面狀發震構造在地震構造法中的應用：以大姚—姚安發震構造鑒定為例1

李金臣 潘 華

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面狀發震構造在地震構造法中的應用：以大姚—姚安發震構造鑒定為例

李金臣 潘 華

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

核電廠地震安全性評價中的地震構造法，要求鑒定發震構造和劃分地震構造區，在以往實踐中，發震構造鑒定往往基于地表活動斷裂構造，且表征為線狀震源。當存在較強非隨機分布的地震活動且難以找到清晰的地表活動斷裂構造形跡時，地震構造法就難以合理地表現這些地震的危險性。本文以云南滇中大姚—姚安發震構造鑒定為例，探討了在地表活動構造形跡不清，中強地震活動性較強的滇中大姚—姚安地區，采用面狀發震構造來表征地震危險性的方法，討論了在地震構造法中采用面狀發震構造的必要性、鑒定思路和方法，并建議在今后的核工程地震危險性評價地震構造法中應充分考慮面狀發震構造的應用。

面狀發震構造 發震構造 地震構造模型 核電工程

前言

根據我國核安全法規《核電廠廠址選擇中的的地震問題（HAD101/01）》（國家核安全局等，1994）、國家標準《工程場地地震安全性評價（GB 17741-2005）》（中華人民共和國國家標準，2005）和《核電廠工程地震調查與評價規范（GB/T 50572-2010）》（中華人民共和國住房與城鄉建設部，2010）的相關規定，在對核電廠址進行地震安全性評價確定設計基準地震動參數時，需要采用確定性方法中的地震構造法。

地震構造法將所有地震活動歸結為兩類：一類為與已知發震構造相關的地震活動；另一類為已知發震構造無法解釋的地震活動。前者直接受控于發震構造，其空間分布限定在發震構造范圍內，在地震構造法中以明確的幾何要素簡化來表示實際上頗為復雜的具體地質構造，用于表述這類地震活動的危險性。后者稱為彌散性地震活動，這類地震活動通常為中小地震活動，在一定的空間范圍內呈彌散性分布特征，評價這類地震活動的危險性遇到的最大障礙是難以鑒別其發震構造，在地震構造法中簡單以面狀幾何區域來限定與特定構造背景相關的彌散地震活動的分布范圍，即地震構造區。通過上述簡化過程，將區域地震構造特征抽象表達成地震構造區和發震構造，構成地震構造法計算的輸入模型。因此，在核電廠地震危險性評價工作中，對發震構造的鑒定是一項重要的工作。

核工程地震危險性評價涉及的相關法規與規范中對于發震構造的定義大同小異，均指顯示地震活動性的、或存在歷史地表破裂的、或有古地震活動的構造，在所關心的時期內具有“顯震活動”水平的構造。“顯震活動”是指能夠反映構造具有顯著和持續活動性的地震活動，通常認為是大于等于3級的地震活動（導則HAD101/01，IAEA導則（NS-G-3.3）），區別于微震活動。從定義中可以看到，對發震構造的定義比較寬泛，只要是有一定地震活動水平和地震活動遺跡的地質構造，均可視為發震構造。

在我國多年的核電廠地震危險性評價實踐中，根據我國地震活動與活動斷裂的相關性研究成果，通常將地表出現的晚更新世以來的活動斷裂構造鑒別為發震構造，在特定地區也有部分地震活動性顯著或活動依據充分的第四紀早中期斷裂構造被鑒定為發震構造。在形成地震構造模型時，發震構造均簡化為簡單的幾何線條。上述做法比較符合我國的地震地質構造特點，對發震構造的表達較為清晰簡潔，在實踐中便于操作也方便計算，因此，在我國核電廠地震危險性評價工作中發揮了巨大的作用。據不完全統計，我國目前在核電廠址地震危險性評價中，超過99%的發震構造為斷裂構造。然而，這一做法過于注重地表已有斷裂構造與地震活動的相關性，因此，當存在較強地震活動且難以找到地表明確的斷裂構造作為其發震構造時，地震構造模型的建立就存在較大的困難。隨著當前核電廠地震危險性評價工作的大量開展，這種基于斷裂構造的發震構造鑒定方法的不足日益顯現，在地表斷裂構造表現不清晰甚至缺乏斷裂構造地區，或斷裂構造研究程度不深的地區，或發震構造與地表斷裂構造關系不明的地區，往往表現得更加突出。因此，需要對地震構造法中發震構造鑒定的思想方法與技術路線進行調整和改進，以更好地利用地震構造法來評價核電廠址的地震危險性。

