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文檔簡介
中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)
《活動斷層避讓》
編制說明
編制時間:2019年11月
強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)
《活動斷層避讓》編制說明
“與地震及其鏈生災(zāi)害共存”是人類必須面對的客觀現(xiàn)實。大量地震
現(xiàn)場考察和實驗研究表明,活動斷層對嚴(yán)重地震地質(zhì)災(zāi)害具有明顯地控制
作用,避讓活動斷層可避免活動斷層地表同震破裂和錯動對地面建(構(gòu))
筑物的直接毀壞,防患于未然,是落實“堅持以防為主”戰(zhàn)略決策的科學(xué)
行動?!痘顒訑鄬颖茏尅窐?biāo)準(zhǔn)的頒布和實施是我國活動斷層理論研究、探
測定位到開拓應(yīng)用的最后“1”公里,有效解決地面建(構(gòu))筑物的抗斷
問題:如何避讓和避讓多少?這是本標(biāo)準(zhǔn)需要解決的最基本問題,也是保
障國家經(jīng)濟(jì)社會安全和服務(wù)“一帶一路”大國外交政策的創(chuàng)新性技術(shù)支撐。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于有人居住或工作的一般性地面建(構(gòu))筑物和特殊建(構(gòu))
筑物等工程建設(shè)選址、國土利用規(guī)劃等涉及地表存在跡線或探槽開挖、鉆
孔探測等能夠揭露到的隱伏活動斷層避讓工作。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:國土
規(guī)劃利用部門、工程建設(shè)部門、國防工程等眾多領(lǐng)域。
本標(biāo)準(zhǔn)不適用于須橫跨活動斷層的各種管道、鐵路、公路等線狀工程
建設(shè)以及有抗斷措施的建(構(gòu))筑物工程選址。
一、工作簡況
1任務(wù)來源
2018年1月9日,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會正式下達(dá)立項通知,計劃
號:20174031-Q-419,項目名稱:活動斷層避讓。
本標(biāo)準(zhǔn)主管部門為中國地震局,負(fù)責(zé)起草單位均為活動斷層研究與應(yīng)
用科研機(jī)構(gòu)和實際應(yīng)用單位。
2標(biāo)準(zhǔn)編制的背景和目的
活動斷層是災(zāi)害性地震的震源所在,斷層錯動是最具破壞力的因素,
活動斷層在地表形成的破裂帶是造成地震災(zāi)害最直接的危險源。活動斷層
避讓是需要避開能夠產(chǎn)生地表、近地表破裂的未來同震錯動面或者蠕滑錯
動面,避免對地面建(構(gòu))筑物的直接破壞,解決地面建(構(gòu))筑物的抗
斷問題,達(dá)到有效減輕地震災(zāi)害風(fēng)險的目標(biāo)。
中國大陸地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,活動斷層分布廣泛,眾多大中城市建成區(qū)存
在活動斷層,北京、天津、西安、唐山等人口稠密城市歷史上都遭遇過強(qiáng)
烈地震的襲擊,活動斷層的地震破裂帶來了巨大的災(zāi)難性破壞,造成了嚴(yán)
重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《活動斷層避讓》起草目的是
禁止地面重要建(構(gòu))筑物或重大工程基礎(chǔ)設(shè)施坐落或跨越活動斷層建設(shè),
確保大地震發(fā)生時重大工程設(shè)施功能的維持,并不造成重大人員傷亡,有
效減輕地震災(zāi)害風(fēng)險水平,全面提升全社會抵御地震災(zāi)害的能力。強(qiáng)制性
國家標(biāo)準(zhǔn)《活動斷層避讓》的出臺無疑是落實習(xí)近平總書記關(guān)于防災(zāi)減災(zāi)
救災(zāi)系列重要論述最可靠、最科學(xué)、最有效的措施之一。
二、工作過程
2018年正式立項后,標(biāo)準(zhǔn)起草人于2018年2月在《城市與減災(zāi)》雜志
組織了活動斷層探測與應(yīng)用專刊(2018總第118期),并專門發(fā)表了《活動
斷層避讓問題探討與建議》文章(附件1),分析討論了活動斷層避讓的理
論依據(jù)、活動斷層破裂局部化特征、活動斷層破裂帶位置確定、活動斷層
破裂帶寬度確定、建設(shè)工程抗斷與避讓距離建議等有關(guān)活動斷層探測成果
應(yīng)用與服務(wù)等基本問題與應(yīng)用實踐。2018年6月2日與中國地震局法規(guī)司簽
訂了地震標(biāo)準(zhǔn)制修訂項目任務(wù)書,明確了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)名稱為《活動斷層避
讓》。
任務(wù)書簽訂后,強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)起草組正式進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)編制階段。在立項申
請書中已經(jīng)完成的《活動斷層避讓》草稿基礎(chǔ)上,分別于2018年6月、8
月、9月和10月,在國內(nèi)外有關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)術(shù)成果調(diào)研基礎(chǔ)
上,對本標(biāo)準(zhǔn)申請前已經(jīng)撰寫的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容逐條進(jìn)行了認(rèn)真地修改和落實;
在2018年11月份起草組內(nèi)部對標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容和條款取得了一致和共
識,完成了《活動斷層避讓》初稿。
2018年12月3日至4日,起草組在北京組織召開了《活動斷層避讓》初
稿專家咨詢會議,以提高活動斷層避讓標(biāo)準(zhǔn)的編制質(zhì)量,達(dá)成行業(yè)內(nèi)部及
與建筑設(shè)計等應(yīng)用部門之間共識。出席會議的專家來自中國地震局地質(zhì)研
究所、中國地震局地球物理研究所、中國地震局地震預(yù)測研究所、中國地
震局工程力學(xué)研究所、中國地震災(zāi)害防御中心、防災(zāi)科技學(xué)院、水電水利
規(guī)劃設(shè)計總院、交通部公路科學(xué)研究院、中鐵工程設(shè)計咨詢集團(tuán)、環(huán)保部
核與輻射安全中心、電力規(guī)劃設(shè)計總院、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所、
南京工業(yè)大學(xué)、中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心、中國地震局地殼應(yīng)力
研究所等科研機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)部門,專家們就文本內(nèi)容提出了眾多具有建設(shè)性
和針對性的修改意見和建議,對本標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善起到了促進(jìn)作用,并
使標(biāo)準(zhǔn)更具有可操作性,能夠真正發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)的作用。
在充分吸收專家們提出的修改意見和建議后,2019年7月完成了《活
動斷層避讓》征求意見初稿。該初稿于2019年7月20日至8月15日期間,通
過各種渠道發(fā)送給了美國哥倫比亞大學(xué)、清華大學(xué)土木工程學(xué)院、哈爾濱
工業(yè)大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、南京工業(yè)大學(xué)、中山大學(xué)、北京交
通大學(xué)、防災(zāi)技術(shù)學(xué)院、火箭軍工程設(shè)計研究院、中國建筑科學(xué)研究院、
