活动断层避让相关问题的讨论

徐锡伟　郭婷婷　刘少卓　于贵华　陈桂华　吴熙彦

1)中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京　100029 2)山东省地震局，济南　250014



活动断层避让相关问题的讨论

徐锡伟1)郭婷婷2)刘少卓1)于贵华1)陈桂华1)吴熙彦1)

1)中国地震局地质研究所，活动构造与火山重点实验室，北京100029 2)山东省地震局，济南250014

2008年汶川地震、2010年玉树地震、2014年鲁甸地震等大量震例研究表明，严重的地震灾害损失和人员伤亡主要源于发震断层的同震地表破裂、近断层的强地面运动和地基失效引起的建(构)筑物倒塌。因此，避让活动断层是有效减轻可能遭遇的地震灾害损失的一项重要措施。但如何避让活动断层和避让多少距离能够保证地面建(构)筑物不受活动断层同震错动引起的直接毁坏，一直是国内外学者争论的焦点科学问题。1)首先基于历史地震地表破裂资料，定量分析了活动断层同震地表破裂的局部化特征、同震地表破裂与建(构)筑物的破坏关系，得出了地震地表破裂带及其直接严重地震灾害带宽度的平均统计值约为30m的认识。2)通过1999年集集地震、2008年汶川地震等地表破裂带宽度资料和地震灾害空间分布关系的分析，指出了倾滑断层具有明显的上盘效应，断层上、下盘地表破裂带或严重地震灾害带宽度之比为 2︰1至3︰1。3)基于上述分析获得的最新认识，进一步讨论了避让对象、活动断层定位要求、不同类型活动断层最小避让距离、特殊建(构)筑物避让和 “抗断”设计理念等问题。最后，呼吁立法机构加强活动断层避让和活动断层探测的立法工作，规范活动断层上及其邻近地段土地利用规划和基础设施建设过程中合理避让活动断层的行为，防患于未然，提高中国防震减灾的基础能力。

活动断层地震地表破裂带活动断层避让最小避让距离

0　引言

“与灾难共存”是人类必须面对的客观现实。地震是活动断层失稳错动的直接结果，地震期间储存在断层附近岩石中的弹性应变能通过断层突发性滑动释放引起的强地面运动(地震波)和活动断层的地表同震错动是造成地震灾害的2个主要因素(Scholz，2002；The Resources Agency of California，2002；徐锡伟等，2002，2011)。1999年土耳其伊兹米特7.4级地震、台湾地区集集7.6级地震，2008年汶川8.0级地震，2010年玉树7.1级地震，2013年芦山7.0级地震，2014年鲁甸6.5级地震和景谷6.6级地震，2015年尼泊尔廓尔喀(Gorkha)MW7.8地震等震中区各类建(构)筑物的破坏特征分析表明，依据国家相关技术标准做好抗震结构体系选取、非结构构件设计、隔震和消能减震设计等工作可有效地提高建(构)筑物的抗震性能，明显减轻由强地面运动引起的振动破坏和地基失效诱发的建(构)筑物倒塌等地震灾害(韩竹军等，2000；张敏政等，2000a，b；清华大学土木结构组等，2008；孙柏涛等，2008；郭婷婷等，2009，2010；周昌贤，2010；Guoetal.，2012；陶连金等，2015；Robbetal.，2015；洪海春等，2015)，达到 “小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计目标(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)。

大量地震构造考察、断层扩展实验和地震破裂机制研究表明，M≥6.5地震常常会在地表形成数km至数百km长的地震地表破裂带，发生数十cm至数m的同震位移；目前的抗震设防措施还难以阻止这种同震错动对地面建(构)筑物的直接毁坏(翠川三郎，1995；Yeatsetal.，1997；韩竹军等，2000；徐锡伟等，2002，2008a，2008b，2011；周正华等，2003；徐锡伟，2006；代树红等，2006，2008；周庆等，2008；周荣军等，2008；Zhouetal.，2010；胡平等，2011；张建毅等，2012；孙鑫喆等，2012)。在抗震设防标准相对较高的美国、土耳其、日本等国以及中国台湾地区，地震时活动断层的地表迹线对严重地震灾害带的控制作用更加明显： 活动断层的同震错动对地面建(构)筑物的直接毁坏叠加在近断层强地面运动导致的振动破坏之上，加重了活动断层沿线的地震灾害，形成了严重地震灾害带，平均宽度仅数十m(韩竹军等，2000；Leeetal.，2001；Kelsonetal.，2001；Bray，2001；Yangetal.，2001；徐锡伟等，2002，2011；Rockwelletal.，2007；Xuetal.，2009；Zhouetal.，2010; Quigleyetal.，2010)。

鉴于活动断层对严重地震灾害带的空间分布具有明显的控制作用，避开活动断层可避免其同震错动对地面建(构)筑物的直接毁坏(Bray，2001；徐锡伟等，2002，2011；Christensonetal.，2003；徐锡伟，2006；Zhouetal.，2010；Boncioetal.，2012；郭婷婷，2013)。活动断层发育和地震多发的发达国家或地区相继出台了相关法律法规确保避让措施的落实。 例如美国加利福尼亚州1994年修订颁布的《A-P地震断层划定法案》(Alquist-Priolo Earthquake Fault Zoning Act)，主要目的是禁止地面重要建(构)筑物跨活动(走滑)断层建设，规定活动断层两侧各避让15m(Hart，1974；Hartetal.，1999)；2003年通过的《犹他州断层地表破裂危害性评价指南》，规定活动正断层的最小避让距离上盘为15m、下盘为12m(McCalpin，1987；Christensonetal.，2003)。此外，欧洲共同体2003年版结构抗震的欧洲规范8(Eurocode 8)、日本的《活动断层法》、新西兰的《活动断层导则》、台湾地区的《山坡地开发建筑管理办法》等都规定了活动断层迹线两侧的避让距离为15～20m，并禁止地面建(构)筑物坐落在活动断层上(中田高等，2003；Kerretal.，2004；Dissenetal.，2006；Bouckovalas，2006)。

