银川市地震活动断层探测及其在城市规划中的应用

柴炽章

柴炽章，原宁夏回族自治区地震局副局长、副总工程师，研究员，硕士生导师，国家地震预报委员会委员，长期从事地震构造研究工作。先后主持参与“黄河黑山峡地区活动构造再研究”“银川市活动断层探测与地震危险性评价”等省部级科研课题和工程项目14项；发表各类论文50余篇，出版《银川市活动断层探测与地震危险性评价》等专著2部；科研成果荣获国家科技进步二等奖1项，省部级科技进步一等奖2项，二等奖3项；个人荣获宁夏回族自治区“五一”劳动奖章、全国野外科技工作先进个人和全国地震系统先进工作者等荣誉称号。

银川平原是夹在贺兰山与鄂尔多斯高原中间狭长的断陷盆地，银川市位于银川盆地的中部，构造上处在银川地堑内，它是华北亚板块内部的鄂尔多斯块体西缘断陷带的重要组分。新生代以来，银川地堑构造活动强烈，边界和内部断裂持续剪切拉张，造成地堑不断下陷，堆积了巨厚的山麓、河流和湖泊相地层，渐渐形成了今天富饶的银川盆地。

银川盆地地震频发，根据史料记载，自1010年以来，盆地内部先后发生了17次5级、3次6½级和1次8级地震。清乾隆三年（1739年）发生在银川—平罗一带的8级地震，造成5万余人死亡，极震区沿银川、贺兰、姚伏、平罗和宝丰一线分布。地震造成银川府城“瞬息之间，阖城庙宇、衙署、兵民房屋，倒塌无存……郡城内抬埋之压死大小口一万五千三百余躯”。银川城东侧的满城则是“……地震之时，官署、兵房倒塌无存，地中泉水带沙上涌，城垣低陷，东南北三门俱不能出入”，“压毙人一千二百五十六员”，占该城一半的人口。

解放后，随着国家石油勘探和地震、地质科学考察的推进，人们发现银川盆地东西两侧和内部发育有4条成规模的断层（见图1），其中银川隐伏断层从银川城市东部穿过。这些断层控制了盆地的发展和演化，是一系列强震甚至大震发生的“罪魁祸首”。但长期以来，由于不清楚银川隐伏断层通过的具体位置，也不确定其晚第四纪以来是否活动，使得城市规划长期没有稳定的方案，城市发展时东时西，摇摆不定，成为自治区、银川市领导的一块长期“心病”。1998年，时任自治区党委书记毛如柏曾做出批示：“关于银川市区东部地质构造问题，地震断裂带是活动断裂带还是非活动断裂带，一定要搞准。”

图1 银川及其周围地区地震活动断层分布图

因此，银川市的地震活动断层探测工作对城市规划、建设和发展具有十分重要的意义。

银川市地震活动断层探测与评价

“十五”期间，在国家发改委和银川市政府共同支持下，宁夏地震局承担了“银川市活断层探测与地震危险性评价”项目。2004年8月项目开始实施，经过3年多的努力，2007年10月项目完成并通过中国地震局验收，获得了样板工程和优质工程的赞誉。10年后今天，回顾和总结这项工作，我们认为一套好的探测思路加严谨、科学的施工态度是项目成功的关键所在。

1. 厘清思路，精心设计 该项目启动前，地质、地震和石油勘探等部门在银川地区开展过大量探测与研究工作，基本查清了银川盆地的构造格架和内部新生代沉积情况。项目组充分利用这些资料，通过深入讨论和仔细分析，大致厘定了目标区4条主要断裂的分布位置和长度，特别是盆地内两条隐伏断层。针对盆地内第四纪松散层沉积厚度巨大的特点，我们选择人工地震反射探测、联合钻孔地质探测、槽探揭露、大比例尺条带状地震地质填图和年代样品测定等为主要探测和鉴定手段，精心编写了项目设计和施工方案。从经费、工期和城市发展需求的角度，我们确定了“量力而行，有所为、有所不为和行必果”的探测原则，将银川隐伏断层和芦花台隐伏断层作为主要的探测目标，特别是银川隐伏断层，更是重中之重。为使探测工作“环环相扣，针针见‘血’”，施工设计按照“点上突破、面上控制，由深到浅，由城外向城内，城外研究和城内控制”的思路，有序布置和推进探测工作。

2.点上突破，面上控制 针对目标区两条主要隐伏断层，项目组在每条断层上选择两、三个探测场点，采用“分层叠加组合探测”的方法，准确获得断层上断点埋深及其空间位置，详细鉴定和研究断层的最新活动时代、一次断错事件产生的位错量、事件发生的时间以及事件的间隔等，在点上取得关键性突破。尔后，以这些点为基础，参考石油勘探资料提供的断层延伸信息，采用浅层或超浅层人工地震探测手段，按一定的测线间隔，向两侧布施测线。利用新获得的断层位置和延伸信息，逐次向外扩探，直至完全控制目标区隐伏断层的地表延伸。

