摘 要:从工程地质观点出发,对断裂的分类及其对厂址稳定性的影响进行了探讨,并对某些概念发表一些看法,给出定义,以期对当前工程项目的厂址可行性研究阶段的前期工作有所帮助。
关键词:活动断裂；发震断裂；地震；厂址选择
1 活动断裂的概念
在讨论活动断裂带的概念之前,值得提出和说明的是,在现行的抗震规范中,只引用了“发震断裂”的概念而不是“活动断裂”。笔者通过工程实践,考虑到国内外相关学科的研究程度和成果以及当前确定发震断裂的技术水平的有限性,我们认为,在厂址可行性研究及工程地质勘察中单纯使用“发震断裂”的概念还不够成熟。“发震断裂”对于尚未发生强震的地区而言,顾名思义,是可能发生强震的断裂。但由于受技术水平的限制,目前在实际工作中,除了某些研究十分充分的断裂可以判定为发震断裂外,对一条断裂往往很难预先做出正确的判断,尤其是隐伏断裂。有时连断裂的三要素都难以查清,当然就更不容易判别是否为发震断裂了。一般来说,“发震断裂”只有在地震发生后才可能正确判断。通过工程实践以及鉴于以上原因,我们认为:发震断裂仅在已发生的地震中有较大意义。在工程地质勘察中,应该首先应用“活动断裂”的概念,首先研究“活动断裂”。我国学者邓起东认为:断裂活动的时代与强震有密切的关系。严格的说,活动断裂应是指现在正在活动的断裂,但由于目前研究程度的限制和许多情况下我国现在、第四纪乃至新生代断裂的活动特征常常具有明显的继承性和一致性,根据目前的资料,可以把我国的活动断裂划分为以下三类: 1)第四纪以来的活动断裂; 2)晚第三纪以来有过活动的断裂; 3)新生代以来有过活动的断裂。我国大陆地区有记载的六级以上地震分别发生在上述三类断裂带上的比例约为10∶2∶1,因此,可以认为第四纪以来有过活动的断裂和强震活动的关系最为密切。在我国,不少人对活动断裂的概念提出了不同的观点,目前争论较大的是时间界限,如将活动断裂的时间界限按照新构造运动的时期定在晚第三纪,这必然要在实际工作中,大大增加活动断裂的数量,同工程使用年限相比,延缓时间太长,也缺乏现实意义。如将活动断裂的时间界定在第四纪全新世(Q4),当然由于活动时间新,无疑对厂址的稳定性评价是十分重要的。但由于目前我国技术水平的限制,当前主要使用野外地质调查手段来鉴别活动断裂,特别是在许多地区缺失或很少全新世地层(或不易划分),这必然要影响活动断裂地震危险性的鉴定。最主要的问题是根据我国地震地质研究程度的限制,尚未找到全新世以来及以上更新世、中更世、下更新世的活动断裂与历史强震的依附关系。因此,笔者认为,用全新世作为活动断裂的唯一的时间界限在目前来说在我国是不太合适的。考虑到其他学科的概念,结合我国具体情况和当前技术水平,从广义来说,可以认为:第四纪以来(距今约200万年)有过活动的断裂为“活动断裂”。在许多重大厂址的工程地质勘察中,目前普遍重视的是第四纪以来有过的活动断裂。这里必须强调指出,许多学者的研究认为,我国中更新世以来的一次构造运动,它所引起的断裂活动是一直延续至今的,与现代地震活动的分布十分一致。这种现象,在华北地区更加普遍。中更新世以来的活动断裂与现代地震的关系更为密切。新构造运动的继承性是公认的。一些学者提出了现代构造运动的新生的特点。但各地的断裂活动的资料都说明了新的活动断裂是在老断裂的基础上进行活动的。例如华北东部河北一些NNE向断裂在现代构造应力场作用下反扭为顺扭,改变了形成时的活动方式。另外有一些现在正在活动的NE及NW向断裂带,也是在老断裂基础上活动的,其交叉部位的地震频率高。笔者在华北地区从事野外勘测工作中认识到,中更新世以来仍在强烈活动的地区,往往容易发生强震。我国核电站厂址稳定性评价中,国家地震局地质研究所对几个方案的四条断裂的活动性进行了研究。这些断层在地表都不同程度地被第四纪中、晚更新世地层所覆盖。这些新的沉积物,均未见被后来断层的新活动所错断或变形的迹象。 通过以上论述,结合我国构造活动、地震活动的特点和当前技术水平及研究程度,以及工程建设的实际情况。我们从地震工程观点出发,“活动断裂”可定义为:中更新世(Q2)以来有过活动的断裂。因此,在厂址可行性研究工作中,凡是可以通过地质的、历史的、地震的及大地测量的或其他各种证据,观测和认识到从中更新世以来有过活动的断裂,就认为它是活动断裂。
2 断裂的分类及对厂址的影响
