深圳市活斷層探測與地震危險性評價

徐俊 ，余成華，湯德剛，張桂香，肖兵，蔣鵬，陳龐龍

(1.深圳市勘察研究院有限公司，廣東深圳 510086; 2.廣東省地震局，廣東廣州 510070)

1 目標區和目標斷層的確定

1.1 目標區的確定

活斷層探測［1］目標區以包括或涉及探測城市的區域地震構造單元為原則，根據深圳市實測和推測的主要斷裂分布、規模以及對深圳市規劃建設的影響程度，結合深圳市現有城區、經濟開發區、遠景規劃區范圍，確定為以城區為中心，面積為38×20 km2的方形區域，面積 760 km2，地理坐標為:北緯 22°30'00″～ 22°41'40″，東經 113°58'00″～114°20'00″。

1.2 目標斷層的確定

目標斷層的選擇以經過城區、具一定規模、有一定工作基礎、已知第四紀有活動的主要斷層為原則，在此基礎上根據經費和技術力量等條件，確定重點探測或兼顧探測的目標斷層。本次探測目標區域內的斷層有橫崗—羅湖斷裂、蓮塘斷裂和溫塘—觀瀾斷裂(如圖1)，需要探測的目標斷層基本情況如表1所示。

圖1 目標區地震構造圖

表1 目標斷層基本情況

2 目標斷層活動性研究

2.1 橫崗—羅湖斷裂

(1)斷裂野外地震地質調查

橫崗—羅湖斷裂是五華—深圳斷裂帶的主干斷裂。在目標區內，橫崗—羅湖斷裂自東北向西南經過坪山、炳坑水庫、銅鑼徑水庫、橫崗、新田仔、深圳水庫。以深圳水庫為界，大致可把橫崗—羅湖斷裂分成東北段和西南段。其中東北段自北向南形成發散狀平行相間的3條斷裂，依次是輋禾嶂—橫崗—羅湖斷裂、清風嶺—爛寨頂斷裂和炮臺山—橫崗頭斷裂。

斷裂東北段處于低丘陵臺地地帶，植被發育，自然露頭較差。斷裂西南段被羅湖區高層建筑遮蓋，僅在少數殘丘上見其出露，如黃貝嶺，谷對嶺等地。從坪山到新田仔，斷裂構成了不同時代地層與巖漿巖的界線。如輋禾嶂—橫崗—羅湖斷裂，在坪山—清風嶺段和塘坑水庫—黃竹坑水庫段是燕山晚期花崗巖(北西盤)和下石炭統測水組(南東盤)的界線，在清風嶺—橫崗段是下石炭統測水組上段(北西盤)和下段(南東盤)的界線，在橫崗—塘坑水庫段和黃竹坑水庫—新田段是中侏羅統吉嶺灣組(北西盤)和下石炭統測水組(南東盤)的界線。而清風嶺—爛寨頂斷裂和炮臺山—橫崗頭斷裂主要發育在下石炭統測水組下段之中，如在坪山—橫崗段，但在局部地段是燕山晚期花崗巖和下石炭統測水組的界線。從新田仔到羅湖區，斷裂北西盤是前寒武紀變質巖，南東盤是中—下侏羅統塘廈組。

(2)淺層人工地震法探測

研究區域的淺層地震勘探共布置測線38條，其中淺1～淺20測線探測的目標斷層為橫崗—羅湖斷裂束(F2)，淺21～淺26測線探測的目標斷層為蓮塘斷裂(F3)，淺27～淺38測線探測的目標斷層為溫塘—觀瀾斷裂(F5)。

斷點FP1～FP16是橫崗—羅湖斷裂的反映，橫崗—羅湖斷裂是由一系列走向南西—北東的斷層組成，該組斷層總體傾向北西，局部地段扭轉為傾向南東，總體表現為逆斷層，部分地段為正斷層。有數個斷點(FP5、FP8、FP14、FP15)向上錯斷到了T1地層界面，其他各斷點向上錯斷到了T2地層界面。

(3)鉆孔聯合剖面及電磁波CT探測

為了確定斷裂對上覆第四紀地層的影響，鑒定斷裂最新的活動年代，進而確定斷裂未來發震的強度，對橫崗—羅湖斷裂隱伏段布設了3條鉆孔探測剖面和1條探槽探測以及6對電磁波CT探測剖面。