本文將結合云南大姚—姚安發震構造鑒定的實例，探討在地表活動斷裂表現不明顯的地區，采用一些非地表斷裂表現的構造條件，來分析地震活動的構造背景，鑒別和表征發震構造，以合理反映當地中強地震的危險性。

1 大姚—姚安地區地震構造背景

地處滇中地區的云南姚安、大姚一帶中強地震活動十分頻繁，僅1993年至2009年的10年間，就先后發生了1993年大姚5.1級地震、2000年姚安6.4級地震、2003年大姚6.3級地震和2009年7月9日姚安6.3級地震（圖1）。但該地區1/20萬區域地質調查及以往地震地質考察資料都未顯示或發現任何活動斷裂構造的形跡（張建國等，2009）。這幾次地震的震源深度、余震分布、等震線存在顯著差異，如：1993年和2000年姚安地震的極震區方向均為北北東向（中國地震局監測預報司，2001）；2003年大姚地震為北西西向（非明倫等，2004）；2009年姚安地震則為北北西向（李世成等，2011）。因此，一直以來對這些中強地震的發震構造的研究存在較大的分歧與爭議。有研究者根據余震分布等認為，2000年姚安地震的發震構造為北西向斷裂（王紹晉等，2002；毛燕，2007)，但無法解釋其等震線明顯為北北東向的現象；另有研究者認為，2009年姚安地震發震斷層為馬尾箐斷裂（秦雙龍，2012），但該斷裂規模偏小，最長僅15.6km（施偉華等，2003），也難以解釋地震規模；還有研究者根據地球物理場、地震反演等推測，存在1條北北東向的基底斷裂（王偉君等，2007）（參見圖1中的F2），與上述一系列地震相關，但因其可靠性與分辨率等方面的制約，也未得到廣泛的認可。張建國等（2009）認為，該地區地震構造背景十分復雜，突出地表現為多方向地震構造的交織，且可能存在不同深度層次斷裂構造的耦合；僅僅依賴淺表的地震地質調查很難獲得該地區地震構造背景的全面認識，也難以對該地區在如此有限的空間范圍內6級地震活動如此頻繁的原因做出合理解釋。

2 大姚—姚安發震構造研究

在對云南姚安、大姚地區附近的某核工程廠址進行地震危險性評價時，為合理地考慮這一地區顯著的中強地震活動危險性，筆者開展了云南姚安、大姚等一系列中強地震發震構造的鑒定工作。

正如前述，這一地區的地表活動斷裂構造并不發育，更找不到與這些中強地震活動相關的斷裂構造，如果基于活動斷裂條件鑒定發震構造，必然難以建立地震構造模型，為此，在具體工作中筆者對發震構造的鑒定思路進行了拓展，通過對這一地區地質、地震、地球物理背景的深入分析，尋找到一些在地質或地球物理條件上真正區別于周圍其他地區、且能夠合理地解釋中強地震活動背景的特征條件，并依據這些特征鑒別發震構造。

2.1 對滇中塊體內部地質構造及其演化特征的分析

在構造位置上，大姚、姚安一帶位于滇中塊體上的楚雄中新生代盆地（圖1）。

這一地區的構造發展歷史，尤其是新生代以來的發展，在楚雄盆地的演化進程中，得以充分的反映。圖2展示出楚雄盆地地區燕山期以來，白堊紀—早第三紀（K-E）、早第三紀（E）、晚第三紀（N）、第四紀（Q）的不同時期的地層展布。由該圖分析可知，燕山期（圖2a），楚雄盆地在本地區分布范圍廣大，楚雄至華坪以南均包括在該中生代盆地中，代表了此時期大陸邊緣強烈的構造沉積環境。晚白堊世—早第三紀，隨著盆地西部邊界向東的擠壓推覆，導致盆地西部和南部的凸起往東、往北擴展，盆地范圍相對燕山期顯著縮小，沉降中心移至北部坳陷的大姚、鹽豐一帶，鹽豐沉積最厚，達3000m左右。該時期又可分為早晚兩個階段：早期K-E地層（圖2b）的分布相對燕山期地層有明顯的收縮，沉積中心移至大姚以北，東部元謀隆起在這一時期構造變動較弱，其西緣的盆地表現為繼承性的沉積；晚期E地層（圖2c）的分布面貌又有較大的變化，最為突出的表現就是原北部坳陷中的盆地大面積萎縮，幾近消失，而楚雄盆地東部的元謀隆起卻出現了永仁和牟定東兩個較大的盆地，堆積了E地層。這反映出本區新生代開始自西向東大幅度的抬升狀態，西部的抬升幅度大于東部，甚至高出東部隆起中地勢較低的部位，導致沉積中心向東部的遷移。從上述分析中可見，本區直至早第三紀，主要構造影響還是來自于西部的擠壓推覆，導致由西向東的掀斜隆起。而元謀斷裂作為東部重要的邊界，其在這一時期構造活動微弱，對下第三系沒有控制或被動地限定了下第三系的分布，與其燕山運動中對燕山期構造層的控制形成鮮明的對比。區內的這一構造變動與區域所在的青藏高原東南邊緣的構造變動是相關的，早第三紀至中新世時期，青藏高原東南緣的板塊運動還是以印支塊體的強烈擠出為特點，印支塊體以北主要受到向東的擠壓產生推覆和隆起，而錦屏山—玉龍雪山構造帶作為古老大地構造邊界在此時強烈活動，構成川西地區青藏高原物質側向遷移的重要吸收和轉換邊界，尚未直接影響到本地區。這一構造格局大致延續至中新世早期。

