活動斷層的避讓問題探析

牟再來

（成都理工大學(xué)，四川 成都610059）

活動斷層是地震發(fā)生的主要原因，當(dāng)前國家地震預(yù)報工作無法完全滿足建筑物設(shè)防抗震的要求。應(yīng)基于活動斷層探測工作科學(xué)設(shè)置避讓寬度，進而規(guī)避活動斷層可能遇到的地震災(zāi)害。因此，有必要深入分析活動斷層避讓關(guān)鍵問題，明確避讓對象和位置，為地面建筑物開展科學(xué)避讓斷層工作提供技術(shù)支持。

1 活動斷層概述

中國活動斷層分布十分廣泛，屬于多地震國家，在發(fā)生地震災(zāi)害時震級大、頻率高，災(zāi)害嚴(yán)重。同時，活動斷層和地震帶之間關(guān)系密切，活動斷層帶是決定地震帶分布和發(fā)生地震問題的主要因素。因此，勘測和定位區(qū)域地下活動斷層可以測評斷裂區(qū)域周邊的強地面活動，為區(qū)域防震減災(zāi)提供支持。確保新建項目避開活動斷層，并為已存在建筑物提供加固抗震的技術(shù)支持。

通過研究地震斷裂、斷層等方面發(fā)現(xiàn)，通常地震災(zāi)害主要是地殼已經(jīng)存在的活動斷層發(fā)生滑動、斷裂所產(chǎn)生的結(jié)果[1]。地震原因是活動斷層面發(fā)生閉鎖問題，導(dǎo)致其積累彈性應(yīng)變力。當(dāng)增加值達到某一特定摩擦強度后，會導(dǎo)致地殼內(nèi)發(fā)生地震問題。活動斷層避讓工作則借助地質(zhì)構(gòu)造原理明確避讓對象，通常未發(fā)生地震斷裂的區(qū)域會由于原始活動斷層破裂帶而出現(xiàn)地震問題，因此應(yīng)圍繞物理、地質(zhì)等方面明確活動斷層的避讓問題。

2 活動斷層避讓問題分析

2.1 避讓對象及斷層定位

2.1.1 避讓對象

活動斷層包含兩類，分別為第四系覆蓋斷層和可見地表跡線情況，前者屬于隱伏活動斷層，而后者是常規(guī)活動斷層。隱伏活動斷層破裂拓展階段涉及到位移量、斷層傾角、材料力學(xué)性、松散沉積厚度等要素，因此斷層的類型、拓展方向、地標(biāo)位置、變形幅度等具有隨機性。若斷層拓展至地表后，出現(xiàn)破裂帶或形變帶，則可以顯示局部特征，其寬度具有穩(wěn)定性。隱伏活動斷層由于被沉積物所覆蓋，其地表缺少明顯活動斷層，因此無法精準(zhǔn)定位避讓活動斷層。不過研究發(fā)現(xiàn)可見地表跡線活動斷層會借助位移和發(fā)生間隔有規(guī)律地反復(fù)發(fā)生斷裂問題，出現(xiàn)局部化特征，便于工作人員明確避讓對象和實際位置。例如，新時期地面建筑物大多屬于地下工程項目，需要開挖數(shù)十米的地基。因此，利用地基開挖或探槽設(shè)備（埋深低于5 m）可以明確該區(qū)域隱伏活動斷層，進而定位避讓對象。同時，當(dāng)多種機械設(shè)備無法定位隱伏活動斷層時，地表可能出現(xiàn)斷裂問題，但位置不固定。因此可以在活動斷層地表上進行垂直投影，借助“地球物理”勘探的方式，將投影位置設(shè)置為標(biāo)志線（點）。結(jié)合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)條款劃分影響帶，在區(qū)域內(nèi)控制建設(shè)項目，并提升設(shè)防抗震的標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2.1.2 斷層定位