①鉆孔聯合剖面探測

深圳水庫鉆孔探測剖面橫跨橫崗—羅湖斷裂組進入深圳市區內的F9號斷層，位于深圳水庫大壩主壩南側200 m處，為南東東走向，與斷裂走向近于直交。剖面所處地形平坦，面全長159.9 m，共設鉆孔12個，鉆探結果顯示，斷層破碎帶總寬度超過80 m，主要由壓碎巖、綠泥石化壓碎巖和構造角礫巖組成，原巖為石炭系測水組上段變質石英粉砂巖，斷層傾向北西，在剖面圖中量得總體視傾角為52°，局部呈波狀。上構造巖為壓碎巖，下構造巖為綠泥石化壓碎巖夾構造角礫巖透鏡體，斷層下盤為變質石英粉砂巖夾千枚巖。

②電磁波CT探測

在橫崗—羅湖斷裂的深圳水庫段探測區內共選擇了5個鉆孔，完成CT探測剖面6對，結合地下電磁波CT手段對5鉆孔的立體聯合探測推斷，鉆探剖面方向與斷層走向垂直，即斷層走向在深圳水庫大壩下游段為北東 25°～30°，傾向北西，傾角52°，為逆斷層。

(4)斷裂活動性綜合評價

根據以上調查及探測結果表明，該斷裂主要形成于晚古生代后期，在動熱變質作用下使石炭系以前的地層形成寬幾十至上千米的動熱變質帶。中生代的塑性變形形成了疊加在動熱變質帶之上的數十米寬的糜棱巖化帶。中生代后期斷層以脆性變形為主，產生了新的破裂面，裂面兩側巖石在北西—南東向構造應力場的作用下擠壓滑動，形成的構造透鏡體、斷層角礫巖、石英碎斑巖以及綠泥石化，寬度達數米至數十米，同時還控制了一些白堊世花崗巖的侵入。在深圳水庫、海關水庫以及橫崗塘坑水庫的鉆探剖面、探槽都不同程度地反映了橫崗—羅湖斷裂的活動歷程。橫崗—羅湖斷裂的主要活動階段應在中生代中后期，活動特征以逆沖為主，兼具反扭。

古近紀以來，斷層活動明顯減弱，至中更新世前，在4個探測剖面及其周圍地帶以侵蝕剝蝕以及風化剝蝕為主，缺失相關沉積物，同時在中上更新世形成厚達數米至十幾米的殘積土層。晚更新世至全新世時期，斷裂南段深圳水庫以南至海關總部一帶的斷裂被晚更新世至全新世沖積或海相沉積層所覆蓋，但沒有被斷裂錯動過的跡象。而在斷裂北東段橫崗塘坑探槽所見，斷層對上覆的中更新世殘積土和坡積土層未產生擾動和切割。斷層樣品電子自旋共振(ESR)測年結果最小值為32.2±3.2萬年，斷裂在中更新世早期活動，在晚第四紀以來處于相對穩定的狀態。

2.2 蓮塘斷裂

(1)野外地震地質調查

該斷裂在目標區內可分為南北兩支:北支福田斷裂自銅鑼徑一帶往西南經福田、老虎坳、牛屎凹至蛇地坑一帶。南支亦叫田螺坑斷裂，由福田南一帶起向西南延伸，經過鹽田坳、西坑、高坳東、田螺坑、求水嶺、蓮塘、西嶺下村、羅芳村然后進入香港地區。北支斷裂走向北東48°，傾向北西，傾角75°，長約 8.7 km;南支斷裂總體走向北東46°，傾向北西，傾角45°，長約16 km。

斷裂在不同地段切割的地層巖石有中泥盆統老虎頭組、下石炭統測水組和燕山期花崗巖。在高坳東—求水嶺段，斷裂是中侏羅統熱水洞組和下石炭統測水組的分界線。在鹽田坳和蓮塘一帶斷裂被第四系覆蓋。

(2)淺層人工地震法探測

沿蓮塘斷裂共布置了6條測線，淺21～淺26測線探測的目標斷層為蓮塘斷裂(F3):