中冶建筑研究總院有限公司、中國建筑技術(shù)集團(tuán)有限公司、中國建筑西南
設(shè)計研究院、水利部長江水利委員會長江設(shè)計研究院、中國水利水電科學(xué)
研究院、水電水利規(guī)劃設(shè)計總院、北京市建筑設(shè)計研究院、中國科學(xué)院武
漢巖土力學(xué)研究所、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)所、中國地震局工程力學(xué)研
究所、中航勘察設(shè)計研究院、中兵勘察設(shè)計研究院、北京市勘察設(shè)計研究
院有限公司、國土資源部建設(shè)綜合勘察研究設(shè)計院有限公司、北京市地質(zhì)
研究所、廣西壯族自治區(qū)政府、中國地調(diào)局基礎(chǔ)部天津地調(diào)中心、天津華
北地質(zhì)勘查局等30個單位近60名相關(guān)人員,其中包括歐進(jìn)萍、陳厚群、謝
禮立等3位工程院院士,華建新、周宏磊、譚可可和肖從真等4位勘察大師,
13位相關(guān)單位總工/副總工,合計收到紙質(zhì)修改意見40份。2019年8月9日
至10日,編制組起草組在北京召開了由其中25位專家參加的《活動斷層避
讓》標(biāo)準(zhǔn)制定咨詢會,包括4位各類設(shè)計研究院的勘察大師,參加咨詢會
的專家討論熱烈,再次提出了各自的修改意見和建議。所有這些意見和建
議為《活動斷層避讓》的編制完成奠定了良好的基礎(chǔ),借此機(jī)會向他們表
達(dá)崇高的敬意和感謝。
活動斷層起草組成員根據(jù)專家的意見和建議,逐條進(jìn)行了分析、研討
和修改,完成了《活動斷層避讓》征求意見稿。
三、主要技術(shù)內(nèi)容
1標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容與章節(jié)
《活動斷層避讓》標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草,主要技
術(shù)內(nèi)容如下:
前言
引言
1范圍
2規(guī)范性引用文件
3術(shù)語和定義
4基本規(guī)定
4.1避讓對象甄別
4.2活動斷層定位
4.3避讓距離基本值確定
5一般建(構(gòu))筑物避讓距離
6特殊建(構(gòu))筑物避讓距離
參考文獻(xiàn)
2基本規(guī)定和避讓相關(guān)問題
1)活動斷層定義與分類
鑒于活動斷層在重大工程場址、核電站選址和城市生命線工程安全性
評估等方面的重要性,加上與第四紀(jì)環(huán)境和地震、地質(zhì)災(zāi)害在成因上和空
間上的關(guān)聯(lián)性,中外學(xué)者給予“活動斷層”(ActiveFault)不相同的定
義。
美國礦業(yè)地質(zhì)界認(rèn)為活動斷層是指在全新世(<1.1萬年)產(chǎn)生過地表
位移且對其上建筑物具有持續(xù)潛在危害的斷層(Hart,Bryant,1999);新
西蘭地質(zhì)原子能機(jī)構(gòu)認(rèn)為活動斷層為在最近地質(zhì)事件中能找到不斷重復(fù)
發(fā)生滑動證據(jù)且將來還能產(chǎn)生滑動的斷層(Perrin,Wood,2003);美國
原子能委員會根據(jù)核電站選址的需要而提出一個與活動斷層相關(guān)的概念,
即不久將來可能活動的斷層稱之為能動斷層。
我國丁國瑜院士將活動斷層的時間上限定為第四紀(jì);李坪院士將時間
上限定為中更新世;鄧起東院士和張培震院士從工程安全性評價的需要出
發(fā),將時間上限定為晚更新世??紤]到中國大陸地殼的構(gòu)造變動強(qiáng)烈,第
四紀(jì)斷層眾多,同時又能滿足各級工程地震安全性評價和地震危險性評估
的適用性和有效性,國內(nèi)學(xué)者把“活動斷層”定義為:距今12萬年以來
活動過,現(xiàn)今正在活動,并在未來一定時期內(nèi)仍有可能活動的斷層[徐煜
堅,1982;鄧起東,1991;徐錫偉等,2002;張培震等,2003;中國地震
局,2009,2018]。
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T36072—2018《活動斷層探測》將“活動斷層”定義為:
距今12萬年以來活動的斷層,包括晚更新世斷層和全新世斷層。將“地
震活動斷層”定義為:曾發(fā)生和可能發(fā)生地表破裂型地震的活動斷層(徐
錫偉等,2002;中國地震局,2018)。
國內(nèi)外活動斷層分類也不盡相同。新西蘭地質(zhì)原子能機(jī)構(gòu)(2003)按照
NZS4203荷載標(biāo)準(zhǔn)中建筑50年設(shè)計期10%超越概率,提出了地表破裂重現(xiàn)期
為指標(biāo)的活動斷層分類,定義500年重現(xiàn)期為Ⅰ級活動斷層。美國
Shlemon(2010)基于大多數(shù)地質(zhì)顧問和咨詢者意見、地質(zhì)和工程界技術(shù)革
新等因素及保障公眾和財產(chǎn)安全等宗旨,認(rèn)為應(yīng)將加州活動斷層時限從
1.1萬年縮至0.4萬-0.6萬年之間,并把活動斷層分成兩類:危害斷層
(hazardousF)和非危害斷層(non-hazardousF)。也有按滑動速率分為A、
B、C、D四種等級。本標(biāo)準(zhǔn)并不認(rèn)可按照滑動速率來對活動斷層進(jìn)行分類,
原因如下:滑動速率低的活動斷層并不意味著不發(fā)生高震級地震,例如華
北東部郯廬斷裂帶山東段滑動速率很低小于1mm/a,但發(fā)生過公元前70年
1
安丘—莒縣7級地震和公元1668年郯城8/2級地震;再如龍門山斷裂帶震前
滑動速率,縮短率也很小,也發(fā)生了2008年汶川地震。滑動速率大小不影
響發(fā)生高震級地震,僅影響高震級地震的復(fù)發(fā)周期長短。因此,本標(biāo)準(zhǔn)不
建議使用滑動速率分類,而是采用按幾何形態(tài)和運(yùn)動學(xué)性質(zhì)的分類,分為
“走滑斷層”、“正斷層”和“逆斷層”等三種基本類型,他們在高震級
地震發(fā)生時直接控制了地表破裂帶的分布特征及其相關(guān)地面建(構(gòu))筑物
毀壞帶寬度[徐錫偉等,2002,2011,2016;徐錫偉,2006;周慶等,2008;
于貴華等,2009;趙紀(jì)生等,2009;張建毅等,2010,2012;張永雙等,
2010;郭婷婷等,2017]。
2)避讓對象甄別
活動斷層同震或蠕滑錯動面及其地表和近地表的破裂帶是建(構(gòu))筑
物毀壞的原因,需要避讓的應(yīng)是在建(構(gòu))筑物選址時能夠準(zhǔn)確確定位置
的活動斷層,包括地表有跡線的活動斷層和隱伏活動斷層。
對于1:50000填圖確定的地表有跡線活動斷層和城市活動斷層探測定
位的上斷點埋深較淺、探槽開挖能夠揭露的隱伏活動斷層是活動斷層避讓
的主要對象,需要嚴(yán)格按照本標(biāo)準(zhǔn)分類【一般建(構(gòu))筑物和特殊建(構(gòu))
筑物】準(zhǔn)確確定活動斷層破裂帶邊界和開展避讓工作。
對于隱伏活動斷層,GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》4.1.7條規(guī)
定,抗震設(shè)防烈度分別在Ⅷ和Ⅸ區(qū)的隱伏活動斷層上斷點埋深達(dá)到在60m
和90m時,可以忽略發(fā)震斷層對地面建構(gòu)筑物的影響。已有離心機(jī)試驗研
究表明,在相當(dāng)于地震基本烈度Ⅷ度條件下,當(dāng)上斷點之上砂土覆蓋層厚
度達(dá)到70m或更厚時,地表不出現(xiàn)破裂;但在地震基本烈度Ⅷ和Ⅸ度條件
下,且上斷點上覆厚約70m不同巖性互層條件下可在活動斷層延伸與地面
交線附近發(fā)生局部化的地表破裂,最大距離不超過45m[胡平等,2011,地
球物理學(xué)報,54(9),2293~231],與四川汶川地震和臺灣集集地震地表
破裂帶上盤寬度的統(tǒng)計值非常吻合[徐錫偉等,2016,地震地質(zhì),38(3):
477-502;郭婷婷等,2017,地球物理學(xué)進(jìn)展,32(5):1893-1900;張永
雙等,2010,工程地質(zhì)學(xué)報,18(3):312-319;于貴華等,2009,地球物
理學(xué)報,52(12):3027-3041],說明在第四系中埋深約70m可能接近活動