中国地处欧亚板块、印度板块、菲律宾海板块和太平洋板块相互作用的交接部位，发育着至少495条已知活动断层，不均匀地分布在青藏高原、天山地区、阿尔泰地区、华北地区和台湾地区，东北地区和华南沿海也存在少量活动断层(邓起东等，2007b；徐锡伟等，2016)，地震灾害严重(高孟潭，2015)。因此，在新版《中国地震动参数区划图》(GB 18306-2015)颁布实施之际，如何综合活动断层同震地表破裂局部化特征的理论研究成果，吸收与总结国内外活动断层避让的经验和教训，规范活动断层避让距离，是有效减轻中国活动断层同震错动引起的相关地震灾害的有效举措。本文结合《活动断层避让》标准的起草，针对活动断层定义、相关严重地震灾害带避让的理论依据、避让对象、活动断层定位、不同类型活动断层的最小避让距离、特殊建(构)筑物避让和抗断设计理念等科学问题作深入解析，协助国土规划部门、应急救援管理人员、设计建设部门等做好活动断层及其邻近地段土地开发、利用和建设，防患于未然，提升中国防震减灾的基础能力，发挥科技成果在国土资源规划中的应用实效。

1　活动断层定义

活动断层是产生地震的根源，而且地震时沿断层迹线的破坏最为严重，人员伤亡也明显大于断层两侧的其他区域(徐锡伟等，2011)。“活动断层”最早是由美国学者对发生1906年旧金山8.3级地震的圣安德列斯断裂进行详细研究后提出的1个科学术语(Lawsonetal.，1908)，之后得到多位学者的支持与完善，目前特指 “现今正在活动的，并在未来一定时期内仍有可能活动的断层”(Willis，1923；Nuttli，1982)。 该术语已在中国得到推广与应用(丁国瑜，1982；邓起东，1982，1991)。在美国、日本、中国台湾地区活动断层指全新世期间或距今约1.1万a以来有过活动的断层，是具有再次发生地表破裂型地震(M≥6.5)的潜在震源(Fraser，2001)。中国和新西兰、希腊等国家自20世纪70、80年代引进活动断层概念以来，在地震地质研究实践中认识到一些晚更新世或距今12万a以来有过活动的断层也能够发生地表破裂型地震，将活动断层重新定义为晚第四纪或距今12万a以来有过活动的断层(邓起东，1991; 徐锡伟等，2002；Kerretal.，2004；徐锡伟，2006；中国地震局，2009)，不仅拓宽了活动断层的时间跨度，还直接与高震级潜在地震震源挂钩，将曾经发生和可能发生地表破裂型地震的活动断层称为地震活动断层(徐锡伟等，2002；中国地震局，2009)。按照运动学特征或力学性质可将活动断层分为走滑断层、逆断层和正断层3类，逆断层和正断层统称为倾滑断层。

2　活动断层避让的理论依据

2.1地震地表破裂的局部化特征

地震现场考察、岩石力学实验和地震破裂机制研究表明，在大多数情况下地震是沿地壳中的先存断层破裂成核、滑动扩展和终止的产物，在某些特殊情况下是地壳岩石受力沿应变集中带破裂成核、滑动扩展形成新生断层的结果(Scholz，2002；徐锡伟等，2011)。其中，先存断层面闭锁引起弹性应变能或应力的积累并达到摩擦强度时发生失稳摩擦滑动是地壳内发生地震的主流观点(Scholz，2002)。围陷波探测反映出走滑断层的同震破裂与滑动引起的地表迹线至震源深度范围内的岩石结构损伤，可形成宽200～300m的低速破裂带，并会随着时间快速愈合(Laietal.，2010; Lianetal.，2013)。1999年中国台湾地区集集地震断层在数百m深度处的变形带宽度仅数十至数百μm(Shiptonetal.，2001；Heermanceetal.，2003)，而震级M≥6.5的地震常常沿发震活动断层形成呈带状展布的同震地表破裂带，宽度仅数m至数十m不等(图1)，极个别地点受断层几何结构的影响宽度可超过百m，表现出变形或破裂局部化的基本特征(Faulkneretal.，1993；Yeatsetal.，1997；Scholz，2002；Xuetal.，2006，2009，2015；Rockwelletal.，2007；徐锡伟等，2008b；Yuetal.，2010；Zhouetal.，2010)。

图1　不同类型断层地震地表破裂带宽度实测图Fig. 1　Map showing distribution of the surface ruptures and their measured widths generated by different types of active faults.a 2001年昆仑山口西8.1级地震青藏公路破裂带(走滑断层)；b 2008年于田7.1级地震山坡破裂带(正断层)

