摘要：通過分析國內(nèi)外3種強(qiáng)震地表破裂或避讓風(fēng)險(xiǎn)方法及模型，提出了主干斷裂強(qiáng)震地表破裂危險(xiǎn)性及主干斷裂建筑物避讓距離危險(xiǎn)性分析方法及公式，將其應(yīng)用于華北地震區(qū)的4個(gè)潛在震源區(qū)進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果可靠，危險(xiǎn)性分析評(píng)估方法可取代宏觀定性評(píng)估方法。

　　關(guān)鍵詞：強(qiáng)震;地表破裂;危險(xiǎn)性分析;潛在震源區(qū);避讓距離

　　《地球科學(xué)》(月刊)創(chuàng)刊于1990年，由中國地質(zhì)大學(xué)主辦，是中國自然科學(xué)核心期刊，以反映我國地球科學(xué)領(lǐng)域最新的高水平的基礎(chǔ)地質(zhì)、應(yīng)用地質(zhì)、資源與環(huán)境地質(zhì)及地學(xué)工程技術(shù)科研成果為主要任務(wù)。

　　0 引 言

　　強(qiáng)震地表破裂又稱強(qiáng)震地面斷裂或錯(cuò)動(dòng)，是發(fā)震斷層突然錯(cuò)動(dòng)，釋放彈性應(yīng)變能產(chǎn)生強(qiáng)烈地震時(shí)形成的地面變形，是人們研究發(fā)震斷層破裂方式和力學(xué)性質(zhì)的窗口。強(qiáng)震地表破裂與砂土液化、崩塌滑坡等引起的地面變形有重大差別，它嚴(yán)格受發(fā)震斷層控制，出露位置、展布方向和力學(xué)性質(zhì)等都與發(fā)震斷層相吻合，破壞作用巨大，非人力所能抗拒(溫瑞智等，2002;李山有等，2003;徐錫偉等，2011;張建毅等，2012)。強(qiáng)震地表破裂災(zāi)害在國內(nèi)外已引起普遍關(guān)注(Batatian，2002;Hart，Bryant，1999;Perrin，Wood，2003)，我國現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011—2010)也明確規(guī)定了強(qiáng)震地表破裂的避讓距離。

　　目前業(yè)內(nèi)仍采用宏觀定性方法對(duì)強(qiáng)震地表破裂進(jìn)行評(píng)估，工程實(shí)踐表明，宏觀定性評(píng)估結(jié)果很難令人滿意，它與抗震防災(zāi)的概率理念相悖(胡聿賢，2005)，給工程抗震設(shè)計(jì)帶來了很大困擾。由于強(qiáng)震和強(qiáng)震地表破裂是隨機(jī)性自然災(zāi)害事件，目前的科學(xué)水平還無法做出準(zhǔn)確預(yù)測，而危險(xiǎn)性分析評(píng)估方法比較切合當(dāng)前的認(rèn)識(shí)水平，是工程界的普遍要求，但由于強(qiáng)震地表破裂比強(qiáng)震發(fā)生的概率更低，資料更少，因此實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)性概率分析的難度很大。

　　本文分析了國內(nèi)外3種強(qiáng)震地表破裂或避讓風(fēng)險(xiǎn)模型及方法，在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)強(qiáng)震地表破裂危險(xiǎn)性分析的各個(gè)環(huán)節(jié)作深入研究，簡化流程，初步建立強(qiáng)震地表破裂概率危險(xiǎn)性及避讓評(píng)估模型，并結(jié)合4個(gè)潛在震源區(qū)的實(shí)際情況做了試算和討論。

　　1 新西蘭避讓距離風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

　　在新西蘭，按照活動(dòng)斷層避讓距離法案或評(píng)價(jià)指南(Janine et al，2003)給出避讓區(qū)影響范圍;同時(shí)，考慮活斷層和破裂的復(fù)雜性以及社區(qū)準(zhǔn)備接受風(fēng)險(xiǎn)能力不同等因素，結(jié)合避讓區(qū)建筑物重要性類別，依照活斷層復(fù)發(fā)間隔(重復(fù)周期)，分析給出了可操作的避讓風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表，如圖1和表1所示(Janine et al，2003)。

　　按照避讓風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表，對(duì)于擬建建筑，一般會(huì)在巖土工程勘察報(bào)告結(jié)論或建議中給出活斷層及其破裂風(fēng)險(xiǎn)性的工程實(shí)際應(yīng)用指導(dǎo)意見。

　　2 地震斷錯(cuò)危險(xiǎn)性模型

　　為適應(yīng)工程風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)需要，蔣溥和梁小華(1998)引入了地震斷錯(cuò)(形變)危險(xiǎn)性概念。