斷層上斷點錯動能出現(xiàn)局部化地表破裂的臨界深度。走滑斷層地震地表破
裂帶分布影響因素數(shù)值模擬研究進(jìn)一步表明,上覆厚度75m是能否出現(xiàn)走
滑型地表破裂的臨界深度[李紅等,2019,地球物理學(xué)報,62(8):
2871-2884]。因此,本標(biāo)準(zhǔn)在基本規(guī)定中明確指出,當(dāng)隱伏活動斷層上斷
點埋深大于75m時,可不考慮活動斷層的避讓問題。
3)管制區(qū)范圍、定位方法與避讓實例
以避讓為目標(biāo)的活動斷層探測定位需要很高的精度,無論是美國加州
政府出資開展的1:24000比例尺活動斷層填圖成果,還是我國各級政府資
助的1:50000比例尺活動斷層填圖或城市活動斷層探測成果圖,都不足以
直接用于活動斷層避讓所需的精度。為此,美國加州地質(zhì)調(diào)查局以1:24000
比例尺填圖獲得的地表活動斷層主要跡線兩側(cè)各劃出寬約150m的管制區(qū),
并于1994年修訂了《阿爾奎斯特-普廖洛地震斷層劃定法案》
(Alquist-PrioloEarthquakeFaultZoningAct,簡稱AP法案),規(guī)定
凡位于管制區(qū)內(nèi)的工程場址須開展以探槽開挖為主的活動斷層定位工作,
建(構(gòu))筑物避讓活動斷層的最小安全距離為15m。例如,加州某住宅開
發(fā)小區(qū)位于加州北北西向展布的圣安德烈斯斷裂主跡線150m管制區(qū)內(nèi)(圖
1),在正式建設(shè)之前規(guī)劃部門要求開發(fā)商在場址區(qū)開展以探槽開挖為主要
手段,確定圣安德烈斯斷裂帶在場址區(qū)主干活動斷層及其分支活動斷層的
位置(圖2),并按照加州AP法案劃定避讓范圍邊界(圖3)。其中,圣安德
烈斯斷裂主干斷層(圖3中左側(cè)紅色粗線)附近為綠化帶,次級活動斷層
沿線避讓范圍為道路和輔助建筑,其他地區(qū)為住宅主體建筑(圖4)。
我國自八·五期間開始1:50000活動斷層填圖試點,十·五以來實施
城市活動斷層探測和1:50000活動斷層填圖計劃,頒布了GB/T36072—
2018《活動斷層探測》和相關(guān)配套行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),推薦地表有跡線的活動斷層
采用高分辨率遙感調(diào)查、地質(zhì)—地貌填圖和探槽開挖等方法確定活動斷層
破裂帶邊界位置;考慮到我國高層建筑地基深度,我們推薦以淺層地震勘
探為主,結(jié)合鉆孔探測等方法確定隱伏活動斷層位置。另外,對已有1:
50000填圖和城市活動斷層探測、定位獲得已知活動斷層,政府相關(guān)職能
部門應(yīng)規(guī)定以活動斷層跡線為中心,兩側(cè)各劃出寬約250m的管制區(qū),凡場
址位于管制區(qū)內(nèi)的工程,均應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)開展活動斷層避讓工作。
圖1加州某住宅小區(qū)場址位于圣安德烈斯斷裂帶管制區(qū)內(nèi)示意圖
圖2加州某住宅小區(qū)活動斷層探槽開挖與高精度位置確定示意圖
圖3加州某住宅小區(qū)場址區(qū)活動斷層避讓范圍劃定方案
圖4加州某住宅小區(qū)場址區(qū)活動斷層避讓建成住宅小區(qū)實例
4)一般建(構(gòu))筑物避讓距離基本值(D0)
避讓距離實際上指的是建(構(gòu))筑物與活動斷層破裂帶邊界之間應(yīng)分
隔開的最小安全間隔,包括避讓距離基本值,走滑斷層、正斷層、逆斷層
等三類斷層上盤、下盤避讓距離取值等。避讓距離基本值指的是建(構(gòu))
筑物與近于直立的活動斷層破裂帶邊界之間需要避讓的最小安全距離,主
要是針對斷層面近于直立的走滑斷層提出來的。在1999年土耳其伊茲米特
地震和美國霍克特曼地震等大地震現(xiàn)場觀測到,地震期間沿走滑斷層發(fā)生
的地表破裂不僅具有破裂局部化特征,地表破裂帶寬度不超過30m,且以
斷層為中心線兩側(cè)對稱分布[韓竹軍和苗崇剛,2000,國際地震動態(tài),1:
7-12;徐錫偉等,2002,2011,2016,地震地質(zhì),38(3):477-502;Bray,
2001;Kelson&Lettis,2000;Christensonetal.,2003;Rockwell&
Ben-Zion,2007;Xuetal.,2009;Zhouetal.,2010]。
2001年昆侖山口西8.1級地震發(fā)生在東昆侖斷裂帶庫賽湖段,地震地
表破裂帶由剪切破裂、張剪切破裂、拉張破裂和擠壓鼓包等組合成典型純
剪切走滑破裂帶,單條破裂的寬度一般介于數(shù)米至15m,最大不超過30m;
組合地表破裂帶的寬度取決于單條地表破裂帶斜列區(qū)寬度[徐錫偉等,
2008]。2001年昆侖山口西8.1級地震、1999年伊茲米特7.4級地震、1976
年唐山7.8級地震、1975年海城7.3級地震、1932年昌馬7.6級地震(逆走)、
1927年古浪8級地震(逆)、1833年嵩明8級地震、1515年永勝8級地震地表
破裂帶寬度統(tǒng)計表明(圖5),走滑斷層、逆走滑斷層等地震地表破裂帶寬
度平均值(均值+2σ)為30m[徐錫偉等,2002,2008c;Choietal.,2016],
其他地震,例如2002年美國德納黎7.9級地震、2008年于田7.3級地震、2010
年玉樹7.1級地震、2015年魯?shù)?.5級地震等地表破裂帶寬度數(shù)據(jù)與這一平
均值相符[Haeussleretal.,2004;徐錫偉等,2008a&b;Zhouetal,
2010;Xuetal.,2013,2015]。
國內(nèi)外地震地表破裂帶及其相關(guān)災(zāi)害帶關(guān)系研究和斷層擴(kuò)展巖石力
學(xué)實驗進(jìn)一步表明,震級M≧6.5級地震地表破裂帶及其直接控制的地面建
(構(gòu))筑物毀壞帶寬度僅數(shù)米至數(shù)十米不等,表現(xiàn)出地表破裂帶和嚴(yán)重災(zāi)
害帶具有局部化基本特征[Chesteretal.,1993;Wells&Coppersmith,
1994;Yeatsetal.,1997;Chester&Chester,1998;Scholz,2002;
Faulkneretal.,2003,2008;徐錫偉等,2007;Rockwelletal.,2007;
Hickman,2007;Xuetal.,2006,2008,2009,2015;Wibberleyetal.,
2008;Yuetal.,2010;Zhouetal.,2010;Lei&Ma,2014]。
另外,在正斷層和逆斷層等傾滑型地震現(xiàn)場也觀測到在這些傾滑斷層
下盤沿斷層線的地表破裂寬度也較窄,寬度不超過15m的現(xiàn)象,與這些地
表破裂直接相關(guān)的地面建(構(gòu))筑物直接毀壞帶也具有基本一致的寬度[Xu
etal.,2013,Tectonophysics,584:152-165;Zhouetal.,2010,BSSA,
100(5B),2660-2668]。最新研究表明,走滑型活動斷層沿線嚴(yán)重災(zāi)害帶
寬度僅30m左右,且斷層兩側(cè)對成分布;傾滑型活動斷層一般大于30m,
其中上盤寬約15m,下盤較寬在30m至45m之間[徐錫偉等,2016]。
考慮到全新世斷層和晚更新世斷層地震危險性差異,分別針對全新世
斷層和晚更新世斷層規(guī)定了相應(yīng)避讓距離。
因此,我們把走滑斷層兩盤、正斷層和逆斷層下盤破裂帶外側(cè)邊界作
為基準(zhǔn)向外避讓15m作為建(構(gòu))筑物與活動斷層破裂帶邊界之間避讓距
離基本值D0。
圖5活動斷層地表破裂帶寬度—頻度分布圖
(上圖:走滑斷層;下圖:走滑斷層+逆走滑斷層)
美國加州發(fā)育著現(xiàn)今世界上規(guī)模最大的走滑型活動斷層—圣安德烈
斯斷裂,加州政府頒布實施的《阿爾奎斯特-普廖洛地震斷層劃定法案》
(AP法案)明確規(guī)定活動斷層避讓距離為15m,與我們定義的避讓距離基
本值D0一致,說明活動斷層避讓距離基本值為15m的取值具有科學(xué)性、可
靠性和合理性。
5)特殊建(構(gòu))筑物避讓距離基本值(D0)
特殊建筑物指的是“在使用上有特殊要求的、在安全上區(qū)別于一般房
屋建筑和市政基礎(chǔ)設(shè)施的特殊工程設(shè)施,或在地震時可能發(fā)生嚴(yán)重次生災(zāi)
害、事故的建筑物或構(gòu)筑物。”分為A、B和C三類:
