城市地下活断层与建筑

摘要：城市地下活断层是地震和地震诱发的地质灾害的元凶，断层地震作用下城市建筑的破坏是造成人员伤亡与财产损失的直接原因。活断层破裂扩展特征研究，能够促进城市地下活断层的识别，指导城市建筑的合理规划和布局，为城市防震减灾提供科学依据。

The earthquakes and earthquake-induced geological disasters are related with active fault underground city，and casualties and property losses are mainly caused by the destruction of buildings in the earthquake. The research on urban underground active fault contributes to identify the active fault underground city, consruct the urban building reasonably, provide the scientific guide to the work of protecting against and mitigating earthquake disasters

关键词：活断层，城市建筑，防震减灾

Active fault， urban building, protecting against and mitigating earthquake disasters

一 引 言

活断层是指自第四世纪至今仍保持连续或断续活动的断层[1]。大量震例表明，活断层不仅是产生地震的根源，而且是诱发各类地震次生灾害的元凶。我国是一个地震活断层广泛分布的国家，如图1所示，地震活动频度高，强度大，地震灾害十分严重。随着社会经济的高速发展，城市建设速度加快，社会财富迅速聚集，人口高度集中，城市地下活断层触发的地震及次生灾害造成的破坏及损失明显呈上升趋势。仅20世纪因地震造成的人员死亡数合计过万的国家有19个，中国死亡数最高，达57万人，2008年5.12地震共造成69227人死亡[2]。断层地震往往造成地表数米的错动，目前的抗震设防措施还难以阻止这样大的错动对城市地面建筑的直接毁坏。当前,绝大多数城市位于受松散沉积层覆盖的平原或盆地之上，限于城市建设当时的探测条件和对活断层认识程度，未能开展详细的探测和危险性评测，这给城市建筑和城市人口安全留下了重大隐患。因此，开展城市地下活断层研究成为了当前城市防震减灾的紧迫问题。本文拟对这个问题作一综述，希望有助于活断层与城市防震减灾工作的开展。

图1 中国大陆活动断裂图 图 2 断层一侧建筑受损图

二 活断层破坏特征与探测

大量震例和活断层灾害调查表明，沿断层线的人员伤亡和建筑物破坏程度明显大于其它区域，如图2所示。例如，1976年唐山大地震震中区破坏殆尽的严重震灾带，沿唐山5号断层这一发震断层分布；1995年阪神大地震的重灾带集中在野岛—会下山—西宫断层沿线，90%以上的震亡人数集中在沿断层2～3 km的宽度范围内；1999年土耳其伊兹米特地震的重灾带集中在北安纳托利亚断层西段的北分支上，建在该断层上的建筑物基本上全部倒塌，而在两侧距断层仅几十米的建筑物主体结构的破坏就轻得多；1999年台湾集集地震将建在车笼埔断层上及其两侧十几米范围内几乎所有建筑物夷为平地，而十几米以外的建筑物则基本完好[3,4]。近年来，世界上美国、日本、台湾等许多国家和地区都开展了针对活断层带状成灾的地球物理检测及评价研究。日前，我国“十五”期间开展的“中国大城市活断层探测与地震危险性评价”项目，已经完成了对国内北京、上海等人口一百万以上、存在活断层且地震危险性高的二十个大城市的活断层探测，在各探测区内探测活断层一百三十二条，长约四千九百一十五公里。

三 活断层破裂对建筑安全影响的关键问题

活断层破裂特征研究是评价其地震危险性和对地表建筑危害性的基础科学问题。活断层破裂的关键性问题包括以下3个方面。

活动断层的滑动速率是确定断层上强震复发周期、评价断层的地震危险性的重要参数。活断层滑动过程中破裂沿断层上断点向上覆沉积层扩展，沉积层形变过程中吸收了相当一部分基岩断层的位移，得到的地表滑动速率远小于基岩断层的滑动速率。在20 世纪90 年代后，随着GPS 、InSAR等空间大地测量技术的发展，美国、日本等国家在地表变形观测系统建设方面投入了大量的财力和物力，部分学者利用观测资料对板内断层的滑动位移及滑动速率进行了反演研究。但由于研究者和研究方法的不同，很多问题还没有得到合理公认的解释，关于活断层滑动速率的研究还有待于进一步深入的开展。

断层基岩和沉积层接触面对破裂扩展特征的作用。接触面是断层中的一种地质构造，在活断层滑动作用下接触面两侧发生变形和破裂，由于接触面两侧的基岩和沉积层具有不同的物理力学特性，所以接触面对活断层的破裂扩展具有重要影响。城市地表的建筑安全同断层破裂在地表程度直接相关。界面构造破裂问题无论在实验研究和论理研究中都存在一些难以解决的问题，所以在目前的研究文献中，接触面的作用一直没能得到科学的解释。

活断层破裂自沉积层出露地表后形成的地震地表破裂带扩展的长度、宽度、走向，及破裂带影响区域是断层成灾的直接现象和证据。断层错动造成的地震具有不可重复性，现场研究很难找出其地表破裂的分布规律。模型试验可以实验室再现断层破裂现象[6,7]，重复性实验研究破裂带在地表的影响区域及分布规律，前期研究获得的实验结果对破裂带影响区域的理论研究和数值模拟研究具有重要的参考价值。

四 结语

综上所述，活断层是城市建筑和城市安全的重要威胁，城市建筑在断层地震作用下的破坏是导致人员伤亡和财产损失的直接原因。我国活断层的探测工作在国家和政府的高度重视下，取得了实质性的进展。但由于活断层的隐蔽性、产状多样性及其赋存地质条件的复杂性，活断层破裂特征及对地表建筑安全的研究在国内和国际上仍处于探索性和基础性研究阶段。

参考文献：

[1] 董津城. 发震断裂的安全距离规定简介[J]. 工程抗震，1999(2):14-16

[2] 邓起东. 2002. 城市活动断裂探测和地震危险性评价问题. 地震地质, 24(4): 601～605.

[3] 代树红，马胜利. 隐伏走滑断层的破裂扩展特征研究. 地震地质2006(4):635-645.