湖南省主要活动构造及稳定性分区评价 区域稳定性综合分析与评价

9.4.1 活动构造遥感解译

（一）活动断裂的影像特征

在进行活动断裂的遥感图像解译时，首先根据活动断裂的色调、纹形、水系等影像特征进行初步的图像地质解译，结合必要的野外验证，建立本省活动断裂的图像解译标志，并初步了解区内活动断裂影像构造框架，然后再进行活动断裂的图像解译，并根据各构造形迹的总体影像特征，如呈舒缓波状、笔直线状或折拐追踪状等，初步确定其力学性质。先判释主干断裂、再判释细断裂，且定向分组分别进行。在连接活动断裂时，注意影像强弱、延伸方向、交接关系，对一些模糊不清而隐伏的现象，则从邻区图像上的清楚影像用延伸判释法，从而得到较好的判释效果。

（二）活动断裂的其它标志

（1）地貌：据资料统计，湖南省四水流域普遍发育六级阶地，呈阶梯状展布，反映区域间歇性上升特点；现代负地貌组合、山地、平原和盆地的边界轮廓呈直线状、折线、雁列状展布等反映了活动断裂的存在。裂点是山区常见的一种地貌现象，它往往与活动断裂有成因上的联系。如吉首矮寨河谷出现的裂点与该地断裂新的活动有关，因而在地貌上悬谷高挂，造成高大的瀑布。

（2）地层倒置：作为新构造重要标志之一的湖南省第四系各统、组间，常呈假整合或不整合接触关系，表现在地貌上有基座阶地和堆积阶地的出现，反映了新构造振荡作用特点，特别是新老地层倒置，往往是由于活动断裂所致。如湘西见板溪群浅变质岩系覆盖于白垩—第三系红色岩系之上，公田—宁乡—新宁断裂中段灰汤一带，发现花岗岩体因断裂逆冲覆在更新世砾石层之上，反映了第四纪以来，断裂仍处于相对活跃阶段。

（3）地震与热泉：据历史记载，湖南省自公元288年至今1000余年，曾发生大小地震约200余次，其中大于4.8级破坏性地震20次，其它多在3～4级，以3级左右居多。地震震中点分布往往呈带状，与活动断裂展布方向一致，且震中点所处部位多位于断裂拐点、端点或两组断裂交叉等特殊部位，显然两者之间具成生联系。如常德6.5级地震即发生在太阳山断裂带上，江华沱江5级地震也是位于两组断裂交叉部位。

据省地质局水文队统计，我省热泉露头点约为60多处，区域分布上往往集中于湘东南和湘西北地区，从地下热水的赋存条件和形成作用看，热泉与活动断裂有着成因上的联系，在活动断裂两侧，端点、拐弯处或断裂交叉部位往往出露热泉。

9.4.2 湖南省主要活动断裂及其地震活动

根据湖南省活动断裂发育历史与构造规模可分成两类活动断裂：一类活动断裂形成于中生代或更早，新生代特别是第四纪又重新活动，即继承性活动断裂，这类断裂数量多，规模大，切割深，以NNE向、NE向为主；另一类活动断裂形成于新生代，规模小，切割浅，对水系和微地貌及第四纪地层有一定控制作用。NNE向继承性活动断裂带主要分布在湘西、湘中、湘东。这些断裂带在挽近时期较为活跃与地震关系密切，直接控制了地震活动，是我省的主要地震构造带。

（一）继承性活动断裂

漆河—麻阳活动断裂：由泸溪断裂、乌宿断裂和沅陵—漆河断裂组成。新生代以来它有过强烈活动，形成断裂陡坎和沟谷地形，沅水、酉水和西溪河的某些段落沿断裂带发育，说明破碎带尚未胶结，在遥感图像上表现出清晰的线性构造。此断裂与沅江大断裂交汇，1931年泸溪发生过5级地震，说明该断裂带在第四纪以来活动仍未停止。

新晃—芷江—怀化活动断裂：沿带断层三角面、断崖十分醒目，两侧有明显差异，多处有温泉出露。布格重力异常图上，断裂西南段表现出北东东向的一系列向东突出的重力低值带，沿断裂带地震活动微弱。芷江等地，曾多次发生过3.5级以上地震，可能与该断裂的晚期活动有关。

洪江—溆浦活动断裂：可能形成于前震旦纪，燕山期、喜马拉雅期有明显复活，团河、鲁冲、黔阳、铜湾和溆浦等地的白垩纪—第三纪盆地沿断裂呈串珠状分布，并被其切割。安化、溆浦等地3级以上地震及热泉点出露，反映该断裂的近期活动。

罗翁—绥宁断裂：南自通道的甘溪塘一带，向NE28°方向延伸，经绥宁至罗翁八面山后，向50°方向偏转，至神山岩体南东消失，长330 km，断面倾向SE，属正断层，遥感影像上反映清楚。雪峰山脉的主峰大体展布于该断裂以东，主峰高达2147 m，成为沅水和资水的分水岭，表现青年地貌特色。说明新构造时期沿主断裂发生了明显的反向活动。

公田—宁乡—新宁活动断裂：由北段汨罗—灰汤断裂和邵阳—新宁断裂（南段）两部分组成，全长约430 km，呈NNE向延伸，断面倾向NW，倾角35°～45°。从遥感图像上地貌景观看，河流下切，形成新的河成阶地，河流改道，形成袭夺河，第四纪沉积物超覆。断裂两侧形成鲜明对比，尤以北段最为明显。利用TM6图像具有的透视效应，发现该断裂带是一条地下水富集带，其地下水位比周围要高。沿断裂一线地震活动频繁，娄底曾发生过5级地震，近年来小震群更为活跃，新宁也发生过3.5级地震，宁乡更是小震群密集地区，可能与该断裂的活动有关。