從6條針對蓮塘斷裂布設測線分析可知，其中共有4條，發現4個斷點，如表2所示，FP17～FP20。從這些斷點的平面分布特征和已知地質資料分析，蓮塘斷裂是一條走向南西—北東，傾向北西的正斷層。各斷點向上錯斷到了T2地層界面。

淺層地震勘探蓮塘斷裂參數一覽表 表2

(3)鉆孔聯合剖面探測

對蓮塘斷裂隱伏段布設1條鉆孔探測剖面，剖面布設在深圳梧桐山景區牌坊南側的停車場內。剖面線總體呈北西向，局部為近南北向，橫跨蓮塘斷裂。剖面線全長約 141.4 m，先后共布設9個鉆孔(ZK1～ZK9)，孔距4.15 m～54.69 m不等。在后期進行野外地震地質點的復核過程中，發現剖面最北端的ZK7孔北西300°距離19 m的延伸線上(牌坊西側保安亭)，有人工開挖的斷層出露點。在鉆探范圍內均揭露構造巖，巖性為糜棱巖及二云母糜棱片巖，原巖遭到的碎裂化程度更為強烈，絕大部分原巖組分已粉碎，碎斑普遍粒度較細，原巖結構已無保留，碎基組分中，主要由重結晶作用生成的微粒長英礦物和絹云母及黑云母組成，碎粒含量較少，并由粗細不同的長英礦物及絹云母、黑云母的不同組分形成了巖石中的紋理條帶。糜棱巖與二云母糜棱片巖之間在剖面中為不整合接觸。

在ZK1南東方向約300 m處山麓處見早侏羅的流紋質火山碎屑巖出露，沿路往北西方向追溯巖性漸變為糜棱巖，未見明顯的后期形成的脆性破裂面。而剖面所揭露的構造巖也有由南東向北西糜棱巖化由弱變強的趨勢。

由上述鉆孔剖面及地質調查的結果推斷，在梧桐山停車場一帶糜棱巖帶寬度大，達200 m～300 m，疊加在其上的后期脆性破裂呈不連續分布、規模小，上盤為二云母糜棱片巖，下盤為糜棱巖，二云母糜棱片巖逆沖于糜棱巖之上。

(4)斷裂活動性綜合評價

蓮塘斷裂韌—脆性變形特征明顯，沿斷裂帶發育寬厚的糜棱巖帶和構造片理化帶，后期脆性破裂疊加在早期韌性變形之上，所形成的糜棱巖化帶寬達數百米，但在中生代后期的脆性破碎帶規模較小。

該斷裂與橫崗—羅湖斷裂同屬深圳斷裂帶系統，其形成時代、活動性質大致相同，在斷裂的脆性破裂階段，早期為逆斷性質，晚期為正斷性質。晚第四紀以來，斷裂通過的各級層狀地貌面未見錯位變形;斷裂出露部位均未發現明顯地貌變形;水系亦未見同步彎曲現象;斷裂上覆晚第四紀蓋層均無任何構造變動現象;構造巖以碎裂巖和硅化巖為特征，無新鮮破裂面，反映斷層后期的活動性微弱。

淺層地震探測結果反映，各斷點向上錯斷到了T2地層界面，相當于風化殼底界，說明斷裂活動發生于風化殼形成之前。

古近紀以來至早更新世前，沿斷裂帶附近以侵蝕剝蝕以及風化剝蝕為主，缺失相關沉積物，同時在中上更新世形成厚達數米至十幾米的殘積土層。晚更新世至全新世時期，沿斷裂附近沒有形成新的沉積層，斷層對上覆的中更新世殘積土和坡積土層未產生擾動和切割。斷層樣品電子自旋共振(ESR)測年結果顯示，北支福田斷裂為25.9±2.5萬年，在中更新世中期活動;南支田螺坑斷裂在中更新世以前活動。

2.3 溫塘—觀瀾斷裂

(1)野外地震地質調查

溫塘—觀瀾斷裂可分西支和東支斷裂，二者近于平行展布，總體走向328°，傾向SW或NE，傾角50°～75°。東支斷裂東南起自新平村、經沙灣、下李朗、山塘、菠蘿凹、南蛇塘、觀瀾鎮至凹背圍，目標區內全長約24 km。西支斷裂起自深圳水庫，往北西經求水山、大芬、貴坑至秀峰工業城一帶，全長約10 km。

