大连市普湾新区地震小区划研究

高 山，吕世全，肖 遥

（1.中国地震灾害防御中心，北京 100029；2.辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

0 引言

大连市普湾新区位于辽宁省大连市北部的普兰店市西侧，总占地面积1008 km2。普湾新区的地震小区划工作是按国家标准GB17741-2005《工程场地地震安全性评价》Ⅲ级工作要求进行的[1]，区域取场地周围180km 的范围。

普湾新区处在辽东半岛东南侧，金州断裂、普兰店湾断裂和普兰店—长海NW 向构造带在区内交会，区域地震地质条件十分复杂[2]。据文献记载，1861 年普兰店东曾发生过6 级地震[3]，这是除1975 年海城7.3 级地震以外辽宁省乃至东北地区有文字记录以来罕有的陆域浅源中强地震活动[4-5]。1970 年以来区域范围内共发生MS≥4.7 级破坏性地震31 次（含海城7.3 级等大地震的强余震），1.0≤ML≤5.0 级地震2600多次，4.7 级以上中强地震沿NE 和NW 两个方向呈定向排列并相互交叉呈网络状分布。近场区内发生过多次破坏性地震，其中1861 年普兰店东6 级地震位于近场区东部边界上[6-7]，该次地震是对场址影响最大的地震活动，其发震构造为普兰店—长海NW 向构造带，金州断裂则为控震构造[8]。

基于普湾新区已有的地震地质研究基础和场地具体的地震工程地质条件，本项地震小区划工作全面整理和分析了区域和近场区地震活动。对区域、近场区和场地的地震构造环境进行了综合分析。在地震危险性分析中，选取了多个场地内的控制点，计算了各个点位的基岩地震动参数。根据场地地貌、第四纪地质分析，合理安排钻孔剖面的深度和密度，开展剪切波速、标准贯入锤击速和场地土动力学参数等测试，确定和划分场地地震工程地质条件，差异性的选取了若干控制点进行土层动力反应分析，以确定场地地表设计地震动参数。最后对普湾新区规划区作了地震动参数小区划和地震地质灾害小区划。

1 近场区地震地质

近场区在大地构造上处于胶辽台隆的复州台陷内（图1），所出露的地层有太古宇鞍山群、下元占界辽河群、上元古界青白口系—震旦系、古生界寒武系—奥陶系—石炭系和中生界侏罗系。近场区有长度大于20 km 的断裂13条，可分为NNE 向，NW 向和近东西向三组，近场区中部断裂构造发育较多。

近场区地貌主要有两部分，中部的低山、丘陵区和两侧的滨海冲积平原及阶地，其间过渡有坡洪积——冲洪积扇裙和台地。第四系地层主要分布于沿海地带、山间谷地、低山区和山麓前缘，层序齐全。区内新构造运动以差异上升运动为主，并伴随有不均匀的下降，沿海地带为升、降运动的交界带。在陆域断块上升的过程中伴随有断裂复活、河流袭夺、温泉出露和断陷盆地生成等多种现象。

图1 近场区地震构造图Fig.1 The seismotectonic map of the near-field areas

2 地震危险性分析

2.1 潜在震源区划分及地震活动性参数的确定

潜在震源区的确定以《中国地震动参数区划图（2001）》划分方案为基础[9]，并参考近些年来新的研究成果[10]，在区域及附近地区共划分出25 个潜在震源区，其中8.0 级和7.5 级潜在地震源区各一个、7.0 级潜在震源区7 个，6.5 级潜在震源8 个、6.0 级及5.5 级潜在震源分别为7 个和1 个。场地处在郯庐地震带，震级上限为8.5 级，震级-频度关系中的a=3.89、b=0.83。郯庐带4 级以上地震年平均发生率为0.97。另外，根据确定空间分布函数的原则，计算了主要潜在震源区的空间分布函数。

2.2 地震动衰减关系

本文采用的地震动衰减关系为：

lny=2.027+0.548 M-1.902ln（R+1.7（0.425M））σ=0.24（长轴）

lny=1.035+0.519 M-1.465ln（R+0.389（0.525）M）σ=0.24（短轴）

2.3 地震危险性分析计算

在区划范围内以0.02°×0.02°进行网络划分，在区划范围内的计算点有107 个，将各个计算点50 年超越概率63%，10%和2%的基岩峰值加速度计算完成后，以5 gal 作为分区间隔，将区内基岩地震动输入参数分为9 个区，每个分区取各计算点的平均值作为基岩地震动参数输入值。50 年三个概率准基岩地震动水平峰值加速度平均值计算结果的变化范围是，63%为36.8～43.2 gal，10%是131～168.8 gal，2%是253.2～339.6 gal。统计表明，对场地贡献最大的是瓦房店、盖县东和瓦房店南和渤中等地潜在震源。