2001年昆仑山口西8.1级地震发生在东昆仑断裂库赛湖段，地震地表破裂带实地测量获得了大量地表破裂宽度数据，结合已公开发表的1999年伊兹米特7.4级地震、1976年唐山7.8级地震、1975年海城7.3级地震、1932年昌马7.6级地震、1927年古浪8级地震、1833年嵩明8级地震、1515年永胜8级地震等地表破裂带宽度数据统计，给出地表破裂带的宽度平均值约为30m(徐锡伟等，2002)。昆仑山口西地震后发生的其他走滑型或斜滑型地震，例如2002年美国德纳黎(Denali)7.9级地震、2008年于田7.3级地震、2010年玉树7.1级地震、2015年鲁甸6.5级地震等地表破裂带宽度数据与这一平均值相符(Haeussleretal.，2004；徐锡伟等，2008a，b；Zhouetal.，2010；孙鑫喆等，2012；Xuetal.，2013，2015)，跨断层探槽地质剖面观察和模拟实验进一步证实了地震滑动高度集中在断层面及其邻近很窄的范围内，同震破裂或变形具有局部化的基本特征(McCalpin，1987；代树红等，2006，2008；Rockwelletal.，2007；徐锡伟等，2008c；胡平等，2011)。

地震地表破裂带宽度平均值是1个统计量值，在活动断层弯曲、斜列阶区等几何结构复杂段和松散沉积物覆盖区，同震地表破裂带的宽度会比结构简单的段宽(徐锡伟等，2002)。例如，2010年新西兰达菲尔德7.1级地震发生在1条震前并没有很好识别出的格林代尔(Greendale)断裂上，该断裂呈隐伏状态，地震形成的地表破裂带由一系列左阶斜列的走滑断层和挤压阶区的鼓包等组成，宽80～90m不等(Quigleyetal.，2010)。另外，逆断层型地震地表破裂或变形更为复杂： 1983年美国科林加(Colinga)6.5级地震、1980年阿尔及利亚阿斯南(ELAsnam)7.6级地震、1906年新疆玛纳斯7.7 级地震等以褶皱变形为主，形成地表挠曲陡坎或局部隆起(Philipetal.，1983；Steinetal.，1984；张培震等，1994)。1999年集集7.6级地震和2008年汶川8.0级地震则进一步揭示出逆断层型地震地表破裂带具有明显的上盘效应： 同震变形主要发生在断层上盘，而下盘没有变形或变形量很小，导致上盘的严重地震灾害带宽度大于下盘，地震滑坡也集中在断层上盘(Kelsonetal.，2001；Zhouetal.，2010；Xu Cetal.，2016)。

图2　逆断层型地震地表破裂带宽度-频度分布图Fig. 2　Histogram of the widths of surface rupture zones generated on the reverse faults.红色曲线为概率密度分布函数，绿色方框标示不参与统计的实测数据； a 汶川地震，b 汶川地震+其他历史逆断层型地震

表2　历史逆断层型地震地表破裂带宽度一览表

Table2　Statistics of widths of the surface rupture zones produced by historic reverse faulting earthquakes

序号地点水平位移/m垂直位移/m地表破裂带宽度/m走向/(°)参考文献1927年古浪地震(MS8.0)逆断层1下方寨-寺尔沟0.6～1.510～20290国家地震局地质研究所,19932皇城-塔尔庄-双塔2～47～153003磨嘴子-中坝2～463404古浪-双塔3401932年昌马地震(MS7.6)逆走滑断层5西水峡东0.20.1580国家地震局兰州地震研究所,19926大泉口1.5～31～215807白杨河—雅尔河1.7～5.50.5～1.83～7808桌子山—月牙大坂2.2～4.51.1～2.02～42809大豹子沟2.9～4.00.7～2.53.630010白疙瘩沟2.01.0227611大黑沟1.5～2.01.058012朱家戈壁0.50.8～1.96028013鲁家湾503401999年集集地震(MS7.6)逆断层14Wufeng3.32.220～3030Leeetal.,2001;Kelsonetal.,200115ExperimentalVineyard,Wufeng2.2305516KuangfuMiddleSchool52.830～35NW

2008年汶川地震是迄今为止研究程度较高的逆断层型地震实例之一，取得了大量地表破裂带的宽度数据(表1)(徐锡伟等，2008a，2010；陈桂华等，2008；李传友等，2008，2009；郑文俊等，2008；周庆等，2008；Xuetal.，2009；于贵华等，2009；Zhouetal.，2010)，为逆断层 “避让”距离的确定提供了更为丰富的基础数据。汶川地表破裂带宽度-频度分布显示出实测宽度≤80m的数据段具有较为典型的正态分布形态，均值(μ)为(22.4±1.8)m，均方差(σ)为(12.3±1.3)m(图2a)。若将汶川地震地表破裂带宽度数据(表1)与其他逆断层型历史地震地表破裂带宽度数据(表2)一起统计，则其宽度-频度分布形态呈双峰状，宽度≤80m的地表破裂带的宽度-频度统计均值(μ)为(21.6±1.7)m，均方差(σ)为(13.8±1.2)m(图2b)，而≥80m的地表破裂带宽度数据量极少不具有统计意义。可见，若把μ+σ作为地震地表破裂带的平均宽度，则逆断层型地震地表破裂带的平均宽度值为(35±3)m，其概率密度为0.017,5。本文采用μ+2σ作为逆断层型地表破裂带的平均宽度，则逆断层型地震地表破裂带的平均宽度值为(49±2)m，其概率密度为 0.003,9(图2)，仅是以μ+σ作为平均宽度概率密度的22%，具有较高的可靠性。从总体上看，逆断层型地震地表破裂带的平均宽度值比走滑型地震地表破裂带的宽度大，推测是由倾滑断层同震破裂的上盘效应引起的。

