活动断层研究进展及其科学前沿问题讨论

徐锡伟，李 峰，程 佳,，刘保金，陈桂华，李 康，任俊杰,，贾启超,

(1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国地震灾害防御中心，北京 100029；3.应急管理部国家自然灾害防治研究院，北京 100085；4.中国地震局地球物理勘探中心，河南 郑州 450002；5.中国地震局地质研究所，北京 100029)

大地震/特大地震震例现场考察表明：活动断层不仅是产生高震级地震的潜在震源，而且还是严重地震灾害链的元凶，如同震破裂/错动会直接剪切或撕裂坐落在活动断层上的建(构)筑物导致其开裂、倒塌等致命性毁坏，近断层强地面运动引发建(构)筑物的震动破坏[1-4]。1999 年相继发生的土耳其伊兹米特M(magnitude)7.4 级地震、中国台湾地区集集M7.6 级地震和美国赫克托曼(Hector Mine)M7.1 级地震等3 次大地震现场考察发现，沿发震活动断层产生的地震地表破裂带具有破裂局部化特征，它们直接控制了抗震设防烈度标准相对较高地区的严重地震灾害沿发震活动断层呈现带状分布[3,5-13]。我国新构造运动强烈、具有发震能力的活动断层广泛分布、历史地震灾害严重，其中北京、唐山、银川等城市均遭受过大地震侵袭。面对严峻的地震灾害风险形势，中国地震局地质研究所徐锡伟研究员牵头，联合中国科学院和教育部等相关科研人员于2000 年率先提出的《城市活动断层试验探测》(计高技〔2001〕977 号)得到了原国家计委资助，2004年在国家发展和改革委员会资助下牵头实施了《城市活动断层探测与地震危险性评价》科学工程(发改投资〔2004〕1138 号)，对包括北京、天津、上海等20 个大中城市进行了活动断层探测、活动性鉴定和发震危险性评价，在13 个城区鉴定出了26 条陆地活动断层和1 条东部海域活动断层[14-15]；2008 年汶川地震发生后，在财政部、科技部和地方政府多渠道资助下，2009 年起各省除继续开展城市活动断层探测外，还实施了财政部经常性科研项目《我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价》(1521044025)、科技部公益性行业科研专项《中国地震活动断层探察》(200908001、201108001 和201419023)，对华北地区、南北地震构造带、天山地区、东南沿海及其滨海断裂等活动断层进行了1∶50 000 填图和地球物理勘探，并对2001 年昆仑山口西M8.1 级地震、2008 年汶川M8.0 级地震、2010 年玉树M7.1 级地震等10 余次破坏性大地震进行了现场考察，获得了大量活动断层准确的空间位置、活动性参数，揭示了活动断层地震破裂行为特性，起草颁布了活动断层探测等相关国家与行业技术标准，建立了活动断层探测全过程多源数据管理技术平台，为实现“地下搞清楚”的防震减灾战略目标提供了创新性理论与技术支撑，有效降低了活动断层探测区大地震灾害风险，开创了城市防震减灾工作的新途径，使活动断层探测和1∶50 000 活动断层填图成为我国震害预防基础性探测业务工作[8,15-16]。

邓起东先生曾于2008 年回顾了国内外活动构造发展历程，阐述了圣安德烈斯断裂与1906 年旧金山地震关系、活动断裂、地震“弹性回跳”假设等名词的由来和定义，以及活动断层深浅构造关系、滑动速率、同震位移、累积位移、古地震、大地震复发间隔、最晚地震离逝时间和地震破裂分段性等活动断层定量参数及其在地震中长期预测、大地震发生概率、地震潜在危害性评估等方面的进展与应用，提出了应制定活动断层大比例尺填图国家计划，以稳步推进薄弱地区和主要地震带研究工作，重视活动断层定量参数的不确定性、复杂滑动行为地震危险性评价方法和新生代构造动力学研究[17]。此后，随着城市活动断层探测、活动断层大比例尺填图和近20 多年以来大地震、特大地震地表破裂考察等成功实施，不仅产出大量宝贵的科学资料和数据，也取得了一批高水平原创性研究成果。

笔者扼要介绍了活动构造的研究历史、进展，综述了活动断层探测的突出进展和滑动规律的最新认识，讨论了未来活动断层研究的科学前沿问题，以便更好地引领我国震害预防工作的前进方向，推动具有物理意义的地震监测预报的进步。

