实例-大连经济技术开发区地壳稳定性初步评价
图2-1-3辽南地区构造体系及地震预测分析图
(据杨，1985)
大连经济技术开发区位于金州镇东南10km马桥子乡。该区构造复杂，断层活动强烈，地震频繁。中国东部著名的郯庐地震带穿过其西部边缘。开发区附近的锦州断层是一条活动性很强的断层，历史上在其南端的锦州地区曾发生过三次破坏性地震。总之，这个地区是地震危险区。为了规划该经济开发区，为抗震设计提供依据，在该区域进行了地质和地球物理调查，结果如下[3]。
1.构造活动与地壳变形
该区位于带状构造的阴山构造带与新华夏第二巨型隆起带的复合部位，构造复杂，演化历史长，具有明显的多期性、复合性和继承性。综合分析构造特征，本区存在带状构造体系、华夏构造体系、新华夏构造体系和北西向构造(图2-1-3)。断层相互交叉，剧情破坏严重。自近地天体时期以来，所有系统都有不同程度的活动，其活动的性质、顺序和强度都是可以追溯的，特别是在一些大规模的断裂带上。
锦州断裂是一条深大的活动断裂，是郯庐断裂带的一个分支，具有长期性和继承性。断层走向为n 20 e，至今仍有活动，其依据是:①石河乡高家坊南侧冲沟内，破碎带宽30m，其上的晚更新世黄土状粘土与断层东侧片麻岩呈断层接触(图2-1-4)；(2)从地貌上看，锦州断裂西部是辽东山脉与辽河冲积平原的分界线。第四纪以来，东部上升幅度达1.50m，1.972以来，断层两侧地形差达7.2mm；(3)地热的分布受断层控制。沿金州断裂及其两侧，温泉呈北北东向带状分布，如富县的龙门泷鱼、黄稍温泉、熊岳温泉、汤岗子温泉等。这些温泉水温高，大多在50℃以上，最高可达88℃；④断层控制地震的分布。锦州断层是一条长期活动的断裂带，近代以来表现为右旋。锦州、熊岳一带多次发生破坏性地震，形成中强地震带。
图2-1-4高家坊金州断裂剖面图(根据杨1985)
1—鞍山群片麻岩；2-震旦系页岩夹砂岩；3-破碎带；4—第四纪黄土壤土
庄河断裂位于开发区以北7km处，在锦州七里庄附近与锦州断裂相交，对开发区的稳定性有一定影响。庄河断裂是一条古老的间歇性区域性大断裂，为压扭性逆断层，走向45 ~ 50 N，倾向se，倾角80°。新生代以来有断层活动，断层泥测年表明，从新近纪到晚更新世(N2-Q3)有强烈活动。断层活动造成南北板块差异升降，北板块大横山继续上升，达664m；南部板块相对沉降，如锦州八里庄-五屯地区。据钻探，早中更新世有泥砾堆积，厚58.83米，底界在海平面以下十几米。1958 ~ 1972水准测量显示，东板块相对西板块上升速度约为2mm/a..另外，在庄河附近，地震频繁，震中集中。这条带上有地热异常。温泉明显沿断层分布。锦州地震台在1978 ~ 1982进行了庄河断层跨断层水准测量，未发现差异，表明近期庄河断层平静，无明显差异抬升运动。
普兰店断层为挤压性断层，走向西北，长约80公里。与普兰店金州断裂相交，切割金州断裂。从历史地震震中分布图可以看出，沿断层震中呈密集的带状分布，表明断层的活动性较强。海城和唐山两次大地震前后，这一带的宏观和微观层面都异常剧烈，烈度也很高。
皮口断裂带南北长80公里，东西宽20公里。它由27条北北东向逆冲断层和20条北北西向扭性断层组成。皮口镇南部有碳酸盐泉。自1972，星等ml >；1 * *级地震已发生10次。
碧流河断层全长60公里，是一条南北向挤压性断层。第四纪以来，活动明显，控制了碧流河的流向，河流阶地不对称，有差异波动的迹象，碧流河上游有断崖。3月4日1969在断裂带上的城子通以西发生4级地震。