　　2.1 地震斷錯(cuò)危險(xiǎn)性模型

　　地震斷錯(cuò)危險(xiǎn)性指發(fā)生形變的可能性大小，可用其發(fā)生概率來表示。從工程對(duì)策來說，不僅要了解斷錯(cuò)的可能性，而且更要注重其發(fā)生可能性的大小和危害。因此，梁小華等(2002)認(rèn)為地震斷錯(cuò)危險(xiǎn)性涉及地震危險(xiǎn)性、斷錯(cuò)形變發(fā)生與分布特點(diǎn)、覆蓋層厚度影響等：

　　P=P1×P2×P3(1)

　　式中：P表示地震斷錯(cuò)危險(xiǎn)性;P1表示地震發(fā)生的危險(xiǎn)性，可由目前常用概率模型來評(píng)價(jià);P2指不同震級(jí)條件下地表斷錯(cuò)形變的概率，見表2(蔣溥，梁小華，1998);P3指斷錯(cuò)形變量值(形變寬度)分布概率(表3)(梁小華等，2002)。

　　2.2 模型應(yīng)用

　　基于地震斷錯(cuò)危險(xiǎn)性模型，考慮地震事件預(yù)測的諸多不確定性，蔣溥和梁小華(1998)給出了北京市規(guī)劃區(qū)地表斷錯(cuò)危害性的避讓距離建議，如表4所示。

　　3 強(qiáng)震地面斷裂預(yù)測概率模型

　　孫平善(1994)和馬東輝等(2015)給出了強(qiáng)震地面斷裂預(yù)測的概率公式：

　　式中：ML為震級(jí)下限，即可能產(chǎn)生地表破裂的最小震級(jí)，取值為6;MU為潛在震源區(qū)的震級(jí)上限;f(RM)為震級(jí)M下產(chǎn)生強(qiáng)震地表破裂的條件概率，影響該條件概率的因素很多，如震源因素、傳播途徑因素、場地地質(zhì)條件因素等，這些因素量化出來的地表破裂條件概率應(yīng)該是有廣泛代表性和可靠性的，但實(shí)際量化操作中很復(fù)雜需深入研究。 f(M)為所評(píng)價(jià)的主干斷層的震級(jí)概率密度函數(shù)，可用潛在震源區(qū)所在的地震區(qū)或地震帶的概率密度值由專家分配確定，并假定地震的發(fā)生在主干斷層上均勻分布。

　　4 主干斷裂地表破裂危險(xiǎn)性模型及應(yīng)用

　　4.1 主干斷裂地表破裂危險(xiǎn)性模型

　　強(qiáng)震地表破裂評(píng)估的宏觀經(jīng)驗(yàn)(孫平善，1994)是其危險(xiǎn)性(概率)分析研究的基礎(chǔ)，而強(qiáng)震地表破裂的危險(xiǎn)性分析是地震危險(xiǎn)性概率分析的延伸，二者所使用的基礎(chǔ)資料是一致的。

　　4.1.1 模型研究基礎(chǔ)

　　(1)主干斷裂是強(qiáng)震發(fā)生的主要場所

　　強(qiáng)震的發(fā)生與地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)。我國的地震構(gòu)造分布表明：歷史強(qiáng)震分布區(qū)帶分明(汪云素，1999)，主要沿強(qiáng)烈活動(dòng)的主干斷裂呈線性分布。據(jù)馬東輝等(2005)的研究結(jié)果，統(tǒng)計(jì)1900—2018年中國歷史強(qiáng)震與發(fā)震構(gòu)造部位的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如表5所示。

　　從表5可見強(qiáng)烈活動(dòng)的主干斷裂是發(fā)生強(qiáng)震和強(qiáng)震地表破裂的主要場所，也是本文研究的重點(diǎn)。

　　(2)地表破裂的統(tǒng)計(jì)特點(diǎn)

　　強(qiáng)震不一定產(chǎn)生地表破裂，與強(qiáng)震相比，強(qiáng)震地表破裂是更低的概率事件。

　　我國是多地震的國家，歷史地震記載可以追溯到秦漢以前，但早期資料的完整性和準(zhǔn)確性較差。在1900年之后，隨著強(qiáng)震儀器的問世以及現(xiàn)場考察工作的逐漸深入，強(qiáng)震震級(jí)、震中位置和震中烈度及強(qiáng)震地表破裂等資料才比較完整可靠。1900—2018年的百余年間，中國大陸發(fā)生6級(jí)以上的地震約365次，其中只有35次地震產(chǎn)生了規(guī)模不等的地表破裂，這種情況與國外基本相似，即只有少數(shù)地震產(chǎn)生地表破裂。