1 活动断层探测技术的主要进展

根据GB/T 36072−2018《活动断层探测》可知，活动断层指的是距今120 000 年以来有过活动的断层，包括晚更新世断层和全新世断层。2000 年前后，城市活动断层探测在国内外尚无先例和适用的探测技术体系，如城区复杂地震地质环境和强噪声弱信号条件下隐伏活动断层定位、活动性鉴定和地震危险性评价等，尚未开展相应的科研活动。原国家计委资助的《城市活动断层试验探测》(计高技〔2001〕977 号)项目和《城市活动断层探测与地震危险性评价》(发改投资〔2004〕1138 号)科学工程前期开展了分区试验探测，针对福州盆地及西南山间盆地、黄土高原、华北平原等不同第四纪地质环境和城市高噪声弱信号复杂条件，开展了第四纪地层钻孔划分[18-20]、隐伏断层活动性探槽鉴定[21]、隐伏活动断层高分辨率浅层地震数据采集技术[22-32]、地震勘探震源对比试验[33]、复杂介质结构中折射界面的哈格多恩原理波前成像[34]、城市环境条件下电磁噪声和环境干扰对浅层电磁方法的影响[35]、高密度电法和瞬变电磁法试验探测[36]以及地球化学试验探测[37]等系列试验。通过上述多学科的联合探测研究，完善和发展了适合城市环境条件下隐伏活动断层探测与鉴定技术，突破了人类活动强烈、松散沉积物和建(构)筑物覆盖、强噪声弱信号复杂环境条件下活动断层定位、鉴定、危害性评价等技术瓶颈，起草颁布了系列活动断层探测技术标准。在此基础上，中国地震局组织行业内外46 个科研机构的500 余位科技人员，历经4 a的联合攻关，完成了北京、乌鲁木齐、上海、天津、昆明、西安、兰州、银川、海口、呼和浩特、沈阳、南京、太原、郑州、宁波、长春、西宁、青岛、广州、拉萨等20 个城市的活动断层探测[15]。迄今为止，全国已经实施或完成了130 座城市活动断层探测和141 条活动断层大比例尺填图(图1)。城市活动断层探测突破性进展包括以下几个方面。

图1 我国已完成探测的城市与已填图的活动断层分布Fig.1 Map showing the distributions of the surveyed cities and mapped active faults in China

1.1 发展了城市强噪声弱信号隐伏活动断层探测定位技术

城市地区人类活动频繁、干扰大、施工条件限制多，常规浅层地震勘探在城市高噪声复杂环境下难以获得近地表介质物性结构差异的反射波信息，难以分辨城市地下浅层沉积物复杂精细结构，难以探测出城市隐伏活动断层在近地表的精确位置。在浅层地震试验探测中，针对城市高噪声复杂环境特点和难以获得近地表反射波信息等问题，采用能量可控和宽高频Vibseis 信号实时相关、零偏移距空间高密度采样等关键技术，有效压制了城市强干扰背景噪声并获取近地表多波地震信号；针对仅利用地震记录的反射波信号难以得到近地表地层结构的问题，采用在近地表地层中传播的直达波、折射波和反射波联合成像方法，获取近地表地层的精细结构；采用初至波走时层析成像和反射波成像技术，实现了对近地表地层结构的高分辨率成像(图2)。

图2 多波联合数据处理与成像技术探测成果Fig.2 Survey results using multi-wave joint data processing and imaging technique

综合利用地震反射剖面和多波联合成像可有效判别近地表断层结构，创新了城市弱激发强噪声复杂环境下浅层地震多波联合数据处理与成像技术，大幅度提高了城市近地表松散沉积物中隐伏活动断层的定位精度，成功解决了城市强噪声复杂环境条件下隐伏活动断层准确定位(水平定位精度≤10 m、垂向误差小于探测深度的5%)的技术难题[22,38]。

1.2 提出了城市隐伏活动断层钻孔联合地质剖面定量鉴定技术

城市地下地层发育不均一、沉积序列相变较大，虽然浅层地球物理勘探给出了断层上断点埋藏深度，但无法确定断层上断点所在地层的时代；城市地区常常被第四纪松散沉积物和建(构)筑物覆盖，地上地下各种生命线设施密布，探槽开挖技术受到限制，地表地质调查困难；城市地下松散沉积地层发育不均一、相变大，常规钻孔地质剖面探测难以取得上断点所在地层的准确层位和年代，无法准确评价城市隐伏活动断层的最新活动时代和活动强度。