當(dāng)?shù)孛娼ㄖ锟缭交蚪咏顒訑鄬訒r均會受地震影響導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，甚至因地表錯動而出現(xiàn)損毀問題。活動斷層的危險率受地震災(zāi)害間隔復(fù)發(fā)時間、活動斷層復(fù)雜性、建筑物結(jié)構(gòu)的影響?；顒訑鄬咏Y(jié)構(gòu)和位置是避讓該位置災(zāi)害帶的關(guān)鍵。當(dāng)開展避讓活動時，需要借助大比例尺填圖、探槽等技術(shù)確定活動斷層的傾向、走向、傾角，在探槽壁上設(shè)置分支、主斷層、次級斷層等結(jié)果[3]。注意變形帶的寬度應(yīng)設(shè)置為十幾米，從而劃分出活動斷層的變形范圍。此外，有關(guān)地質(zhì)工程師、地質(zhì)專家結(jié)合活動斷層探測技術(shù)定位災(zāi)害帶位置，可以劃分主斷層周邊的變形帶界限，確保探槽間隔低于10 m，分布圖比例尺大于1∶1 000。

2.2 斷層局部特性

當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時，活動斷層會在地表出現(xiàn)局部特征，其破裂的寬度受到位移數(shù)值、斷裂類型的影響。當(dāng)處于活動構(gòu)造劃定時間域內(nèi)，應(yīng)力場穩(wěn)定，活動斷層性質(zhì)固定。因此明確避讓活動斷層關(guān)鍵問題是鑒定斷層活動性，進而針對性制定解決方案。以汶川地震為例，地震前期龍門山區(qū)域斷裂帶的映秀斷層與灌縣—安縣斷層形成多處斷坎。經(jīng)過汶川地震后又出現(xiàn)新的破裂問題，其中包含隆起、地段層陡坎、正斷層陡坎、走滑陡坎等情況。因為汶川地震大多屬于垂直差異性破裂帶，因此周圍建筑物受到影響的主要原因是地表變形的梯度，當(dāng)該數(shù)值小于0.03 時，輕度損傷建筑物；該數(shù)值在0.03～0.07 時，中度損壞建筑；該數(shù)值在0.07～0.1 時會嚴(yán)重損壞建筑；變形梯度大于0.1 會導(dǎo)致建筑物完全倒塌。

2.3 斷層破裂帶寬度

2.3.1 走滑斷層

走滑斷層是斷層面直立且塊體做水平運動的斷層，其中包含斜滑斷層、左旋滑斷層、右旋滑斷層。例如，中國青藏高原鮮水河、東昆侖、阿爾金斷裂等均屬于左旋滑斷層問題。常規(guī)情況下走滑斷層產(chǎn)生的破裂問題會按照地表跡線呈對稱式分布，平均寬度是30 m。若破裂寬度受到走滑斷層重疊數(shù)值或自身寬度的影響，當(dāng)寬度在數(shù)十米時，可將該區(qū)域設(shè)置為變形帶進而完成避讓。若寬度較大，應(yīng)借助探槽的方式設(shè)置地質(zhì)變形帶、級斷層的邊界，進而科學(xué)分析避讓距離。

2.3.2 傾滑斷層

傾滑斷層可以劃分為正斷層、逆斷層兩種，因為二者的上盤變形數(shù)值相較于下盤略大，會出現(xiàn)上盤效應(yīng)，因此區(qū)域災(zāi)害帶的實際寬度是下盤的2～3 倍。在思考避讓問題時，應(yīng)將上盤效率歸入研究范圍內(nèi)，若下盤的最低避讓距離是變形帶外15 m，則上盤的變形邊界是30～45 m。由于正斷層地表位置傾角是50°～30°，因此建議其上盤最小距離應(yīng)設(shè)置在邊界外部的30 m 位置。

2.3.3 逆斷層

中強度、大型、特大型地震均會出現(xiàn)地表破裂問題，其破裂長度、復(fù)雜度、地表破裂等過程會影響地表建筑物，導(dǎo)致其破損或倒塌。同時，嚴(yán)重的地震災(zāi)害會出現(xiàn)山體崩塌等災(zāi)害問題，導(dǎo)致建筑物損壞。通過分析汶川地震地表破裂寬度數(shù)值、其他逆斷層破裂寬度，借助寬度統(tǒng)計方式得到可活動的逆斷層寬度是30 m。因此，有必要加強對活動斷層的研究，針對避讓帶加大執(zhí)法、立法力度，提升區(qū)域震害預(yù)防水平。