洪湖—岳阳—桃江活动断裂：在遥感图像显示的地貌上，断裂两侧差异明显，西侧全新统覆盖，是广阔的湖积平原，东侧更新统广为出露，形成低丘和岗地。地震剖面发现T₃及T₄两反射面在断裂两侧显示深度相差甚殊，西侧下降，东侧抬升。据早、中、晚更新世及全新世相应时段沉积厚度及其分布也反映在断裂两侧有较大差异，说明断裂第四纪仍在活动。

新化—大福坪活动断裂：由于断裂作左旋平移，在新化一带形成拉分盆地。尤其是喜马拉雅期活动明显，以致切割其两端（新化和红岩咀）的白垩、第三纪红色岩系。1910年和1931年分别在拉分盆地西北边缘发生过5级和4.8级地震，为该断裂带现代构造活动的表现。

湘乡—邵东活动断裂：位于邵东、湘乡和湘潭一线，由大致平行错列的断裂组成，总体走向NE、倾向NW、倾角55°，沿断裂见有30～40 m的破碎带，它控制了白垩纪和早第三纪盆地。沿带断崖断层三角面发育，在湘乡可见其发生右旋移动，扇面由NE向SW倾斜，角度平缓，逆向河流上方，河水沿盆地西侧发育并形成曲流，表明断裂第四纪仍有活动。沿断裂发生过4～4.8级地震5次，其中包括1931年、1938年两次4级地震，近期有过微震活动。

太阳山活动断裂带：由太阳山东侧和西侧几条NNE向高角度正断层组成，控制了洞庭湖拗陷的太阳山凸起，全长60余公里，分太阳山东侧断裂和太阳山西侧断裂。与太阳山断裂有关的震级最大的一次是1631年常德6.5级地震，震源深度达20km，震中烈度达8度，地震影响带呈NNE向椭圆形，与太阳山断裂带的延伸方向一致。

南县—汉寿活动断裂：据钻孔和人工地震测深资料，它是一条高角度正断裂，走向NE20°，倾向西，长70 km。断裂两盘垂直断距为800～1400 m，白垩—第三纪时控制洞庭湖拗陷内次级构造单元，并对第四纪地层厚度有控制作用，在断裂端部与NW向断裂交汇区，近期有过小震活动。

五团—石门活动断裂：遥感影像上十分醒目，它纵贯南北，断续延伸，切割一系列NE向断裂和五团、瓦屋塘岩体并控制了挽近期沉积。瓦屋塘岩体上的下第三系被晚期活动断裂所切。沿此扭裂带地震活动频繁，尤其是它的北段与其它构造交接部位（即慈利、石门一带）小震群密集，与此扭裂平行的太阳山断裂以及与它相对应的洞庭湖东岸岳阳—湘阴断裂均属同期活动产物，是我省最主要的发震控震构造之一。

除NNE向断裂为我省主要活动断裂外，省内的EW向构造带与NW向构造带的某些地段，尤其是与NNE向进行复合交接部位，于挽近时期呈现明显的活动性质。如北纬26°10′以南的湘南EW向构造带，北纬27°40′～28°40′之间的湘中EW向构造带（相当于安化—宁乡—浏阳东西向构造带）和北纬29°20′以北的湘北EW向构造带（相当石门—华容—临湘东西向构造带）区间内，历史地震较多，并且等距离带状分布；特别是与NNE向断裂带复合部位，常是地震密集带。从遥感图像上看，湘北华容隆起、湘中白马山—龙山隆起和湘南玉峰隆起，均呈现东西向延伸特征，形成一系列EW向山地，并控制了区域性水流流向，表明EW向构造在挽近时期具有新的活动性质，并导致某些区段产生新的隆起，成为地震发生的有利构造部位。

（二）第四纪活动断裂

益阳赫山庙断裂：产于中更新红土砾石层中，规模小，其产状为335°∠47°，性质为张扭性。

汉寿石板滩断裂：见于石板滩镇附近，断裂走向为NNE，两盘出露地层截然不同。西盘为下更新统汨罗组灰白色粘土层，上复红土砾石层；东盘仅出露中更新统网纹状红土，下伏地层未见。显然，在水平方向上两盘不同层位呈断层接触。在地貌上反映平直陡峭的湖岸线。

湘阴六塘铺龙潭冲断裂：断层走向295°，倾角45°，倾向SW，属张扭性质。断裂的NE盘汨罗组砂土层与SW盘中更新统网纹红土层斜接，并在SW盘附近见砂层牵引现象，指示NE盘往上推移。

类似上述断裂，在长沙、湘潭、衡阳、宁乡、新宁及洞庭湖地区，都有发现，但一般规模小，影响范围不大，也不常见，它往往发生在大的继承性活动断裂附近。

9.4.3 湖南省新构造运动的基本特征

（一）新构造运动的地貌特征

湖南省现代地貌轮廓大体上是东、西、南三面高而中部、北部低。第三纪末期和第四纪发生的新构造运动，表现出以间歇性及掀斜式为主的升降运动，山区常见V型谷或障谷，丘陵、平原地区出现箱状河谷等。红盆被抬高，如南岭北麓的红盆至少上升60～70 m。愈向北上升愈少，到洞庭湖反而下降。我省地势南高北低，形成向北倾斜的斜坡，第三纪准平原和第四纪造成的剥蚀面，由于新构造运动影响，周围山地受侵蚀破坏，而呈多级（500～300 m的剥蚀面）峰顶线齐一的山地、丘陵。山地区域受地壳掀斜运动影响，侵蚀增强，出现深沟窄谷及深切曲流，成为今日地貌。另一方面，抬升后下切出现5～6级的河谷阶地和河漫滩地貌，地表起伏逐渐增大。近代洞庭湖则继续下降。从四水及支流总的流向看，受新构造作用控制明显，循东、西、南三个方向向北汇聚于洞庭湖，而后由城陵矶注入长江。以四水河口地段及湖泊来看，长期处于变迁状况，反映了新构造运动的地貌特征。