海城河-大洋河断裂是新近发现的一条隐伏活动断裂，走向西北，为压扭性断裂，全长130 km。海城河上游悬崖处有明显的三角面和悬谷，它们的活动导致了1975海城7.3级地震。
郯庐断裂带郯庐断裂带是中国东部最宏伟的断裂带，切割深度达莫霍面，全长2400公里。它从前古生代到第四纪一直很活跃，现在仍然是一个非常活跃的断裂带。由于断裂带的活动，辽宁地区比山东地区明显增高，辽东半岛比下辽河地区增高了370m。断裂带内部差异活动强烈，达到1.5mm/a，渤海(1969)发生过7.4级地震，辽东湾(1922)发生过6.5级地震。
渤海海峡断层呈西北45°方向延伸，长200公里。在这条断层和郯庐断层的交汇处发生了6级以上的地震。
总之，上述断裂代表了四大构造体系的主要组成部分，它们之间存在复合关系，以斜向连接和反向连接为主要形式。这些断裂活动性较强，其中锦州断裂活动性最强，郯庐断裂和渤海海峡断裂活动性中等，其他活动较弱。
根据地壳形变情况，辽南地区可分为两个区域，一个是平坦的下辽河地区，形变速率为13 ~ 14 mm/a，另一个是辽东隆起地区，形变速率为15 ~ 18 mm/a，在庄河和城子口附近，1938 ~ 1958水准测量成果比营增加了60mm1970再次复测，庄河、大连一线比营口增加60mm，平均每年3 mm左右，上升趋势逐渐增强。
地壳抬升与断裂带的应力积累是同步的。当断裂带中的应力积累达到强度极限时，就会导致这些构造断层的重新活动。在辽南地区，地壳上升速度很快，一些断裂带是发震构造。1975年2月海城7.3级地震发生在沈阳至盖坪东北方向的高形变速度梯度带上。
图2-1-5辽南及渤海地区区域布格重力异常等值线示意图
(据孔繁厚等人1984)
2.区域布格重力异常与地壳深部结构特征。
辽南和渤海区域布格重力异常(图2-1-5)的特点是等值线多为NE向和EW向，南部和中部为正区，最大值为++30×10g.u，东南部出现一个近EW向的长闭合圈。西北大部分地区和东北小部分地区为负区。区域重力值由东南向西北递减，最低值可达-100× 10g.u，总变化值为130× 10 g.u，有五个重力梯度带，反映深断裂带的存在。大连位于丹东-庄河梯度带的南部。
莫霍面等值线图(图2-1-6)反映出地壳厚度由南向北、由东向西逐渐变化，等深线多分布在东北和东西两个方向。根据地壳厚度的变化特征，辽南和渤海的地壳结构可分为中南部地幔隆起区和地幔坳陷区。
1)中央地幔隆起区:地壳厚度32.3 ~ 34.0km ~ 34.0km不等，地幔隆起区以34.5km等深线为界，属于区域重力场正值区；中央地幔隆起区为两脊一洼的构造布局，西部为彰武-菊花岛二级地幔隆起带，中部为下辽河-渤海地幔坳陷带，东部为抚顺-长兴二级地幔隆起带。
2)南地幔隆起区:南地幔隆起区对应南部地区的正重力场区，包括丹东-庄河地幔隆起带、城子口地幔隆起带、南堡地幔坳陷；丹东-庄河地幔隆起带近东西向，北侧有明显的陡坡带。
3)地幔拗陷带:地幔拗陷带对应区域重力场负区，即中央地幔隆起带两侧，东侧为一条ne向的槽状地幔拗陷带，西侧为一条阶梯状地幔拗陷带。
本区地幔隆起和地幔凹陷的分布多为东西向，其次为东北向。东西向的地幔隆起和地幔凹陷分布在本区的东部和西部，而东北向的地幔隆起和地幔凹陷则斜穿本区中部。这种模式表明构造作用的时代和背景是不同的。东西向格架反映了中生代以前的古板块构造运动特征，应力方向为南北向。NE向格架表明，新生代以来，由于西太平洋板块的俯冲，地壳受到NW-SE向应力作用。由于地壳较薄，在地幔隆起的局部隆起处、地幔隆起带、地幔斜坡带的交汇处、地幔坳陷带的边缘和地幔隆起带的转折端往往发育深大断裂。该带也是应力集中带，中强地震时有发生，与辽东半岛地震的空间分布一致。
