活动断层研究进展及其科学前沿问题讨论

活动断层研究进展及其科学前沿问题讨论

刘超

中国地震局地球物理勘探中心  河南 郑州 450000

摘要：活动断层是指在最近数万年内仍有活动迹象的断层，它是具有地震发生潜能的地质构造。活动断层的研究对于地震预报和地质灾害预防具有重要意义。回顾了我国城市活动断层探测工程、活动断层大比例尺填图计划、我国地震重点监视防御区活动断层地震危险性评价等项目的立项过程和主体研究内容，结合近20余年大地震现场地表破裂带的科学考察成果，阐述了强噪声弱信号条件下隐伏活动断层探测定位技术、断层活动性定量鉴定技术、地震危害性评价理论与方法、全过程多源数据管理技术和活动断层探测技术标准体系建设等多方面取得的显著进展。

关键词：活动断层；研究进展；科学前沿问题

引言

“与地震及其链生灾害共存”是人类必须面对的客观现实。国内外已有研究表明，活动断层是引发地震及其复合链生灾害的决定性因素：是高震级潜在地震震源和地震复合链生灾害源，活动断层沿线是地震及其复合链生灾害最严重的区段；活动断层同震错动无坚不摧。

1活动断层相关概念与定义

本文原则上采用国家标准GB/T36072−2018《活动断层探测》有关“活动断层”定义，同时将“地震活动断层”定义为曾发生和可能发生地表破裂型地震的活动断层。实际上，由于活动断层在重大工程场址、核电站选址和城市生命线工程安全性评估等方面的重要性，及其与地震、地质灾害在成因上和空间上的关联性，中外学者给予了大致相同但又有差异的定义，美国原子能委员会根据核电站选址需要还提出一个与活动断层相关的“能动断层”概念,。活动断层避让工作涉及到以下活动断层相关地震地表破裂带、活动断层变形带、活动断层管制区、活动断层避让距离基本值等概念以及建(构)筑物类型等，并试图与国标GB50223−2008《建筑工程抗震设防分类标准》实现标准间的无缝接轨。1)活动断层(activefault)距今120000年以来有过活动的断层，包括晚更新世断层和全新世断层。

2)活动断层变形带(deformationzoneofactivefault)活动断层主断层和分支断层错动引起的地表变形范围。由主断层和多条平行或近平行的分支断层组成的活动断层带,其变形带包含主断层和所有分支断层的变形范围；主断层为活动断层变形带内承担主体位移和变形的断层，分支断层指主断层附近承担部分位移和变形的断层。3)活动断层变形带边界活动断层变形带的外包络线。4)活动断层管制区已知活动断层两侧工程建设场址需要开展活动断层探测和准确定位的区带范围。5)避让距离建(构)筑物与活动断层变形带边界之间应分隔开的安全距离。6)避让距离基本值建(构)筑物与近于直立活动断层变形带边界之间应分隔开的最小安全距离(D0)。7)一般建(构)筑物按设防标准要求或在一定条件下适度降低要求进行抗震设防的建筑物、构筑物和公共基础设施，对应于GB50223−2008《建筑工程抗震设防分类标准》规定的丙类和丁类。

2活动断层探测技术的主要进展

2.1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。

2.2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0.2m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。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。

3活动断层探测研究的科学前沿问题

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。

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。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

结束语

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。

参考文献

[1]李锡堤，郑锦桐，廖启雯.“9·21”集集大地震的地盘变形现象与断层禁建问题[C]//第八届台湾地区地球物理研讨会论文集，2000.669–675.

[3]徐锡伟.5·12汶川8.0级地震地表破裂图集[M].北京：地震出版社，2009

[4]中国地震局赴土耳其地震现场考察专家组.伊兹米特地震的几点启示[J].国际地震动态，2001，1：24−27.