3 场地工程地质条件勘查

场区范围较大，按规范要求，在地震工程条件分析中开展了地貌、第四纪地质调查和钻孔探测、波速测试、标贯测试、土动力学试验、场地类别划分、工程地质分区等方面的工作。

工作过程中共取得了368 个钻孔资料，包括104 个实际勘探孔和264 个收集孔。钻探深度小于5 m 的7 个、大于30 m 的22 个。钻孔剖面第四系厚度小于5 m 的104 个、5～15 m 的159 个、大于15 m 的105 个。钻孔资料显示，场区内土体有黏土、素填土、粉质黏土、淤泥、淤泥质粉质黏土、粉土、粉砂、细砂、中砂、粗砂、碎石土等，揭露基岩有灰岩、石英岩、页岩、砂岩、花岗岩等。按岩土体的分布，场区内可划分为7 个不同的分区。

根据地貌、第四纪地质条件及岩土体特征可将场地分三个工程地质区。Ⅰ区围绕普兰店湾外围，属低山—丘陵基岩区，Ⅲ区主要在场地中西部，属滨海海积—冲海积平原区，粉细砂、淤泥、淤泥质粉质黏土和人工填土分布，Ⅱ区位于Ⅰ、Ⅲ区之间的过渡带，为坡洪积—冲洪积扇裙及河流阶地、河漫滩、砂土、砂砾石及粉质黏土等分布。

根据104 个实际钻孔的土层等效剪切波速计算，得到场地土层等效剪切波速主要分布在123～298 m/s 之间，剪切波速≥500 m/s 的均为风化基岩。经钻孔等效剪切波速测试和计算判断，场地低山—丘陵基岩区属lO类场地，平原、人工填土区、山前坡洪积—冲洪积扇裙、台地、河漫滩属l1类场地，滨海平原、人工填积区和河谷地带属Ⅱ类场地。

4 场地土层地震反应分析及地震动参数小区划

4.1 地震动输入选取与计算模型确定

以基岩加速度反应谱和峰值为目标，用数值模拟方法合成地震动时程作为土层地震动力反应分析的地震动输入值。合成基岩地震动时程时，50 年超越概率63%，10%和2%的目标峰值加速度和反应谱取地震危险性分析得到的9 个分区值的结果，并分别合成各概率水平的地震动时程，对每一概率水平情况都分别合成三个不同随机相位的地震动时程，样本合成时以0.02s 为间隔，各概率水平的时程离散点数均为4096，目标谱在0.04～6 s 内取80 个控制点，以保证拟合目标反应谱的精度。拟合目标加速度反应谱时，其拟合相对误差小于5%。

本次工作取钻孔资料91 个，其中有59 个孔处于Ⅰ类场地，13 个为现场钻探孔。统计91个钻孔的剪切波速资料，按照乘幂回归得到场地不同土类的剪切波速随深度变化的回归公式及回归曲线。

4.2 结果分析

本项工程共对72 个钻孔进行了地震土层反应分析，对场地进行地震反应分析时，分别以3 种概率水准的基岩地震动加速度时程，按幅值一半作为一维土层反应分析模型的计算基底入射波输入值。

通过在区划范围内对基岩区和第四系覆盖区进行了分区，钻孔主要布置在第四系区；第四系区在地貌、第四纪地质研究的基础上，分析了场地的工程地质条件，合理布置钻孔剖面，进行波速测试，以得到合理地震动参数区划结果。

4.3 地震动参数小区划分析

根据土层地震反应分析和地震危险性分析结果，对50 年超越概率63%，10%和2%的地震动参数峰值加速度和Tg 分别进行了区划。

小区划范围内Ⅰ类场地占地约250 km2，Ⅰ类场地直接按基岩计算结果进行分区。Ⅰ类场地50 年超越概率10%的分区以160 gal 为界，分为2 个区。160 gal 以下的分区结果取值145 gal，160 gal 以上的按165 gal 取值。50 年超越概率63%，2%的分区原则同50 年超越概率10%。由于两区的特征周期值没有变化，取相同的特征周期值。

Ⅱ类场地主要根据50 年超越概率10%的计算结果，结合工程地质分区可分为5 个区，50 年超越概率63%和2%的分区与50 年超越概率10%相同。整个普湾新区地震小区划的分区为7 个。