针对第四纪松散沉积物岩性复杂多变的特点，以浅层地震多波联合数据处理与成像技术判定的断层位置为依据，在钻孔鉴定工作中采用对折法布置钻孔、全岩心采集、沉积韵律精细划分、标志地层比对和地层采样测年等方法，获得了近地表松散沉积物中隐伏断层上断点的准确位置(深度误差0.2 m 左右)和活动时代；通过钻孔岩心地层的沉积韵律精细比对和系统地层测年，精确厘定活动断层滑动速率；通过对钻孔联合地质剖面中断层上、下盘地层沉积韵律的详细分析与比对，获得了隐伏活动断层的古地震事件和同震位移的沉积学识别标志，精确限定城市隐伏活动断层的古地震序列及其同震位移(图3)。在此基础上，开创性地提出了 “变间距、多钻孔、地层精细韵律对比” 追踪和逐步逼近上断点的联合钻孔剖面定量鉴定技术，解决了城市地区隐伏断层活动性鉴定的难题[15,38]。

图3 北京南口−孙河断裂钻探联合剖面鉴定实例Fig.3 Example showing the identification of combined borehole section of the Nankou-Sunhe fault in Beijing

1.3 建立了隐伏活动断层潜在地震危害性评价的理论与方法体系

尽管城市活动断层探测能够给出隐伏活动断层的几何结构、活动时代、倾滑速率、古地震序列等活动性参数，但仍然难以获得活动断层地震破裂分段，现有的评价方法无法给出可靠的潜在最大震级和发震危险程度；另外，松散沉积物中隐伏活动断层的探测定位和活动性鉴定也无法直接获得错动破坏带的宽度，难以评价城市活动断层的危害性。

为此，通过深地震反射探测、宽角反射/折射探测、大地电磁测深或其他地球物理资料，获得了深达莫霍面的地壳结构、介质特性，结合浅部断层活动性参数、地震活动性等资料，建立了包含活动断层的切割深度、规模、位错量等要素在内的地震构造模型，形成了使用地震构造模型中断层破裂面积和位移计算累积地震矩，评估活动断层的潜在最大地震及其危险程度的方法[39]。根据2008 年汶川8.0 级地震等国内外不同类型地震地表破裂系统研究、跨活动断层探槽剖面永久地质变形带宽度分析、松散沉积物中走滑断层与倾滑断层破裂扩展的岩石力学实验和离心机模拟等，揭示了活动断层地震地表破裂和局部化的宽度特征，即走滑断层的破裂带沿断层线两侧对称分布，宽度一般不超过30 m[7]；倾滑断层(正断层或逆断层)具有明显的上盘效应，上、下盘地表破裂带宽度比介于2∶1～3∶1，地震破裂带宽度一般不超过50 m[6]，建立了不同类型活动断层的避让方案，发展了判定城市隐伏活动断层强错动破坏带范围的方法[6-12,38,40-42]，创立了基于活动断层地震构造模型的潜在最大地震及其危险程度评价技术和基于震例与实验分析的强错动破坏带的判定技术，实现了城市活动断层危害程度的科学评价。

1.4 研发了面向活动断层探测全过程的多源数据管理技术与平台

城市活动断层探测涉及遥感、地质、地球物理、第四纪年代学等多学科，所获数据具有空间性、多源性、多阶段性、多媒体性等特征，数据管理与共享难度大；以往的数据管理系统多是针对最终成果的数据集成与管理，缺少对探测过程中产生的各种原始数据的存储与管理，难以保证不同阶段多源探测数据与最终探测成果的一致性及数据成果的可靠性，且不利于数据的充分利用。

针对城市活动断层探测数据多源性、多阶段性、多媒体性等特征，提出了与活动断层探测同步开展数据库建设理念和工作流程，创建了面向城市活动断层探测中断层空间定位、活动性鉴定、灾害预测全链条数据存储管理的数据库结构/模板，定制了成果展示制图模板与符号库；自主研发了数据批量入库、质量自动检测、数据迁移与集成、成果展示与查询等功能，开发了活动断层探测多元数据管理系列软件与城市活动断层探测成果管理的技术平台(表1)，形成的全国活动断层探测数据库与管理平台已移交到中国地震灾害防御中心的地震活动断层探测数据中心，成为中国地震局一项重要的震害预防业务工作(https://www.activefault-datacenter.cn/)。

表1 中国活动断层探测知识产权和标准目录(一类)Table 1 Intellectual property rights and standards of China for active fault surveys

