深圳市活断层探测与地震危险性评价

2012-09-22徐俊余成华汤德刚张桂香肖兵蒋鹏陈庞龙

城市勘测 2012年1期

徐俊，余成华，汤德刚，张桂香，肖兵，蒋鹏，陈庞龙

(1.深圳市勘察研究院有限公司，广东深圳 510086; 2.广东省地震局，广东广州 510070)

1 目标区和目标断层的确定

1.1 目标区的确定

活断层探测［1］目标区以包括或涉及探测城市的区域地震构造单元为原则，根据深圳市实测和推测的主要断裂分布、规模以及对深圳市规划建设的影响程度，结合深圳市现有城区、经济开发区、远景规划区范围，确定为以城区为中心，面积为38×20 km2的方形区域，面积 760 km2，地理坐标为:北纬 22°30'00″～ 22°41'40″，东经 113°58'00″～114°20'00″。

1.2 目标断层的确定

目标断层的选择以经过城区、具一定规模、有一定工作基础、已知第四纪有活动的主要断层为原则，在此基础上根据经费和技术力量等条件，确定重点探测或兼顾探测的目标断层。本次探测目标区域内的断层有横岗—罗湖断裂、莲塘断裂和温塘—观澜断裂(如图1)，需要探测的目标断层基本情况如表1所示。

图1 目标区地震构造图

表1 目标断层基本情况

2 目标断层活动性研究

2.1 横岗—罗湖断裂

(1)断裂野外地震地质调查

横岗—罗湖断裂是五华—深圳断裂带的主干断裂。在目标区内，横岗—罗湖断裂自东北向西南经过坪山、炳坑水库、铜锣径水库、横岗、新田仔、深圳水库。以深圳水库为界，大致可把横岗—罗湖断裂分成东北段和西南段。其中东北段自北向南形成发散状平行相间的3条断裂，依次是輋禾嶂—横岗—罗湖断裂、清风岭—烂寨顶断裂和炮台山—横岗头断裂。

断裂东北段处于低丘陵台地地带，植被发育，自然露头较差。断裂西南段被罗湖区高层建筑遮盖，仅在少数残丘上见其出露，如黄贝岭，谷对岭等地。从坪山到新田仔，断裂构成了不同时代地层与岩浆岩的界线。如輋禾嶂—横岗—罗湖断裂，在坪山—清风岭段和塘坑水库—黄竹坑水库段是燕山晚期花岗岩(北西盘)和下石炭统测水组(南东盘)的界线，在清风岭—横岗段是下石炭统测水组上段(北西盘)和下段(南东盘)的界线，在横岗—塘坑水库段和黄竹坑水库—新田段是中侏罗统吉岭湾组(北西盘)和下石炭统测水组(南东盘)的界线。而清风岭—烂寨顶断裂和炮台山—横岗头断裂主要发育在下石炭统测水组下段之中，如在坪山—横岗段，但在局部地段是燕山晚期花岗岩和下石炭统测水组的界线。从新田仔到罗湖区，断裂北西盘是前寒武纪变质岩，南东盘是中—下侏罗统塘厦组。

(2)浅层人工地震法探测

研究区域的浅层地震勘探共布置测线38条，其中浅1～浅20测线探测的目标断层为横岗—罗湖断裂束(F2)，浅21～浅26测线探测的目标断层为莲塘断裂(F3)，浅27～浅38测线探测的目标断层为温塘—观澜断裂(F5)。

断点FP1～FP16是横岗—罗湖断裂的反映，横岗—罗湖断裂是由一系列走向南西—北东的断层组成，该组断层总体倾向北西，局部地段扭转为倾向南东，总体表现为逆断层，部分地段为正断层。有数个断点(FP5、FP8、FP14、FP15)向上错断到了T1地层界面，其他各断点向上错断到了T2地层界面。

(3)钻孔联合剖面及电磁波CT探测

为了确定断裂对上覆第四纪地层的影响，鉴定断裂最新的活动年代，进而确定断裂未来发震的强度，对横岗—罗湖断裂隐伏段布设了3条钻孔探测剖面和1条探槽探测以及6对电磁波CT探测剖面。