5 地震地质灾害小区划

5.1 砂土液化判别及分区

根据钻孔资料的分析，场地土层中有粉细砂和细砂等，同时场地第四系孔隙潜水水位极浅，存在发生砂土液化的条件。液化的判别采用《GB50011-2010 建筑抗震设计规范》所规定的方法，根据对场地128 个钻孔砂土所进行的液化判别，可以得到不同设计地震动条件下场地的液化情况。场地在设计地震动加速度0.10 g、0.20 g、0.30 g 和0.40 g 时均有砂土液化问题，只是液化范围和液化程度有差别。

图2 普湾新区砂土液化分区图（0.20 g）Fig.2 Sand liquefaction zoning map of Puwan New Area（0.20g）

5.2 软土震陷判别及分区

按照JGJ-83-91《软土地区工程地质勘察规范》对场地内31 个软土层发育的钻孔进行了软土震陷判别。结果表明，在地震作用为Ⅶ度（0.10 g 和0.15 g）时，淤泥、淤泥质黏土及粉质黏土有发生震陷的可能性，震陷区分布在普兰店工业区局部、化工园区、西大山西南以及鞍子河入海处、长店堡西等地。震陷程度为轻微，震陷量小于30 mm。在Ⅷ度（0.20 g 和0.30 g）时，震陷区主要分布于普兰店工业区局部、化工园区、西大山西南及鞍子河入海处，长店堡北和三十里堡北亦有小块分布，震陷程度中等，震陷值在150 mm 左右（图3）。Ⅸ度情况下震陷分布区与Ⅷ度区相同，只是震陷范围更大，震陷值在350 mm 以上。

5.3 场地断裂地震地表破裂的危险性评估

图3 普湾新区软土震陷分区图（0.20g 和0.30g）Fig.3 Seismic settlement zoning map of soft soil in Puwan New Area

通过场地的断裂构造主要有NE-NNE 向金州断裂、近东西向普兰店湾断裂和普兰店—长海NW 向构造带，研究结果显示普兰店湾断裂为前第四纪断裂，金州断裂在晚更新世活动，普兰店—长海NW 向构造带在中更新世有活动。根据《GB50011-2010 建筑抗震设计规范》的规定[11]，断裂为非全新世活动断裂时，可以忽略断裂错动对地面建筑的影响；另外，沿普兰店—长海NW 向构造带虽然发生过6 级地震，但根据蒋溥等人的研究，6.5 级以下地震所产生的地表断错实例很少，所占比例小于1%[12]。因此，上述3 条断裂构造均可以不考虑其作为发震构造产生地震地表破裂的影响。

6 讨论与结论

通过开展大连市普湾新区地震小区划工作，可以得到以下几点结论：

（1）场地所在的区域历史上共发生MS≥4.7级地震31 次，其中7 级以上地震3 次，最大地震7.3 级，曾对场地产生过Ⅷ度影响。通过区域地质构造资料整理分析，存在发生7 级以上地震的构造条件，未来百年仍有发生7 级以上地震的可能。

（3）地震危险性分析结果表明，不同超越概率的基岩地震水平向峰值加速度可分9 个区，50年超越概率63%的峰值加速度为36.8～43.2 gal，10%的峰值加速度为131～168 gal，2%的峰值加速度为253.2～339.6 gal。

（4）从地震反应分析的结果可以看出，场地内有7 个分区，其中2 个位基岩区，5 个在土层区。50 年不同超越概率的地震动参数分别为，基岩区63%为0.04～0.05 g，10%为0.145～0.165 g，2%为0.300～0.350 g，土层区63%为0.0520～0.070 g，10%为0.155～0.180 g，2%为0.300～0.400 g。

（5）场地可分为两类场地和三个工程地质区。基岩区属Ⅰ类，滨海平原及人工填积区属Ⅱ类。工程地质Ⅰ区即低山—丘陵基岩区分布在普兰店湾周围，Ⅱ区即山前坡洪积—冲洪积扇裙、河流阶地、河漫滩区分布于Ⅰ区和Ⅲ区的过渡带，Ⅲ区及滨海海积—冲海积平原、人工填积平原区主要分布于场地中西部。

（6）据判定，场地内的粉土、细砂、粉砂在0.10g 至0.40g 的地震作用下均有不同程度的液化发生。液化区主要分布在盐田及填海区，松木岛地区，普兰店市部分建成区和工业区。场地内的淤泥质软土在0.10 g 至0.40 g 的地震作用下均有不同程度的震陷发生。震陷随地震作用的增加而加重，震陷区主要分布于普兰店市工业区局部，化工园区，西大山西南和鞍子河入海口处。场地的基岩边坡较稳定，不易发生滑坡、崩塌、泥石流等灾害。场地内发生地震地表破裂的可能性很小。