寧波市活動斷層探測實踐與思考

宋新初 周本剛

宋新初，浙江省地震局黨組書記、局長，高級工程師，省政府應急管理專家組成員。先后主持浙江省“十二五”“十三五”防震減災規劃、“寧波市活動斷層探測與地震危險性評價”等項目，主編《城市活動斷層探測方法與實踐》等專著。

構建韌性社會是實現可持續發展目標的世界共識，構建韌性城市更是城市化進程的重中之重。城市既承載著人群的聚集，又承載著歷史文化的記憶，更承載著政治、經濟和社會責任。特別是隨著城市發展快速擴張、人口高度集結、經濟高度集中、建筑高度集聚、生命線高度關聯，災害的倍增效應更為突出。我國許多大中城市具備發生大地震的構造背景，其中一些城市有逼近大地震風險。一旦發生城市直下型強震，城復于隍，命傷于“墻”，損失巨大，后果不堪設想。做好城市活動斷層探測及地震危險性評價，是城市安全發展基礎之根砥，是建設城市地震主動防御體系、有效應對大地震災害、最大限度地減輕地震災害風險的重要支撐性工作，是中國地震局“透明地殼”“韌性城鄉”要義之一，更是讓人民群眾獲得更多幸福感、安全感的重要舉措。

21世紀伊始，“寧波市活動斷層探測與地震危險性評價”成為《中國地震活斷層探測技術系統》20個子項目之一，通過5年的探測研究，已為寧波城市建設規劃與土地利用、重大工程選址、建筑抗震設防等提供了對策與技術支持。本文把“寧波市活動斷層探測”的主要實踐與成效、問題與思考呈覽給大家，以期有所裨益。

基本概況

寧波，古曰“甬”。寧波人文薈萃，經貿發達，孫中山先生曰：“凡吾國各埠，莫不有甬人事業”，而今寧波是浙江“四大都市區”之一，更是我國東部沿海重要港口城市和長江三角洲南翼經濟中心。

寧波市主體位于寧波盆地和大碶盆地之上（見圖1）。寧波地區新構造運動呈間歇性緩慢隆起，階地、沖溝發育，河流改道不乏其例，侵蝕剝蝕堆積頗具規律。歷史上發生過5?級地震，盆地發育多組隱伏斷層，具備發生強震的地質構造環境。

圖1 寧波盆地和大碶盆地地貌圖

寧波市活動斷層探測實踐與成效

1.難點與實施策略

寧波地區位于我國華北地震區南緣一個相對較弱的構造活動區，活動斷層的地質地貌表現并不清晰，明顯有別于構造活動和地震活動強烈的中國西部和華北地區。即便是目標區內活動性較強的育王山山前斷層，雖然斷層沿線地貌呈線性展布，斷層兩側高程反差也比較大，地貌上顯示斷層可能存在晚第四紀活動的跡象，但在微地貌上并沒有明顯的顯示。

另外，區域氣候溫暖濕潤、雨水豐沛，加上海侵作用的影響，使得本來就只有弱地表活動留下的斷層遺跡被改造殆盡，地層和構造出露條件很差，而且在城市地區進行斷層探測，外界環境干擾大，更加大了探測難度。

針對這些難點和問題，項目組貫徹了“抓住重點、兼顧一般，由淺入深、先粗后細”的工作原則和“宏觀入手、微觀求證、精細施工、穩步推進”的實施策略。

（1）采用宏觀入手、微觀求證的原則，首先根據斷層的構造部位、宏觀地質地貌特征，分析是否具有活動斷層的可能性。

（2）為捕捉斷層最新活動的地質信息，在進行1∶10000的詳細地質地貌調查時，關鍵地段實施了更高密度觀測，特別關注調查斷層帶性質、位置、時代的演化特點，把握斷層最新活動部位是否可能發生空間上的變化。

（3）為不遺漏因構造活動遷移而發育于隱伏區的最新活動斷層，并考慮到弱活動斷層的新活動表現常較為局限的特點，開展了高密度淺層地震探測工作，尋找盆地中隱伏的最新活動斷點，查明其分布特征。

