活动断层的避让问题探析

2020-11-11牟再来

科技与创新 2020年21期

牟再来

（成都理工大学，四川成都610059）

活动断层是地震发生的主要原因，当前国家地震预报工作无法完全满足建筑物设防抗震的要求。应基于活动断层探测工作科学设置避让宽度，进而规避活动断层可能遇到的地震灾害。因此，有必要深入分析活动断层避让关键问题，明确避让对象和位置，为地面建筑物开展科学避让断层工作提供技术支持。

1 活动断层概述

中国活动断层分布十分广泛，属于多地震国家，在发生地震灾害时震级大、频率高，灾害严重。同时，活动断层和地震带之间关系密切，活动断层带是决定地震带分布和发生地震问题的主要因素。因此，勘测和定位区域地下活动断层可以测评断裂区域周边的强地面活动，为区域防震减灾提供支持。确保新建项目避开活动断层，并为已存在建筑物提供加固抗震的技术支持。

通过研究地震断裂、断层等方面发现，通常地震灾害主要是地壳已经存在的活动断层发生滑动、断裂所产生的结果[1]。地震原因是活动断层面发生闭锁问题，导致其积累弹性应变力。当增加值达到某一特定摩擦强度后，会导致地壳内发生地震问题。活动断层避让工作则借助地质构造原理明确避让对象，通常未发生地震断裂的区域会由于原始活动断层破裂带而出现地震问题，因此应围绕物理、地质等方面明确活动断层的避让问题。

2 活动断层避让问题分析

2.1 避让对象及断层定位

2.1.1 避让对象

活动断层包含两类，分别为第四系覆盖断层和可见地表迹线情况，前者属于隐伏活动断层，而后者是常规活动断层。隐伏活动断层破裂拓展阶段涉及到位移量、断层倾角、材料力学性、松散沉积厚度等要素，因此断层的类型、拓展方向、地标位置、变形幅度等具有随机性。若断层拓展至地表后，出现破裂带或形变带，则可以显示局部特征，其宽度具有稳定性。隐伏活动断层由于被沉积物所覆盖，其地表缺少明显活动断层，因此无法精准定位避让活动断层。不过研究发现可见地表迹线活动断层会借助位移和发生间隔有规律地反复发生断裂问题，出现局部化特征，便于工作人员明确避让对象和实际位置。例如，新时期地面建筑物大多属于地下工程项目，需要开挖数十米的地基。因此，利用地基开挖或探槽设备（埋深低于5 m）可以明确该区域隐伏活动断层，进而定位避让对象。同时，当多种机械设备无法定位隐伏活动断层时，地表可能出现断裂问题，但位置不固定。因此可以在活动断层地表上进行垂直投影，借助“地球物理”勘探的方式，将投影位置设置为标志线（点）。结合《建筑抗震设计规范》中的相关条款划分影响带，在区域内控制建设项目，并提升设防抗震的标准[2]。

2.1.2 断层定位

当地面建筑物跨越或接近活动断层时均会受地震影响导致结构破坏，甚至因地表错动而出现损毁问题。活动断层的危险率受地震灾害间隔复发时间、活动断层复杂性、建筑物结构的影响。活动断层结构和位置是避让该位置灾害带的关键。当开展避让活动时，需要借助大比例尺填图、探槽等技术确定活动断层的倾向、走向、倾角，在探槽壁上设置分支、主断层、次级断层等结果[3]。注意变形带的宽度应设置为十几米，从而划分出活动断层的变形范围。此外，有关地质工程师、地质专家结合活动断层探测技术定位灾害带位置，可以划分主断层周边的变形带界限，确保探槽间隔低于10 m，分布图比例尺大于1∶1 000。

2.2 断层局部特性

当发生地震灾害时，活动断层会在地表出现局部特征，其破裂的宽度受到位移数值、断裂类型的影响。当处于活动构造划定时间域内，应力场稳定，活动断层性质固定。因此明确避让活动断层关键问题是鉴定断层活动性，进而针对性制定解决方案。以汶川地震为例，地震前期龙门山区域断裂带的映秀断层与灌县—安县断层形成多处断坎。经过汶川地震后又出现新的破裂问题，其中包含隆起、地段层陡坎、正断层陡坎、走滑陡坎等情况。因为汶川地震大多属于垂直差异性破裂带，因此周围建筑物受到影响的主要原因是地表变形的梯度，当该数值小于0.03 时，轻度损伤建筑物；该数值在0.03～0.07 时，中度损坏建筑；该数值在0.07～0.1 时会严重损坏建筑；变形梯度大于0.1 会导致建筑物完全倒塌。