A類建(構(gòu))筑物為可能引起特大次生災(zāi)害、事故并危及國家安全或
產(chǎn)生永久性生態(tài)環(huán)境破壞的建(構(gòu))筑物;
B類建(構(gòu))筑物為可能引起重大次生災(zāi)害、事故并造成重大生命財
產(chǎn)損失的建(構(gòu))筑物,如生產(chǎn)、測試、存儲易燃易爆等高危產(chǎn)品的建(構(gòu))
筑物,相當(dāng)于GB50011—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》定義的特殊
抗震設(shè)防類(甲類)建(構(gòu))筑物;
C類建(構(gòu))筑物為功能不能中斷的機(jī)構(gòu)或設(shè)施所在的建(構(gòu))筑物,
如應(yīng)急指揮、生命線工程樞紐、學(xué)校等公共建筑,相當(dāng)于GB50011—2008
《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》定義的重點抗震設(shè)防類(乙類)建(構(gòu))
筑物。
在三類特殊建筑物中,C類相當(dāng)于GB50011—2008《建筑工程抗震設(shè)防
分類標(biāo)準(zhǔn)》定義的重點抗震設(shè)防類(乙類)建(構(gòu))筑物,這類建筑物在
GB50011—2010《建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定在地震基本烈度Ⅸ度區(qū)需
要避讓活動斷層400m??紤]到國內(nèi)外地震現(xiàn)場發(fā)震斷層地表破裂帶一般出
現(xiàn)在Ⅸ度或更高的極震區(qū)事實,本標(biāo)準(zhǔn)C類特殊建(構(gòu))筑物避讓距離基
本值采納了GB50011—2010《建筑物抗震設(shè)計規(guī)范》中地震基本烈度Ⅸ度
區(qū)重點抗震設(shè)防類(乙類)建(構(gòu))筑物避讓活動斷層的距離值,即400
米的避讓距離。
6)傾滑斷層上盤效應(yīng)與避讓距離
實際走滑、正、逆等三類活動斷層很少有直立的情況,大部分?jǐn)嗝婢?/p>
有一定傾向和傾角,造成斷層面上盤塊體與下盤塊體具有不同的變形和直
接毀壞帶寬度。
四川汶川地震和臺灣集集地震現(xiàn)場考察表明,正斷層和逆斷層上盤破
裂帶及其相關(guān)地面建(構(gòu))筑物直接毀壞帶要比下盤寬,采用μ+2σ作
為逆斷層型地表破裂帶的平均寬度,則逆斷層型地震地表破裂帶的平均寬
度值為(49±3)m(圖6),其中下盤寬度較窄約為15m,上盤寬度較大,
介于15m至30m之間,上、下盤寬度之比為2~3:1,顯示出傾滑斷層(正
斷層和逆斷層)的上盤效應(yīng)[李錫堤等,2000;徐錫偉等,2008;周慶等,
2008;于貴華等,2009;趙紀(jì)生等,2009;Zhouetal.,2010;張永雙
等,2010;張建毅等,2012;郭婷婷和徐錫偉,2013;胡平等,2013;徐
錫偉等,2016;郭婷婷等,2017]。上盤效應(yīng)是由于傾滑斷層上盤塊體變
形量明顯大于下盤塊體引起的(圖7)。
因此,在活動斷層避讓標(biāo)準(zhǔn)中,我們充分考慮了正斷層和逆斷層等傾
滑斷層的上盤效應(yīng),確定的一般建(構(gòu))筑物避讓距離的計算公式和避讓
距離估算值(表1和2)直接與活動斷層的傾角大?。è唬煦^,保證取值
的合理性、可靠性和應(yīng)用方便性。在這里需要特別指出的是,本標(biāo)準(zhǔn)給出
的建(構(gòu))筑物與活動斷層破裂帶邊界之間避讓距離基本值D0=15m和傾滑
斷層上盤不同傾角條件下避讓距離值均為必須避開活動斷層破裂帶外邊
界的最小值,實際操作過程中,避開的距離不應(yīng)低于規(guī)定值。
圖6逆斷層型地震地表破裂帶寬度-頻度分布圖
(紅色曲線為概率密度分布函數(shù),綠色方框標(biāo)示不參與統(tǒng)計數(shù)據(jù).
a汶川地震,b汶川地震+其他逆斷層型地震)
圖7逆斷層上盤效應(yīng)形成模型(左)和喜馬拉雅山前斷層實例(右)
7)特殊建構(gòu)筑物避讓距離
本標(biāo)準(zhǔn)參考GB50223—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》,針對工程
的重要程度、需要的安全等級等,針對A、B、C三類特殊建(構(gòu))筑物分
別規(guī)定避讓距離。
A類建(構(gòu))筑物指可能引起特大次生災(zāi)害、事故并危及國家安全或
產(chǎn)生永久性生態(tài)環(huán)境破壞的建(構(gòu))筑物,相當(dāng)于HAF101-1991《核電廠
廠址選擇安全規(guī)定》的核電廠。因此,采用HAF101-1991標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的核電
廠廠址5000m范圍內(nèi)不應(yīng)存在活動斷層的規(guī)定,即避讓距離為5000m。
B類建(構(gòu))筑物指可能引起重特大次生災(zāi)害、事故并造成重大生命
財產(chǎn)損失的建(構(gòu))筑物,如生產(chǎn)、測試、存儲易燃易爆等高危產(chǎn)品的基
礎(chǔ)設(shè)施,相當(dāng)于GB50223—2008《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》和GB50011-
-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》定義的特殊抗震設(shè)防類(甲類)建(構(gòu))筑
物。其中,GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定甲類建(構(gòu))筑物
如何避讓活動斷層要作專門研究。
已有地震現(xiàn)場考察表明,地震地表破裂帶一般出現(xiàn)在地震烈度達(dá)到Ⅸ
度及以上極震區(qū),例如2014年魯?shù)榈卣稹?010年玉樹地震、2008年汶川地
震、2008年于田地震、2001年昆侖山口西地震、1997年瑪尼地震、1988
年瀾滄—耿馬地震等高震級地震,在Ⅸ度以上極震區(qū)均沿發(fā)震活動斷層產(chǎn)
生了同震地表破裂(王輝等,1991;Xuetal.,2015,2013,2009,2002;
孫鑫喆等,2010;鐵瑞等,2016);國際上類似的研究也表明,沿發(fā)震活
動斷層產(chǎn)生地震破裂的地震矩震級Mw≧6.5級(Yeatsetal.,1997);Ⅷ
度及以下的地震現(xiàn)場很少沿發(fā)震活動斷層產(chǎn)生有明確構(gòu)造意義的地表破
裂帶(Yeatsetal.,1997;鐵瑞等,2016;徐錫偉等,2017)??梢?,活
動斷層一旦發(fā)生地表破裂型地震,其極震區(qū)烈度至少達(dá)到Ⅸ度。因此,國
內(nèi)外活動斷層長期滑動習(xí)性和古地震研究表明,與地表可見的活動斷層一
般認(rèn)為是活動斷層其長期發(fā)育過程中不斷重復(fù)發(fā)生的地震地表破裂帶空
間疊加的結(jié)果,避讓活動斷層就是要避開活動斷層未來同震地表破裂帶,
避免地表同震破裂和錯動對地面建(構(gòu))筑物直接毀壞。鑒于上述事實,
有充分地質(zhì)證據(jù)證實和鑒定出的活動斷層一旦發(fā)生地表破裂型高震級地
震時,極震區(qū)烈度一般達(dá)到Ⅸ度及以上。本標(biāo)準(zhǔn)在考慮活動斷層避讓時,
充分考慮了1999年臺灣集集地震實際記錄到的近斷層強(qiáng)地面運(yùn)動指數(shù)衰
減特征:距活動斷層3000m內(nèi)峰值加速度、峰值速度和峰值位移等量值大
且隨距離增加迅速衰減,3000m之外則趨于正常衰減且量值較?。▓D8)
[GuoquanWang,etal.,2001;徐錫偉,2006]。因此,我們采用了避讓
活動斷層3000m量值。
1100
Legend--PGA
1000UP-Footwall,alluvium
NS-Footwall,alluvium
900EW-Footwall,alluvium
UP-Hangingwall,bedrock
800NS-Hangingwall,bedrock
EW-Hangingwall,bedrock
700
600
500
PGA(cm/s/s)
400
峰
值300
加200
速
100
度
0
