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地应力与活动断层

2018-8-24 8:58:56 来源:中国矿业报社 作者:李振 彭华 马秀敏 孙尧

断层在地壳中广泛发育,是岩石圈中最重要的地质构造类型之一。在地貌上,断层常常形成裂谷和陡崖,如著名的汶川地震映秀-北川断裂、东昆仑断裂。断层研究特别是活动断层的研究具有重要的理论意义和实际意义。

地壳岩层在地球内部动力作用下发生变形,达到一定程度时岩层破裂,连续性和完整性遭到破坏,两侧岩石体(地质体)沿破裂面发生明显相对移动。这种在岩层中或地表留下的具有显著位移的条带状地质形迹,被称为断层。断层犹如地球的伤痕一样,在内部动力作用下,还会再次发生破裂、滑动。我们将这类现今或近代地质时期曾有过活动,且将来还可能重新活动的断层,称之为活动断层或活断层。关于活动断层的活动时限,国内外不同学者的认识并不完全一致,美国原子能委员会将其定为1万年以来,我国学者倾向于晚第四纪以来(260万年)发生的构造作用的断层,并且着重详细研究晚更新世(12万年以来)、全新世期间(1万年以来)的活动特征。

我国地应力与活动断裂分布图

地球结构由表及里依次可划分为地壳、上地幔、下地幔、地核外核和地核内核。地球并非完全固态的球体,地幔和地核外核都是岩浆,呈液态的。一般认为上地幔集大量放射元素,放射性元素衰变造成局部热异常,将岩石熔融,形成一个软流层。这里可以做一个形象的比喻,地球就像一个鸡蛋,地核相当于蛋黄,地幔相当于蛋清,地壳相当于蛋壳。软流层以上的地幔部分和地壳共同组成了岩石圈,软流圈就像传输带一样,推动岩石圈运动。在地壳局部部位产生强大的压力、剪力和张力,对韧性岩层来说,局部应力就像作用于橡皮泥一样,使它们发生变形,形成褶皱;对脆性岩层来说,局部应力就像撕开的纸片,使岩层发生破裂,并沿破裂面有明显相对位移,形成断层。

断层由断层面、断盘组成,破裂面即是断层面。两侧的岩石体即是断盘,位于断层面之上的称为上盘,位于断层面之下的称为下盘;如断层面直立,则相对于断层面的方位来描述,如北西盘-南东盘。地壳受内部动力驱动,地壳局部地段相对应力聚集区,形成拉力、压力和剪力区,在地壳上部会形成断层。拉力区地壳伸展,上盘相对下盘发生下降滑移,形成正断层;压力区地壳汇聚、压缩,上盘相对下盘发生上升滑移,形成逆断层;剪力区断层两侧地壳错动,沿断层走向作相对水平运动,形成走滑断层。

断层活动与人们的生活息息相关,其中最为人们所熟知的就是断层活动引起的构造地震。相比火山地震和人工诱发地震,构造地震更为普遍,震级更强。例如2008年汶川地震就是龙门山断裂带的构造运动引起的。

我国绝大部分地区属于欧亚板块,于印度板块和太平洋板块挟持之中。印度板块持续向北北东方向推进,造就了青藏高原的强烈隆升和变形,其影响范围向北直达祁连山北缘和河西走廊,被塔里木刚性块体阻挡。向东和东南方向,遇到了以东的刚性华北块体和四川块体的阻挡,在川滇地区造成了顺弧分布的应力场。菲律宾板块由东南向西北方向挤压,导致台湾省、东南沿海地区发生剧烈的构造变形,并向西北方向逐渐减弱。华北断块在太平洋板块和印度板块的相向挤压作用下,内部形成了一系列北北东、北东、近东西和北西向的走滑正断层和正断层。

汶川地震映秀-北川断裂

火山活动、地震活动的地区与断裂带有关,常呈有规律的带状分布,如琼北地区全新世活动断裂仙沟-长流断裂带,沿断裂带马鞍岭、雷虎岭、永茂岭、罗径盘等几十个火山口呈串珠状展布。马鞍岭最新活动年代距今8135年,影响国家重大工程项目规划建设。断层活动的危害不仅体现在伴有地震发生并对较大范围内的建筑造成破坏,还可能引发火山喷发。

另外,活动断裂的缓慢活动(蠕滑)及其伴生的地质灾害,可以引起房屋开裂、道路错动、管道变形等。这种蠕滑错动造成的危害相对较小,但不能通过采取有关措施来阻止,所以在场地选址过程中要充分注意。

断层活动的影响不仅仅只是危害,也为人民生产、生活带来了丰富的矿产、肥沃的土壤及地热资源,在规模较大的断层附近或断层发育地区,常赋存有丰富的地下水资源,可以形成大规模的“地热田”,如著名的西藏羊八井热泉。区域性断层还常常控制或影响区域成矿,断层活动是矿质活化迁移的主导因素之一,可以导致成矿组分随热液迁移富集,形成富矿体。除此以外,断层活动还决定了某些矿体的形态和产状。

对活动断层进行深入研究,可以为区域地壳稳定性提供基础资料,对人们的生产生活有着重大意义。在地质工程方面,通过活动断层研究可以对工程、建筑的稳定性进行评价,为重大工程规划建设提供科学支撑等;在地震研究方面,活动断层研究可以为地震的长期预测和短期预报提供依据,进而减小地震灾害造成的损失。另外,研究活动断层还可以为矿产资源的勘探和开采提供理论支持。□

(作者单位:自然资源部中国地质调查局地质力学所)

网站编辑:宫莉

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