中新世晚期至上新世，構造活動的面貌進一步有了較大的變化（圖2d）。隨著區域總體的隆升，大范圍的沉積盆地消失，區域整體處于隆起剝蝕狀態，上第三系的堆積較為局部。此時“川滇塊體”的滑移活動開始增強，但其主要活動還局限在錦屏山—玉龍雪山構造帶的前緣，因此，元謀斷裂的北段此時活動性較強，沿斷裂形成上新世的拉分盆地，南段活動還相對較弱。

上新世末至第四紀，青藏高原物質擠出活動再次增強。第四紀中后期，向南東方向的物質運移開始突破錦屏山—玉龍雪山構造帶，區域性擠壓被強烈的走滑運動所替代。此時區域邊界和塊體內部的斷裂構造活動性增強，沿斷裂形成一系列的第四紀拉分或張裂盆地，堆積第四系沉積（圖2e）。在本區范圍內，元謀斷裂南段活動開始表現突出，沿斷裂形成規模較大的元謀盆地，堆積第四系沉積物。

大姚、姚安所在的楚雄盆地北部凹陷表層褶皺構造發育，主要由近南北向和北西向兩組。相對而言，斷裂較不發育，僅小規模的北西向斷裂出露。從盆地演化和現今第四紀盆地的展布特征來看，姚安—大姚—永仁一線的東南側，是早第三紀以來新生代北東向坳陷最為發育的地區，其西北側是新舊地質構造格局急劇變化改造的地帶，姚安、大姚一系列地震正是發生在新構造隆起與坳陷的交接轉換部位。

從上述分析中可以看到，滇中地區經歷了由中生代近南北向隆凹相間的基本格局轉變到新生代以來近北東向的隆起和坳陷格局，而姚安、大姚地區正處于中、新生代盆地發生改造轉換的轉折部位，是一個新構造活動差異性較強的條帶。

2.2 對大姚—姚安一線的地球物理場背景分析

圖3為大姚—姚安一線的重力異常分布圖。圖中顯示，沿大姚—姚安一線為重力異常轉折帶，其西側重力異常為寬緩的大面積的低異常區，長軸方向近南北向展布，與中生代盆地的格局一致，其東側為北東向的梯度帶，反映受新生代構造變動的影響。在上延30km的重力異常分布圖上（圖4），沿大姚—姚安一線的重力異常則為近南北向的重力異常梯度帶，反映中生代的構造格局。上述資料表明，大姚—姚安一線是晚第三紀以來至第四紀新構造運動主要的轉折帶。

圖5為大姚—姚安一線的航磁異常分布圖。圖中顯示，沿大姚—姚安一線為航磁異常轉折帶，其西側航磁異常為近南北向的正異常團塊夾持的一條寬緩的大面積南北向負異常區，在姚安—大姚附近轉為北東向，反映出新老沉積層的分布特征；而其東側為寬緩的大面積近南北向正異常區，反映出較老的沉積地層分布。正異常區分布與中生代盆地的格局一致，而其間夾的負異常區則明顯反映出新生代以來沉積分布特征。在上延20km的航磁異常分布圖上（圖6），沿大姚—姚安一線的航磁負異常區就已消失，主要的航磁異常格局反映的是中生代沉積盆地的特征。上述資料表明，大姚—姚安一線是晚第三紀以來至第四紀新構造運動主要的轉折帶。