（二）新构造运动的主要类型

（1）拱形隆起：湖南省新构造运动是以大面积缓慢抬升和沉降为主要形式，在活动性质上具明显的继承性。如湘西、湘南和湘东地区，喜马拉雅期以前大面积隆起为山，以上升为主，新构造时期仍处于隆起阶段。遥感图像上显示较清楚的有华容隆起和五强溪隆起。

华容隆起：位于洞庭湖北部，北靠长江、南临洞庭湖，为一近东西向隆起。第三纪以来显示持续隆起特点，遥感图像上从隆起的幅度看，东、西部明显不均衡。东部上升量大，基岩大片裸露，为低山丘陵；西部上升量小，基岩出露少，呈孤丘状。重力和航磁异常分别反映为重力梯级带和磁力正负异常交替带，大地热流出现东西向的线性异常带。晚第三纪，北部陈索口凹陷强烈下沉，沉积最大厚度超过了500 m，而本区基本未接受沉积。第四纪以来，下荆江河道辗转弯曲，北部第四纪厚达200 m，本区仅厚数米，显示较为强烈的差异活动。

五强溪隆起，位于沅陵、桃源之间。北有望阳山，南有黑山，海拔一般500～700 m，最高900余米。由前震旦系浅变质岩和下古生界碳酸盐岩地层构成NNE向褶皱隆起山地。遥感图像上，沅水横切五强溪隆起，形成峡谷。在高170 m保存的侵蚀台面以上，还见数级剥蚀面，隆起山顶斜坡之上残留红层，覆于板溪群之上。隆起的东西两侧常桃盆地和沅麻盆地白垩—第三系红层组成低山丘陵，河流迂回，第四系发育，构成沿河两岸六级基座阶地，为河间平原景观。因此，自第三纪以来，由于新构造作用使五强溪开始隆起，造成两盆地分离，形成五强溪峡谷，并影响沅水河口逐渐东移，西洞庭湖向东退缩。据对沅水第四系资料分析，中更新世早期，沅水河口还在桃源大马山一带，中更新世末则迁至德山地区，至晚更新世以后，河口继续向东迁移至牛鼻滩一带。

（2）掀斜运动：湖南省整个地貌反映了掀斜运动特点，尤以洞庭湖周围更为明显。从地貌和地层分布看，挽近期洞庭湖盆地总的构造特点是，周边上升，中间沉降，周边分布老地层，中间分布新地层。即在地貌上，从周边至腹地呈阶梯环带状分布有低山—丘陵—岗地—平原。将洞庭湖北岸澧、沅、资三水下游同级阶地阶面标高和基底标高比较，存在由北而南，逐渐降低趋势。长江四口分流，部分长江水倒流南下注入洞庭湖，呈现北高南低流势。南岸由于掀斜运动，造成资水下游南北两地支流不对称，南岸支流长，堆积物广泛分布，北岸支流短而少，第四系不发育。

（3）新构造坳陷：湖南省的新构造坳陷表现出以洞庭湖为中心的向心状坳陷。四水及四口分流以各自不同流向汇入洞庭湖，构成向心状水系，从四周山地过渡到丘陵再演变为河湖平原，反映地形总体呈坳陷特点。第四系厚度由山区至丘陵再到湖区逐渐加宽加厚。重复水准测量资料表明我省西部山地和丘陵仍处于缓慢上升阶段，洞庭湖区则持续下沉。遥感图像上这些隆起、凹陷受喜马拉雅期以来的活动断裂控制，如洞庭湖东岸，两条坳陷线与该地区公田—宁乡—新宁断裂与岳阳—湘阴断裂吻合，以公田—宁乡—新宁断裂北段为界，以东为幕阜山强烈上升区，以西为岳阳—汨罗丘陵河谷区，属间歇性上升区。洞庭湖南岸NWW向坳褶线的位置与常德—益阳—长沙活动断裂延伸一致。

（三）新构造运动的地壳形变特征

从地壳形变与地震活动关系分析可知，汉寿—岳阳形变梯度带受南县下降区影响，形变线往西加密，南县—汉寿断裂分布其中，加上潜江—石门隐伏构造，使南县—华容—石首复杂形变区容易积聚能量，是未来可能的地震危险区。汉寿—宁乡一线NW向形变梯度带中有常德—长沙北西向活动断裂分布。宁乡—平江形变梯度带呈NE向，在益阳附近形成活动断裂交汇与形变梯级带转折的复合部，益阳西侧洪湖—岳阳—桃江北东向断裂在常德—长沙垂直形变剖面中存在活动迹象。

（四）新构造运动的构造应力场分析

据邓起东等研究表明，第四纪至今本省主要区域构造应力场为：在近EW向挤压应力作用下，产生近EW向、NNE向断裂的扩张张剪运动，导致NW向断裂的左旋剪切及NE向断裂的右旋剪切。如NW向断裂带活动区长沙新开铺与南郊公园等地，中更新世网纹红土砾石层中可见轴面近SN向的褶皱及NW向断裂组，后者断面擦痕与水平面交角为24°～30°，具左旋扭动阶步。NE向断裂活动区如乌宿断裂，酉水受断裂右旋扭动而成直角拐弯。近EW向断裂活动区如在澧水断裂带上以津市为中心，形成数十公里长的近SW向现代沉降带，是我省沉降最剧烈地段之一。此外，等震线长轴方向可以基本反映发震构造线方向，等裂度线长轴为NNE向，与区域构造应力场作用下发生的地壳介质的剪切错动面走向一致。震源机制解与地质分析结果相似，主要表现在：我省及邻区P轴、T轴绝大部分仰角小，说明地壳应力以水平挤压与水平引张为主要特征；由湘北经赣西北至皖南P轴方位由SEE→近EW向→NEE向递变，但P轴方位仍以近EW向为主，其P、T轴统计数据大致可反映当今构造应力挤压与扭张方向。

