分布于各大洋的接近中部。这一地震带远离大陆是多为强震，所以以前未被人注意，60年代以前不把它作为一个地震带，海底扩张和板块构造的发展才使人们注意到这一地震带。这一带的所有地震均产生于岩石圈内，震源深度小于30km，震级除少数例外均不超5级。二)我国地震地质的基本特征1我国强震空间分布及地震区带划分我国大于6级的强震的空间分布极不均匀，大致以105度为界。西部地震广泛分布，东部地震相对稀少，震级均未达到8级。在上述两地震区域内强震分布也是极不均匀的，东部域分布于华北及东南沿海一带，而西部分布面积大，但塔里木、准噶尔和鄂尔多斯盆地等则地震分布较为零星。2我国强震发生的地质条件(1)强震与活动断裂带的关系a）不同方向的断裂的交汇部位b）活动性深大断裂的转折部位c）活动性深大断裂的端部或其它锁闭段(2)强震与断陷盆地的关系a）倾斜断陷盆地的较深、较陡一侧活动断裂的最大断距段上；b）两盆地间或盆地内部由横向断裂控制的横向隆起带两侧；c）断陷盆地的锐角尖端，或断陷盆地带内多组断裂交汇部位；d）受不同方向多组断裂控制，内部构造又比较强烈的复合盆地的次级凹陷带上，如1966年邢台地震。(3)强震产生的深部构造条件我国大陆板内地震多发生在地壳内10-25km深处，在我国西部还发生在地壳内31-37km。由此可见，地壳深部构造活动和受力状态，对地震的孕育和发生，是更为直接的因素。不同级别的断裂如盖层断裂、基底断裂、岩石圈断裂和超岩石圈断裂，层间断裂在深部的活动往往是地震发生的主要原因。3我国大陆地震活动与现代构造应力场与形变场的关系根据大量震源机制解及地震时地表断层错动方式分析，我国广大地区主压应力以近水平方向者为主。主压应力仰角小于30度者占80%以上，且以东经105º为界，可区分出两大应力系统。西部为近南北向-北北东向挤压应力场。东部为大面积的近东西的水平挤压应力场。4我国现代地壳垂直形变与地震活动的相关性研究中国大陆垂直形变的的总趋势是南升北降，最大上升量在喜马拉雅山地区，年速率达10mm左右。下降最强烈的新疆准噶尔盆地，年速率为-3到-4mm。大致以银川-昆明一线为界，西部线条密集，等值线多呈东西或北西西走向，与主要断裂线方向一致，其地形变断裂线多由3-4条等值线组成的梯度带绘出，表明其活动强度较大。东部线条相对稀疏，等值线走向多为北北东向-北东向，部分为东西向及南北向，也与构造线吻合较好。东部地区的垂直变形大致分为三区：华南-西南区，华北区和东北区。5我国大陆板内现代运动特征我国大陆处于欧亚大陆的东部，是一个被周围板块挤压围限的区域，影响板内变形和运动状况的边界动力环境十分复杂：（1）有印度板块与欧亚大陆在喜马拉雅一带的碰撞及向亚洲内部的继续挤压；（2）西太平洋板块向亚洲大陆的俯冲与挤压；（3）菲律宾板块向西的俯冲和在台湾一带的汇聚；（4）日本海、东海东部冲绳海槽及南海盆地的弧后局部扩张。在周边板块碰撞或俯冲的推动下，板块之间就产生了不同形式、不同规模和速率的相互错动。