2.2同震地表破裂与建(构)筑物破坏的关系

强地面运动引起的地面建(构)筑物的破坏早就引起了地震工程学者的关注，已取得了许多实质性进展和工程成效(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)。尽管早在1971年美国圣费尔南多(San Fernando/Sylmar)6.6级地震现场就观测到了活动断层同震地表破裂对地面建(构)筑物的破坏作用，发现所形成的严重地震灾害呈带状分布(Hart，1974)，并要求国土利用规划中注意活动断层的相关灾害带(Cluffetal.，1976；Hartetal.，1999)；但到1994美国北岭(Northridge)地震进一步显示出活动断层同震破裂对严重地震灾害空间分布的直接控制作用后，美国加利福尼亚州才将1972年颁布的《特别调查带法案》(Special Studies Zones)修订为《地震断层划定法案》(Earthquake Fault Zoning Act)，明确规定活动断层两侧各避让15m。实际上，加利福尼亚州《地震断层划定法案》避让15m的规定主要针对包括圣安德烈斯断裂带在内的陡倾角走滑断层。震例研究表明(韩竹军等，2000；徐锡伟等，2002，2008b；Quigleyetal.，2010)，走滑断层的同震地表破裂及其引起的建(构)筑物毁坏带主要沿其地表迹线对称分布，宽度统计平均值为30m，比较符合美国加利福尼亚州的法案要求。倾滑断层，特别是逆断层的同震地表破裂及其建(构)筑物毁坏带远较走滑断层复杂。下面以1999年集集地震和2008年汶川地震作为典型实例分析逆断层同震地表破裂的特点及其对地面建(构)筑物破坏的影响。

2.2.1集集地震

1999年台湾地区集集地震逆断层型地表破裂带长约90km，最大垂直位移约10m(Chenetal.，2001)；除沿车笼埔断裂迹线出现的主断层陡坎或褶皱陡坎和地表破裂外，断层上盘还出现了断层相关褶皱隆起、次级正断层、地堑状下陷区、后冲逆断层陡坎等变形，实测得到的地表破裂和褶皱变形带总宽度为24～140m；但下盘基本没有变形或出现很小的变形，仅在主断层陡坎或褶皱陡坎附近发生崩塌现象，崩塌覆盖范围≤10m，即逆断层同震地表破裂和褶皱变形具有明显的上盘效应(Kelsonetal.，2001；Chenetal.，2001)。与此相对应，由于台湾地区采用了很高的抗震设防标准，地震期间包括石岗水坝在内的公路、桥梁、房屋等基础设施的毁坏或破坏与车笼埔断裂差异升降运动出现较大的断层陡坎、褶皱陡坎，及其上盘次级正断层、后冲逆断层等破裂密切相关。断层下盘破坏轻微，即破坏主要源于上盘断层陡坎或褶皱陡坎物质的崩塌，范围在10m以内(Leeetal.，2001；Kelsonetal.，2001)。可见，1999年集集地震震害特征研究第1次全面揭示出倾滑断层同震错动引起的相关地表破裂或变形带的位置、宽度和类型决定了地震灾害严重带的空间位置： 地面建(构)筑物毁坏带不对称地沿逆断层迹线分布，上盘的地震灾害带宽度比下盘宽(图3)，显示出倾滑断层同震错动引起的严重地震灾害具有明显的上盘效应。

图3　台湾地区集集地震断层陡坎与地面建(构)筑物破坏现象Fig. 3　Spatial relationship between the main fault scarps generated during the Chi-Chi earthquake and building damages.a 甲溪河床7m高跌水陡坎与桥梁断裂；b 丰原镇约4.5m高断层陡坎与房屋倾斜

2.2.2汶川地震

2008年汶川地震沿龙门山推覆构造带中段中央断裂和前山断裂形成了逆断层陡坎、褶皱陡坎、上盘垮塌型陡坎、简单推覆陡坎、斜列张裂缝走滑型陡坎、受主逆断层和后冲断层控制的鼓包状隆起、局部正断层型陡坎等多种地表破裂，组合成与1999年集集地震同样反映地壳缩短的地表破裂带(Xuetal.，2009；Yuetal.，2010；Shietal.，2012)。2008年汶川地震除存在影响范围较大的地震振动破坏外，不同类型的同震地表破裂对发震断层沿线及其邻近地段地面建(构)筑物毁灭性破坏的控制作用也非常明显。由于汶川地震地表破裂带以垂直差异升降运动为主要破裂或变形方式，建(构)筑物受损最直接的因素是所在地点的地表变形梯度(垂直变形量与对应地表变形带宽度之比): 地表变形梯度>0.1的地段建筑物完全倒塌；地表变形梯度为0.07～0.1的建筑物遭受严重损坏，产生倾斜及强烈变形；地表变形梯度为 0.03～0.07的建筑物受到中度损坏或产生倾斜，具有抗震设防能力的建筑物一般不会倒塌；地表变形梯度<0.03的地段具有抗震设防能力的建(构)筑物一般只会受到轻度损伤或基本完好(于贵华等，2009)，即明显受发震断层同震错动或变形控制的地面建(构)筑物毁坏带的平均宽度统计值一般为10～30m(图4，5)，与地震地表破裂带在空间上高度重叠。

实地建(构)筑物破坏考察、卫星影像解译和测量表明，同一种结构类型的建筑物损坏情况随与同震主断层陡坎或褶皱陡坎距离的增加而减小，发震断层上盘的同震地表破裂或变形与建筑物破坏均大于下盘： 发震断层上、下盘宽度比值介于2︰1与3︰1之间(表3)。