在地殼深部結構上，大姚—姚安一帶正位于攀枝花—楚雄幔凸與西部幔凹的分界部位（圖7）。

從上述分析可知，該地區是航磁、重力異常的變化轉換帶，也是地殼厚度轉折的梯度帶，雖然不能很清楚地斷定產生這一現象的深部構造形式，但上述現象的存在無疑表明本地區在深部有較大規模的構造變異，考慮到一系列的中強地震活動基本上沿該變異帶分布，因此，可以將次北北東向地球物理場變異帶作為發震構造的一種深部表現。

2.3 對大姚、姚安地震震源構造的分析

大姚—姚安一帶地表斷裂構造雖不甚發育，但蒲新純等（1996）、陳根文等（2002）、Wang等（2003）、Zhang等（2006）、王偉軍等（2007）的研究認為，在姚安—大姚一線基底存在一條隱伏斷裂。

地質調查部門和石油地質部門的資料——《中國石油地質志：滇黔桂油氣區》（滇黔桂石油地質編寫組，1992）也推論：在楚雄坳陷內基底斷裂發育，主要為北北東—近南北向，南部受紅河斷裂影響，有北西西向斷裂分布，其中在大姚附近存在一條北北東—近南北向的大姚隱伏斷裂，構成凹陷沉積中心的東界斷裂，對次級凹陷的發育及沉積具有重要作用（陳根文等，2002）。

華衛等（2006）根據大姚余震雙差定位結果認為，大姚在2003年發生的2次主震均發生在近乎直立的北西西向右旋走滑斷層上，2次主震破裂尺度均為15km左右。王偉君等（2007）利用大姚地震后流動數字化地震監測臺網的地震走時和波形資料，反演了震中區、和三維結構的研究結果，證實不僅北西西向斷裂存在，還存在一條規模較大、傾向西的北北東向斷裂，主震發生在兩組斷裂交匯部位，而余震則分布在北北東向斷裂以西，幾乎垂直于北北東向斷裂帶而呈北西西向帶狀排列。北北東向斷裂在地震孕育過程中起著應力集中和障礙體的作用。

2000年姚安主震距離2003年大姚地震震中約40km，哈佛大學的震源機制解表明，大姚和姚安的4個主震的震源機制解非常類似，表明這兩個地區的地震構造條件可能比較一致，而姚安余震的初步層析成像結果也發現類似近南北向的地震低速帶。Wang等（2003）、Zhang等（2006）的研究結果也證實，北北東向斷裂在不同深度的存在。

上述研究均推論，在大姚—姚安一線可能存在深部的斷裂構造，其與這里的一系列中強地震存在成因上的關系。

2.4 發震構造鑒定與表征

根據前述，對大姚—姚安一線地震構造背景總結如下：①大姚、姚安地震均位于楚雄盆地沉降中心—北部凹陷東部，該區地表構造以褶皺為主，斷裂不發育，活動性表現不強；②大姚—姚安一線為中、新生代盆地格局發生巨大變化的轉折部位，是新構造活動差異性較強的條帶，對地震活動的影響較大；③大姚—姚安一線在深部存在有較大規模的構造變異帶或較大規模的隱伏斷層；④大姚—姚安一線地震活動分布與上述構造條件密切相關。

根據上述地震構造背景，對大姚、姚安地震的發震構造鑒定形成如下認識：

（1）大姚、姚安地區發生的一系列中強地震，不是隨機分布的，應該存在控制其發生的構造條件，但根據地表斷裂活動跡象，目前還無法給出確切的發震構造。

（2）大姚—姚安一線存在明顯的具有深部背景的較大規模的新構造變異活動帶，從第四紀地層的分布看，該構造帶對第四紀以來的構造活動也有一定的控制，盡管前人推測存在隱伏斷裂，但尚缺乏直接的證據。

上述依據表明，姚安—大姚構造變異帶就是控制一系列中強地震發生的發震構造。

以往基于地表斷裂鑒定出的發震構造，直接以地表斷裂跡線表征其平面分布，未來地震活動將限定在斷裂跡線上。而本次鑒定出的發震構造，其各種表現均顯現出面狀分布的特征，顯然不能再采用線狀發震構造形式。為此，本次工作依地質構造特征、深部地球物理場特征、大姚、姚安地震及其余震分布的特征，在楚雄盆地北部凹陷東部沿大姚—姚安一線，劃分出一個較寬的面狀發震構造，用來表征這一構造背景對中強地震地表分布的控制（圖8），筆者稱其為：“大姚—姚安發震構造”。