13579111315171921232527293133
Closest距離斷層地表跡線距離distancetofault(km)/km
圖8臺灣地區(qū)集集地震近斷層強(qiáng)地面運(yùn)動(峰值加速度)剖面
C類建(構(gòu))筑物指功能不能中斷的機(jī)構(gòu)或設(shè)施所在的建(構(gòu))筑物,
如應(yīng)急指揮、生命線工程樞紐等,相當(dāng)于GB50223—2008《建筑工程抗震
設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》定義的重點抗震設(shè)防類(乙類)建(構(gòu))筑物。我們采納
了國家標(biāo)準(zhǔn)GB50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的乙類建(構(gòu))筑
物避讓活動斷層400m要求。
四、主要調(diào)研和試驗(或驗證)的分析、綜述報告,技術(shù)經(jīng)濟(jì)論
證,預(yù)期效果等
在構(gòu)思、起草活動斷層避讓標(biāo)準(zhǔn)的10年左右時間里,起草組負(fù)責(zé)人和
骨干成員先后對發(fā)生在中國大陸1997年瑪尼7.8級地震、1999年集集7.6
級地震、2001年昆侖山口西8.1級地震、2008年西昆侖于田7.3級地震、2008
年汶川8.0級地震、2010年玉樹7.1級地震、2013年蘆山7.0級地震、2014
年魯?shù)?.5級地震等現(xiàn)場進(jìn)行了詳細(xì)考察、地震地表破裂填圖、破裂帶寬
度和同震位移測量等科研活動,系統(tǒng)分析了地震地表破裂帶寬度、上下盤
破裂帶變形差異等特征,開展了地表破裂(變形)與地面建筑物破壞之間
關(guān)系等研究,這些成果主要以論文的形式發(fā)表在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上[Xuet
al.,2002,SRL;Xuetal.,2006,JGR;徐錫偉等,2008,中國科學(xué);
于貴華等,2009,地球物理學(xué)報;Xuetal.,2009;QingZhouetal.,2010;
GuihuaYuetal.,2010;徐錫偉等,2013,科學(xué)通報;徐錫偉等,2014,
地球物理學(xué)報]。
國內(nèi)外地震地表破裂及其相關(guān)災(zāi)害關(guān)系研究和斷層擴(kuò)展巖石力學(xué)實
驗進(jìn)一步表明,M≧6.5級地震地表破裂帶及其直接控制的地面建(構(gòu))筑
物毀壞帶寬度僅數(shù)米至數(shù)十米不等,表現(xiàn)出地表破裂和嚴(yán)重災(zāi)害帶具有局
部化基本特征[Chesteretal.,1993;Wells&Coppersmith,1994;Yeats
etal.,1997;Chester&Chester,1998;Scholz,2002;Faulkneret
al.,2003,2008;徐錫偉等,2007;Rockwelletal.,2007;Hickman,
2007;Xuetal.,2006,2008,2009,2015;Wibberleyetal.,2008;
Yuetal.,2010;Zhouetal.,2010;Lei&Ma,2014]。
地震期間活動斷層的錯動對嚴(yán)重地震災(zāi)害帶空間分布具有明顯地控
制作用。野外考察和全球范圍統(tǒng)計結(jié)果表明,走滑型活動斷層沿線嚴(yán)重災(zāi)
害帶寬度僅30m左右,且斷層兩側(cè)對稱分布;傾滑型活動斷層一般大于30m,
其中上盤寬約15m,下盤較寬在30m至45m之間(徐錫偉等,2002,地震地
質(zhì);徐錫偉等,2016,附件2)。這些定量研究成果為活動斷層避讓提供了
可靠、扎實的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)(附件1)。
本標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實施將有效地減輕我國地震多發(fā)區(qū)(帶)面臨的地震
災(zāi)害風(fēng)險水平,科學(xué)地提高我國抵御地震災(zāi)害科技支撐能力。
五、標(biāo)準(zhǔn)水平分析
鑒于活動斷層對嚴(yán)重地震災(zāi)害帶空間分布的明顯控制作用,避讓活動
斷層可避免活動斷層地表同震破裂與錯動對地面建(構(gòu))筑物的直接毀壞,
地震多發(fā)和活動斷層發(fā)育的發(fā)達(dá)國家或地區(qū)均出臺法律法規(guī)確保避讓措
施的落實。例如,美國加利福尼亞州、猶他州、內(nèi)華達(dá)州等,各州政府是
活動斷層避讓法案的頒布者和執(zhí)法法人。實踐證明活動斷層避讓不僅必要,
而且可行、有效,日本、新西蘭、澳大利亞、歐盟等國家和臺灣地區(qū)紛紛
跟進(jìn)。這就是發(fā)達(dá)國家在較高抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)前提下,通過地面建(構(gòu))筑
物避開活動斷層這一災(zāi)害源,使得一個7級左右地震發(fā)生死亡人數(shù)在個位
數(shù)的主要原因。
迄今為止,美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)對活動斷層避讓的法律法規(guī)都采取
了一種較為簡單的辦法,例如美國加州活動斷層劃定法案的做法:活動斷
層兩側(cè)各避讓50英尺(15m)。現(xiàn)有傾滑斷層,特別是2008年汶川地震、1999
年集集地震等逆斷層型事件地表破裂和地震災(zāi)害空間分布顯示出傾滑斷
層具有上盤效應(yīng),即斷層上盤破裂帶和嚴(yán)重地震災(zāi)害帶寬度是斷層下盤的
2至3倍(附件2)。因此,我們起草的活動斷層避讓標(biāo)準(zhǔn)考慮了正斷層和逆
斷層等傾滑斷層的上盤效應(yīng),應(yīng)該是目前國內(nèi)外最先進(jìn)的,處于國際領(lǐng)
先地位。
六、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系
國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《活動斷層避讓》符合《中華人民共和國防震減災(zāi)法》
第六十條和第六十七條規(guī)定地震災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃、地震災(zāi)區(qū)內(nèi)需要異地
新建的城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村的選址、國家國土利用規(guī)劃、國家各類重大工程和生命
線工程選址、設(shè)計和建設(shè)避開地震活動斷層相關(guān)條款要求,應(yīng)該說本標(biāo)準(zhǔn)
是貫徹落實防震減災(zāi)法相關(guān)條款的具體措施。
另外,本標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行將有效避免地面建(構(gòu))筑物在活動斷層同震破
裂和錯動期間存在的“抗斷”問題,與現(xiàn)有國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB50011《建
筑抗震設(shè)計規(guī)范》和GB18306《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》一起嚴(yán)格執(zhí)行,
可構(gòu)成保障我國地震安全完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。
本標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)現(xiàn)行各行業(yè)規(guī)范中有關(guān)活動斷層避讓要求的內(nèi)容相互
銜接。已有標(biāo)準(zhǔn)主要科學(xué)合理地解決抵御震動破壞問題,而本標(biāo)準(zhǔn)解決抗
斷問題:可保證重大工程建設(shè)、人員密集的建(構(gòu))筑物、特殊建(構(gòu))
筑物不坐落在活動斷層上,可積極、主動、有效地保障人民生命和財產(chǎn)安
