活动断裂对长线状工程位错影响的评估方法差异性研究

活动断裂对长线状工程位错影响的评估方法差异性研究

发表时间：2019-03-01T14:09:51.183Z 来源：《防护工程》2018年第34期作者：程理1 苏刚1 李光涛1 吴昊1 余建强2 [导读] 长线状工程穿经活动断裂时需要考虑断裂活动对工程安全性的影响，如活动断裂在大地震时突发地表同震位移对跨越断裂的线状工程所造成的不可抗御的破坏与损失

程理1 苏刚1 李光涛1 吴昊1 余建强2 1中国地震灾害防御中心北京 100029 2云南建投第一勘察设计有限公司昆明 650031 摘要：长线状工程穿经活动断裂时需要考虑断裂活动对工程安全性的影响，如活动断裂在大地震时突发地表同震位移对跨越断裂的线状工程所造成的不可抗御的破坏与损失。目前，评估活动断裂未来潜在位移量的方法主要有：古地震法、非完全古地震法、滑动速率法、断裂长度转换法、预测地震转换法、定量类比法和加权综合法。这些方法在科研和工程项目中得到广泛应用，但是每种方法都有其不确定

性。本研究在收集国内7条典型活动断裂资料及相关地震实例的基础上，比较了各种评估方法得出的不同的位错量与实际测量的地震位错量的大小，分析了这些方法的差异性及其适用性，认为古地震法或历史地震法是最佳评估方法，加权综合法的适用性次之，其他方法具有辅助参考作用。

关键词：活动断裂，长线状工程，位错量，评估方法

引言

活动断裂是指最近地质时期以来正在活动、并在未来一定时期内仍有可能活动的断裂。从工程安全评价需要出发，并为了更好地反映现代构造活动，一般把活动断裂定义为晚更新世以来，即最近10万年，尤其是1万年以来有过活动、未来也可能活动的断裂。随着我国经济建设的高速发展，输油（气）管道工程、输水道、铁路、高等级公路等长线状工程项目明显增加，而这些长线状工程穿经活动断裂时需要考虑断裂活动对工程安全性的影响。活动断裂对工程安全的威胁主要来自断裂错动，包括断裂突发错动，产生突发位移。一般认为这种突发事件与地震相伴随。不同大小的突发位移会与不同震级的地震相联系。大的地震，在我国大陆地区震级为63/4级以上的地震，才可以产生不同规模的地震地表破裂带和不同大小的地表位移。断裂的蠕滑也可能形成地面破坏和地表位移，但其形成过程是一个缓慢的应变释放过程，其位移量也是一种缓慢的积累过程。无论上述哪种方式的位移都会对工程造成威胁，是工程安全评价必须重视的问题。

20世纪90年代初，邓起东等（1992a）提出了依据不同类型资料评估活动断裂未来潜在位移量的5种方法：古地震法、非完全古地震法、滑动速率法、断裂长度转换法、预测地震转换法。闻学泽（1995）考虑到这5种方法中各个输入量值均存在不确定性，进一步增加了定量类比法和加权综合法。另外，还有国内外其他学者（陈达生，1984；刘静等，1996；叶文华等，1996；郭安宁，2000；周本刚等，2001，2003；韩竹军等，2002；冉永康等， 2004；马润勇等，2006；冉洪流，2011； D.L.Wells等）也对位错量评估方面做过相关研究。这些方法在科研和工程项目中得到广泛应用，但是在各种方法的差异性方面并没有进行深入的探讨。本研究收集国内7条典型活动断裂资料及相关地震实例，通过比较各种评估方法得出的不同的位错量与实际测量的地震位错量的大小，再结合不同评估方法的特点，分析这些方法的差异性，并探讨其适用性。这项工作将对今后的长线状工程的抗断评价及活动断裂潜在危害性预测等方面产生积极作用，同时也对我国防震减灾事业具有重要意义。