9.4.4 地震活动时、空分布特征

（一）地震活动空间分布特点

根据对我省地震带上4.7级以上的地震构造加以综合对比，地震主要分布在规模较大、切割较深的NNE、NE向断裂带上，具有明显的方向性，尤其是5级以上强震震中大致都落在NNE向断裂带上或旁侧，构成我省主要地震构造带；NNE与NW或EW向断裂交汇是发震构造的重要部位，如岳阳1566年的5.5级地震及临湘小震群，正好发生在该断裂与石门—华容—临湘东西向构造带交汇部位。1509年宁乡—临湘间发生的4.8级地震，也是位于这一断裂带与安乡—宁乡—浏阳东西向构造带交汇部位。

地震常发生在活动断裂的特殊部位。江华沱江1853年5级地震和泸溪1631年5级地震都位于NE向断裂与SN向交汇部位；1782年5级地震即分布于宁远—江华SN向构造带与NE向株洲—祁东断裂带及阳明山—塔山东西向构造带复合部位；新化—城步断裂带拐弯点上的新化5级地震，公田—宁乡—新宁断裂带上的涟源娄底地震等，处于断裂首尾斜列位错处。

（二）地震活动的时间分布特点

地震记录分析表明，我省地震可能存在二个地震活动周期。第一地震活动周期平静段起始时间不明，但结束于1468年；活跃段起于1469年，至1650年结束，历时182年。该段最大地震是1631年常德6.8级地震，发生于该活跃阶段结束时间1650年之前19年。第二地震周期的平静段始于1651年，结束于1842年，历时192年；活跃段起于1843年，持续至今，已历时148年。如果以第一地震周期活跃段之持续时间长度（182年）来估测第二地震周期活跃段持续时间，则其地震活跃时间可延续为2025年前后，即自1990年后还有36年，如从2000年起也有25年。以第一地震周期最大地震是活跃阶段结束前19年发生，因此在第二地震活动周期本活跃阶段结束前的地震危险性不可低估。

（三）地震活动趋势分析

从地震时空分布规律看，在今后一段时间内，我省地震活动的强度和频度可能有增高趋势，但在短期内发生破坏性地震的可能性较小。根据深部地球物理资料提供地壳、上地幔结构构造特征可知，扬子板块与华南板块俯冲—碰撞带在省境的拼合边界属刚性地幔块体与塑性地幔块体的拼接，缝合带固结时间早，缝合坚固，总体属厚壳厚幔低温构造属性，地壳强度大，地壳中普遍存在弱的低速低阻韧性“减震带”，属稳定的大陆岩石圈块体，因此出现6级以上的破坏性地震机率较小，加上我省新构造运动微弱，无论是升降运动还是断裂活动均是如此。从历史地震记载来看，我省强震并不多，最大的一次地震仅6.8级，5级地震也不多见，主要以小震活动为主，且多集中在洞庭湖及周边地区。因此从全局看地震活动相对应属于弱震区。但从局部看，湖南境内的地震活动极不平衡，特别是洞庭湖及周边，无论历史还是现在，该区小震不断，为地震相对活跃区和主要地震分布区。由于洞庭湖地区是一个新的断陷盆地，它的周缘又是新构造运动过渡地带，属脆弱区，易于应力集中和释放，引发地震。因此建议今后工作重点放在洞庭湖地区，特别是它的东西两侧。综合分析表明，太阳山断裂带有孕育中强震的地质构造条件。如果再度发生中强地震，发震位置可能仍在常德—澧县的某个部位，发震断裂可能是太阳山东侧断裂，也可能是太阳山西侧断裂。由于我省境内NNE向断裂挽近时期非常活跃，为我省主要的控震构造之一。除太阳山断裂应重点监控外，展布于洞庭湖东侧及五团、溆浦、五强溪、石门一线NNE断裂带，形迹十分醒目，它纵贯SN，断续延伸，切割了所有其它构造。沿此扭裂带地震活动频繁，尤其是构造交接部位（即慈利、石门一带）小震群密集。区域上看，岳阳、常德、涟源、娄底一带是我省地震活动频繁地区，也是未来地震多发区，应是我省地震工作重点区之一。

区域地壳稳定性评价与减轻灾害措施~

区域地壳稳定性评价研究的理论基础,就是李四光教授“安全岛”理论的不断扩展和延伸,即在不稳定区域或构造活动区寻找相对稳定地块,进行工程安全建设,对地质灾害进行合理安全设防,以达到安全合理、节约建设、减灾防灾的目标。近50年来,我国地质力学工作者刘国昌、谷德振、陈庆宣、胡海涛等人,均为区域地壳稳定性评价研究和分支学科的建立做出了重大贡献。
(一)区域地壳稳定性评价研究
中国地质环境复杂,活动构造较多,各种内动力地质灾害比较严重。总体看来,中国区域地壳稳定性相对较差。为了对全国区域地壳稳定性评价和分区获得定量化认识,更好地服务于经济建设和减灾防灾,下面将在现今活动的主要构造体系与各种内动力地质灾害分布规律和中国内动力地质灾害分区研究的基础上(图3-3),结合构造现今活动性划分待评区,选定6个评价指标,分配权重如下:①表层地壳结构与岩土力学性质,权重17%;②深部地壳结构构造,权重13%;③地块升降与地壳现今活动速率,权重10%;④断裂及其活动性,权重20%;⑤现今地应力与能量集中程度,权重15%;⑥主要内动力地质灾害(表3-1)的破坏程度综合划分为4个等级,权重25%。
依此建立各待评区总体质量矩阵,进行模糊数学计算评判。按照规范对区域地壳稳定性划分相对稳定等级为:相对稳定、相对较稳定、相对较不稳定和相对不稳定四个档次。计算结果结合不同构造分区特征,编制中国区域地壳稳定性概略分区图(图3-4)。其主要特征如下:

图3-4 中国区域地壳稳定性分区略图

(1)全国区域地壳稳定性评价划分71个待评区,经计算结果确定:相对稳定区31个,相对较稳定区22个,相对较不稳定区15个,相对不稳定区3个。
(2)通过全国稳定性概略分区的六项指标内容的确定及其权重分配情况,可以看出:全国是以构造稳定性评价为主,配合岩体、土体介质条件;根据现今地壳运动状况,结合A近活动和地质时期的发展演化,进行地壳活动性评价和判定。为了判定区域稳定程度,在分析地壳活动性与地应力场的同时,又全面落实到各种内动力地质灾害方面,并使之获得较高的权重。
(3)分区中对我国内动力地质灾害进行了多方面的分析,以地震灾害为主,对1990年国家地震局《中国地震烈度区划图》进行了分析。同时,考虑了地下坑道变形、煤瓦斯突出、冲击地压、钻孔套损、地下热害等,加强了地下稳定性变化的评判;对现今地壳形变可能导致灾害的发生,现今断层位移活动,构造地裂缝等灾害,也进行了分析评判。因此,在全国分区中划分出:与煤瓦斯突出、冲击地压、地下热害、坑道变形、钻孔套损等地下灾害有关的区、带,诸如松花江相对较稳定带 、辽沈相对较不稳定段 、太行山相对较稳定带 、华蓥山相对较不稳定带 、罗霄山相对较不稳定带 ，以及祁连山相对较不稳定带 等。这些地带都启发我们应该考虑地下深处与地表附近的区域地壳稳定性存在着变化,在地下工程建设或地下矿产开发前,应该充分重视区域地壳稳定性随着深度的变化规律状况,否则容易造成意外重大灾害损失与人员伤亡[22-37,54-70]。
(二)区域地壳稳定性评价研究在减灾中的应用
区域地壳稳定性评价研究,主要根据李四光教授的“安全岛”理论及其倡导的岩石力学与构造应力场研究方法,在考虑各种类型地质灾害的基础上,全面考虑内外动力地质作用、岩体和土体介质条件、人类活动,以及与工程建筑物的相互综合作用和影响等因素,综合评价研究现今地壳及其表层相对稳定程度,实现减灾、防灾和安全建筑服务的目标[1～01]。
1.城市规划建设中的减灾与防灾
现以西安市城建规划为例进行讨论。西安市区发育着多种严重的地质灾害,而以地裂缝、地震、地面沉降、沙土液化等为主,其中地裂缝灾害最为严重,经常成带摧毁大批建筑物,甚至引起在城市建设规划中是否需要搬迁的疑虑问题。经区域地壳稳定性评价研究,确认市区属于相对不稳定区,为此进行稳定性小区划研究(属区域地壳稳定性大比例尺评价范畴),目的为了合理开发利用土地,合理部署城建规划,保证安全建设。市区稳定性小区划研究,首先在重点研究地裂缝成因机制、时空分布、活动规律及其发展演化的基础上,结合地震动峰值加速度、地面沉降速率、断裂活动性、古河道沙土液化特性以及人工堆积土等诸因素,采用数学地质方法评判。并按照不同稳定程度划分为:相对不稳定区(又分为A、B、C三个等级)、相对较不稳定区、相对次较不稳定区和相对次较稳定区,共计175个单元(区段)。结合合理开发利用土地的原则,编制城市规划布局建议图(图3-5),小区划综合评价将土地分为4大类7个亚类:
Ⅰ类:可供高层建筑用地,按地震基本烈度Ⅶ度设防。
Ⅱ类:可供高层建筑及重要工程建设用地,按Ⅷ度设防。
Ⅲ类:分为2个亚类。
Ⅲ1类:可供重要工作建设用地,按Ⅷ度设防,将增加工程投资;
Ⅲ2类:可供一般建筑用地,应尽量避让隐伏地裂缝。
Ⅳ类:分为3个亚类。
Ⅳ1类:可建一般建筑,必须避让地裂缝;
Ⅳ2类:宜作绿化地带、游乐场、平房居民用地;
Ⅳ3类:地裂缝现今活动地带,不宜建筑地段。

图3-5 西安市城建规划建议示意图(据陕西地矿局)

稳定性小区划研究结果:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ1类,三者共占全市区总面积的65%;Ⅰ-Ⅳ1类者共占80%以上;仅有不到20%的土地不宜作为重要建筑用地。由此可以基本上满足了城建安全建设用地的需要,为减灾、防灾和合理开发利用土地提出了具体建议[17-34]。
2.工程建设中的减灾与防灾
以深圳市城市供水输水隧道工程选线为例进行讨论。深圳市和香港为解决城市人口的生活用水以及工业用水,实施东水西调,开挖50km长的隧道输水工程。由于隧道计划穿过莲花山活动断裂带的北支——深圳主干断裂带,在长约20km的地段要穿过十几条区域性主干断裂。水利设计部门要求进行构造稳定性评价,提供主要断裂在50年内最大的位移量和4处深埋隧道地点的地应力状态,为输水隧道的选线方案提供依据。其主要目的是防止隧道工程变形与活动断层灾害、预测岩爆发生的可能性及优选工程设计方案。
作者根据李四光教授现今构造应力场的思路,在区域构造体系研究的基础上,开展7个孔位的地应力实测,配合区域岩石力学的多种实测数据,以及其他多方面的研究成果等,进行平面及三维构造应力场模拟实验,使二者实验结果互相校正核实,编制输水隧道的现今地应力状态分布变化图(图3-6)。并利用市区布设的断层位移测量站1985～1991年的活动断层位移趋势数据,定量计算了输水隧道穿越主干断裂位置的断层位移量级。为输水隧道工程的选线和减灾、防灾提供了具体数据[1-10]。
左上角镶图的东端与下图的西端相连接;中间的图为一、二级主要断裂现今位移量级变化及其内部应力状态平面图;下图为三维构造应力状态与岩石力学性质分区示意图。