全,節(jié)省寶貴的土地資源,預(yù)期可在工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用。
涉及活動斷層避讓的國家標(biāo)準(zhǔn)主要有HAF101—1991《核電廠廠址選擇
安全規(guī)定》、GB50011—2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、GB50191—2012《構(gòu)
筑物抗震設(shè)計規(guī)范》、GB50021-2001《巖土工程勘察規(guī)范》和GB17741
—2005《工程場地地震安全性評價》等標(biāo)準(zhǔn)。其中,GB50011-2010《建
筑物抗震設(shè)計規(guī)范》和GB50191—2012《構(gòu)筑物抗震設(shè)計規(guī)范》規(guī)定了甲
類建(構(gòu))筑物要作專門研究,乙類和丙類建(構(gòu))筑物在抗震設(shè)防烈度
為Ⅷ(8)度和Ⅸ(9)度時需要避開活動斷層的最小距離分別為100m至200m
及200m至400m,但對活動斷層定位要求沒有作任何明確規(guī)定。另外,在許
多情況下需要在距離已知活動斷層約200m內(nèi)建設(shè)建(構(gòu))筑物,如何保證
他們不跨越活動斷層跡線,需要利用科學(xué)、有效、可靠的技術(shù)方法確定活
動斷層準(zhǔn)確位置和破裂帶范圍,讓建(構(gòu))筑物避開地表活動斷層主要破
裂和次生破裂的影響帶,確保地震安全。因此,《活動斷層避讓》國家強(qiáng)
制性標(biāo)準(zhǔn)不僅給出可靠、實用、先進(jìn)的技術(shù)方法保證高精度地確定活動斷
層破裂帶范圍或邊界,還給出了具有操作性的避讓活動斷層嚴(yán)重地震災(zāi)害
帶的最小距離以及最小距離的計算公式或簡易查詢表。
七、作為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)或推薦性標(biāo)準(zhǔn)的建議及理由依據(jù)
我國活動斷層的危害性被嚴(yán)重忽視。我國地處印度板塊、歐亞板塊、
菲律賓海板塊與太平洋板塊相互作用的交接部位,具有發(fā)生破壞性大地震
能力的活動斷層眾多,不均勻地分布在青藏高原、天山地區(qū)、阿爾泰地區(qū)、
華北地區(qū)和臺灣地區(qū),東北和華南沿海也存在少量活動斷層(鄧起東等,
2007;徐錫偉等,2016),地震災(zāi)害嚴(yán)重(高孟潭,2015)。在我國以往的
地震災(zāi)害防御中,活動斷層同震地表破裂和錯動對地面建(構(gòu))筑物直接
破壞并沒有引起關(guān)注,更沒有相關(guān)的法律法規(guī)來強(qiáng)制性地減輕相關(guān)災(zāi)害,
從而一次7級左右地震常常造成數(shù)千人甚至上萬人死亡,經(jīng)濟(jì)損失巨大。
像發(fā)達(dá)國家那樣開展活動斷層避讓是震前預(yù)防非常重要的舉措,可以達(dá)到
防患于未然的減災(zāi)目標(biāo)。因此,吸收并總結(jié)國內(nèi)外活動斷層避讓經(jīng)驗和教
訓(xùn),規(guī)范活動斷層避讓距離和行為,是有效減輕我國活動斷層同震地表破
裂和錯動引起的相關(guān)地震災(zāi)害的不可缺或的重大舉措,可切實提升我國防
震減災(zāi)基礎(chǔ)能力。
活動斷層避讓需要強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。頒布和執(zhí)行國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《活
動斷層避讓》符合《中華人民共和國防震減災(zāi)法》第六十條和第六十七條
規(guī)定地震災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃、地震災(zāi)區(qū)內(nèi)需要異地新建的城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村的選
址、國家國土利用規(guī)劃、國家各類重大工程和生命線工程選址、設(shè)計和建
設(shè)避開地震活動斷層相關(guān)條款要求。該強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行將有效避免地面
建(構(gòu))筑物在活動斷層同震破裂和錯動期間存在的“抗斷”問題,與現(xiàn)
有國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB50011《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和GB18306《中國地震動
參數(shù)區(qū)劃圖》一起嚴(yán)格執(zhí)行,構(gòu)成保障我國地震安全完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。
八、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)措施建議
1)建議盡快修訂《防震減災(zāi)法》,把活動斷層避讓作為防震減災(zāi)的重
要基礎(chǔ)性工作,健全相關(guān)法律制度;出臺國務(wù)院《活動斷層避讓管理條例》
或《活動斷層探測與避讓管理辦法》中國地震局局長令或應(yīng)急管理部部長
令,健全活動斷層避讓的法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范性文件體系。
2)進(jìn)一步明確活動斷層探測與避讓的責(zé)任主體。建議全國活動斷層
探測由國家投入和組織實施,區(qū)域活動斷層探測由國家和活動斷層經(jīng)過區(qū)
域的省、市、縣級財政按比例分擔(dān),由國家和省相關(guān)專業(yè)技術(shù)部門組織實
施,城市活動斷層精細(xì)探測由所在城市的政府投入并組織實施,重大工程
的活動斷層精細(xì)探測由建設(shè)單位投入和組織實施;形成全國地震活動斷層
分級工作體系,政府相關(guān)管理部門在活動斷層探測基礎(chǔ)上以活動斷層跡線
為中心劃定兩側(cè)各寬250m的管制區(qū),凡位于管制區(qū)內(nèi)的建設(shè)場址,開工建
設(shè)前業(yè)主應(yīng)負(fù)責(zé)開展活動斷層避讓各項基礎(chǔ)性定位工作,保證建(構(gòu))筑
物不跨越活動斷層建設(shè)。
3)加強(qiáng)國內(nèi)重大建設(shè)工程和“一帶一路”重大基礎(chǔ)設(shè)施投資項目場
址區(qū)活動斷層探測與避讓的核查和監(jiān)督,保證活動斷層避讓標(biāo)準(zhǔn)得到嚴(yán)
格執(zhí)行。
九、國內(nèi)外活動斷層相關(guān)法規(guī)簡介
1美國加州《AP地震斷層劃定法案》
美國加利福尼亞州活動斷層眾多,包括最著名的圣安德列斯斷裂。歷
史地震災(zāi)害嚴(yán)重,曾遭受過1906年舊金山M7.9級特大地震侵襲。早在1971
年圣費(fèi)爾南多(SanFernando)M6.6級地震期間,科學(xué)家們就注意到了沿活
動斷層帶狀分布的地震災(zāi)害嚴(yán)重帶現(xiàn)象,1972年加利福尼亞州通過了針對
活動斷層的“特別調(diào)查帶”(SpecialStudiesZones)規(guī)定;1994年北
嶺M6.7級地震進(jìn)一步顯示出活動斷層同震破裂對地震災(zāi)害空間分布的控
制作用,隨即將原有的規(guī)定修改為《阿爾奎斯特-普廖洛地震斷層劃定法
案》(Alquist-PrioloEarthquakeFaultZoningAct),目的是防止用于
人居住或工作的房屋建筑在地表跡線明顯的活動斷層上,避免活動斷層同
震錯動對跨斷層建(構(gòu))筑物的毀滅性破壞。
阿爾奎斯特-普廖洛地震斷層劃定法案規(guī)定:在地基開挖過程中若發(fā)
現(xiàn)存在斷層或有跡象存在斷層,須停止地基開挖并委托地質(zhì)工程師對斷層
進(jìn)行活動性鑒定,若鑒定為活動斷層,則在活動斷層兩側(cè)各15m或50英尺
內(nèi)嚴(yán)禁建造供人居住的建(構(gòu))筑物,但獨(dú)戶木架結(jié)構(gòu)或鋼架結(jié)構(gòu)不超過