1.5 创建了城市活动断层探测技术标准体系

针对活动断层探测技术多样、体系复杂和鉴定标准不统一，难以规范化评价活动断层地震危险性和危害性等问题，在城市活动断层探测、1：50 000 活动断层填图过程中，创建了国际上第一个活动断层探测技术标准体系，推动了地震活动断层探测工作的规范化和标准化进程。以GB/T 36072−2018《活动断层探测》为总纲，技术标准体系按照活动断层探测所需技术方法等，起草颁布了DB/T 53−2013《1∶50 000 活动断层填图》等地震行业标准10 部，还有规划起草中的国家标准和地震行业标准包括《活动断层避让》(国家强制性标准)、《活动断层探查 活动断层鉴定》《活动断层探查年代测试》与《活动断层探查 地震勘探》等。

正在起草过程中的《活动断层避让》国家强制性标准已于2020 年完成了送审稿，目前等待相关部门批准颁布，已经颁布与正在起草中的标准在目标和内容上存在着互补关系：

(1) GB/T 36072−2018《活动断层探测》主要是解决有没有活动断层及其发震危险性和危害性的问题，规定了如何科学、合理地鉴定活动断层，并评价其地震危险性和危害性的主要工作内容、探测技术方法及其基本要求。

(2) 《活动断层避让》主要是解决地面建(构)筑物如何避让和避让多少可以保证避免出现“抗断问题”，保证重大工程建设、人员密集的建(构)筑物、特殊建(构)筑物不坐落在活动断层上，有效降低地震链生灾害的风险。

(3) DB/T 53−2013《1∶50 000 活动断层填图》主要确定地表有迹线的活动断层展布和空间位置，获取代表其活动性的各种定量参数，为大地震监测预报提供科学基础，也为重大工程选址如何避让活动断层，提供了进一步详细定位的具体对象。

(4) 《活动断层探察 填图数据库》主要是针对基础探测数据如何入库保存提供了具体数据成果模板、格式等，为探测基础数据的再利用和成果共享提供技术平台。

(5)其他标准均为活动断层探测过程中鉴定断层活动性、判定活动断层地震危险性或危害性需要的专门技术方法。

本标准体系将在我国活动断层探测、高震级地震潜在震源区确定、中长期地震危险性判定等方面起到越来越重要的技术保障作用，推动了我国城市活动断层探测工作的规范化和标准化进程，为我国的经济社会可持续发展保驾护航。

2 活动断层滑动习性的理论研究进展

自2009 年以来，在财政部、科技部和国家自然科学基金委员会的鼎力支持下，持续开展了华北地震构造区、南北地震带、天山地震构造区141 条主要地震活动断层1∶50 000 填图和包括2001 年昆仑山口西M8.1 级地震、2008 年汶川M8.0 级地震在内十余次地震现场科学考察等科研工作，不仅获得了中国大陆主要地震活动断层空间分布与几何结构、晚第四纪活动习性与参数、强震复发历史[8,15,43-49]，还在高震级地震的地质标志、活动断层滑动习性理论、板内地壳变形动力学模型、不同类型活动断层大地震破裂特性等方面取得了诸多创新，深化了大震复发机理、活动断层成灾过程和青藏高原及其邻区变形动力学机制的认识，为高震级地震危险区及其最大震级地震判定和地震复合链生灾害预测等提供了科学基础，也为西部开发等国家战略、重大工程建设运行、国防安全等提供了地震安全科技支撑。