例如，汉旺-白鹿地表破裂带斜切白鹿中心学校校园，在2栋教学楼之间的操场上形成宽度约为18m、高约2m的NE向褶皱陡坎(图4)。 横跨褶皱陡坎及其邻近地段(地表变形带)的砌体结构平房(厨房)和砖混结构2层楼完全损坏，或倒塌成为废墟，树木倾斜，操场上水泥地板折断；上盘变形带外3层砖混结构教学楼和下盘砌体结构平房(学生宿舍)基本未受损坏。现场实测可得断层上、下盘同震破裂带或严重灾害带的宽度分别为11m和7m，上、下盘的宽度比值约为1.6︰1。

图4　汶川地震汉旺-白鹿地表破裂带主褶皱陡坎与建筑物破坏关系图Fig. 4　Map showing relationship between main fold scarp and building damages on or near the Hanwang-Bailu surface rupture zone during the Wenchuan earthquake at Bailu Central School.a 白鹿中心学校楼间主褶皱陡坎与倒塌的建筑物；b 实测同震地面变形剖面

图5　汶川地震北川-映秀地表破裂带主正断层陡坎与建筑物破坏关系图Fig. 5　Map showing relationship between main fault scarp and building damages on or near the Beichuan-Yingxiu surface rupture zone during the Wenchuan earthquake at Shaba Village，Beichuan.a 沙坝村主断层陡坎与上盘破坏的建筑物；b 沙坝村实测同震地面变形剖面

表3　汶川地震地表破裂带沿线断层上、下盘的同震破裂带/变形带宽度比值

Table3　Ratio between the widths of the surface rupture zones on the hanging- and foot-walls along the Longmenshan thrust belt during the Wenchuan earthquake

观测点宽度/m上盘宽度/m下盘宽度/m上、下盘比值参考文献白鹿中学测点181171.6︰1本文小鱼洞中路测点231672.3︰1本文小鱼洞北路测点211472︰1本文白鹿中心学校110732.3︰1于贵华等,2009白鹿中心学校213942.3︰1于贵华等,2009白鹿中心学校3221481.75︰1于贵华等,2009白鹿中心学校4241772.4︰1于贵华等,2009白鹿中心学校5211472︰1于贵华等,2009小鱼洞中路10475292.6︰1本文

在北川毛坝、沙坝、和尚坪、邓家等地发育了长约7km、最高约6.5m的局部正断层陡坎(Xuetal.，2009；于贵华等，2009)。 沙坝村附近陡坎高4.1m，下盘可见发育张性裂缝，坐落在主正断层陡坎上的A座砖混楼房完全倒塌成废墟(图5)；上盘距主正断层陡坎8～22m的B座砖混楼房整体发生倾斜，倾角可达11°，靠近A座楼房处部分墙体破损，地面有少许裂缝；上盘距主正断层陡坎24～34m的C座砖混楼房整体倾斜约7°，但主体结构完好，内外墙面未见裂缝。实地建筑物破坏考察与测量表明，同一种结构类型的建筑物损坏程度随与主正断层陡坎距离的增加而减小，在避开主正断层陡坎20m以外即可保证主体结构基本完好。上、下盘严重灾害带的宽度之比介于2︰1与3︰1之间。

由倾滑断层错动引发的集集地震和汶川地震实例研究，特别是汶川地震地表破裂带或褶皱变形带特征，地面建(构)筑物破坏特征及其在断层上、下盘的空间分布特征等研究表明，倾滑断层同震地表破裂带控制了地面建(构)筑物严重毁坏带的空间分布，地表破裂带或严重地震灾害带的统计平均宽度为(49±5)m，且具有明显的上盘效应，上、下盘宽度比值为2︰1至3︰1，与张永双等(2010)的研究结果一致。美国犹他州40个探槽地质剖面观测也表明，正断层上、下盘的地质变形带宽度也有类似的上盘效应(McCalpin，1987)。这些定量数据和上、下盘比值为如何避让活动断层和避让活动断层多少距离提供了理论依据和技术支撑。

3　活动断层避让问题

已有震例观测和研究表明，活动断层避让是有效减轻可能遭遇的地震灾害损失，特别是减轻活动断层同震破裂对地面建(构)筑物直接破坏最有效的措施，涉及到避让对象、活动断层定位鉴定、最小避让距离确定等问题。

3.1避让对象

活动断层可以分为地表可见迹线的活动断层和被第四系覆盖的活动断层2种，前者为一般意义上的活动断层，后者则称为隐伏活动断层(中国地震局，2009)。

隐伏活动断层向上的同震破裂扩展过程是1个涉及到上覆松散沉积层厚度、材料力学性质、断层倾角和位移量值大小等参数的复杂过程；其扩展方向、地表可能出现的位置、破裂样式、变形或错动幅度等多个方面均具有很大的不确定性；只有当断层扩展到达地表面后形变带或破裂带才会出现局部化特征，宽度保持稳定(Brayetal.，1994；Taniyamaetal.，2000；韩竹军等，2002；代树红等，2006，2008；Borchardt，2010)。隐伏活动断层同震错动能否出露到地表、出露位置等的不确定性决定了隐伏活动断层在地表是无法有效地避让的。古地震研究表明，地表可见明显迹线的活动断层会以规则或不规则的复发间隔和位移不断地重复发生地震地表破裂(Xuetal.，1996；Zielkeetal.，2010)，且同震破裂具有局部化特征(Rockwelletal.，2007；徐锡伟等，2008c)，应是可以确定准确位置和有效避让的对象。