二層樓的住宅,且不屬于4個或4個以上單位共同開發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施,不受本
法案限制。
2猶他州斷層地表破裂危害性評價指南
美國猶他州于2003年通過了《猶他州斷層地表破裂危害性評價指南》。
其中,以表格與公示的形式量化地給出了各種類型居住建筑物的避讓距離
(表2和圖8)。
表2猶他州IBC規(guī)范中分類居住建筑避讓距離推薦表與風(fēng)險系數(shù)U
據(jù)活動斷層分類
猶他州IBC規(guī)范中給出避讓推薦值或研究1
Criticality3U3避讓距離4/m
居住建筑分類(活動斷層分類)
HLQQ
A公眾集中場所(Assembly)RPO22.57.5
B商業(yè)區(qū)(Business)RPO32.06
E教育場所(Educational)RRR213.015
F廠業(yè)/工業(yè)區(qū)(Factory/industrial)RPO32.06
H高風(fēng)險區(qū)(Highhazard)RRR213.015
I公共團(tuán)體(Institutional)RRR213.015
M商貿(mào)區(qū)(Mercantile)RPO32.06
R除R-3的住宅區(qū)(Residential)RPO32.06
R-3小于10個單元住宅區(qū)(Residential-3)RPO41.54.5
S倉庫(Storage)OOO---
U附屬設(shè)施(Utilityandmisc)OOO---
備注:(1)H為全新世活動斷層,LQ為晚第四紀(jì)斷層,Q為第四紀(jì)斷層;R為推薦需避讓,P為基于風(fēng)險
評價而謹(jǐn)慎考慮,O為可選;(2)表示研究推薦,即給出基于風(fēng)險評價的推薦避讓距離或減災(zāi)措施;
(3)C為危險因子和風(fēng)險系數(shù)U成反比;(4)避讓距離為此表和圖2公式值取兩者之大。
圖8活動斷層避讓參數(shù)公式及示意圖(Christensonetal.,2003)
備注:(1)該方法及公式僅適用于正斷層,其他斷層需地質(zhì)專家提供使用依據(jù)報告;(2)F
為地基埋深,D為斷層最大垂直位移,其他字母注解見表1。
3臺灣地區(qū)《山坡地開發(fā)建筑管理辦法》
我國臺灣地區(qū)“山坡地開發(fā)建筑管理辦法”第五條第二款規(guī)定:“坡
度陡峭者,地質(zhì)結(jié)構(gòu)不良、地層破碎、活動斷層或順向坡有滑動之虞者,
河岸侵蝕或向源侵蝕有危及基地安全者,有崩塌或洪患之虞者,均不得開
發(fā)建筑”。1999年集集大地震后,面臨被斷層直接摧毀的建筑物是否重建
問題,臺灣地區(qū)“營建署”規(guī)定了永久性禁、限建設(shè)計原則:活動斷層線
明確地區(qū)兩側(cè)各15m范圍內(nèi)及部分?jǐn)鄬泳€不明確地區(qū),不得興建包括學(xué)校、
醫(yī)院、警察局、消防救災(zāi)等公共建筑及大型公眾營業(yè)場址,私有建地僅限
于二層樓以下建筑。
十、附件
附件1活動斷層避讓問題探討與建議
附件2活動斷層避讓相關(guān)問題的討論
十一、主要參考文獻(xiàn)(略)
第38卷第3期地震地質(zhì)Vol.38,No.3
2016年9月SEISMOLOGYANDGEOLOGYSept.,2016
doi:10.3969/j.issn.0253-4967.2016.03.001
活動斷層避讓相關(guān)問題的討論
徐錫偉1)郭婷婷2)劉少卓1)于貴華1)陳桂華1)吳熙彥1)
1)中國地震局地質(zhì)研究所,活動構(gòu)造與火山重點實驗室,北京100029
2)山東省地震局,濟(jì)南250014
摘要2008年汶川地震、2010年玉樹地震、2014年魯?shù)榈卣鸬却罅空鹄芯勘砻鳎瑖?yán)重的地震
災(zāi)害損失和人員傷亡主要源于發(fā)震斷層的同震地表破裂、近斷層的強(qiáng)地面運(yùn)動和地基失效引起的建
(構(gòu))筑物倒塌。因此,避讓活動斷層是有效減輕可能遭遇的地震災(zāi)害損失的一項重要措施。但如何
避讓活動斷層和避讓多少距離能夠保證地面建(構(gòu))筑物不受活動斷層同震錯動引起的直接毀壞,一
直是國內(nèi)外學(xué)者爭論的焦點科學(xué)問題。1)首先基于歷史地震地表破裂資料,定量分析了活動斷層同
震地表破裂的局部化特征、同震地表破裂與建(構(gòu))筑物的破壞關(guān)系,得出了地震地表破裂帶及其直
接嚴(yán)重地震災(zāi)害帶寬度的平均統(tǒng)計值約為30m的認(rèn)識。2)通過1999年集集地震、2008年汶川地震
等地表破裂帶寬度資料和地震災(zāi)害空間分布關(guān)系的分析,指出了傾滑斷層具有明顯的上盤效應(yīng),斷
層上、下盤地表破裂帶或嚴(yán)重地震災(zāi)害帶寬度之比為2!1至3!1。3)基于上述分析獲得的最新認(rèn)識,
進(jìn)一步討論了避讓對象、活動斷層定位要求、不同類型活動斷層最小避讓距離、特殊建(構(gòu))筑物避
讓和“抗斷”設(shè)計理念等問題。最后,呼吁立法機(jī)構(gòu)加強(qiáng)活動斷層避讓和活動斷層探測的立法工作,
規(guī)范活動斷層上及其鄰近地段土地利用規(guī)劃和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中合理避讓活動斷層的行為,防患
于未然,提高中國防震減災(zāi)的基礎(chǔ)能力。
關(guān)鍵詞活動斷層地震地表破裂帶活動斷層避讓最小避讓距離
中圖分類號:P315.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:0253-4967(2016)03-0477-26
0引言
“與災(zāi)難共存”是人類必須面對的客觀現(xiàn)實。地震是活動斷層失穩(wěn)錯動的直接結(jié)果,地震
期間儲存在斷層附近巖石中的彈性應(yīng)變能通過斷層突發(fā)性滑動釋放引起的強(qiáng)地面運(yùn)動(地震
波)和活動斷層的地表同震錯動是造成地震災(zāi)害的2個主要因素(Scholz,2002;TheResources
AgencyofCalifornia,2002;徐錫偉等,2002,2011)。1999年土耳其伊茲米特74級地震、臺灣
地區(qū)集集76級地震,2008年汶川80級地震,2010年玉樹71級地震,2013年蘆山70級
地震,2014年魯?shù)椋叮导壍卣鸷途肮龋叮都壍卣?,2015年尼泊爾廓爾喀(Gorkha)MW78地?/p>
等震中區(qū)各類建(構(gòu))筑物的破壞特征分析表明,依據(jù)國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做好抗震結(jié)構(gòu)體系選
取、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計、隔震和消能減震設(shè)計等工作可有效地提高建(構(gòu))筑物的抗震性能,明顯
減輕由強(qiáng)地面運(yùn)動引起的振動破壞和地基失效誘發(fā)的建(構(gòu))筑物倒塌等地震災(zāi)害(韓竹軍等,
2000;張敏政等,2000a,b;清華大學(xué)土木結(jié)構(gòu)組等,2008;孫柏濤等,2008;郭婷婷等,2009,
〔收稿日期〕2016-08-18收稿,2016-08-31改回。
〔基金項目〕國家自然科學(xué)基金重大研究計劃(91214201)資助。
書
478地震地質(zhì)38卷
2010;周昌賢,2010;Guoetal.,2012;陶連金等,2015;Robbetal.,2015;洪海春等,2015),
達(dá)到“小震不壞,中震可修,大震不倒”的抗震設(shè)計目標(biāo)(中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部
等,2010)。
大量地震構(gòu)造考察、斷層擴(kuò)展實驗和地震破裂機(jī)制研究表明,M≥65地震常常會在地表
形成數(shù)km至數(shù)百km長的地震地表破裂帶,發(fā)生數(shù)十cm至數(shù)m的同震位移;目前的抗震設(shè)
防措施還難以阻止這種同震錯動對地面建(構(gòu))筑物的直接毀壞(翠川三郎,1995;Yeatsetal.,
1997;韓竹軍等,2000;徐錫偉等,2002,2008a,2008b,2011;周正華等,2003;徐錫偉,