图3-6 深圳市东水西调输水管线附近现今构造应力场综合分析图

经区域地壳构造稳定性评价,输水工程的西段和北段主要属于相对稳定及相对较稳定区段;中段和东段主要属于相对较不稳定区段,其中包括部分相对不稳定地点。主要结论如下:
(1)相对不稳定地点主要由于岩石力学性质的不稳定所致,如断层构造岩及地应力处于拉张状态等。
(2)输水管线经过处,断层现今最大位移速率属中等量级,活动速率<1mm/a,50年累计位移量小于20mm或小于40mm。断层内部位移速率中等,属低最大剪切应力、低应变能量级,少数地点安全度偏低。
(3)4处深埋隧道地点,最大水平剪切应力小于1MPa,三维最大剪切应力小于2.5MPa,隧道轴向与最大水平主压应力轴向交角主要为20°～30°和40°～50°,少数为70°～80°。现今地应力状态分布变化表明,输水隧道总体为较安全状态。
(4)经地震基本烈度复合分析计算,表明输水隧道大部分位于地震基本烈度Ⅶ度峰值加速度区内,少数在Ⅵ度区。
3.其他方面应用
区域地壳稳定性稳定性评价研究,除了在上述城市规划建设和工程选线、选址(包括核电站、大型水电站选址等)以外,还可以在更多的方面发挥作用,为各种建设事业、矿产的寻找、扩产开发中的增产和减产以及采矿中减灾和防灾等也都能发挥作用[1725]-。
(1)区域地壳稳定性与石油天然气的运移集中和分散
石油天然气包括煤层气与其他气态和液态矿产,都是在运移过程中,在某些适合储存的地质构造部位集中成矿,成矿部位必定是区域地壳处于相对稳定状态,如果某构造应力场发生重大改变,例如在其附近发生强烈大地震,则部分油气资源就可能发生再次迁移到合适的相对稳定性更好地段聚集。例如在1975年海城7.3级地震、1976年唐山7.8级地震前后期间,华北广大地区包括渤海周围的油田,石油产量都骤然发生急剧变化,总产量出现大起大落。海城地震前一年(1974年),石油产量明显增加;1975年产量达到高峰值,其中兴5井增产23倍,震后恢复正常。1976年唐山大震前半年,石油再次增产约18倍,采取人工放喷减压才使异常中断。这时一些非生产井甚至出现突发喷油自溢现象。与此相反,有些生产油井则突然产量大减,个别油井甚至采不出油来,表明原来储存集中的油气发生迁移了。由此可见地壳稳定性状态与液态气态资源运移、聚集和分散具有密切联系,对开采过程中的稳产高产也具有重要影响[50]。
甚至塑性较强的煤炭,在一定条件下也可以发生塑性流动迁移。例如湘西一带经常开采的“煤脉”,便是填充在裂隙中的煤。煤脉一般厚几至几十厘米,长几十至几百米不等,显然,它们是受到地应力作用,发生塑性流动迁移,聚集成为煤脉。其中部分煤炭在受力迁移过程中,已经石墨化、沥青化。
从上述实例可以看出,区域地壳稳定性研究,对部分矿产的运移、集中和分散(造成灾害)均有重要作用和影响。
(2)区域地壳稳定性评价研究与矿产开发中的减灾与防灾
目前我国矿山开发设计中,尽管已经开始重视区域地壳稳定性评价研究,但在有些方面尚未得到落实。目前我国许多矿山灾害包括矿震、煤瓦斯突出、岩爆、坑道变形、采油钻孔套损、矿井热害等等,多数在建矿初期没有进行区域地壳稳定性评价研究,没有对矿区灾害进行预测评价,以致矿山设计和开发后,发现地质灾害时,由于缺少减灾抗灾的必要能力和条件,不得不重新补做这些工作。例如对地下热害估计不足,坑道断面过小,不能满足大量通风散热的要求。又如对矿震强度估计不足,坑道加固和生产设施安装对抗震设防措施不够,导致破坏停产;甘肃金川镍矿,曾因坑道变形灾害,长期不能正常生产;天津大港的港西油田在5号断层附近,上盘套损油井达30口以上,占两盘总井数的64.7%,而位于下盘的油井则较少损坏。查其原因,是在不合理采油的情况下,使原来不活动的5号断层附近,人为诱发活动,导致大批穿过断层面的采油井孔均发生套损破坏。我国各处油田生产井套损灾害严重,截至1988年,大庆油田套损井达1400口以上;吉林扶余油田至1989年套损井占总数的39.1%;天津大港的港西油田,至1989年统计套损井占井孔总数的40.5%,造成重大损失。如果充分考虑区域地壳稳定性变化规律,钻井在采油中采取使地块呈现均匀平衡的动态,较好地保持局部地块的相对稳定,定能大大减轻相关的灾害损失,甚至可以防止灾害的发生、发展和恶化的趋势,保证采矿的稳定高产,同时会降低开采成本[17-30]。

一、定量化评价指标的选定与分级
本次区域地壳稳定性评价采用模糊数学综合评判法，以孙叶、谭成轩所著《区域地壳稳定性定量化评价》所列评价指标为依据，选择6项评价指标，按照定量化判别要求，总得分均为10分，分别分配权重、分档取值，确定其得分标准和划分等级(表2－3)。
表2－3 评价指标权重、分数线与相对稳定的等级划分综合