现代地面建(构)筑物一般都有地下工程，需要进行深数m至数十m的地基开挖。因此，现代探槽或地基开挖等机械设备能够揭露(上断点埋深<5m)并可确定上断点位置的隐伏活动断层应该是需要避让的对象。对于探槽或地基开挖等机械设备不能揭露、上断点埋深<60m的隐伏活动断层，由于在一定的地质条件下有可能在地表发生破裂，但破裂出现的具体位置存在很大的不确定性，分布在1个较宽的范围内(韩竹军等，2002)，在土地利用规划中建议以地球物理勘探确定的活动断层上断点在地表的垂直投影为标志点(线)，参照现有《建筑抗震设计规范》有关条款规定(中华人民共和国住房和城乡建设部等，2010)和第四纪地层中断层错动行为的离心机试验研究结果(胡平等，2011)，两侧宜各划出200m左右的影响带，带内严禁特殊建筑物或甲类建筑物建设，严格控制乙类和丙类建筑物建设，并相应提高抗震设防标准。

3.2活动断层定位

所有靠近或跨活动断层的地面建(构)筑物不仅会受到地震强烈振动而破坏，还会遭受同震地表错动对其的直接毁坏。因此，活动断层可以说是地震灾害之源，其实际的危险性和危险水平取决于活动断层本身地表破裂型地震的复发间隔、最新一次地表破裂型地震的离逝时间、活动断层几何结构的复杂程度和建(构)筑物本身的重要性等。

活动断层的几何结构及其准确位置是土地规划、设计和建设期间避让活动断层相关灾害带的前提和基础。因此，建设场地避让活动断层的首要任务是进行活动断层鉴定，确定是否存在活动断层(中国地震局，2009)；然后通过探槽和大比例尺填图方法，确定被鉴定为活动断层及其分支的平面展布(走向、倾向和倾角)，在探槽壁上划定包含主断层、分支或次级断层、明显变形的地层等在内的变形带边界(图6)。需要注意的是，活动断层变形带也称为断层破坏带(fault damage zone；Choietal.，2016)，变形带宽度一般为几m至十几m，代表了活动断层变形最强烈的范围和未来地震地表破裂带的出露范围(徐锡伟等，2002，2008c；Choietal.，2016)。

图6　阿尔金断裂带阿克塞东探槽变形带边界示意图Fig. 6　Map showing definition of fault damage zone on a trench wall，Altyn Tagh Fault，east Akasy Town.a 探槽壁照片拼接图；b 探槽壁地质剖面；绿线为变形带边界；U1—U11为从老到新的第四纪地层单元

图7　圣安德列斯断层华莱士溪累积地震位移和历史地震位移分布图(照片由R. Wallace拍摄)Fig. 7　Distribution of cumulative displacements by repeated surface ruptures and historical slips on the Wallace Creek segment of the San Andreas Fault(Photo by R. Wallace).

活动断层鉴定和准确位置确定需要职业地质专家或高素质的地质工程师依据活动断层探测相关技术标准做专门的调查与研究，最有效的方法是开挖探槽确定活动断层的准确位置，划定主断层两侧可识别的变形带边界，作为避让活动断层最重要的科学依据。以避让活动断层为目标的定位要求用于揭露活动断层展布和划定变形带边界的探槽间隔<10m，活动断层分布图的比例尺应>1︰1,000。

3.3最小避让距离

活动断层避让基于1个重要理论假设： 未来的地震地表破裂最有可能沿过去发生过地震破裂的活动断层发生(图7)。这一假设实际上得到了活动断层上古地震和不同时期断错地貌测量获得的累积位移有规律地增加等研究的支持，有相当的可靠性和合理性(Xuetal.，1996；Yeatsetal.，1997；Rockwelletal.，2007；Yannetal.，2011；Renetal.，2013；Ranetal.，2014)。

地面建(构)筑物 “避让”活动断层是指避开能够直接产生地表破裂的同震错动面及其附近的地质变形带。确定 “避让距离”的原则是有效避开活动断层同震错动对地面建(构)筑设施的直接破坏带，减轻可能遭遇的地震灾害损失。地震地表破裂局部化特征、地震破裂与房屋等建(构)筑物破坏的关系等研究表明，活动断层同震地表破裂或变形带的位置、宽度和类型决定了地面建(构)筑物直接毁坏带的空间位置和范围，地表破裂引起的地面建(构)筑物直接毁坏带的统计宽度为30m左右，代表了活动断层同震变形最强烈的范围(徐锡伟等，2002，2008c；Choietal.，2016)。 考虑到地面建(构)筑物直接毁坏带与活动断层同震错动或变形直接相关、距离主断层滑动面越近地面建筑物破坏越严重等地震现场观测事实，建议活动断层避让以包括主断层滑动面在内的地质变形带边界线为起算点向外各15m作为近于直立断层避让距离的最低要求，即避让距离原则上应>15m。考虑了活动断层地质变形带宽度后的最小避让距离在一定程度上排除了未来主断层滑动面出露点的不确定性，确保地面建(构)筑物避免由活动断层同震错动引起的直接毁坏。由于走滑断层和倾滑断层(正断层或逆断层)在运动学性质和变形特征等方面有明显差异，倾滑断层的最小避让距离需要区别对待。

3.3.1走滑断层

走滑断层指断层面近于直立、两盘块体作水平运动的断层，包括右旋走滑断层、左旋走滑断层和带有少量倾滑分量的斜滑断层。最典型的例子为美国加利福尼亚州右旋走滑的圣安德烈斯断裂，中国青藏高原左旋走滑的阿尔金断裂、东昆仑断裂、鲜水河断裂等。走滑断层的同震地表破裂常常沿地表迹线对称分布，建议最小避让距离为地质变形带边界向外各15m(图8a)。

图8　不同类型活动断层避让方案图Fig. 8　Diagram showing fault avoidances for active strike-slip，normal and reverse faults.