①钻孔联合剖面探测

深圳水库钻孔探测剖面横跨横岗—罗湖断裂组进入深圳市区内的F9号断层，位于深圳水库大坝主坝南侧200 m处，为南东东走向，与断裂走向近于直交。剖面所处地形平坦，面全长159.9 m，共设钻孔12个，钻探结果显示，断层破碎带总宽度超过80 m，主要由压碎岩、绿泥石化压碎岩和构造角砾岩组成，原岩为石炭系测水组上段变质石英粉砂岩，断层倾向北西，在剖面图中量得总体视倾角为52°，局部呈波状。上构造岩为压碎岩，下构造岩为绿泥石化压碎岩夹构造角砾岩透镜体，断层下盘为变质石英粉砂岩夹千枚岩。

②电磁波CT探测

在横岗—罗湖断裂的深圳水库段探测区内共选择了5个钻孔，完成CT探测剖面6对，结合地下电磁波CT手段对5钻孔的立体联合探测推断，钻探剖面方向与断层走向垂直，即断层走向在深圳水库大坝下游段为北东 25°～30°，倾向北西，倾角52°，为逆断层。

(4)断裂活动性综合评价

根据以上调查及探测结果表明，该断裂主要形成于晚古生代后期，在动热变质作用下使石炭系以前的地层形成宽几十至上千米的动热变质带。中生代的塑性变形形成了叠加在动热变质带之上的数十米宽的糜棱岩化带。中生代后期断层以脆性变形为主，产生了新的破裂面，裂面两侧岩石在北西—南东向构造应力场的作用下挤压滑动，形成的构造透镜体、断层角砾岩、石英碎斑岩以及绿泥石化，宽度达数米至数十米，同时还控制了一些白垩世花岗岩的侵入。在深圳水库、海关水库以及横岗塘坑水库的钻探剖面、探槽都不同程度地反映了横岗—罗湖断裂的活动历程。横岗—罗湖断裂的主要活动阶段应在中生代中后期，活动特征以逆冲为主，兼具反扭。

古近纪以来，断层活动明显减弱，至中更新世前，在4个探测剖面及其周围地带以侵蚀剥蚀以及风化剥蚀为主，缺失相关沉积物，同时在中上更新世形成厚达数米至十几米的残积土层。晚更新世至全新世时期，断裂南段深圳水库以南至海关总部一带的断裂被晚更新世至全新世冲积或海相沉积层所覆盖，但没有被断裂错动过的迹象。而在断裂北东段横岗塘坑探槽所见，断层对上覆的中更新世残积土和坡积土层未产生扰动和切割。断层样品电子自旋共振(ESR)测年结果最小值为32.2±3.2万年，断裂在中更新世早期活动，在晚第四纪以来处于相对稳定的状态。

2.2 莲塘断裂

(1)野外地震地质调查

该断裂在目标区内可分为南北两支:北支福田断裂自铜锣径一带往西南经福田、老虎坳、牛屎凹至蛇地坑一带。南支亦叫田螺坑断裂，由福田南一带起向西南延伸，经过盐田坳、西坑、高坳东、田螺坑、求水岭、莲塘、西岭下村、罗芳村然后进入香港地区。北支断裂走向北东48°，倾向北西，倾角75°，长约 8.7 km;南支断裂总体走向北东46°，倾向北西，倾角45°，长约16 km。

断裂在不同地段切割的地层岩石有中泥盆统老虎头组、下石炭统测水组和燕山期花岗岩。在高坳东—求水岭段，断裂是中侏罗统热水洞组和下石炭统测水组的分界线。在盐田坳和莲塘一带断裂被第四系覆盖。

(2)浅层人工地震法探测

沿莲塘断裂共布置了6条测线，浅21～浅26测线探测的目标断层为莲塘断裂(F3):

从6条针对莲塘断裂布设测线分析可知，其中共有4条，发现4个断点，如表2所示，FP17～FP20。从这些断点的平面分布特征和已知地质资料分析，莲塘断裂是一条走向南西—北东，倾向北西的正断层。各断点向上错断到了T2地层界面。