图2-1-6辽南和渤海莫霍面等深示意图(根据孔繁厚等，1984)
1—莫霍面等深线(千米)；2-震级大于5；3-震级小于5；4-热水点；5-地幔隆起和地幔凹陷的分界线；6-地壳断裂
3.地震活动性
它是地壳活动的现在表现，其强度、频度和时空规律对区域稳定性的研究具有决定性意义。据大连地震台观测统计，从1493至今，共发生地震669次，其中ML≥3.5的有29次，占4.3%，震源深度一般小于15 ~ 20km，属于浅源地震。锦州附近，自1853以来，发生过3次6级以上大地震，其中最大的一次是破坏性地震。
从地震分布的时空特征来看，该区地壳活动有以下基本规律。
1)根据历史地震震中分布与构造背景的关系(图2-1-3)，70%的小地震与新华夏系不同的断层活动有关。近期连续发生大地震，包括1966年渤海M = 7.4、1978年海城M = 5.9等破坏性地震，M = 5以上地震也多次发生。据此，本区存在发生6级构造地震的背景条件。本区地震不仅受新华夏系控制，还受带状构造带活动的影响。两个地区的交汇处容易发生地震，震级高。锦州就是这样一个位置。自1975海城地震以来，多次发生小震。
2)从深部地震构造来看(图2-1-6)，郯庐断裂带和庄河断裂带都处于地幔隆起和地幔坳陷的过渡带。地震多分布在地幔隆起带上的局部隆起部位，如营口-海城地区，在漫长的历史过程中发生过多次强震。此外，在地幔隆起带的交汇处，地震活动也很强烈。如位于抚顺-长兴地幔隆起带和丹东-庄河地幔隆起带交汇处的锦州附近，1961年发生6级强烈地震。
3)从地震发生时间看，1800 ~ 1890为活跃期，沿活动断裂带的半岛金州1855 15438+01先后发生5.5级、1856级地震。1890至1940期间平静，半岛未发生5级以上地震。从1940开始，再次进入活跃期。熊岳1940、9月23日1969、海城1975先后发生8月5日5.75级、2月4日7.3级破坏性地震。
综上所述，辽东半岛现代地震活动期约为90年，平静期约为50年。由此推算，半岛进入平静期还需要40到50年。活跃期长、平静期短的特点再次说明了地壳的不稳定性。另外，从地震先后发生的时间来看，从锦州到营口到熊岳到海城地震相继发生，说明半岛震中有沿锦州断层两端重复弹跳100年以上的可能性。从近期小地震的趋势来看，震中可能由北向南移动。
4.区域稳定性评价
(1)稳定性趋势分析
这个地区最重要的不稳定因素是地震。地壳构造环境、构造活动和系统复合关系、应力集中条件、现今应力场作用方式和能量积累与释放都为本区中强地震提供了孕震条件。这些不稳定因素分析如下。
1)金州断裂南端地壳深部构造环境位于丹东-庄河地幔隆起和抚顺-长兴地幔隆起的交汇处，金州断裂和庄河断裂在七里庄附近交汇但不交汇，是一个断层闭锁区，这里地壳较薄，应力容易集中，有利于应变能的积累。按照90年为活跃期的积累过程，未来50年仍会发生应变能6级左右的地震。
2)在近东西向构造应力挤压下，北北东向断裂构造处于左旋错动状态并伴有挤压，北北西向断裂处于右旋错动状态。两者交汇处，有利于应变能的积累，容易引发地震。锦州断裂的南端就是在这样的构造背景下。
3)锦州断层位于辽东隆起与下辽河坳陷的过渡带，是地应力高度集中的部位。