由于陡倾角走滑断层由不连续的次级剪切断层斜列而成，使得走滑断层的内部斜列阶区(挤压隆起或拉分盆地)和端部出现复杂的破裂特征： 阶区的破裂特征，特别是宽度取决于阶区本身的宽度和次级走滑断层的重叠量，当阶区宽度在数十m尺度时，可把阶区整体作为变形带进行避让；但当阶区规模在km量级时，且土地资源较为紧缺的条件下，需要利用探槽确定阶区内部各次级断层的准确位置和地质变形带的边界，分别考虑避让。

3.3.2倾滑断层

倾滑断层包括逆断层和正断层2种类型。地震现场考察表明，由于逆断层和正断层上盘变形量比下盘大，无论是地震地表破裂，还是地面同震错动对地面建(构)筑物的直接毁坏等均出现明显的上盘效应： 上盘严重灾害带宽度是下盘的2～3倍。因此，在针对逆断层和正断层避让时需要考虑上盘效应，即下盘最小避让距离为地质变形带边界向外15m，而上盘应为地质变形带边界向外30～45m(Yangetal.，2001；周庆等，2008；张永双等，2010；Boncioetal.，2012；郭婷婷，2013)。考虑到正断层近地表倾角一般为50°～60°，建议上盘最小避让距离为从地质变形带边界向外30m(图8b)；逆断层倾角较缓在30°左右，建议上盘最小避让距离为从地质变形带边界向外45m(图8c)。

由于考虑了倾滑断层同震错动及其直接毁坏带存在的上盘效应，并把包括主断层、分支断层或次级断层、明显变形的地层等在内的变形带替代主断层滑动面引进到活动断层避让方案中，可有效地减少未来地震主断层滑动面位置的不确定性。因此，本文给出的不同类型活动断层的避让方法和避让距离比美国、日本和台湾地区活动断层两侧对称避让各15m更加科学、合理。

4　特殊建(构)筑物避让

特殊建(构)筑物包括使用上有特殊要求的工程设施；或涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑物或构筑物(GB 17741-2005，GB 50011-2010)。实际上，由于特殊建(构)筑物本身的特殊性，不仅要考虑其抗断问题，避开活动断层，同时还应考虑近断层复杂的强地面运动引起的振动破坏和地基失效引起的倒塌等问题。

1999年台湾地区集集地震强地面运动记录的综合分析显示，发震断层附近记录到的最大峰值加速度可达1g，相当于遭受到Ⅸ以上地震烈度的破坏；从车笼埔断层迹线(主断层陡坎)向两侧快速衰减，距断层迹线3km的台站记录到的峰值加速度已下降到0.3g(相当于Ⅶ度略强的地震烈度)；距离更远则峰值加速度正常缓慢衰减(Wangetal.，2001；徐锡伟，2006)。因此，为了安全起见，应急指挥、生命线工程枢纽等功能不能中断的机构或设施所在的建(构)筑物的避让距离建议≥3km；生产、测试、存储易燃易爆等高危特殊材料和精密仪器设备的建(构)筑物，其避让距离建议≥5km，这一避让距离与核电站厂址或国家标准GB 17741-2005《工程场地地震安全性评价》所指重大工程的近场址范围内不存在活动断层的要求一致。

5　抗断设计理念讨论

活动断层避让旨在通过避开活动断层来解决地面建(构)筑物的 “抗断问题”，达到有效减轻地震灾害的目标，是目前世界范围内普遍接受并相继实施的一项减灾措施(Jonathan，1998；Hartetal.，1999；Yangetal.，2001；Christensonetal.，2003；Bouckovalas，2006；Boncioetal.，2012)，但这一措施实施的同时在一定程度上妨碍或延缓了建(构)筑物 “抗断”研究和设计的进程： 一些线状生命线工程或其他基础设施有时必须跨越活动断层，也有一些重要的建(构)筑物建好后才发现坐落在活动断层上或其附近，能否采取一定的抗断设计或工程强化措施来化解活动断层同震地表错动对这些地面建(构)筑物的直接毁坏？在最近几次地震现场不仅观察到了包括活动断层同震破裂和错动对房屋、桥梁等地面建(构)筑物的直接毁坏现象(韩竹军等，2000；Bray，2001；徐锡伟等，2002，2008a；于贵华等，2009)，还看到了坐落在同震地表破裂带上的一些 “抗断”建筑实例。

1999年集集地震沿车笼埔断裂形成了长约90km的地表破裂带，最大垂直位移可达10m(Chenetal.，2001)。 在丰原镇逆断层陡坎高约4.5m，震前跨断层建造的4层楼房其地上部分为钢筋混凝土剪力墙，配有0.6m厚的钢筋混凝土筏板基座(地基)，地震后由于断层陡坎两侧差异升降运动使楼房整体刚性倾斜(图3b)，但没有出现结构性损伤，经受住了同震地表错动和地面差异升降运动的考验。

1999年土耳其科贾埃利(Kocaeli)MW7.5地震和2010年新西兰达菲尔德(Darfield)MW7.1地震现场同样存在跨走滑型地表破裂带建设的房屋并没有因同震走滑破裂与错动而倒塌的个例。土耳其科贾埃利地震发生在北安那托利亚走滑断层上，其同震右旋走滑位移平均为3.5m，坐落在地震地表破裂带上没有倒塌的房屋均有特别加固了的地基，如在深1m的网格状地基上覆盖30cm厚的钢筋混凝土筏板，增强了房屋整体的抗断性能(Bray，2009)。2010年新西兰达菲尔德地震形成了长约30km的地表破裂带，同震右旋走滑位移平均为2.5m，有10多栋用轻质材料做屋顶的单层木框架房屋和农用大棚均位于格林代尔(Greendale)断裂沿线分布的地震地表破裂带内，尽管它们都发生了不同程度的墙体损坏，但没有倒塌(Dissenetal.，2011)。