浅层地震勘探莲塘断裂参数一览表表2

(3)钻孔联合剖面探测

对莲塘断裂隐伏段布设1条钻孔探测剖面，剖面布设在深圳梧桐山景区牌坊南侧的停车场内。剖面线总体呈北西向，局部为近南北向，横跨莲塘断裂。剖面线全长约 141.4 m，先后共布设9个钻孔(ZK1～ZK9)，孔距4.15 m～54.69 m不等。在后期进行野外地震地质点的复核过程中，发现剖面最北端的ZK7孔北西300°距离19 m的延伸线上(牌坊西侧保安亭)，有人工开挖的断层出露点。在钻探范围内均揭露构造岩，岩性为糜棱岩及二云母糜棱片岩，原岩遭到的碎裂化程度更为强烈，绝大部分原岩组分已粉碎，碎斑普遍粒度较细，原岩结构已无保留，碎基组分中，主要由重结晶作用生成的微粒长英矿物和绢云母及黑云母组成，碎粒含量较少，并由粗细不同的长英矿物及绢云母、黑云母的不同组分形成了岩石中的纹理条带。糜棱岩与二云母糜棱片岩之间在剖面中为不整合接触。

在ZK1南东方向约300 m处山麓处见早侏罗的流纹质火山碎屑岩出露，沿路往北西方向追溯岩性渐变为糜棱岩，未见明显的后期形成的脆性破裂面。而剖面所揭露的构造岩也有由南东向北西糜棱岩化由弱变强的趋势。

由上述钻孔剖面及地质调查的结果推断，在梧桐山停车场一带糜棱岩带宽度大，达200 m～300 m，叠加在其上的后期脆性破裂呈不连续分布、规模小，上盘为二云母糜棱片岩，下盘为糜棱岩，二云母糜棱片岩逆冲于糜棱岩之上。

(4)断裂活动性综合评价

莲塘断裂韧—脆性变形特征明显，沿断裂带发育宽厚的糜棱岩带和构造片理化带，后期脆性破裂叠加在早期韧性变形之上，所形成的糜棱岩化带宽达数百米，但在中生代后期的脆性破碎带规模较小。

该断裂与横岗—罗湖断裂同属深圳断裂带系统，其形成时代、活动性质大致相同，在断裂的脆性破裂阶段，早期为逆断性质，晚期为正断性质。晚第四纪以来，断裂通过的各级层状地貌面未见错位变形;断裂出露部位均未发现明显地貌变形;水系亦未见同步弯曲现象;断裂上覆晚第四纪盖层均无任何构造变动现象;构造岩以碎裂岩和硅化岩为特征，无新鲜破裂面，反映断层后期的活动性微弱。

浅层地震探测结果反映，各断点向上错断到了T2地层界面，相当于风化壳底界，说明断裂活动发生于风化壳形成之前。

古近纪以来至早更新世前，沿断裂带附近以侵蚀剥蚀以及风化剥蚀为主，缺失相关沉积物，同时在中上更新世形成厚达数米至十几米的残积土层。晚更新世至全新世时期，沿断裂附近没有形成新的沉积层，断层对上覆的中更新世残积土和坡积土层未产生扰动和切割。断层样品电子自旋共振(ESR)测年结果显示，北支福田断裂为25.9±2.5万年，在中更新世中期活动;南支田螺坑断裂在中更新世以前活动。

2.3 温塘—观澜断裂

(1)野外地震地质调查

温塘—观澜断裂可分西支和东支断裂，二者近于平行展布，总体走向328°，倾向SW或NE，倾角50°～75°。东支断裂东南起自新平村、经沙湾、下李朗、山塘、菠萝凹、南蛇塘、观澜镇至凹背围，目标区内全长约24 km。西支断裂起自深圳水库，往北西经求水山、大芬、贵坑至秀峰工业城一带，全长约10 km。

东支断裂切割的地层岩石有石炭系、侏罗系和白垩纪花岗岩，与西支断裂情况相类似，东支断裂在丹竹头—甘坑水库段形迹模糊，而靠近观澜镇则趋向清晰。

西支断裂自东南往西北依次切割的地层岩石有石炭系、前寒武系、奥陶纪花岗岩、侏罗系和白垩纪花岗岩，断裂出露断续，在求水山—大芬—贵坑段潜伏于布吉镇建筑群之下，而在其余地段均可见断裂地表出露。

(2)浅层人工地震法探测

沿温塘—观澜断裂共布置了12条浅震测线(浅27～浅38)，其中共有7条，发现断点有8个，FP21～FP28。综合分析表明，温塘—观澜断裂是一条走向南东—北西、倾向南西的正断层，断点FP28向上错断到了T1地层界面，其他各断点向上错断到了T2地层界面。