续表


(据孙叶等，2001，略加修改)
二、区域稳定性特征分析
1.表层地壳结构与岩土力学性质
山东半岛城市群地区地壳由鲁东、鲁西两大地质块体组成，其分界位于著名的郯庐深大断裂中段沂沭断裂带。东部的鲁东断块主要为山区、丘陵地貌，西部的鲁西块体主要由鲁中的泰、沂、蒙山区和华北平原东北缘的鲁西沉积平原构成。从现代构造性质分析，西部及北部(主要是渤海及其西南沿岸区)的华北平原断陷区是现代裂谷构造，而且鲁中、鲁东上升的山区为裂岭构造。虽然两大地质块体有着不同的发育历史和结构特征，但其地壳厚度、深部介质层状结构及其物性条件并无很大差异。在上述区域构造应力场作用下，东、西两大块体沿着尚未愈合的沂沭断裂带挤压扭动，并伴随不均匀的升降差异活动。同时块体内部产生不同程度的破裂，引起已有的或正在产生的北西与北东向两组断裂的新生活动，两组断裂构成一幅网格状图像，在两组断裂交叉部位的一侧还形成了一些三角形断陷盆地。
2.深部地壳结构构造与深断裂
该地区大致以沂沭断裂带为界，鲁东地区为重力高值区，鲁西地区为以泰安、沂源为中心的重力低值区，沂沭断裂带总体处于鲁东重力高和鲁西重力低的交接部位。总体处于重力高值区，潍坊以北则显示重力高背景上的局部重力低值异常，重力异常总体展布方向和形态与济阳盆地相同。
3.地块升降与现今地壳活动速率
鲁西、鲁东隆起部位仍以上升为主，上升速率一般为1～2mm/a，胶东半岛荣成－青岛间上升速率较大，为3mm/a。沿沂沭断裂带为一相对下沉凹槽，年速率为0～1mm/a，并在沂水一带形成鞍部。
4.断裂及其活动性
由山东半岛城市群地区主要断裂构造形迹分布图(图2－1)和半岛城市群地区主要断裂构造表(表2－1)可以看出:
济南一带有长清断裂、蒙山断裂、文祖断裂、白泉庄－五色崖断裂、金山－姚家峪断裂等，其中以文祖断裂为主要断裂，影响范围较大。
淄博一带有金山－姚家峪断裂、淄河断裂、上五井断裂、九山断裂、益都断裂，还有摩天岭－大山背斜、送树岗－大罗聿复向斜、鲁山－黑坊－快堡复向斜、鲁山－石槽－张家哨向斜(局部)。其中对该区起关键影响的断裂有淄河断裂、上五井断裂、益都断裂。地面表层有明显的镶嵌结构，构造较复杂。
潍坊一带集中了山东半岛几个较重大的断裂，即沂水－汤头断裂、安丘－莒县断裂、昌邑－大店断裂、安丘－莒县坳陷。主干断裂带与结构复合部位，构造复杂。
青岛、日照一带有山相家－郝官庄断裂、百尺河－廿五里夼断裂、瓦店铨园断裂、张仓断裂、市美－日照断裂，其中以后者影响为最，表层属碎块结构，构造中等发育。
5.现今地应力与能量
现代构造力场是地壳构造活动和地震活动的基础，华北地区现今处于以北东东向主压应力、北北西向主张应力近水平作用的应力场之中，且应力场方向和状态基本稳定。华南地区应力场方向有所不同，以北西西向挤压和北东东向引张作用为其基本特征，力的作用方式亦近乎水平。华东地区介于华北、华南之间，主压应力场方向为近东西向，主张应力场方向为近南北向，力的作用方式接近水平且比较稳定。山东半岛城市群地区位于华北地区南部、华东地区北缘，应力场主要沿袭华北地区特点，但已受到华东应力场的某些影响，主张应力场方向较华北北部地区稍向东偏，主压应力轴平均为80°左右，而主张应力轴约350°，应力状态基本稳定，作用方式接近水平。现今最大主压应力方向与区域主干断裂的交角均大于55°。
6.主要内动力地质灾害
地震烈度是评定地震震动和破坏强弱程度的综合性指标，其影响因素多而复杂，但主要是受地震震级、震中距离及地基等条件的影响和制约，震源深度、错动方式、地质结构、地形及地下水埋深等也影响和控制着地震烈度。
从国家地震局地震烈度区划(表2－4)上可以看出，研究区烈度区划为Ⅵ度和Ⅶ度，其中垦利—东营—博兴—周村一线西北为Ⅵ度区，该线西南至高密以西位于郯庐强震构造带上，为Ⅶ度区;莱州—招远—福山—乳山一线东北地区为Ⅶ度区，该线西南至高密地区为Ⅵ度区。
表2－4 山东半岛城市群地区各市地震烈度分布


三、区域稳定性模糊综合分析与评判
1.评价对象集、因素集和评价集
以主要构造断裂与新构造运动为分界线，将山东半岛城市群区域划分出19个区域作为评价单元(图2－5)。

图2－5 山东半岛城市群地区区域地壳稳定性模糊综合评判分区略图

2.评价因素的权重向量
评价因素集中每个因素在“评价目标”中有不同的地位和作用，各个评价因素在综合评价中占有不同的比重即权重，根据《区域地壳稳定性定量化评价》(孙叶等，2001)，对评价指标权重分配如下:
1)表层地壳结构与岩土力学性质(F1)，权重分配为17%。
2)深部地壳结构构造与深断裂(F2)，权重分配为13%。
3)地块升降与现今地壳活动速率(F3)，权重分配为10%。
4)断裂及其活动性(F4)，权重分配为20%。
5)现今地应力与能量(F5)，权重分配为15%。
6)主要内动力地质灾害(F6)，权重分配为25%。
因此，权重向量为:A={0.17，0.13，0.10，0.20，0.15，0.25}。
3.各指标隶属度的确定
在对地壳稳定性评判中，采用0～1之间的数来反映第j个影响因素对评价集中不同级别的影响程度(隶属度)。同一指标随数值变化，其隶属同一级别的隶属度也随着变化，而同一指标数值隶属于不同级别时隶属度也不同，由此，建立了代表隶属度和指标数值之间的函数关系，即隶属函数。评价指标中的连续变量的分布特征确定所采用的隶属函数应为正态分布函数。
根据6项主要评判指标，按照判分标准分别获得各个评价区的总体质量矩阵及得分，见表2－5。
表2－5 山东半岛城市群区域地壳稳定性待评区总体质量矩阵一览