上述地震地表破裂带内经受强烈地表破裂、错动和变形影响没有发生结构性损伤，保持基本完好或没有倒塌的地面建(构)筑物的抗断性能值得工程地震专家、学者关注： 应针对走滑断层和倾滑断层的同震地表破裂特征和差异，通过强化地基和墙体 “抗断”性能设计，分离、吸收或降低同震地表破裂和错动对地面建(构)筑物的作用，这是需要进一步研究的重要基础课题。

6　结语

活动断层避让是积极、有效地减轻可能遭遇的地震灾害损失的重要途径；避让的基础是活动断层准确的空间位置。美国活动断层发育且多地震的加利福尼亚州、犹他州等相继出台活动断层避让和活动断层填图等系列地方法规，从法律层面规范活动断层的避让行为和土地利用规划中的活动断层填图要求(Hart，1974；European Committee for Standardization，1998；Jonathan，1998；Hartetal.，1999；Batatian，2002；The Resources Agency of California，2002；Christensonetal.，2003；Kazuo，2003)。

中国发育众多具有发生破坏性地震能力的活动断层，地震灾害严重(邓起东等，2007a；徐锡伟等，2016)。20世纪70年代中国地震科学研究的前辈们引进了活动断层的基本概念，通过活动断层研究的实践，深化了活动断层几何学、运动学和长期滑动习性的认识，开创了1套活动断层大比例尺地震地质填图方法和地震危险性评价技术(邓起东等，1982，1991，2007b；张培震等，1994，1996；毛凤英等，1995；闻学泽等，1996；徐锡伟等，2000)；迄今为止已经完成数十座城市的活动断层探测与地震危险性评价(徐锡伟等，2015)和近百条 1︰5万活动断层填图(国家地震局地质研究所等，1990；郯庐活动断裂带地质填图课题组，2013；四川省地震局地震地质队则木河活动断裂带填图组，2013)，为城市规划、重大工程场址选址和建设打下了扎实基础。

建议各级政府继续支持覆盖中国国土和海域的活动断层探测工作，同时加强活动断层探测成果应用，特别是活动断层避让的立法，提升中国防震减灾的基础能力。另外，应加强已有活动断层探测成果的推广与应用： 凡坐落在已有区域地震构造图显示的活动断层附近5km范围内或此类断层的延伸线上，或者在 1︰5万活动断层分布图上距活动断层迹线500m范围内的规划用地、建设场址等均应开展翔实的槽探揭露工作，确定活动断层的准确位置，在规划、设计和建设中避让活动断层，保障国民经济与社会的可持续发展。

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DISCUSSION ON ISSUES ASSOCIATED WITH SETBACK DISTANCE FROM ACTIVE FAULT

XU Xi-wei1)GUO Ting-ting2)LIU Shao-zhuo1)YU Gui-hua1)CHEN Gui-hua1)WU Xi-yan1)

1)InstituteofGeology，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100029，China2)EarthquakeAdministrationofShangdongProvince，Jinan250014，China

“Living with disaster” is an objective reality that human must face especially in China. A large number of earthquake case studies，such as the 2008 Wenchuan earthquake，2010 Yushu earthquake，2014 Ludian earthquake，have demonstrated that earthquake heavy damage and casualties stem from ground-faulting or rupturing along seismogenic active fault，near-fault high ground accelerations and building catastrophic structural failure. Accordingly，avoidance of active faults may be an important measure to effectively reduce earthquake hazard，which may encounter in the future，but how to avoid an active fault and how much a setback distance from the active fault is required to ensure that the ground faulting and rupturing has no any direct impact on buildings. This has been the focus of debate both for domestic and foreign scholars. This paper，first of all，introduces the definition of active fault. Then，quantitative analyses are done of the high localization of earthquake surface ruptures and relationship between the localized feature of the coseismic surface ruptures and building damages associated with the measured widths of the historical earthquake surface rupture zones，and an average sstatistic width is obtained to be 30m both for the earthquake surface rupture zones and heavy damage zones along the seismogenic fault. Besides，the widths of the surface rupture zones and spatial distribution of the building damages of the 1999 Chi-Chi earthquake and 2008 Wenchuan earthquake have also been analyzed to reveal a hanging-wall effect: Width of surface rupture zone or building damage zone on the hanging-wall is 2 or 3 times wider than that on its foot-wall for a dip-slip fault. Based on these latest knowledge learnt above，issues on avoidance object，minimum setback distance，location requirement of active fault for avoidance，and anti-faulting design for buildings in the surface rupture zone are further discussed. Finally，we call for national and local legislatures to accelerate the legislation for active fault survey and avoidance to normalize fault hazard zoning for general land-use planning and building construction. This preventive measure is significantly important to improve our capability of earthquake disaster reduction.

active fault，earthquake surface rupture zone，avoidance of active fault，minimum setback distance

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.001

2016-08-18收稿，2016-08-31改回。

国家自然科学基金重大研究计划(91214201)资助。

P315.2

A

0253-4967(2016)03-0477-26

徐锡伟，男，1962年生，研究员，主要从事活动构造长期运动习性与地震研究，电话： 010-62009025，E-mail: xiweixu@ies.ac.cn。