Quaternary Active Segmentation Characteristics of the Pangusi-Xinxiang Fault
-
摘要: 盘谷寺-新乡断裂以柏山、高村为界，分为西、中、东3段，根据物探剖面、地质标准孔和地层剖面出露特征，各段活动性具有明显差异。其中西段最新活动时代为中更新世，具有向盆地迁移发育的特征；中段最新活动时代为晚更新世早期；东段活动性稍复杂，经历了正断-逆冲-正断的运动过程演变，其最新活动时代为晚更新世早期，且活动强度向两端减弱。高村所处的武陟隆起区推测为盘谷寺-新乡断裂中、东段的挤压阶区，断层位移在此处有亏损和衰减。Abstract: The Pangusi-Xinxiang fault is divided into three sections, western, middle, and eastern, bounded by Baishan and Gaocun. According to the exposed characteristics of geophysical profiles, geological standard holes and stratigraphic profiles, the activities of each section are significantly different. Among them, the latest active age of the western segment is Middle Pleistocene, which has the characteristics of migration and development to the basin; the latest active age of the middle segment is the early late Pleistocene. The eastern segment of the fault has slightly complicated activity, and it has undergone the evolution of normal fault-thrust-normal faut, the latest activity age is early Late Pleistocene, and the activity gradually decreases towards both ends. The Wuzhi uplift area where Gaocun is located is presumed to be the compressional terrace of the middle and eastern segments of the Pangusi-Xinxiang fault, where the fault displacement is both depleted and attenuated.1) 2 河南省地质矿产局编. 1985. 河南省区域地质志.2) 3 中国地震局地球物理勘探中心郑州基础工程勘察研究院. 2015. 焦作市活动断层探测与地震危险性评价技术报告.
-
土-结相互作用是地震工程领域的重要课题之一，涉及工程地震、土动力学、结构动力学、计算力学等诸多学科。地震波由震源出发，传播至场地，继而引起地上和地下结构的反应。在此过程中，土体运动引起结构的运动，结构运动反过来影响土体运动，即土-结相互作用。当上部结构的刚度大而地基的刚度相对较小时，这种相互作用尤为突出，只有在地基的刚度较上部结构大很多时，这种相互作用才可以忽略不计。与不考虑土-结相互作用的刚性地基假设情形相比，土-结相互作用将导致以下问题：（1）输入地震动差异；（2）整个体系振动特性的差异；（3）土体的辐射耗能和材料阻尼耗能。因此，若要准确预测结构的地震反应，进而更合理地进行结构抗震与加固设计，需要考虑土-结相互作用。
早期土-结相互作用研究主要通过解析方法，发展了波函数展开结合振型叠加的代表性方法，促进了对土-结相互作用的机理认识，并为数值方法提供了验证基准，但解析方法对于复杂场地、非规则基础以及非线性情形无能为力。随着核电站和海洋平台等建设需求，以及计算机的迅速普及，极大地推动了土-结相互作用数值分析方法的发展。从分析方法角度，可分为频域和时域，从计算模型角度，可分为直接法和子结构法。频域子结构方法的基本思想是将线性土-结相互作用分析问题分解为一系列相对简单的子结构问题（如自由场地分析问题、阻抗分析问题、结构分析问题等），每个子结构问题可分别求解，最后通过叠加原理综合起来得到完整问题的解。目前，频域子结构方法已较为成熟，并形成了SASSI和CLASSI等软件，虽在考虑强地震动时非线性方面存在不足，但其效率较高，且理论成熟，目前仍是核电结构抗震设计的主流。相较于频域子结构法，时域直接法是将土-结系统直接做为一个整体进行求解，也称整体法，该方法在时域内进行分析，可方便考虑土体强非线性和接触非线性，但通常将整个土-结系统采用同样的离散方法直接求解，计算量较大，效率较低，难以用于大规模复杂工程问题。
随着城镇大规模发展及韧性城乡建设的需求，土-结相互作用研究体现为如下趋势：（1）分析模型逐步精细化，考虑地震动空间特性、非水平成层的复杂场地、地形效应、土体和结构的材料非线性、土体与基础的接触非线性、隔减震结构等；（2）分析规模逐步增加，逐步由单体建筑发展到群体建筑，甚至城市尺度，即考虑结构-土-结构相互作用和城市-场地相互作用；（3）发展土-结相互作用高效分析算法，以适应问题规模逐步增大的需求；（4）试验研究手段更加丰富，如土-结相互作用振动台试验、土-结相互作用力离心机试验，以及地震实验场中结构台阵的原位试验。