2.1 创建了青藏高原“叠瓦状逆冲转换–有限挤出”隆升新模型

早在20 世纪60 年代，我国科学家就青藏高原的形成模式提出了独到的认识。其中，常承法先生(1973)认为青藏高原是由多个陆块和岛弧构成的地体在古生代、中生代和新生代古近纪多阶段相继拼合增生形成的观点，对后续的大陆逃逸−块体东向滑移模型[50-52]和地壳分布式变形–下地壳流模型[53-54]等2 种主流端元运动学模型的建立起到了引领作用。近年来，地壳上地幔分层黏弹性结构(viscosity)及其分区不连通性特征等研究结果并不支持下地壳流模型，对青藏高原是否存在大规模物质逃逸也提出了质疑[55-57]。实际上，青藏高原物质确实通过青藏高原大型走滑断裂实现了物质的东向滑移，但滑移量是有限的。自2003年起，笔者聚焦青藏高原内部阿尔金断裂、东昆仑断裂、鲜水河–安宁河–小江断裂等大型走滑断裂滑动速率沿走向变化与横向逆断裂系之间的运动学联系，明确指出阿尔金断裂、东昆仑断裂、鲜水河–安宁河–小江断裂等青藏高原大型走滑断裂的左旋滑动速率，存在向东与横向逆断层连接点两侧滑动速率突减现象[47,58-65](图4)，其减少量依次转换为横向逆断层的地壳缩短和上盘山体隆升，创建了青藏高原“叠瓦状逆冲转换–有限挤出”隆升新模型(图5)；大型走滑断裂走滑速率东向缩减和青藏高原物质的有限向东挤出，主要是受邻近阿拉善、鄂尔多斯、华南等高强度稳定地块的阻挡作用，走滑速率的减少量转换为青藏高原东缘隆升，现今地壳形变监测也反映出运动矢量在青藏高原周缘锐减和强烈隆升现象，很好地支持了这一新模型[65]。新模型具有如下基本特征：(1)以羌塘–川滇地块为中心，其北NEE、NWW 或近东西向大型走滑断层曾或正经历着左旋走滑运动，其南包括喀喇昆仑–嘉黎断裂在内NEE、NWW、NW 或近东西向大型走滑断层曾经或正在经历着右旋走滑运动；(2) NEE 向、NWW 或近东西向大型走滑断层滑动速率均具有从西向东变小的特点；(3)周缘边界活动断层以逆断层为主，反映出青藏高原向外扩展过程中受到阻挡出现地壳挤压缩短和隆升；(4)地壳近EW 向伸展发生在喜马拉雅造山带、拉萨块体区以及其他块体的中西部地区，显示出东部块体东向运动在青藏高原中西部地区出现近SN 向正断层和“非典型”共轭走滑断层及其控制的地堑系等近东西向地壳局部伸展；(5)青藏高原东南缘川滇地区是唯一存在较大南向挤出量的区域，并存在着顺时针转动。

图4 阿尔金断裂带东段走滑与横向逆断层运动学关系示意Fig.4 Schematic diagram showing the kinematic relationship between strike-slip and transverse reverse faults in the eastern Altyn Tagh fault zone

图5 青藏高原“叠瓦状逆冲转换−有限挤出”隆升模型Fig.5 Uplift model of the Qinghai-Tibet Plateau characterized by imbricate thrusting transformation and limited extrusion

新模型很好地揭示了青藏高原分区地震构造模型，即周缘边界构造带的发震断层以逆断层为主，地震震级大，灾害严重；高原中东部以走滑断层为主，地震震级较大，灾害重；中西部地区以正断层为主，也发育有走滑断层，地震震级中等，也有较大地震发生，但处于无人区，地震灾害轻。

2.2 创新性地提出了产生M≧7 级大地震的活动断层级联破裂理论

1997 年青藏高原发生了玛尼M7.8 级地震，2001年昆仑山口西M8.1 级地震、2008 年于田M7.3 级地震、2008 年汶川M8.0 级地震、2010 年玉树M7.1 级地震、2013 年芦山M7.0 级地震、2014 年鲁甸M6.5 级、2021 年玛多M7.4 级地震、2022 年门源M6.9 级地震等多次破坏性地震，不仅造成巨大的人员伤亡和经济损失，还留下了不同类型的独特地震地表破裂和地震触发滑坡灾害，其科学内涵远远超出原有的认识。通过高分辨率遥感影像解译、地震现场实地高精度实测和大比例尺填图等技术方法，全面、系统地揭示了青藏高原不同类型地震地表破裂带的组合样式、力学性质及同震位移值、地表破裂带长度和宽度等基本参数[41-42,45,48,62,66-68]。其中，昆仑山口西地震地表破裂带，从西到东可划分为以左旋走滑为主兼有逆断层分量的西段A(长26 km)、张剪切走滑性质的中段B(长18 km)和纯剪切走滑为主的东段C(长350 km)等3 条次级地表破裂带(图6)，分别对应于震级为Mw6.8、Mw6.2和Mw8 的3 个次级地震破裂事件[66]。汶川地震沿龙门山推覆构造带中段中央断裂、前山断裂和小鱼洞断裂形成了整体长约240 km、最大右旋走滑位移为4.9 m、最大垂直位移为6.5 m 的复杂地表破裂带，以高川阶区作为一级障碍体，可将汶川地震破裂带划分为映秀和北川2 个主破裂段，即汶川地震由震级分别为Mw7.8和Mw7.6 两个地震破裂事件组合而成；如果考虑虹口、龙门、茶坪、南坝等4 个次级破裂段划分方案，则由相当于Mw7.5、Mw7、Mw7.0 和Mw7.5 级等4 个次级地震破裂事件叠加而成[12]。玉树地震沿甘孜−玉树断裂玉树段产生了长约63 km 的地震地表破裂带，存在长约17 km 无地表破裂空段和宽约6 km 的隆宝湖可作为一级障碍体，将地震地表破裂带分为结隆次级地表破裂带(长15 km)和结古次级地表破裂带(长31 km)2 个基本地表破裂段，对应于Mw6.4 和Mw6.9 两个次级地震破裂事件[68]。基于上述地震地表破裂带分段特征，创新性地提出M≧7 级大地震和特大地震是由多个次级地震破裂事件联合而成的产物，它们不仅使地震破裂过程复杂化，还成为大地震或特大地震的一种成因机制：次级地震破裂联合成为持续时间长的高震级地震，最终导致严重地震灾害发生。