大姚—姚安發震構造整體位于滇中塊體內部。滇中塊體相對較為完整，其構造活動以整體性的塊體滑移、水平旋轉為主，塊體內部的差異運動相對不強。同時，地震活動的特征表明，滇中地區7級以上地震多發生在差異運動強烈的塊體邊界斷裂帶上，而塊體內部以中強地震發生為主。鑒于上述認識，大姚—姚安發震構造的最大潛在地震震級可取為6.5級。

3 結論

上述大姚—姚安發震構造的鑒定完成于2009年6月，在2009年7月9日就在該發震構造范圍內又發生了云南省姚安6.3級地震，由于采用了面狀發震構造，因此，對廠址地震構造法的結果很好地涵蓋了這次地震的影響，沒有影響對廠址地震危險性的評價結果。這也表明在構造背景復雜、地震活動性也較強的地區，以面狀發震構造的形式替代線狀發震構造鑒定的思路是可行的，也是必須的。

根據對大姚—姚安發震構造鑒定實例的分析，可以得到以下一些認識：

（1）雖然我國地震活動與地表活動斷裂的展布存在比較明顯的相關性，而且在我國的地震安全性評價工作中，無論是概率方法中的潛在震源區劃分，還是確定性方法中的發震構造鑒定，均較為倚重地表活動斷裂構造標志。但是，如果簡單地僅以地表活動斷裂來表達發震構造，無疑將對地震構造法地震危險性評價結果的合理性產生非常不利的影響，也必然會影響地震構造法的適用性。大量的震例也反映出當前知識對地震發震構造認識的局限，許多大地震往往找不到顯著的地表活動斷裂。因此，必須突破以往工作中形成的慣有認識，不僅采用線狀發震構造，也應采用面狀發震構造，唯一的檢驗標準是能否合理地反映控制地震發生的構造背景，而不僅僅是地表斷裂及其活動性。

（2）我國地震活動與地表活動斷裂的展布存在比較明顯的相關性，因此，基于活動斷裂的發震構造鑒定依然是將來發震構造鑒定的主要方法。但是，也應該注意活動斷裂認識的不確定性以及地震分布的特征，如果對活動斷裂的空間展布位置認識存在一定的不確定性，或地震活動圍繞活動斷裂位置存在一定的分布范圍，則也應該考慮圍繞活動斷裂的一定范圍圈定發震構造。

（3）在地表斷裂構造表現不清晰甚至斷裂構造不發育地區，或斷裂構造研究程度不深的地區，或地震活動與地表斷裂構造關系不明的地區，應對地質構造、地球物理場、地震活動特征等進行深入的綜合分析，并在此基礎上圈定控制地震發生的可能的構造背景，以面狀發震構造的形式在地震構造法中考慮地震活動的危險性。

本文根據大姚—姚安發震構造的實例，探討了在核工程地震危險性評價的地震構造法中應用面狀發震構造的必要性和面狀發震構造的鑒定思路與方法。這僅僅是初步的探索和實踐，還需在更多的工作中去研究和完善對面狀發震構造的使用，同時也需要進一步對地震構造法的理論和方法進行完善。

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Application of Planar Seismogenic Structure in SeismotectonicMethod—A Case Study in Dayao-Yao'an

Li Jinchenand Pan Hua

（Institute of Geophysics, CEA, Beijing 100081, China）

In seismic hazard analysis of nuclear power plant of China there is a need to identify both of seismogenic structures and seismotectonic zones. In the past practice, the identification of the seismogenic structures was often based on the surface active faults and characterization of linear seismic source. In the situation which shows quite strong non-random seismic activity and lacks of the surface active faults, however, it is difficult to evaluation of the seismic hazard reasonably. Taking Dayao - Yao'an seismogenic structure as a case study in this paper, we discuss the need and the possibility to apply the planar seismogenic structure in seismotectonic method. Then we suggest that the planar seismogenic structure should be considered in seismotectonic method of nuclear engineering in future.

Planar seismogenic structure；Seismogenic structure；Seismotectonic model；Nuclear power plant

大型先進壓水堆核電站重大專項基金資助項目（2011ZX06002）和中國地震局地球物理研究所基本業務專項（DQJB11C08）聯合資助

2013-01-23

李金臣，男，生于1979年。碩士。主要研究領域：地震構造。E-mail: lijinchen1979@163.com

潘華，E-mail: panhua.mail@163.com

2中國地震局地球物理研究所，2009. 大唐國際云南核電項目初步可行性研究階段地震地質專題.