（4）為從細微之處抓住反映弱活動斷層的斷錯證據，進行高密度鉆探，細致對比分析巖芯，采用多手段年代測定，鑒定斷層活動性及活動特征。

（5）針對本區位于海陸交互相地帶，晚更新世以來地層分布復雜等特點，在細致觀測的基礎上，采用地層分段層序對比有利于把握斷層的活動性。

2.目標區斷層活動性鑒定

（1）對目標區內15條主要斷層的展布和活動性給出了明確的結論，即除育王山山前斷層為晚更新世早期弱活動斷層外，其余14條均屬于不活動斷層。明確了僅育王山山前斷層屬于需要重點防范的斷層，為城市建設用地規劃提供了科學依據。特別是針對寧波市重點發展地區是否存在活動斷層的問題，通過填圖與探測，明確了北侖港區、蟹浦化工區、東錢湖區這些重點發展區不存在活動斷層，消除了政府的疑慮，拓寬了重點地區的發展空間。

（2）標準鉆孔揭示出寧波盆地第四系之下的基巖為白堊紀紅色砂礫巖，古近系-新近系至下更新統缺失，中晚更新世以來地層發育。通過對標準鉆孔地層巖性、微體古生物、古氣候及地層年代學等系統研究，建立了寧波盆地新的第四紀標準地層剖面。一方面為本項目隱伏斷層活動性鑒定提供了地層特性和年代學支撐，另一方面，通過盆地第四紀地層詳細研究，更新了以往對盆地區地層的認識，具有東部沿海地區第四系對比分析的科學價值。

3.活動斷層定位和活動特征精細探測首次探明了育王山山前斷層第四紀以來的時空演化歷史，明確了斷層最新活動的準確位置、幾何結構、埋藏深度和活動強度。

（1）該活動斷層第四紀以來具有3期活動歷史，前兩期活動部位相距較近，位于基巖與山前殘山分布區，早期活動發生在早更新世或以前，活動性質為逆斷層；后期活動發生在中更新世，出現在靠盆地一側，活動性質為右旋走滑兼正斷活動；最新一期的活動位于盆地覆蓋區，發生在晚更新世早期。其最新活動具有向盆地內部遷移的特點，不僅對認識中國東部弱活動的張性盆地邊界斷層最新活動遷移特征有示范作用，而且對活動斷層調查鑒定具有指導意義。

（2）盆地中的活動斷層具有分段活動特點，斷層長9千米，呈左階斜列展布的兩段，北段長4千米，南段長5千米（見圖2）。最新斷層面傾向南東東，傾角65～70°，擦痕側伏角70°，具右旋正斷的活動特征。斷層上斷點埋深約35米，活動時代為距今10～5萬年之間的晚更新世早期，基巖頂面最大斷距1.7～2.3米，晚更新世早期斷層垂直滑動速率約為0.034～0.046毫米/年。說明該斷層距今5萬年以來沒有明顯活動，即便在晚更新世早期有過活動，也屬于弱活動斷層，該結果為斷層地震危險性評價提供了支撐。

圖2 育王山山前斷層帶分布圖

（3）提出并采用的“高質量地質地貌填圖、高分辨率淺層地震勘探和高密度鉆孔聯合探測剖面”的精細綜合探測方法，為弱構造活動區的活動斷層探測提供了寶貴經驗。

4.活動斷層危險性與危害性評價

（1）采用Wells和Coppersmith地表破裂長度與矩震級、破裂面積與矩震級的關系計算，加權給出育王山山前斷層最大潛在地震震級為6.0級，采用泊松模型和布朗過程時間模型，計算得出未來100年內發震概率分別為1.94%和1.09%。

（2）通過對育王山山前斷層強地震動危害性評價，目標區強地震動峰值加速度共分為5個區，I區峰值加速度0.25g～0.30g，面積6平方千米，II、III、IV、V區的峰值加速度均小于0.25g（見圖3）。

（3）對育王山山前斷層東支活動斷層近斷層地表變形帶進行了評估，在設定地震6級的情況下，評估了地表潛在變形帶的范圍和變形量分布，潛在地表總變形量0.188米。相對于斷層上斷點地表投影位置，斷層上盤變形寬度約40米，下盤寬度約60米。