图6 昆仑山口西M8.1 级地震地表破裂带分段示意Fig.6 Schematic diagram showing the segmentation of the surface rupture zone induced by the M8.1 earthquake in the western Kunlun Pass

2.3 提出了活动断层地震破裂局部化特征宽度和灾害避让理论

青藏高原最近十多年间地震地表破裂带考察表明：无论是纯剪切走滑型地震(昆仑山口西地震、玉树地震、鲁甸地震)、逆断层型地震(汶川地震)、或是带有走滑分量的正断层型地震(于田地震)，野外实测得到的地表破裂带宽度是有限的，具有变形或破裂局部化基本特征：走滑断层的地震地表破裂带沿断层线两侧对称分布，宽度一般不超过30 m；倾滑断层宽度一般不超过49 m，并具有明显的上盘效应，上、下盘地表破裂带宽度比介于2∶1～3∶1 之间。其中，昆仑山口西地震尽管形成了长达426 km 的地表破裂带，野外测量得到的单条地表破裂宽度平均值约为30 m[7,66-67]；2008 年于田地震、2010 年玉树地震、2014 年鲁甸地震等地表破裂带宽度数据与这一平均值相符[9,42,62,68-69]；跨断层探槽地质剖面观察和模拟实验进一步证实了地震滑动高度集中在断层面及其邻近很窄的范围内，同震破裂或变形具有局部化的基本特征[8]。汶川地震是迄今为止研究程度最高的逆断层型地震实例之一，取得了大量地表破裂带的宽度数据，其地表破裂带宽度统计平均值为49 m[6]。

大地震在地表形成数公里至数百公里的地震地表破裂带，发生数十厘米至数米同震位移，目前的抗震设防措施还难以阻止这种同震地表破裂和同震错动对地面建(构)筑物等基础设施的直接剪切或撕裂毁坏；地震地表破裂与地面建构(筑)物毁坏关系进一步研究表明：活动断层同震地表破裂和错动对地面建构(筑)物直接毁坏带在空间上高度重叠[69]，即地震地表破裂带同震错动对跨越活动断层的建(构)筑物直接剪切或撕裂作用是造成房屋等建(构)筑物破坏的主因，它们直接控制了严重地震灾害的空间分布，揭示了活动断层同震错动对地震灾害的控制机理。因此，地震地表破裂局部化宽度为避让活动断层严重灾害带提供了科学依据，可以用来作为建(构)筑物避让活动断层错动破坏的基础，建立了活动断层避让标准，建议有关部门尽早颁布国家标准《活动断层避让》，以切实保障经济社会的地震安全。

2.4 综合提出了高震级地震的地质判识与评价标志

地震是在现今地壳运动状态和应变积累达到岩石或先存活动断层摩擦失稳条件下，地下岩石突发性失稳破坏或沿先存断层(活动断层)突发性黏滑错动而迅速释放弹性应变能的具体表现[7,70]。因此，先存活动断层及其邻近特定地壳结构是地震孕育的母体，区域构造应力环境作为力源是地震孕育、发生的必要条件，而活动断层本身运动学、几何学和动力学特性成为能否积累发生高震级地震的基础。通过青藏高原及其周边地区发生的高震级地震(M≧7)发震断层长期滑动速率、古地震序列、历史地震和现今中小地震活动性、应力−应变状态、介质特性和深部结构等剖析，提出了高震级地震危险区识别和判定的5 项地震地质标志[71]，见表2。

表2 高震级地震危险区识别和判定的地震地质标志指标Table 2 Geological indicators for the identification and determination of high-magnitude earthquake hazard zones

值得指出的是：利用上述5 项指标在青藏高原划出了15 个高震级地震危险区[71]，迄今发生的7 级左右地震，除玛多地震发生在以往缺乏研究基础的地区外，2017 年九寨沟M7.0 级地震发生在玛曲−玛沁危险区南段；2022 年门源M6.9 级地震发生在祁连山中段危险区北端，2022 年泸定M6.8 级地震发生在石棉−东川危险区北端(图7)，说明这5 项标志具有很高的科学性，划定的高震级危险区具有很高的可靠性。