2.4 避讓距離確定

2.4.1 基本值確定

若斷層傾角約等于90°且無斷層陡坎問題，斷層和周邊建筑物的最小安全距離是基本避讓距離，可用Do表示（單位是m）。由于特殊建筑和一般建筑的安全要求具有差異性，在設(shè)置避讓距離時應(yīng)結(jié)合其危險性確定如下數(shù)值：一般建筑物和全新世破裂區(qū)域的基本避讓距離是15 m；一般建筑物和晚更新破裂區(qū)域的基本避讓距離是8 m；特殊建筑物和活動斷層跡線的基本避讓距離是400 m。

2.4.2 一般建筑物避讓距離

建議結(jié)合逆斷層、正斷層、走滑斷層等類型，依據(jù)地基深度、斷層傾角等數(shù)值確定晚更新和全新世的斷層距離。當(dāng)建筑物在走滑斷層的下盤位置時，應(yīng)按照Dd=Do計算避讓距離Do，其中Do為基本避讓距離，斷層傾角接近90°，單位是m。Dd為斷層下盤的避讓距離，單位為m。若建筑物處于走滑斷層的上盤區(qū)域，則計算公式為：

式（1）中，Dn為上盤避讓距離；Hb為地基深度；α為斷層傾角。

2.4.3 特殊建筑物避讓

特殊建筑物實際上是具有特殊要求的項目，若發(fā)生地震會產(chǎn)生嚴(yán)重的災(zāi)害后果，因此建議依托特殊建筑物標(biāo)準(zhǔn)進行建設(shè)。在分析避讓問題時，應(yīng)結(jié)合建筑物的特殊性和抗斷情況規(guī)避活動斷層，并研究強地面活動出現(xiàn)的地基錯位、振動破壞導(dǎo)致的倒塌問題。

2.5 抗斷問題

當(dāng)前中國現(xiàn)代化城市的建設(shè)使得農(nóng)村人口向城市轉(zhuǎn)移，城市建設(shè)規(guī)模逐漸增加。因此有必要精準(zhǔn)設(shè)置避讓距離，以下圍繞兩方面，結(jié)合活動斷層破裂帶的寬度提供化解避讓問題的建議。

2.5.1 一般工程

當(dāng)一般建設(shè)項目接近走滑層區(qū)域，建議設(shè)置最小的避讓距離，范圍是變形帶邊界至內(nèi)外部的15 m。若工程處于正斷層位置，則應(yīng)分析斷層的上盤問題，確保下盤的最低避讓距離是變形帶外部的15 m，上盤的最低避讓距離是變形帶外部30 m。如果項目位于逆斷層周邊，下盤的最低避讓距離是變形帶外部15 m，上盤的最低避讓距離是變形帶外部45 m。

2.5.2 關(guān)鍵工程

關(guān)鍵工程的建設(shè)規(guī)模大、要求高，建設(shè)過程十分重要，需避免地震引起的次生災(zāi)害。由于逆斷層的破裂度和建筑毀壞度相較于走滑層嚴(yán)重，因此處于傾滑層的關(guān)鍵工程（生命線工程、應(yīng)急指揮建設(shè)項目等）需設(shè)置大于3 km 的避讓距離。若建設(shè)測試項目、生產(chǎn)項目、易燃易爆項目時，應(yīng)將距離控制在大于5 km 的范圍。因此，有必要結(jié)合傾滑斷層、走滑斷層的破裂特點與差異性，優(yōu)化地基抗斷及結(jié)構(gòu)設(shè)計，發(fā)揮吸收、分散功能，化解地震錯動和破裂產(chǎn)生的消極影響。

3 結(jié)論

綜上所述，活動斷層避讓過程是指有效、積極地規(guī)避地震災(zāi)害損失的方式，核心是判斷斷層實際空間位置。因此，有必要明確斷層避讓問題，定位活動斷層的精確位置，圍繞設(shè)計、規(guī)劃、建設(shè)等過程定位活動斷層并完成科學(xué)避讓，明確避讓距離、定位基礎(chǔ)抗斷層，設(shè)置避讓參照對象，提升項目防震減災(zāi)的功能。