5.育王山山前斷層震害防御對策分析

根據探測成果，育王山山前斷層是目標區需要重點防范的斷層。

（1）育王山山前斷層的“避讓”分析

確定“避讓帶”寬度涉及科學與政策兩個層面，前者是前提，后者是基于一定條件下風險可接受程度的考量。由于育王山山前斷層西支和東支活動性有明顯的差異，對育王山山前西支斷層，不需要考慮活動斷層避讓問題。對于育王山山前東支斷層，由于在設定地震發生時無直接地表位錯，丙類和丁類建筑可以不考慮避讓該斷層；鑒于可能發生一定幅度的地表變形，甲類和重要的乙類建筑盡可能避讓一定距離（見圖4）。從偏于安全的角度，建議避讓帶寬度100米，避讓距離在上盤距離斷層上地表投影跡線40米，下盤距離斷層地表投影跡線60米。

（2）近斷層強地震動影響分析

在育王山山前斷層中段附近存在一個地震動峰值加速度大于0.25g、面積約6平方千米的橢圓形區域（見圖3）。從峰值加速度值考量，育王山山前斷層附近強地震動評價結果沒有超出GB18306—2015《中國地震動參數區劃圖》中峰值加速度分區值，而且在震害防御中考慮極罕遇地震動作用可縮小到6平方千米的范圍。針對該范圍建議采取如下措施：①對于新建甲類或重要的乙類建筑，采取包括合理選型與設計來減輕遭遇極罕遇地震動影響等方面的措施；②在編制相關規劃中，如社會經濟發展規劃、國土利用規劃、城鄉規劃、防災減災規劃、環境保護規劃時，應該考慮極罕遇地震動的影響；③地震應急救援重要保障措施也應考慮極罕遇地震動的影響。

（3）近斷層強地震動引起的震陷評價結果分析

育王山山前東支斷層6級設定地震的情況下，斷層附近I區和II區的地震動峰值加速度均高于0.20g，面積約34平方千米（見圖3）。由于斷層附近的盆地內普遍發育全新統海相淤泥或淤泥質地層，需要關注震陷區范圍的大小，推斷在育王山山前斷層帶西支斷層以東峰值加速度0.20g以上分布區都可能存在中等至嚴重震陷的可能性。鑒于計算方法還有一些假定，且僅根據有限的鉆孔資料做一些初步探討，評價結果還存在一定的不確定性，旨在建議進行城市建設規劃以及工程建設時對可能的震陷危險性問題給予關注。

圖3 育王山山前斷層附近強地震動峰值加速度分區

圖4 育王山山前斷層及附近危害性評價結果工程應用分區

寧波市活動斷層探測問題與思考

1.弱活動斷層宏觀識別、探測與上斷點判別

由于弱活動斷層斷錯幅度很小，即使在基巖區或淺覆蓋區，受后期長期侵蝕剝蝕的影響，盡管宏觀地貌上可能有一定的顯示，微地貌上的識別標志可能非常模糊，定位與活動性研究也具有相當的難度。特別是弱活動地區斷層地表位移可能在較短的時段內因侵蝕殆盡而不易辨認，而位于盆地覆蓋區內的弱活動斷層，盡管斷錯位移具有一定的保存條件，但由于地層較薄，位于山地與盆地交界處地層分布不均一，給隱伏斷層的淺層地震勘探識別與定位帶來較大困難。因此，開展這類弱活動斷層的探測，除需要采用高質量的地質地貌填圖、高分辨率的淺層地震勘探和高密度的鉆孔聯合地質剖面綜合探測方法外，還需要采用一些針對性的方法與措施。