(3)钻孔联合剖面及电磁波CT探测

根据温塘—观澜断裂展布特征，在大望新平村、观澜大布巷等断裂隐伏段，各布设了1条跨断层钻孔探测剖面，在大望新平村布设了4对电磁波CT探测剖面。

①钻孔联合剖面探测

大望新平村钻孔剖面位于温塘—观澜断裂东支南东段，与该断裂的近于直交，剖面线全长约95.72 m，共布设10钻孔，孔距2.26 m～34.22 m。多个钻孔揭露糜棱岩、压碎岩、硅化压碎岩和碎裂石英粉砂岩，破碎带宽度大于20 m，其中压碎岩与硅化压碎岩宽度为14 m。破碎带的上盘面(压碎岩与糜棱岩之间的破裂面)倾向南西，视倾角为45°，硅化压碎岩与碎裂石英粉砂岩之间的破裂面视倾角较缓，约30°，呈波状起伏。

观澜大布巷钻孔剖面位于温塘—观澜断裂东支西北段，布设钻孔8个，揭露破碎带宽度仅为5 m。

根据上述两个钻孔探测剖面资料，横跨断裂带上所覆盖的上更新统及全新统没有任何被错断的迹象，也没有发现覆盖层受到任何扰动现象。

②电磁波CT探测

在温塘—观澜断裂的大望新平村探测区内共选择了ZK5、ZK6、ZK7、ZK10钻孔，完成CT探测剖面4对，各剖面的探测结果表明，断层破碎带埋深在11.0 m以下，并未错动上覆第四系土层，断层倾向南西，视倾角约为 40°。

(4)断裂活动性综合评价

温塘—观澜断裂在目标区穿过的多数区域两侧相对高差较小，断层三角面不发育，在影像上和DEM数据上表现为线性特征，地貌控制并不明显。宏观上，断裂所穿过的风化剥蚀残丘大致呈北西向排列。在观澜河谷地一带发育标高60 m～80 m的四级台地，而缺失三级台地，表明自四级台地形成以后观澜河流域处于持续抬升的状态。断裂通过地段的水系为羽状水系，沿断裂亦未发现有同步拐弯现象。

钻孔探测剖面反映破碎带的上、下盘面以及覆盖土层不存在差异变化，显示断裂自晚更新世以来无活动，没有使上更新统发生位错。

浅层地震勘探结果反映，个别断点向上错断到了T1地层界面，相当于第四纪覆盖层底界，其他各断点向上错断到了T2地层界面，相当于风化壳底界。

温塘—观澜断裂活动时代较区内北东向断裂新，往往切割、错移北东向断裂。沿断裂形成一系列的残丘台地，断裂通过部位未发现有地貌异常现象。构造岩电子自旋共振年代测试结果显示断裂活动年龄在21.1±2.1～51.8±5.1万年之间，即温塘—观澜断裂活动于中更新世中、晚期，断层上方覆盖层底部的残积风化土层物质未受到扰动或被切穿。

3 目标断层发震能力评价

3.1 目标区发震能力评价—由区域构造背景判断

我国大陆东部基本处于东西两侧板块和地块近于相向挤压或推挤的共同作用之中［3］。华南沿海地震活动的一个重要特征是地震强度与频度从沿海到内陆(由东南向西北)逐渐减弱，历史破坏性地震多沿北东向断裂发生，6级以上地震常常发生于NE向断裂与NW或近EW向断裂相交汇区，在闽南粤东强震多发区更为明显。上述闽南粤东强震多发区位于“台湾动力触角”影响区之内，其中以北东向滨海断裂带为集中发震带。该影响区距离深圳目标区在200 km左右，因此“台湾动力触角”对深圳目标区的影响较小，加之目标区内断裂均为中更新世断裂，并无晚更新世以来活动断裂，可以肯定目标区发生7级以上地震的可能性极小。

深圳目标区虽地处东南沿海地震内带，但与可能发生强震的滨海断裂带最近距离约50 km～60 km，与NW向珠江口断裂带距离更近，最近处为 4 km～10 km。珠江口断裂带以往研究被定为晚更新世活动断裂。从上述背景判断，目标区外围邻近地区有发生7级以上强震的可能性。