4.区域稳定性模糊评判
按照不同稳定等级的隶属度值，进行区域地壳稳定性级判定，见表2－6。根据各评价区相对稳定性模糊评判计算结果，绘制山东半岛城市群地区区域稳定性综合评价图，见图2－6。
依据最大权重原则，计算地壳稳定性各等级在8城市行政区域中所占的比例，从而得到山东半岛城市群8城市区域稳定性综合评价图表，见图2－7和表2－7。
表2－6 山东半岛城市群地壳稳定性等级判定


Ⅰ:稳定区;Ⅱ:基本稳定区;Ⅲ:较不稳定区;Ⅵ:不稳定区。
表2－7 山东半岛城市群区域8城市地壳稳定性综合评价



图2-6 山东半岛城市群区域稳定性综合评价


图2-7 山东半岛城市群区域8个城市区域稳定性综合评价

四、区域稳定性评价结果
归纳以上分析，可获得山东半岛城市群地区地震环境及其区域地壳稳定性的总体评价结论如下:
(一)区域地震环境综合分析与评价
1)山东半岛城市群地区位于华北地震区东南隅，主要处于郯庐地震带内，历史上发生过多次破坏性地震，最大震级达7级。
2)山东半岛城市群地区遭受的地震破坏和影响既来自本区5级以上地震，也来自周围地区，特别是郯庐地震带的7、8级地震有波及，历史上个别地区的最高地震影响烈度达Ⅹ—Ⅺ度，部分地区达Ⅷ—Ⅸ度，其他大部分地区达Ⅶ度，是地震影响烈度较强的地区。
3)预测该区未来50年内仍有发生5、6级地震的可能，局部地区最高地震烈度可达Ⅶ度。
4)山东半岛城市群地区的中部、北部是未来地震加速度峰值的高值地区，相对于其他地区来讲是具有更高地震破坏力的地区，应该在经济建设的城市规划中特别重视防震抗震工作。
(二)区域地壳稳定性综合分析与评价
在对该区域地震环境与地壳稳定性综合分析的基础上，确定了影响和控制该区地壳稳定性的六大因素，运用模糊数学理论，对该区域地壳稳定性进行了综合分析与评价。
1.区域地壳稳定区(Ⅰ)
区域地壳稳定区为济南市。济南市位于泰山山脉以北，在大地构造上南部为鲁西台隆鲁西拱断束，北部为华北台坳济阳凹陷。地势南高北低，南部为低山丘陵区，海拔高程一般为500～1000m，北部为山前平原区，海拔高程为25～32m。分布有广饶、肥城断裂，西邻聊考断裂带，处于济南单斜断块构造内，基底为泰山群变质岩，盖层为古生代地层，断层不太发育。济阳以北为坳陷区，沉积较厚的新生代松散层，仅分布有古近－新近纪活动断裂。区内除在长清、平阴发生过5、5.5级地震外，地震较少。因此认为，济南总体为一稳定区，长清－平阴、济阳附近为基本稳定区。
2.区域地壳基本稳定区(Ⅱ)
区域地壳基本稳定区的城市包括青岛、烟台、威海和淄博。
青岛地区新构造时期的断裂活动强度与幅度随着时代变新愈来愈弱，第四纪以来，在总的间歇性上升的背景上，北东向断裂某些段落在中更新世产生较弱的运动。根据历史地震资料和现代地震资料的分析研究，在青岛市地区没有发生过MS≥5级地震，而弱震在市区周围零散，均为一些2.0≤ML≤2.9的地震。因此，本区总体断裂构造活动水平不高。
烟台周边(含海域)地区NNE和NWW向两组新生代以来的活动断层发育;第四纪活动断裂以鲁中NE向沂沭断裂及NWW向海域烟台－长山岛－渤海断裂规模大、活动性大。而烟台周边隆起区内第四纪活动断层规模较小。根据新构造运动的性质及所反映的地貌形态、物质组成的特点，除黄县断陷盆地外，烟台地区大部分为较稳定的缓慢上升的低山丘陵区，其南部、北部在运动形式及活动幅度上又有所不同。烟台地区的新构造运动基本上继承了以东西背斜为基础长期上升的特点，但北侧较南侧上升强烈，并因北西向断裂的活动，使整个地区由北东向南西掀斜式上升。沿海地区海蚀台地、夷平面的多级性，说明了这些掀斜式上升具有间歇性和颤动性的特点。
威海市和淄博市总体上新生代活动断裂不发育，弱震密度低。
3.区域地壳较不稳定区(Ⅲ)
区域地壳较不稳定区为东营市与潍坊市地区。该区大部分地区属鲁西北平原。区内发育数条古近－新近纪、第四纪活动断裂，相互切割、交汇、错开，如广南断裂、益都断裂、淄河断裂等。区划地震裂度Ⅵ，局部Ⅶ，历史上发生过5级地震，弱震密度高。
4.区域地壳不稳定区(Ⅳ)
区域地壳不稳定区域为日照市地区。该地区受郯庐断裂带的影响，弱震活动频繁，预测有6级地震发生，地震区划烈度为Ⅷ度。区内包括昌邑－大店断裂、沂水－汤头断裂、安丘－莒县断裂，总体呈NNE向展布，且存在第四系隆起或断裂水平与垂直位移现象，有第四纪活动断层，局部地壳莫霍面埋深较浅。

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