本期专题收录的文章体现了如上的发展趋势。尹训强等以实际核电厂址条件为背景，建立了联合泵房两侧直立翼墙-排水沉管交叉体系-地基静动力分析模型，其中，运用UPFs创建的粘弹性边界单元考虑无限地基辐射阻尼影响及地震动的输入，精细化模拟地基材料的力学特性及交叉体系的空间分布形态，开展了静动力荷载联合作用下翼墙-沉管交叉体系的响应分析，探究了交叉体系结构的应力、变形及加速度峰值等响应的变化规律。张季等建立了基于黏弹性人工边界的地铁车站-土-地上框架整体动力分析有限元模型，采用频域刚度矩阵自由场地震响应分析方法获得任意角度斜入射SV波作用下的地震动输入，围绕入射角度、地上与地下结构间距、场地类别等因素分析了地铁车站-土-地上框架体系动力响应规律。王波等在土结相互作用分区分析方法的基础上，提出一种显-隐式单元层的方案，实现显-隐式的交替计算，在保持高效性的同时，提高了计算稳定性。通过该方法，分析了地基土-反应堆厂房-辅助厂房结构相互作用体系在地震激励时的动力响应，对比研究了附属厂房对反应堆厂房地震响应的影响。庄海洋等系统的综述了国内外学者在土-桩-隔震结构动力相互作用这一领域的主要分析方法，包括理论分析方法、时程分析法、模型试验法以及能量分析方法，并总结了目前考虑土-结构相互作用的隔震结构动力反应的相关研究成果，分析了现有研究存在的不足以及亟待解决的若干问题，并针对现有研究存在的不足给出建议。陆新宇等以某土质地基上的桩基钢框架结构为研究对象，利用振动台模型试验和有限元数值模拟方法对土质地基-群桩-钢框架结构体系动力相互作用的规律和特征进行了研究，并讨论了基桩长径比对于体系动力相互作用特征的影响，结果表明，动力相互作用体系中运动相互作用的贡献略小于惯性相互作用；随着基桩长径比的增大，运动相互作用增大，钢框架结构的加速度反应增大。王国波等设计并实施了土-结构（群）相互作用体系振动台系列试验，考虑结构数目、地震动类型与幅值等参数，探究了土与地表结构群的动力相互作用效应对结构以及场地土响应的影响，结果表明，地表建筑物的存在并不总是减小自由场地面运动，但地面运动会随着地表结构数目的增加而降低；土-结构群相互作用效应对位于结构群中心的结构响应影响最大，输入地震动的总能量越高，土-结构群相互作用效应越明显。
-
图 3 西段深地震层析剖面解译图②
Figure 3. Interpretation map of deep seismic tomography profile in the western segment
图 4 八一水库溢洪道地质剖面（刘尧兴等，2001）
Figure 4. The geological profile of the spillway of Bayi reservoir（Liu et al, 2001）
图 5 盘谷寺-新乡断裂中段地震剖面立体展示
Figure 5. Stereoscopic display of seismic profile in the middle section of Pangusi-Xinxiang fault
图 6 盘谷寺-新乡断裂中段典型地震剖面（PL2）
Figure 6. Typical seismic profile of the middle section of the Pangusi-Xinxiang fault（PL2）
图 7 盘谷寺-新乡断裂东段浅层地震剖面立体展示
Figure 7. Stereoscopic display of seismic profile in the eastern segment of Pangusi-Xinxiang faultult
图 8 盘谷寺-新乡断裂东段典型地震剖面（PL7）
Figure 8. Typical seismic profile of the eastern segment of the Pangusi-Xinxiang fault（PL7）
图 9 盘谷寺-新乡断裂东段典型地震剖面（PL11）
Figure 9. Typical seismic profile of the eastern segment of the Pangusi-Xinxiang fault（PL11）
图 10 盘谷寺-新乡断裂东段典型地震剖面（PL14）
Figure 10. Typical seismic profile of the eastern segment of the Pangusi-Xinxiang fault（PL14）
表 1 收集地震测线断层参数
Table 1. Collected seismic line fault parameters
测线名称 推测上断点埋深/m 上断点断距/m 倾向 推测最新
活动时代PL1 65～70 3～5 S 晚更新世早期 PL2 65～70 3～5 S 晚更新世早期 PL3 65～70 4～6 S 晚更新世早期 PL4 60～65 4～6 S 晚更新世早期 PL5 100～110 4～6 N 中更新世 PL6 72～77 5～7 N 晚更新世早期 PL7 约71 约11 N 晚更新世早期 PL8 约80 约2 N 晚更新世早期 PL9 约64 约18 N 晚更新世早期 PL10 约69 约20 N 晚更新世早期 PL11 约68 约15 N 晚更新世早期 PL12 约140 约8 N 中更新世 PL13 190～200 — 陡直N 早更新世 PL14 190～200 — 陡直N 早更新世 
下载: 导出CSV
表 2 3个地质标准孔地层划分深度与厚度数据表
Table 2. Data sheet of ground layer division depth and thickness of three geological standard holes
地层单位 代号 ZK1 ZK2 ZK3 深度/m 厚度/m 深度/m 厚度/m 深度/m 厚度/m 全新统 Qh 4.48 4.48 6.15 6.15 15.30 15.30 上更新统 $\rm Q_P^3 $ 67.50 63.02 63.40 57.25 81.05 65.75 中更新统 $\rm Q_P^2 $ 162.48 （未揭穿） 94.98 175.27 111.87 166.55 85.50 下更新统 $\rm Q_P^1 $ — — 未出露 — 195.65 （未揭穿） — 上新统 N2 — — 200.57（未揭穿） — — —