1研究对象与方法

1.1 研究对象

本研究选择不同地震构造区内的典型活动断裂为研究对象，分别为东昆仑断裂（巴颜喀拉地震构造区）、龙门山断裂（龙门山地震构造区）、甘孜-玉树断裂（羌塘北地震构造区）、唐山断裂（华北平原北部地震构造区）、海原断裂（天景山-六盘山地震构造区）、黑河断裂与汗母坝断裂（龙陵-耿马地震构造区），在这些断裂带上均发生过7级以上强震（图1，表1），且针对断裂和地震的研究资料较多，能获得较为全面的断层活动定量参数和地震位错数据，为后期进行活动断裂位错量计算和分析奠定基础。同时，选定的活动断裂在构造部位上兼顾中国东部和西部不同的地质构造环境，具有一定的代表意义。

图1选用的活动断裂及强震分布位置图

1.2 研究方法

活动断裂潜在位错量的评估方法有很多，邓起东等（1992）已初步归纳了5种方法，分别为古地震法、非完全古地震法、滑动速率法、断裂长度转换法和预测震级转换法。冯先岳及Wells针对后两种方法也做过相关研究。闻学泽（1995）又增加了定量类比法和加权综合法。借鉴闻学泽的研究成果，将评估方法归纳为六种，下面逐一介绍各种方法及搜集到的计算公式。

（1）古地震（历史地震）法

这是一种根据所研究断裂（段）以往地震事件的最大位错量来近似估计未来地震最大位错量的方法。可采用过去若干次古地震（包括历史地震）最大位错量的平均值及标准差作为对未来位错量及其不确定性的估值（邓起东等，1992）。如果获得最晚一次古地震或历史地震的最大位错量，则该评估值仅仅是根据特征地震复发行为的一种近似。当地震重复间隔时间接近离逝时间与未来估值年限之和，则认为断裂面临新的位错事件，位移值用古地震位错量；重复间隔时间远远大于离逝时间与未来估值年限之和，则可不考虑该断裂突发位错的可能性。如果未能同时获得复发周期等资料，就只能利用古地震位移量来估计未来潜在位移量。

（2）滑动速率法

假设忽略断裂的蠕滑活动，可用滑动速率乘以离逝时间与未来估值年限之和，即u=v（t+∆t），u为地震平均位错势，即未来∆t年的位错量，v为断裂长期平均滑动速率，t为离逝时间，∆t为未来估值年限。

如果断裂为走滑性质，可采用最大位错量Dmax与同震平均位错u的经验关系式lnDmax=0.968lnu+0.703（r=0.8821，σ=0.45），换算

出最大位移量Dmax。误差为∆D=0.45exp(0.968lnu+0.703) 。

断裂、黑河断裂、汗母坝断裂、东昆仑断裂、龙门山断裂和甘孜-玉树断裂的未来最大突发位错量，包括水平位错和垂直位错（表3）。

2.2对比分析

（1）适用性分析

1）通过历史地震法得到的未来最大潜在位错量相对误差较小，虽然可能忽略震后的剥蚀和蠕滑作用的影响，但它是地震发生后的实际测量位错值，最接近同震位移，因此假定该方法得到的位错量就是发生同等强度地震时的实际最大位错量，作为基准值与其他方法计算的位错量进行比较。

2）从表3可以看出，滑动速率法得到的位错量有2个值与基准值较接近，可作为最佳估计的最大潜在位错量，约占该方法计算量的28%；断裂长度法得到的位错量有1个值与基准值较接近，可作为最佳估计的最大潜在位错量，约占该方法计算量的8%；预测震级法得到的位错量有2个值与基准值较接近，可作为最佳估计的最大潜在位错量，约占该方法计算量的16%；定量类比法中没有计算值与基准值接近，结果可用率为0；加权综合法得到的位错量有7个值与基准值较接近，可作为最佳估计的最大潜在位错量，约占该方法计算量的58%。

由此可以得出一个初步结论：在六种最大潜在位错量评估方法中，古地震或历史地震法是最佳的评估方法，然后依次是加权综合法、滑动速率法、预测震级法、断裂长度法和定量类比法。