主干断裂上地表破裂的危险性分析及避让估计

　　摘要：通过分析国内外3种强震地表破裂或避让风险方法及模型，提出了主干断裂强震地表破裂危险性及主干断裂建筑物避让距离危险性分析方法及公式，将其应用于华北地震区的4个潜在震源区进行计算，所得结果可靠，危险性分析评估方法可取代宏观定性评估方法。

　　关键词：强震;地表破裂;危险性分析;潜在震源区;避让距离

　　《地球科学》(月刊)创刊于1990年，由中国地质大学主办，是中国自然科学核心期刊，以反映我国地球科学领域最新的高水平的基础地质、应用地质、资源与环境地质及地学工程技术科研成果为主要任务。

　　0 引 言

　　强震地表破裂又称强震地面断裂或错动，是发震断层突然错动，释放弹性应变能产生强烈地震时形成的地面变形，是人们研究发震断层破裂方式和力学性质的窗口。强震地表破裂与砂土液化、崩塌滑坡等引起的地面变形有重大差别，它严格受发震断层控制，出露位置、展布方向和力学性质等都与发震断层相吻合，破坏作用巨大，非人力所能抗拒(温瑞智等，2002;李山有等，2003;徐锡伟等，2011;张建毅等，2012)。强震地表破裂灾害在国内外已引起普遍关注(Batatian，2002;Hart，Bryant，1999;Perrin，Wood，2003)，我国现行的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)也明确规定了强震地表破裂的避让距离。

　　目前业内仍采用宏观定性方法对强震地表破裂进行评估，工程实践表明，宏观定性评估结果很难令人满意，它与抗震防灾的概率理念相悖(胡聿贤，2005)，给工程抗震设计带来了很大困扰。由于强震和强震地表破裂是随机性自然灾害事件，目前的科学水平还无法做出准确预测，而危险性分析评估方法比较切合当前的认识水平，是工程界的普遍要求，但由于强震地表破裂比强震发生的概率更低，资料更少，因此实现危险性概率分析的难度很大。

　　本文分析了国内外3种强震地表破裂或避让风险模型及方法，在总结经验的基础上，对强震地表破裂危险性分析的各个环节作深入研究，简化流程，初步建立强震地表破裂概率危险性及避让评估模型，并结合4个潜在震源区的实际情况做了试算和讨论。

　　1 新西兰避让距离风险评价方法

　　在新西兰，按照活动断层避让距离法案或评价指南(Janine et al，2003)给出避让区影响范围;同时，考虑活断层和破裂的复杂性以及社区准备接受风险能力不同等因素，结合避让区建筑物重要性类别，依照活断层复发间隔(重复周期)，分析给出了可操作的避让风险评价表，如图1和表1所示(Janine et al，2003)。

　　按照避讓风险评价表，对于拟建建筑，一般会在岩土工程勘察报告结论或建议中给出活断层及其破裂风险性的工程实际应用指导意见。

　　2 地震断错危险性模型

　　为适应工程风险设计需要，蒋溥和梁小华(1998)引入了地震断错(形变)危险性概念。

　　2.1 地震断错危险性模型

　　地震断错危险性指发生形变的可能性大小，可用其发生概率来表示。从工程对策来说，不仅要了解断错的可能性，而且更要注重其发生可能性的大小和危害。因此，梁小华等(2002)认为地震断错危险性涉及地震危险性、断错形变发生与分布特点、覆盖层厚度影响等：

　　P=P1×P2×P3(1)

　　式中：P表示地震断错危险性;P1表示地震发生的危险性，可由目前常用概率模型来评价;P2指不同震级条件下地表断错形变的概率，见表2(蒋溥，梁小华，1998);P3指断错形变量值(形变宽度)分布概率(表3)(梁小华等，2002)。

　　2.2 模型应用

　　基于地震断错危险性模型，考虑地震事件预测的诸多不确定性，蒋溥和梁小华(1998)给出了北京市规划区地表断错危害性的避让距离建议，如表4所示。

　　3 强震地面断裂预测概率模型

　　孙平善(1994)和马东辉等(2015)给出了强震地面断裂预测的概率公式：

　　式中：ML为震级下限，即可能产生地表破裂的最小震级，取值为6;MU为潜在震源区的震级上限;f(RM)为震级M下产生强震地表破裂的条件概率，影响该条件概率的因素很多，如震源因素、传播途径因素、场地地质条件因素等，这些因素量化出来的地表破裂条件概率应该是有广泛代表性和可靠性的，但实际量化操作中很复杂需深入研究。 f(M)为所评价的主干断层的震级概率密度函数，可用潜在震源区所在的地震区或地震带的概率密度值由专家分配确定，并假定地震的发生在主干断层上均匀分布。

　　4 主干断裂地表破裂危险性模型及应用

　　4.1 主干断裂地表破裂危险性模型

　　强震地表破裂评估的宏观经验(孙平善，1994)是其危险性(概率)分析研究的基础，而强震地表破裂的危险性分析是地震危险性概率分析的延伸，二者所使用的基础资料是一致的。

　　4.1.1 模型研究基础

　　(1)主干断裂是强震发生的主要场所

　　强震的发生与地质构造密切相关。我国的地震构造分布表明：历史强震分布区带分明(汪云素，1999)，主要沿强烈活动的主干断裂呈线性分布。据马东辉等(2005)的研究结果，统计1900—2018年中国历史强震与发震构造部位的统计结果，如表5所示。

　　从表5可见强烈活动的主干断裂是发生强震和强震地表破裂的主要场所，也是本文研究的重点。

　　(2)地表破裂的统计特点

　　强震不一定产生地表破裂，与强震相比，强震地表破裂是更低的概率事件。

　　我国是多地震的国家，历史地震记载可以追溯到秦汉以前，但早期资料的完整性和准确性较差。在1900年之后，随着强震仪器的问世以及现场考察工作的逐渐深入，强震震级、震中位置和震中烈度及强震地表破裂等资料才比较完整可靠。1900—2018年的百余年间，中国大陆发生6级以上的地震约365次，其中只有35次地震产生了规模不等的地表破裂，这种情况与国外基本相似，即只有少数地震产生地表破裂。

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文章名称： 主干断裂上地表破裂的危险性分析及避让估计

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