3 活动断层探测研究的科学前沿问题

我国活动断层探测和大比例尺填图取得了长足进展，在大地震复发模型、高震级地震地质标志、地震破裂局部化特征等活动断层长期滑动习性理论上也有所突破，活动断层定量参数在地震监测预报、地震危险性评价和危害性评估中得到了很好的应用。地震行业主管部门针对前人提出的问题[17]制定了活动断层大比例尺填图和深浅构造关系探测计划，推进了相关震害预防工作，加强了我国海域、中东部地震中弱区等活动构造研究薄弱地区的工作。但是，我国幅员辽阔，活动断层众多，仍然需要国家相关部门和地方各级政府加大投入继续开展城市活动断层探测、大比例尺填图工作，对存在的科学问题和技术难题开展针对性的技术攻关，更好地推动活动构造学科发展，更好地服务于国民经济建设和防震减灾救灾事业。

下面提出一些亟需解决的理论问题和技术难题。

3.1 活动断层定量参数不确定性

活动断层定量参数包括滑动速率、累积位移、同震位移、大地震复发间隔、最新一次地表破裂型地震离逝时间、地震破裂分段长度等，分别代表平均滑动强度、活动断层几何结构成熟度、一次地震的错动量、地表破裂型地震频度、发震危险性和可能的最大潜在震级，是地震危险性概率评价和潜在危害性评估中不可或缺的基本量化指标。由于各种参数在野外获取过程中存在着不同的认识、量取标准、识别标志、年代样品采集位置等差异，例如探槽地质剖面上古地震事件识别标志问题直接影响了地震事件是否是目标断层错动产物或远场地震震动影响的结果，加上约束地震事件年代样品采集位置的差异，加剧了最终识别事件的次数、完整性和发震时间等不确定性[44,72]。

因此，每一个定量参数的野外获取方法都需要学科讨论达成共识，制订相应技术标准，保证在野外获得第一手资料的可靠性和唯一性，否则最终会引起很大的误差甚至得出错误的结论。

3.2 活动断层级联破裂条件与特大地震震级预测问题

大地震和特大地震是由活动断层不同段落或多条断层级联破裂的产物，美国加利福尼亚统一地震断裂预 测 第 三 版(Uniform California Earthquake Rupture Forecast,version 3，UCERF3) 的震源模型和Cascadia俯冲带震源模型都考虑了级联破裂的可能性[73-74]。目前国内已经有研究者针对有过特大地震破裂的小江断裂和鲜水河断裂，基于地质滑动速率等应变分配样式，讨论未来最有可能的多段落级联破裂发生大地震的概率问题[75-77]，这是一个值得探索的科学问题，也是预测类似2008 年汶川M8.0 级地震那样下一次“预料之外”特大地震震级大小和发生地点的突破点，其中首先需要攻克的是活动断层相邻段落发生级联破裂的力学条件、活动断层分段边界构造的力学稳定性及其破裂的触发因素、相邻段落发生级联破裂的过程和条件等，包括野外活动断层不同段落孕震过程的监测和数值力学模拟等协同研究，以解决为什么会发生级联破裂问题，突破或升华已有活动断层的地震破裂分段理论。

3.3 地震地质标志定量化及其随时间的演化特征

高震级地震地质标志是最近20 多年来发生在青藏高原及其邻近地区破坏性地震多学科研究得到的综合成果。实践证明：利用这些指标划定的高震级地震危险区的可靠性很高，结合高震级危险区年尺度的微重力监测工作，可以直接用于年度地震危险区的有效识别[71，78-79]。但现有地震地质标志的定量化程度不够，难以充分利用大数据分析和人工智能技术，跟踪地震台网观测、地球物理勘探、地壳形变监测等与日俱增的数据及其反演计算成果，提高地震预测预报的准确率。

因此，需要进一步量化现有地震地质指标，同时对这些指标开展详细的野外监测试验，分析研究它们在大地震孕育过程的演变规律，更好地服务于地震监测预报。

3.4 活动断层发震危险段短临/临震应变/应力响应

强震前近断层地应力状态一直是研究人员关注的焦点，是探索解决地震预测难题的关键参量。地震的发生本质上是地应力状态与断层强度之间的相互竞争[80]。已有少量震例的地应力测量表明：由于大地震、特大地震发生前，其发震活动断层段处于闭锁和积累弹性应变能状态，这些活动断层段有比背景场更高的应力值，地震后发生明显的应力下降。例如，澳大利亚西部1968 年Meckering 地 震 和1970 Calingiri 地震、1995 年阪神地震、2001 年昆仑山口西地震、2008 年汶川地震、2011 年日本东北海域地震、2022 年芦山地震等[81-87]，但是目前缺乏近断层地应力状态的长期观测研究；也有学者利用地震活动性参数b值大小探索地震震源是否处于高应力状态以进行地震危险区识别[88]。