4)近几十年来，特别是1975海城地震以来，锦州地区周边陆地和海上多次发生小震，表明该地区地壳一直处于不稳定状态，存在地震的可能性。
5)锦州断层两个板块之间的相对差异活动明显。自1980以来，锦州水准的观测资料表明，这种差异运动的速度与日俱增，应力已经集中(表2-1-4)。
表2-1-4 1980 ~ 1984锦州断层两个板块的相对差速与日俱增。
(据杨，1985)
6)根据历史地震震中迁移规律，锦州断层上的地震震中存在反复反弹的可能。
7)根据古腾堡-李希特公式(2-1-1)中系数A和B随时间的变化，可以推断未来发生强震的可能性:
lgN=a-bM (2-1-1)
其中n为观测时间内M级地震总数；m是星等；a是大小地震的比例；b是地震活动水平。系数A和B是用最小二乘法将大连地区1930到1982做递归累积震级-定额曲线得到的(图2-1-7)(表2-1-5)。
从图2-1-7可以看出，半岛南部地区小震发生频率高，中强地震发生频率低，5-6级地震明显缺席。A、B值随时间增加，表明半岛地震活动明显加强，地震频繁，与郯庐断裂近期活动强烈，以及1940后半岛进入活跃期的推断相一致。B值一直呈上升趋势，表明锦州断层南端处于孕震阶段。当局部应力累积能量达到临震状态时，B值会系统性降低，强震即将来临。
表2-1-5 1930 ~ 1982大连地区大小地震比例(a)和地震活动水平(b)
(据杨，1995)
图2-1-7大连地区1930 ~ 1982递归累积震级-频度曲线
(据杨，1985)
8)未来地震烈度可用以下经验公式估算:
物探和化探方法在城市建设中的应用
其中Ms是未来地震的震级；l为未来释能活动断层的长度(km)，IMAX为未来震中烈度。表2-1-6是用公式(2-1-2)(和2-1-3)计算的结果。从表中可以看出，锦州断层南端可能发生6级地震，未来震中烈度为8.0。
(2)地震强度影响场效应。
地震烈度影响场是指断层能量释放对周围建筑物造成破坏的范围和强度，从震中向外逐渐衰减。如果未来地震确实发生在表2-1-6所预测的不稳定场所，其影响场将随离开发区的距离而表现出不同的差异。根据公式(2-1-4)计算的影响强度见表2-1-7。
表2-1-6大连未来地震预测
(据杨，1985)
表2-1-7大连未来可能发生地震的影响强度
(据杨，1985)
物探和化探方法在城市建设中的应用
其中I是影响强度；s是强度的衰减系数；Imax是震中烈度；r是等震线的半径(km)；h是震源深度(千米)。
从表2-1-7可以看出，对大连经济开发区有影响的发震断层是锦州断层的南端(地震烈度为8度)和郯庐断层与渤海海峡断层的交汇带(地震烈度为7.5度)，其他断层的地震影响烈度均小于等于6度，对稳定性无不利影响。
(3)地震场地效应
实际影响强度不仅取决于震级、震源深度和震中距，还取决于场地的地质构造、地基土类型、地下水和地形地貌。
开发区距离锦州断层南端8公里，处于8度危险区边缘。在锦州断层和庄河断层的复合影响带，地貌差异较大，高差可达664m，岩体破碎，相互穿插，沿主断层，断层泥和糜棱岩化、片理极为发育，降低了岩石强度。另外，开发区地表多为晚更新世冲积黄土壤土，其容许承载力为30 ~ 60tf/m21tf/m2(吨力每平方米)= =9806.65N/m2(牛每平方米)= =9806.65Pa (Pa)(国际单位制)。
。根据上述情况，虽然场地附近没有大规模的活动断层，但抗震工程地震地质条件较差，未来几十年存在6级地震的背景。在此区域附近进行的所有建筑都要注意地基岩土的稳定性，注意防震措施，需要进行8度以上烈度设防。