東支斷裂切割的地層巖石有石炭系、侏羅系和白堊紀花崗巖，與西支斷裂情況相類似，東支斷裂在丹竹頭—甘坑水庫段形跡模糊，而靠近觀瀾鎮則趨向清晰。

西支斷裂自東南往西北依次切割的地層巖石有石炭系、前寒武系、奧陶紀花崗巖、侏羅系和白堊紀花崗巖，斷裂出露斷續，在求水山—大芬—貴坑段潛伏于布吉鎮建筑群之下，而在其余地段均可見斷裂地表出露。

(2)淺層人工地震法探測

沿溫塘—觀瀾斷裂共布置了12條淺震測線(淺27～淺38)，其中共有7條，發現斷點有8個，FP21～FP28。綜合分析表明，溫塘—觀瀾斷裂是一條走向南東—北西、傾向南西的正斷層，斷點FP28向上錯斷到了T1地層界面，其他各斷點向上錯斷到了T2地層界面。

(3)鉆孔聯合剖面及電磁波CT探測

根據溫塘—觀瀾斷裂展布特征，在大望新平村、觀瀾大布巷等斷裂隱伏段，各布設了1條跨斷層鉆孔探測剖面，在大望新平村布設了4對電磁波CT探測剖面。

①鉆孔聯合剖面探測

大望新平村鉆孔剖面位于溫塘—觀瀾斷裂東支南東段，與該斷裂的近于直交，剖面線全長約95.72 m，共布設10鉆孔，孔距2.26 m～34.22 m。多個鉆孔揭露糜棱巖、壓碎巖、硅化壓碎巖和碎裂石英粉砂巖，破碎帶寬度大于20 m，其中壓碎巖與硅化壓碎巖寬度為14 m。破碎帶的上盤面(壓碎巖與糜棱巖之間的破裂面)傾向南西，視傾角為45°，硅化壓碎巖與碎裂石英粉砂巖之間的破裂面視傾角較緩，約30°，呈波狀起伏。

觀瀾大布巷鉆孔剖面位于溫塘—觀瀾斷裂東支西北段，布設鉆孔8個，揭露破碎帶寬度僅為5 m。

根據上述兩個鉆孔探測剖面資料，橫跨斷裂帶上所覆蓋的上更新統及全新統沒有任何被錯斷的跡象，也沒有發現覆蓋層受到任何擾動現象。

②電磁波CT探測

在溫塘—觀瀾斷裂的大望新平村探測區內共選擇了ZK5、ZK6、ZK7、ZK10鉆孔，完成CT探測剖面4對，各剖面的探測結果表明，斷層破碎帶埋深在11.0 m以下，并未錯動上覆第四系土層，斷層傾向南西，視傾角約為 40°。

(4)斷裂活動性綜合評價

溫塘—觀瀾斷裂在目標區穿過的多數區域兩側相對高差較小，斷層三角面不發育，在影像上和DEM數據上表現為線性特征，地貌控制并不明顯。宏觀上，斷裂所穿過的風化剝蝕殘丘大致呈北西向排列。在觀瀾河谷地一帶發育標高60 m～80 m的四級臺地，而缺失三級臺地，表明自四級臺地形成以后觀瀾河流域處于持續抬升的狀態。斷裂通過地段的水系為羽狀水系，沿斷裂亦未發現有同步拐彎現象。

鉆孔探測剖面反映破碎帶的上、下盤面以及覆蓋土層不存在差異變化，顯示斷裂自晚更新世以來無活動，沒有使上更新統發生位錯。

淺層地震勘探結果反映，個別斷點向上錯斷到了T1地層界面，相當于第四紀覆蓋層底界，其他各斷點向上錯斷到了T2地層界面，相當于風化殼底界。

溫塘—觀瀾斷裂活動時代較區內北東向斷裂新，往往切割、錯移北東向斷裂。沿斷裂形成一系列的殘丘臺地，斷裂通過部位未發現有地貌異常現象。構造巖電子自旋共振年代測試結果顯示斷裂活動年齡在21.1±2.1～51.8±5.1萬年之間，即溫塘—觀瀾斷裂活動于中更新世中、晚期，斷層上方覆蓋層底部的殘積風化土層物質未受到擾動或被切穿。