2006;代樹紅等,2006,2008;周慶等,2008;周榮軍等,2008;Zhouetal.,2010;胡平等,
2011;張建毅等,2012;孫鑫?等,2012)。在抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)相對較高的美國、土耳其、日本等
國以及中國臺灣地區(qū),地震時活動斷層的地表跡線對嚴(yán)重地震災(zāi)害帶的控制作用更加明顯:活
動斷層的同震錯動對地面建(構(gòu))筑物的直接毀壞疊加在近斷層強(qiáng)地面運(yùn)動導(dǎo)致的振動破壞之
上,加重了活動斷層沿線的地震災(zāi)害,形成了嚴(yán)重地震災(zāi)害帶,平均寬度僅數(shù)十m(韓竹軍等,
2000;Leeetal.,2001;Kelsonetal.,2001;Bray,2001;Yangetal.,2001;徐錫偉等,2002,
2011;Rockwelletal.,2007;Xuetal.,2009;Zhouetal.,2010;Quigleyetal.,2010)。
鑒于活動斷層對嚴(yán)重地震災(zāi)害帶的空間分布具有明顯的控制作用,避開活動斷層可避免
其同震錯動對地面建(構(gòu))筑物的直接毀壞(Bray,2001;徐錫偉等,2002,2011;Christensonet
al.,2003;徐錫偉,2006;Zhouetal.,2010;Boncioetal.,2012;郭婷婷,2013)?;顒訑鄬影l(fā)育
和地震多發(fā)的發(fā)達(dá)國家或地區(qū)相繼出臺了相關(guān)法律法規(guī)確保避讓措施的落實。例如美國加利
福尼亞州1994年修訂頒布的《A-P地震斷層劃定法案》(AlquistPrioloEarthquakeFaultZoning
Act),主要目的是禁止地面重要建(構(gòu))筑物跨活動(走滑)斷層建設(shè),規(guī)定活動斷層兩側(cè)各避
讓15m(Hart,1974;Hartetal.,1999);2003年通過的《猶他州斷層地表破裂危害性評價指
南》,規(guī)定活動正斷層的最小避讓距離上盤為15m、下盤為12m(McCalpin,1987;Christensonet
al.,2003)。此外,歐洲共同體2003年版結(jié)構(gòu)抗震的歐洲規(guī)范8(Eurocode8)、日本的《活動斷
層法》、新西蘭的《活動斷層導(dǎo)則》、臺灣地區(qū)的《山坡地開發(fā)建筑管理辦法》等都規(guī)定了活動斷
層跡線兩側(cè)的避讓距離為15~20m,并禁止地面建(構(gòu))筑物坐落在活動斷層上(中田高等,
2003;Kerretal.,2004;Dissenetal.,2006;Bouckovalas,2006)。
中國地處歐亞板塊、印度板塊、菲律賓海板塊和太平洋板塊相互作用的交接部位,發(fā)育著
至少495條已知活動斷層,不均勻地分布在青藏高原、天山地區(qū)、阿爾泰地區(qū)、華北地區(qū)和臺
灣地區(qū),東北地區(qū)和華南沿海也存在少量活動斷層(鄧起東等,2007b;徐錫偉等,2016),地震
災(zāi)害嚴(yán)重(高孟潭,2015)。因此,在新版《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)頒布實
施之際,如何綜合活動斷層同震地表破裂局部化特征的理論研究成果,吸收與總結(jié)國內(nèi)外活動
斷層避讓的經(jīng)驗和教訓(xùn),規(guī)范活動斷層避讓距離,是有效減輕中國活動斷層同震錯動引起的相
關(guān)地震災(zāi)害的有效舉措。本文結(jié)合《活動斷層避讓》標(biāo)準(zhǔn)的起草,針對活動斷層定義、相關(guān)嚴(yán)
重地震災(zāi)害帶避讓的理論依據(jù)、避讓對象、活動斷層定位、不同類型活動斷層的最小避讓距
離、特殊建(構(gòu))筑物避讓和抗斷設(shè)計理念等科學(xué)問題作深入解析,協(xié)助國土規(guī)劃部門、應(yīng)急救
援管理人員、設(shè)計建設(shè)部門等做好活動斷層及其鄰近地段土地開發(fā)、利用和建設(shè),防患于未
然,提升中國防震減災(zāi)的基礎(chǔ)能力,發(fā)揮科技成果在國土資源規(guī)劃中的應(yīng)用實效。
3期徐錫偉等:活動斷層避讓相關(guān)問題的討論479
1活動斷層定義
活動斷層是產(chǎn)生地震的根源,而且地震時沿斷層跡線的破壞最為嚴(yán)重,人員傷亡也明顯大
于斷層兩側(cè)的其他區(qū)域(徐錫偉等,2011)。“活動斷層”最早是由美國學(xué)者對發(fā)生1906年舊金
山83級地震的圣安德列斯斷裂進(jìn)行詳細(xì)研究后提出的1個科學(xué)術(shù)語(Lawsonetal.,1908),
之后得到多位學(xué)者的支持與完善,目前特指“現(xiàn)今正在活動的,并在未來一定時期內(nèi)仍有可能
活動的斷層”(Willis,1923;Nuttli,1982)。該術(shù)語已在中國得到推廣與應(yīng)用(丁國瑜,1982;鄧
起東,1982,1991)。在美國、日本、中國臺灣地區(qū)活動斷層指全新世期間或距今約11萬a以
來有過活動的斷層,是具有再次發(fā)生地表破裂型地震(M≥65)的潛在震源(Fraser,2001)。
中國和新西蘭、希臘等國家自20世紀(jì)70、80年代引進(jìn)活動斷層概念以來,在地震地質(zhì)研究實
踐中認(rèn)識到一些晚更新世或距今12萬a以來有過活動的斷層也能夠發(fā)生地表破裂型地震,將
活動斷層重新定義為晚第四紀(jì)或距今12萬a以來有過活動的斷層(鄧起東,1991;徐錫偉等,
2002;Kerretal.,2004;徐錫偉,2006;中國地震局,2009),不僅拓寬了活動斷層的時間跨度,
還直接與高震級潛在地震震源掛鉤,將曾經(jīng)發(fā)生和可能發(fā)生地表破裂型地震的活動斷層稱為
地震活動斷層(徐錫偉等,2002;中國地震局,2009)。按照運(yùn)動學(xué)特征或力學(xué)性質(zhì)可將活動斷
層分為走滑斷層、逆斷層和正斷層3類,逆斷層和正斷層統(tǒng)稱為傾滑斷層。
2活動斷層避讓的理論依據(jù)
21地震地表破裂的局部化特征
地震現(xiàn)場考察、巖石力學(xué)實驗和地震破裂機(jī)制研究表明,在大多數(shù)情況下地震是沿地殼中
的先存斷層破裂成核、滑動擴(kuò)展和終止的產(chǎn)物,在某些特殊情況下是地殼巖石受力沿應(yīng)變集中
帶破裂成核、滑動擴(kuò)展形成新生斷層的結(jié)果(Scholz,2002;徐錫偉等,2011)。其中,先存斷層
面閉鎖引起彈性應(yīng)變能或應(yīng)力的積累并達(dá)到摩擦強(qiáng)度時發(fā)生失穩(wěn)摩擦滑動是地殼內(nèi)發(fā)生地震
的主流觀點(Scholz,2002)。圍陷波探測反映出走滑斷層的同震破裂與滑動引起的地表跡線至
震源深度范圍內(nèi)的巖石結(jié)構(gòu)損傷,可形成寬200~300m的低速破裂帶,并會隨著時間快速愈合
(Laietal.,2010;Lianetal.,2013)。1999年中國臺灣地區(qū)集集地震斷層在數(shù)百m深度處的變
形帶寬度僅數(shù)十至數(shù)百μm(Shiptonetal.,2001;Heermanceetal.,2003),而震級M≥65的地
震常常沿發(fā)震活動斷層形成呈帶狀展布的同震地表破裂帶,寬度僅數(shù)m至數(shù)十m不等(圖1),
極個別地點受斷層幾何結(jié)構(gòu)的影響寬度可超過百m,表現(xiàn)出變形或破裂局部化的基本特征
(Faulkneretal.,1993;Yeatsetal.,1997;Scholz,2002;Xuetal.,2006,2009,2015;Rockwellet
al.,2007;徐錫偉等,2008b;Yuetal.,2010;Zhouetal.,2010)。
2001年昆侖山口西81級地震發(fā)生在東昆侖斷裂庫賽湖段,地震地表破裂帶實地測量獲
得了大量地表破裂寬度數(shù)據(jù),結(jié)合已公開發(fā)表的1999年伊茲米特74級地震、1976年唐山
78級地震、1975年海城73級地震、1932年昌馬
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