因此，在强震潜在危险性较高的活动断层附近开展地应力状态长期观测可能是认识地震孕育和发生过程、解决地震预测难题的有效途径之一。问题是如何设计一条可行的技术路线对近断层有限深度的钻孔应力进行长期连续观测，并与深部震源附近的应力状态联系起来，研究深浅部近断层应力状态的相互关系及其在大地震、特大地震前可能的短临/临震应力−应变响应问题[65,89-91]，拓宽具有明确物理意义的地震预报思路。

3.5 基于三维活动断层模型的强震动模拟与地震灾害预测

活动断层地震危害性评价是活动断层探测与大比例尺填图走向震害预防应用的基础。针对活动断层探测与填图成果已经开展了大量地震灾害的预测研究，其中近断层强地震动模拟有效发挥了链接活动断层探测与抗震减灾工作的桥梁作用[16]。近断层强地震动模拟的研究内容主要包括地下三维速度结构数据与建模、设定目标断层震源模型和各项物理参数、强地震动计算与合成和目标断层地震危害性评价等[92-93]。地震动模拟计算包括长周期强地震动的三维理论计算[94-95]、短周期强地震动的评价计算[96-97]以及基于长、短周期合成宽频带强地震动场的方法[98-100]。日本已经将基于活动断层的确定性地震动评价方法列入国家规范，针对特大地震(M≧8.0)和发震概率高和人口高密度地区的活动断层开展了重点预测；美国国家科学基金启动为期5 年的灾害工程研究基础设施计划NHERI，建设了多灾害计算模拟中心(SimCenter)，并针对旧金山湾区开展了确定性地震场景模拟等工作。

目前，我国已经在近断层强地震动模拟计算中也取得了长足进展[77]，建议大力发展经济适用且具有更高分辨率的地震成像技术，构建能够体现一定规模凹凸体在内的三维断层结构模型，结合震源特性/地震断层面结构−地震波传播−场地效应等地震过程要素，模拟给出目标断层近断层强地震动参数场，以更准确地预测大地震灾害，为地震灾害预防和应急救援提供科学基础。

3.6 重大工程跨活动断层的抗断问题

据不完全统计：我国现有长输油气管道约15.5 万公里，铁路公路隧道约4.8 万公里，还有许多重大线状基础设施和在建的重大工程穿越活动断层。2022 年门源地震敲响了我国重大工程地震安全的警钟：门源地震期间，作为门源地震发震断层的冷龙岭断裂同震左旋错断了兰新铁路大梁隧道约2.8 m，垂直位移约0.9 m[101-102]，致使兰新铁路停运达18 个月，损失惨重。因此，为了保证重大工程设施的地震安全，不仅需要提供活动断层的准确位置、工程跨越处未来百年同震滑移性质和同震位移量、同震地表破裂宽度和可能遭遇的地震灾害空间分布等基本参数，还需要开展同震位移、地震地表破裂带宽度等概率预测方法研发[103-104]以及跨越活动断层重要工程设施的抗断问题研究[105]。

4 结语

自2000 年起，我国逐步实施了城市活动断层探测、大比例尺活动断层填图、地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价等项目，完成了130 座城市活动断层“体检”和141 条活动断层填图，创立了一套集遥感、地球物理、地质、计算机等多学科、多方法有序组合、协调配套，从浅到深、从定性到定量、逐步逼近目标的城市活动断层探测工作方法与技术流程，起草颁布了GB/T 36072−2018《活动断层探测》及DB/T 53−2013《1∶50 000 活动断层填图》等系列国家、行业标准；创新性地提出了青藏高原“叠瓦状逆冲转换−有限挤出”隆升新模型、活动断层级联破裂产生大地震和特大地震、避让活动断层破裂/错动灾害等理论、高震级地震地质标志等新概念，可作为大地震危险区的识别、重点监视对象和地震试验预测的基础；提出了需要活动断层/活动构造研究亟需攻克的若干科学问题和活动断层定量参数确定等工程技术难题。

因此，需要继续加强活动断层探测与填图工作及其成果的管理，保持城市活动断层探测和大比例尺填图以及深浅构造关系勘探等方面的国际领先优势，引领国际震害预防和有物理意义地震监测预报发展方向。