3 目標斷層發震能力評價

3.1 目標區發震能力評價—由區域構造背景判斷

我國大陸東部基本處于東西兩側板塊和地塊近于相向擠壓或推擠的共同作用之中［3］。華南沿海地震活動的一個重要特征是地震強度與頻度從沿海到內陸(由東南向西北)逐漸減弱，歷史破壞性地震多沿北東向斷裂發生，6級以上地震常常發生于NE向斷裂與NW或近EW向斷裂相交匯區，在閩南粵東強震多發區更為明顯。上述閩南粵東強震多發區位于“臺灣動力觸角”影響區之內，其中以北東向濱海斷裂帶為集中發震帶。該影響區距離深圳目標區在200 km左右，因此“臺灣動力觸角”對深圳目標區的影響較小，加之目標區內斷裂均為中更新世斷裂，并無晚更新世以來活動斷裂，可以肯定目標區發生7級以上地震的可能性極小。

深圳目標區雖地處東南沿海地震內帶，但與可能發生強震的濱海斷裂帶最近距離約50 km～60 km，與NW向珠江口斷裂帶距離更近，最近處為 4 km～10 km。珠江口斷裂帶以往研究被定為晚更新世活動斷裂。從上述背景判斷，目標區外圍鄰近地區有發生7級以上強震的可能性。

3.2 早第四紀斷裂潛在地震的最大震級評估——由入倉—三宅經驗關系估計

根據野外地震地質調查與淺層地震探測的結果表明:目標區內的橫崗—羅湖斷裂、蓮塘斷裂及溫塘—觀瀾斷裂均為中更新世斷裂。

根據聞學澤［5］的研究，包括橫崗—羅湖斷裂等在內的上述非全新世活動斷層的一個重要特征是:即使發生中等—中強地震，沿地表斷層跡線也不會發生地震破裂和同震錯動。因此，這類斷層(段)的最大地震強度與斷層的延伸長度、地震時沿地表斷層的位移量無關，但可以由地震強度—地表位移的下限值進行估計。

日本地震學家入倉次郎和三宅弘惠［6］系統總結了全球范圍現代地震矩(M0)與地震時地表斷層同震位移D的經驗關系表明:大量伴有明顯地表同震位錯的地震的地震矩均大于1.585×1025(dyne－cm);而地震矩在3.162×1024～1.585×1025(dyne－cm)之間的地震，即使在地表產生位錯也不超過25 cm。

考慮到在深圳這種地表流水侵蝕作用較強烈的地區，地震時即使沿上述目標斷層的地表跡線產生25cm以下的位錯也很不易保存和積累下來，從而使得產生這樣小量地表位錯的地震斷層，可能在宏觀上也表現為非全新世斷層。因此，從安全的角度可考慮沿這些目標斷層發生中強地震時，沿它們的地表斷層跡線可能產生25 cm以下的同震位錯，最大地震矩為1.585×1025(dyne－cm)，由 Hanks和 Kanamori［7］提出的關系式:

估計出相應的震級為Ms6.0級。因此，由入倉—三宅經驗關系估計得到的橫崗—羅湖斷裂、蓮塘斷裂以及溫塘—觀瀾斷裂潛在地震的最大震級估值為Ms6.0級。

3.3 目標斷裂潛在地震的最大震級估計——構造類比

在我國華南沿海除瓊北地區之外，強震多發生于NE向與NW向或近EW向斷裂相交匯地區，且NE向斷裂多為發震斷層，如閩南粵東的強震密集區。6級以上地震往往可以與上述構造背景相聯系。

北東向斷裂:與目標區地震構造相類似的區域范圍乃至整個華南地區M＞6級地震有，1631年8月14日湖南常德6地震、1936年4月1日廣西靈山6地震、1962年3月19日廣東河源2.1級地震以及1969年7月26日廣東陽江6.4級地震。研究表明，這些地震的發震構造均為北東、北東東向，歷史地震等震線長軸方向統計表明，未來在華南沿海發生破壞性地震，發震構造為NE或NNE向的概率為67%。