下载: 导出CSV
-
[1] 邓起东, 范福田, 1980. 华北断块新生代、现代地质构造特征. 见: 中国科学院地质研究所, 国家地震局地质研究所主编, 华北断块区的形成与发展. 北京: 科学出版社. [2] 邓起东, 朱艾斓, 高翔, 2014. 再议走滑断裂与地震孕育和发生条件. 地震地质, 36（3）: 562—573 doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.002Deng Q. D. , Zhu A. L. , Gao X. , 2014. Re-evaluation of seismogenic and occurrence conditions of large earthquakes on strike-slip faults. Seismology and Geology, 36(3): 562—573. (in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.0253-4967.2014.03.002 [3] 邓小娟, 袁洪克, 石金虎等, 2018. 盘谷寺-新乡断裂倾向反转成因探讨. 大地测量与地球动力学, 38（11）: 1117—1121, 1148 doi: 10.14075/j.jgg.2018.11.004Deng X. J. , Yuan H. K. , Shi J. H. , et al. , 2018. Study on the tendency inversion genesis of Pangusi-Xinxiang fault. Journal of Geodesy and Geodynamics, 38(11): 1117—1121, 1148. (in Chinese) doi: 10.14075/j.jgg.2018.11.004 [4] 荆智国, 刘尧兴, 2000. 太行山东南麓断裂第四纪水平活动的地质地貌特征. 山西地震, （2）: 13—17Jing Z. G. , Liu Y. X. , 2000. Geological and geomorphologic characteristics of the horizontal movements in quaternary period of south-eastern Taihang mountain faults. Earthquake Research In Shanxi, (2): 13—17. (in Chinese) [5] 刘尧兴, 周庆, 荆智国, 2001. 豫北地区新构造活动特征及中长期地震预测研究. 西安: 西安地图出版社. [6] 张培震, 1999. 中国大陆岩石圈最新构造变动与地震灾害. 第四纪研究, （5）: 404—413 doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.1999.05.003Zhang P. Z. , 1999. Late quaternary tectonic deformation and earthquake hazard in continental China. Quaternary Sciences, (5): 404—413. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1001-7410.1999.05.003 [7] 张扬, 贺承广, 鲁人齐等, 2021. 新乡—商丘断裂延津段活动特征与晚第四纪地层沉积关系研究. 地质论评, 67（S1）: 11—14Zhang Y. , He C. G. , Lu R. Q. , et al. , 2021. Relationship of the activity characteristics in the Yanjin segment of the Xinxiang-Shangqiu fault and the Late-quaternary stratigraphic sedimentary. Geological Review, 67(S1): 11—14. (in Chinese) [8] 张岳桥, 马寅生, 杨农, 2003a. 太行山南缘断裂带新构造活动及其区域运动学意义. 地震地质, 25（2）: 169—182Zhang Y. Q. , Ma Y. S. , Yang N. , 2003a. Neotectonic activity of the southern marginal fault zone of the Taihangshan mountains and its regional kinematic implications. Seismology and Geology, 25(2): 169—182. (in Chinese) [9] 张岳桥, 杨农, 马寅生, 2003b. 太行山隆起南段新构造变形过程研究. 地质力学学报, 9（4）: 313—329Zhang Y. Q. , Yang N. , Ma Y. S. , 2003b. Neotectonics in the southern part of the Taihang uplift, North China. Journal of Geomechanics, 9(4): 313—329. (in Chinese) -
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 370
- HTML全文浏览量: 79
- PDF下载量: 86
- 被引次数: 0