从不同的角度出发,断裂有着各种各样的分类,我们拟从厂址稳定性评价角度,对断裂性质进行分类。根据目前世界上大多数学者的看法,我们认为可分为“非活动断裂”和“活动断裂”。非活动断裂,有的也称旧有断裂、休歇性(相对稳定)断裂或死断层。在本文中指的是那些在中更新世以来就停止了活动的断裂。它既不会发生地震,也不会因其他断裂发生地震从而诱发活动,它对厂址的影响属于场地地基问题。这样的断裂大量存在于地壳中,在进行厂址可行性研究时,一般可以不考虑其对厂址稳定性的影响。活动断裂,在本文中是指那些在中更新世以来就有活动的断裂。以地震方式产生突然滑动和缓慢的蠕动是活动断裂活动的两种方式。在我国大陆,强烈而广泛的地震活动,反映了断裂突然滑动的方式。活动断裂对厂址稳定性的影响,这个问题目前仍处于探索和研究阶段,还存在着许多意见不一致的地方,但总的来说,对它的认识是在逐渐深化和完善中的。笔者认为“工业与民用建筑工程地质勘察规范”等规程中有关断裂的条款有值得商榷的地方。例如,规范规定当设计烈度为8度及8度以上,且建筑物的岩石地基中(包括有较薄覆盖层的岩石地基)或其附近有构造断裂时,应配合地震部门判定属于发震断裂。在执行过程中,有时发生矛盾,出现问题。我们不拟评论提高烈度是否合适,但认为对活动断裂给厂址稳定性的影响应加强研究。通过对国内外地震调查资料的研究,尤其是唐山地震以来,地震工程地质研究资料的分析,目前可以认为,活动断裂在一般情况下对工程建设是一个不利因素,尤其是强烈活动断裂。它对重大厂址、工程建设具有长期的、潜伏的危害和威胁。主要表现在:1)活动断裂可能发生强烈地震,可能发生地层断裂,使建筑物产生直接破坏。另一方面,随着地震波持续时间或振动幅值大,地表位移变形范围也会增大,从而对地面工程建筑的破坏更加严重。2)活动断裂在发震过程中释放大量的应变能,形成了一个与发生地震的活动断裂走向大致相同的极震区和高烈度区,区内强大的震动作用使建筑结构物遭到破坏。3)活动断裂发震产生的地震波能使平原地区出现大面积的场地液震陷变形及岸边滑移,造成地基不均匀沉降及地基失效,从而导致建筑物破坏。在山区则可能发生滑坡、山崩、地裂等不良地质现象而破坏建筑物。4)在一定的区域应力场作用下,构造活动具有区域的概念,不是某一条断裂的单纯运动。所以,除了发生地震的活动断裂控制了主震之外,区内其他活动断裂也可能参与孕震,释放部分能量而加重震害。区内另一部分断裂,也可能由于地震波的影响而诱发断裂活动,使震害加重。5)断裂的蠕动虽然不一定意味着要发生大震,但它的活动能导致地面大范围的升降变形及地震,而使建筑物损坏。目前在厂址可行性研究工作中,还看不到一套对活动断裂进行分类的具体方法。我们为了满足重大项目对前期工作的需要,根据我国断裂活动的继承性及新生性特点的资料以及工程实践经验,并参考了一些资料,拟将活动断裂根据其活动时间、活动速率、地震强度等因素将活动断裂分为: 1)强烈活动断裂; 2)中等活动断裂; 3)微弱活动断裂。上述断裂分类考虑了断裂的活动时代、平均活动速率、历史地震及古地震等因素,实质上是以地震危险性为主进行划分的。平均活动速率应是评价断裂活动的一个重要指标,但从目前的研究水平来看,它只能定性地说明断裂的活动性。强烈活动断裂及中等活动断裂的活动速率有交错,因为根据有关资料分析,具有不同地震危险性的断裂,有些平均获得速率是相似的,这可能与断裂性质及地壳应力情况有关。历史地震及古地震是评价断裂活动的重要因素之一,严格来说,历史地震及古地震的涵义目前没有统一的认识,我们可以这样理解:古地震是指那些历史上无文字记录或在史前发生的地震,主要应是指全新世以来发生的地震。古地震可以根据人类活动遗迹和地震剩余变形(如地震断裂、地裂缝、河流改道、滑坡、崩塌、地层的变形和扰动、砂土液化等)来分析确定。因此,我们在评价断裂的活动性时不但要重视历史地震的分析,而且应重视对古地震的研究。还应强调指出的是:对活动断裂的研究是建立在区域稳定评价的基础上的,首先要对整个地区的构造格架应力场有清楚的认识和了解,才能对断裂的活动性做出较确切的结论。
3 结语
1)在厂址可行性研究工程地质勘察中,笔者认为应首先使用活动断裂这个概念,加强对“活动断裂”的地震活动性及地震危险性的研究。2)从地震工程地质观点出发,中更新世以来有过活动的断裂可定为活动断裂。3)根据活动断裂的活动时间、地震强度、活动速率及其他因素,可分为: a.强活动断裂。b.中等活动断裂。c.微弱活动断裂。对于强烈活动断裂,重大厂址宜避开6 km~9 km,一般建筑物也应尽量远离。避开抗震不利的地段,选择对建筑物有利的地段。对于中等活动断裂,重大厂址宜避开1 km左右。具体厂址位置必要时,可通过地震危险性分析及地震反应计算等工作确定。4)在正确鉴定基本烈度的同时,应加强场地因素对烈度影响的研究。建议继续使用“场地烈度”这一概念。建议开展地震烈度小区化工作。此外,根据工程需要确定地面运动参数用于设计的研究工作也需加强,使烈度及地面运动参数在工程建设中同时按照实际工程需要具体应用、发挥作用,从而促使工程建设既安全可靠,又经济实用。
参考文献
[1] 张 瑛.