2.3 断层破裂带宽度

2.3.1 走滑断层

走滑断层是断层面直立且块体做水平运动的断层，其中包含斜滑断层、左旋滑断层、右旋滑断层。例如，中国青藏高原鲜水河、东昆仑、阿尔金断裂等均属于左旋滑断层问题。常规情况下走滑断层产生的破裂问题会按照地表迹线呈对称式分布，平均宽度是30 m。若破裂宽度受到走滑断层重叠数值或自身宽度的影响，当宽度在数十米时，可将该区域设置为变形带进而完成避让。若宽度较大，应借助探槽的方式设置地质变形带、级断层的边界，进而科学分析避让距离。

2.3.2 倾滑断层

倾滑断层可以划分为正断层、逆断层两种，因为二者的上盘变形数值相较于下盘略大，会出现上盘效应，因此区域灾害带的实际宽度是下盘的2～3 倍。在思考避让问题时，应将上盘效率归入研究范围内，若下盘的最低避让距离是变形带外15 m，则上盘的变形边界是30～45 m。由于正断层地表位置倾角是50°～30°，因此建议其上盘最小距离应设置在边界外部的30 m 位置。

2.3.3 逆断层

中强度、大型、特大型地震均会出现地表破裂问题，其破裂长度、复杂度、地表破裂等过程会影响地表建筑物，导致其破损或倒塌。同时，严重的地震灾害会出现山体崩塌等灾害问题，导致建筑物损坏。通过分析汶川地震地表破裂宽度数值、其他逆断层破裂宽度，借助宽度统计方式得到可活动的逆断层宽度是30 m。因此，有必要加强对活动断层的研究，针对避让带加大执法、立法力度，提升区域震害预防水平。

2.4 避让距离确定

2.4.1 基本值确定

若断层倾角约等于90°且无断层陡坎问题，断层和周边建筑物的最小安全距离是基本避让距离，可用Do表示（单位是m）。由于特殊建筑和一般建筑的安全要求具有差异性，在设置避让距离时应结合其危险性确定如下数值：一般建筑物和全新世破裂区域的基本避让距离是15 m；一般建筑物和晚更新破裂区域的基本避让距离是8 m；特殊建筑物和活动断层迹线的基本避让距离是400 m。

2.4.2 一般建筑物避让距离

建议结合逆断层、正断层、走滑断层等类型，依据地基深度、断层倾角等数值确定晚更新和全新世的断层距离。当建筑物在走滑断层的下盘位置时，应按照Dd=Do计算避让距离Do，其中Do为基本避让距离，断层倾角接近90°，单位是m。Dd为断层下盘的避让距离，单位为m。若建筑物处于走滑断层的上盘区域，则计算公式为：

式（1）中，Dn为上盘避让距离；Hb为地基深度；α为断层倾角。

2.4.3 特殊建筑物避让

特殊建筑物实际上是具有特殊要求的项目，若发生地震会产生严重的灾害后果，因此建议依托特殊建筑物标准进行建设。在分析避让问题时，应结合建筑物的特殊性和抗断情况规避活动断层，并研究强地面活动出现的地基错位、振动破坏导致的倒塌问题。

2.5 抗断问题

当前中国现代化城市的建设使得农村人口向城市转移，城市建设规模逐渐增加。因此有必要精准设置避让距离，以下围绕两方面，结合活动断层破裂带的宽度提供化解避让问题的建议。

2.5.1 一般工程

当一般建设项目接近走滑层区域，建议设置最小的避让距离，范围是变形带边界至内外部的15 m。若工程处于正断层位置，则应分析断层的上盘问题，确保下盘的最低避让距离是变形带外部的15 m，上盘的最低避让距离是变形带外部30 m。如果项目位于逆断层周边，下盘的最低避让距离是变形带外部15 m，上盘的最低避让距离是变形带外部45 m。

2.5.2 关键工程

关键工程的建设规模大、要求高，建设过程十分重要，需避免地震引起的次生灾害。由于逆断层的破裂度和建筑毁坏度相较于走滑层严重，因此处于倾滑层的关键工程（生命线工程、应急指挥建设项目等）需设置大于3 km 的避让距离。若建设测试项目、生产项目、易燃易爆项目时，应将距离控制在大于5 km 的范围。因此，有必要结合倾滑断层、走滑断层的破裂特点与差异性，优化地基抗断及结构设计，发挥吸收、分散功能，化解地震错动和破裂产生的消极影响。