自上世紀以來，與目標區地震構造相類似的區域范圍乃至整個華南地區的有儀器記錄以來，最大地震為1969年7月26日的廣東陽江6.4級地震，地震發生于NE向斷裂與NW向斷裂的交匯區，NE向平崗斷裂為發震斷層。此次工作的北東向目標斷裂包括深圳斷裂帶的橫崗—羅湖斷裂、蓮塘斷裂，目標區為NE、NW兩組斷裂相交匯區，與1969年陽江6.4級地震的構造背景近似。1969年陽江6.4級地震與本次工作的目標區均位于廣東沿海，在地震區、帶劃分圖上均緊鄰東南沿海地震帶的外帶，而深圳目標區距離“臺灣動力觸角的影響區”則更近一些，既然陽江地區已發生了6.4級地震，深圳目標區發生同樣震級地震的可能性是存在的。考慮到上述因素及地震震級的不確定性，綜合考慮目標區內北東向的深圳斷裂帶的橫崗—羅湖斷裂、蓮塘斷裂的最大震級定為6.5級。

北西向斷裂:與目標區地震構造相類似的區域范圍乃至整個華南沿海地區，除“臺灣動力觸角”影響區之外，發震構造為北西向的地震均為Ms≤6級地震。依據構造類比的原則，目標區北西向溫塘—觀瀾斷裂的最大發震能力應不大于6.0級。

3.4 結論

綜合前文入倉—三宅經驗關系及區域構造類比方法，得到了目標斷裂最大震級的評估結果(表3)，這兩種評估結果存在著差異。美國2008年最新的地震區劃工作報告［8］中指出，“最大發震能力與所在區域是相關的，……最大震級應根據區域乃至全球構造類比的結果確定”因此，對于目標區內的北東向斷裂即深圳斷裂帶的橫崗—羅湖斷裂、蓮塘斷裂，其最大發震震級取構造類比的結果為Ms6.5級;對于目標區內北西向斷裂即溫塘—觀瀾斷裂，綜合考慮將其最大發震震級定為Ms6.0級。此次深圳市活斷層探測主要斷裂的危險性評價圖如圖2所示。

目標區目標斷裂最大發震震級評估結果 表3

圖2 深圳市主要斷裂危險性評價圖

論文在編寫過程中，得到了廣東省地震局郭欽華、歐陽立勝、馬浩明、中國地震局地質研究所周慶、冉洪流等同志的全力支持，借鑒并援引了《深圳市活斷層探測與地震危險性評價》項目相關專題資料，在此一并表示誠摯的謝意!

［1］JSGC－04.中國地震活動斷層探測技術系統技術規程［S］.

［2］陳挺光.深圳斷裂帶基本特征及其現今活動性［J］.廣東地質，1989，4(1):51 ～61

［3］李建超，丘元禧.廣東蓮花山燕山早期斷裂動熱變質帶的基本特征及形成機制的探討［J］.長春地質學院學報，1990，20(1):11 ～20

［4］徐杰，馬宗晉，陳國光等.中國大陸東部新構造期北西向斷裂帶的初步探討［J］.地學前緣，2003(10):193～198

［5］聞學澤，徐錫偉.對東南沿海1067年和1574年兩次地震的分析［J］.地震地質，2005.27(1):1～10

［6］入倉孝次郎，三宅弘恵.M8クラスの大地震の斷層パラメーター一斷層長さ，幅，変位，面積と地震モーメントの関係.京都大學防災研究所，2000

［7］Hanks，T.C.，H.Kanamori.1979.A moment magnitude scale.J.Geophys.Res.，84:2348 ～2350

［8］Mohammadioum B，Serva L.2001.Stress Drop，Slip Type，Earthquake magnitude，and Seismic Hazard.Bull.Seism.Soc.Am.，91:694 ～707

［9］余成華.深圳市斷層活動性研究和地震危險性分析［D］.浙江大學博士論文

［10］馬浩明，陳龐龍，李運貴.深圳市斷裂新活動與地震研究進展［J］.華南地震，2010，3:1～10