3.2 早第四纪断裂潜在地震的最大震级评估——由入倉—三宅经验关系估计

根据野外地震地质调查与浅层地震探测的结果表明:目标区内的横岗—罗湖断裂、莲塘断裂及温塘—观澜断裂均为中更新世断裂。

根据闻学泽［5］的研究，包括横岗—罗湖断裂等在内的上述非全新世活动断层的一个重要特征是:即使发生中等—中强地震，沿地表断层迹线也不会发生地震破裂和同震错动。因此，这类断层(段)的最大地震强度与断层的延伸长度、地震时沿地表断层的位移量无关，但可以由地震强度—地表位移的下限值进行估计。

日本地震学家入倉次郎和三宅弘惠［6］系统总结了全球范围现代地震矩(M0)与地震时地表断层同震位移D的经验关系表明:大量伴有明显地表同震位错的地震的地震矩均大于1.585×1025(dyne－cm);而地震矩在3.162×1024～1.585×1025(dyne－cm)之间的地震，即使在地表产生位错也不超过25 cm。

考虑到在深圳这种地表流水侵蚀作用较强烈的地区，地震时即使沿上述目标断层的地表迹线产生25cm以下的位错也很不易保存和积累下来，从而使得产生这样小量地表位错的地震断层，可能在宏观上也表现为非全新世断层。因此，从安全的角度可考虑沿这些目标断层发生中强地震时，沿它们的地表断层迹线可能产生25 cm以下的同震位错，最大地震矩为1.585×1025(dyne－cm)，由 Hanks和 Kanamori［7］提出的关系式:

估计出相应的震级为Ms6.0级。因此，由入倉—三宅经验关系估计得到的横岗—罗湖断裂、莲塘断裂以及温塘—观澜断裂潜在地震的最大震级估值为Ms6.0级。

3.3 目标断裂潜在地震的最大震级估计——构造类比

在我国华南沿海除琼北地区之外，强震多发生于NE向与NW向或近EW向断裂相交汇地区，且NE向断裂多为发震断层，如闽南粤东的强震密集区。6级以上地震往往可以与上述构造背景相联系。

北东向断裂:与目标区地震构造相类似的区域范围乃至整个华南地区M＞6级地震有，1631年8月14日湖南常德6地震、1936年4月1日广西灵山6地震、1962年3月19日广东河源2.1级地震以及1969年7月26日广东阳江6.4级地震。研究表明，这些地震的发震构造均为北东、北东东向，历史地震等震线长轴方向统计表明，未来在华南沿海发生破坏性地震，发震构造为NE或NNE向的概率为67%。

自上世纪以来，与目标区地震构造相类似的区域范围乃至整个华南地区的有仪器记录以来，最大地震为1969年7月26日的广东阳江6.4级地震，地震发生于NE向断裂与NW向断裂的交汇区，NE向平岗断裂为发震断层。此次工作的北东向目标断裂包括深圳断裂带的横岗—罗湖断裂、莲塘断裂，目标区为NE、NW两组断裂相交汇区，与1969年阳江6.4级地震的构造背景近似。1969年阳江6.4级地震与本次工作的目标区均位于广东沿海，在地震区、带划分图上均紧邻东南沿海地震带的外带，而深圳目标区距离“台湾动力触角的影响区”则更近一些，既然阳江地区已发生了6.4级地震，深圳目标区发生同样震级地震的可能性是存在的。考虑到上述因素及地震震级的不确定性，综合考虑目标区内北东向的深圳断裂带的横岗—罗湖断裂、莲塘断裂的最大震级定为6.5级。

北西向断裂:与目标区地震构造相类似的区域范围乃至整个华南沿海地区，除“台湾动力触角”影响区之外，发震构造为北西向的地震均为Ms≤6级地震。依据构造类比的原则，目标区北西向温塘—观澜断裂的最大发震能力应不大于6.0级。

3.4 结论

综合前文入倉—三宅经验关系及区域构造类比方法，得到了目标断裂最大震级的评估结果(表3)，这两种评估结果存在着差异。美国2008年最新的地震区划工作报告［8］中指出，“最大发震能力与所在区域是相关的，……最大震级应根据区域乃至全球构造类比的结果确定”因此，对于目标区内的北东向断裂即深圳断裂带的横岗—罗湖断裂、莲塘断裂，其最大发震震级取构造类比的结果为Ms6.5级;对于目标区内北西向断裂即温塘—观澜断裂，综合考虑将其最大发震震级定为Ms6.0级。此次深圳市活断层探测主要断裂的危险性评价图如图2所示。