弱活動斷層宏觀位置的識別。弱活動斷層鑒別，首先需要識別出可能存在這類斷層的宏觀位置。我國東部地區基巖區或淺覆蓋區的第四紀中期以來有明顯活動，特別是晚更新世以來有活動的斷層，一般來說在地貌上都有一定程度的宏觀顯示：（1）弱活動盆地邊緣的斷層，在地貌上可能表現為山體與盆地的線性影像接觸、線性展布的山前侵蝕構造殘丘或殘丘后緣的槽地，通過高分辨影像資料解釋，結合早期航空照片解譯，圈定不同時期的地貌面，并分析這些地貌面的展布形態與時代，可以達到初步判定可能的弱活動斷層帶大體位置的目的；（2）當發育自山區流向盆地的河流時，通過詳細的階地位相圖分析，結合不同級別階地時代厘定，不僅可以識別出弱活動斷層的位置，還能對斷層不同時期的活動速率做大體的估計；（3）盆地內部第四系等厚線，特別是晚第四紀以來地層的等厚線梯度帶，為識別可能的活動斷層提供了一個指示途徑，不僅可以識別出隱伏活動斷層大體的位置，還可以估計出其規模大小；（4）一些斷裂帶內最新活動部位與老斷層面不完全一致，需要注意我國東部張性活動盆地邊界斷層最新活動部位向盆地的遷移情況。

弱活動斷層的淺層地震探測。弱活動斷層標志層斷錯位移小，為淺層地震探測識別同相軸帶來較大困難，加之地層發育較薄與不均一以及需要排除城市環境干擾等因素，斷層定位與上斷點判別難度均較大。因此，需要采取提高分辨率、提高數據采集與處理質量，以及提高識別斷層異常的水平，并采用縱波與橫波聯合探測等措施。

弱活動斷層的鉆孔聯合剖面探測上斷點的判別。弱活動盆地邊緣地帶地層發育不均一、巖性變化較大的特點也給鉆孔聯合剖面探測判斷斷層上斷點帶來了一定的難度，以下措施對解決該問題有所裨益：（1）如果逐層對比可能無所適從，需要考慮鉆孔巖性地層的分段對比，可以判別出斷層活動上斷點的大體位置，有利于宏觀上對斷層最新活動時代的正確把握；（2）通過巖性地層的分段對比還不能準確地判定出上斷點的位置，需要結合鉆孔巖性地層中一些重要的構造信息來進一步厘定；（3）結合以往城市活動斷層鉆孔探測經驗反饋，判別弱隱伏活動斷層上斷點位置的方法簡要歸納如下：①以鉆孔巖性地層分段對比為原則，判定上斷點大體的位置；②依據全風化基巖中的新鮮斷面、第四紀地層中存在一系列有滑動顯示或破裂的構造裂隙進一步確定上斷點的準確位置；③如果在鉆孔巖芯中發現液化現象，在能排除中遠源地震影響外，可以作為判定上斷點最低位置的參考依據。

2.弱活動斷層最大潛在地震與發震概率評估

由于弱活動斷層的同震位移小，最新活動行跡難以較好保存，特別是沒有相應歷史強震情況下，其最大潛在地震目前主要依據斷層長度、推測的破裂面積，采用有關統計關系式來評估，評估結果具有較大的不確定性。尤其是一些斷層調查僅獲得其在晚更新世某個時段的斷錯證據，推斷未來整條（段）發生活動，可能導致評估的潛在震級偏高。由于弱活動斷層的活動性參數獲得較為困難，震級不高，也基本上得不到斷錯事件的時間、位移等參數，發震概率評估難度更大，目前一般采用泊松模型或引入大地震發震概率的時間相依模型評估，所獲得的結果可能偏離實際情況較大。因此，弱活動斷層最大潛在地震及其發震概率評估問題遠未解決，仍需要深入研究探討。

3.活動斷層探測成果的應用仍需加強

活動斷層探測及其地震危險性評價成果已在相應城市規劃獲得了較廣泛的應用，但其應用深度與廣度仍有較大的拓展空間。特別是隨著城市化進程的加快和土地資源的稀缺，對斷層的活動特性需要進一步精細化的研究和跟蹤監測，比如對活動速率較大的活動斷層，應進一步采用形變監測等手段獲得跟蹤潛在危險性的判別資料與數據。對于可能產生超極罕遇地震作用的地震動影響的活動斷層，建議考慮開展城市潛在地震風險影響評估等。目前探測成果的應用主要限于政府及專業部門，利用、應用的受眾范圍不夠廣泛，下一步圍繞探測成果的深化應用與推廣、保障探測成果發揮更大作用等方面開展深入研究，是十分必要的。