“分层叠加组合探测”是项目组针对第四纪沉积巨厚区，集合多种探测手段的优点，创新出的一种探测方法。因为每一种手段的有效（或优势）探测区间都是有限的，有些手段优势在深部，有些在浅部，有些在近地表。如果把它们组合起来，按照多层次地震探测—联合钻孔地质探测—槽探—年代鉴定的顺序，在同一个场点自下往上实施分层位叠加探测，就可以将隐伏在地下深处的断层信息，连续、清晰地追索到地表的浅部，可精准确定断层的上断点，开展晚第四纪活动时代鉴定和活动习性研究等工作，下面以新渠梢场点银川隐伏断层的探测为例。

新渠梢场点夹在两条石油地震勘探测线之间，根据已有资料显示，除了存在主断层，两侧还发育了一些次级小断层。为了捕获主断层，项目组利用主断层规模大和断距下大上小、具有生长属性的特点，以埋深800～1100米的第四系底界为线索，这也是前人提供的最浅部地震波反射标志界面。在这个场地，先后布施了长度6千米、2千米和0.6千米三条测线，道间距分别为10米、5米和1米三个层次的人工地震反射勘探。在确定了主断层位置的基础上，将其从距地表约1400米深处，分1400米～400米、600米～50米和80米～20米三个埋深区段，逐层上探，连续上“引”至地表下几十米处。

然后以地表下几十米处的断点位置为依据，开展联合钻孔地质探测。在100米长的水平测线区段，跨断层布施了9个深100米～20.5米、间距7米～20米的探测孔。通过标志地层的对比，发现断层在距地表43.75米、20.33米和13.04米处，存在20.34米、9.66米和2.25米的垂直断距。考虑到一次强震甚至大震在厚松散沉积层中的断距往往也只有几十厘米，2.25米的断距应该是多次事件累计错动的结果。因此，断层从地表下13.04米处应该还会继续向上“生长”。

为此，我们在跨钻孔地质探测辨析的上断点进行了槽探开挖。果然在6米深的探槽两壁，发现断层由下往上断到了地表下1.5米处。不仅如此，从剖面上的地层变形和堆积特征，还辨析出来5次与强震、甚至大震有关的断层错动、扰动和地层液化的证据，确认了单次事件的垂直错动量为0.24米～0.31米。5期事件经过地层测年鉴定，都发生在全新世期间。结合其他两个“分层叠加组合探测”场点的探测结果，项目组估算了银川隐伏断层的强震危险概率。

3. 质量为先，精心施工 首先在招投标中，对承担专题实施任务的单位严格把关。在价格合理的基础上，对其实际能力和业务素质进行了严格甄别。如在钻探招标中，要求投标单位不仅提供资质材料，还须提供在松散地层中岩芯采芯率大于80%的业绩证明；其次，对每一种探测手段的施工，都采用了实时质量监控。如在钻探施工中，监理人员全程现场跟踪，实时测量每回次的岩芯长度，如果不够，要求施工单位移钻补采；对于人工地震勘探，要求对野外采集的数据在12小时内处理并提交初步结果等。正是高标准的技术要求和严格的施工质量把关，使得各专题的施工质量都取得了理想或较理想的结果，得到了由邓起东院士、徐锡伟首席科学家领衔的专家组和中国地震局管理部门的一致好评，经验被推广到全国其他开展活动断层探测的城市。

主要成果简介

本项目全面完成了工程设计内容，共提交了5 套图件、17 份专题技术报告和总技术报告、竣工报告及活动断层探测经验多媒体宣传片各一份，发表论文6 篇，专著一部，核心成果如下。

1. 查明了银川市及邻近地区4 条主要断裂的准确分布位置，为城市规划布局提供了准确坐标。尤其是银川隐伏断层的查明，为城市规划发展解决了关键难题。

2. 确定了银川市及邻近地区4 条主要断裂的活动性，其中3 条为活动断层，1 条为非地震活动断层，即芦花台隐伏断层。该断层从城市西部的西夏区通过，今后工程建设无需采取避让措施。

3. 提交了3份比例尺均为1∶10000的地震活动断层带状分布图和避让带宽度建议图，成为银川市规划、建设和地震等部门后期应用的主要依据。

4. 对3条地震活动断层进行了地震危险性评价。采用概率方法，分别评估了未来50年、100年、150年和200年，各条断层发生6级、6.5级和7级强震的危险性。

5.创新提出“分层叠加组合探测”方法,为城市地震活动断层探测提供了一个成功实例，已被中国地震局作为典型推广到其他城市的活动断层探测工作中。

成果的应用

在 “银川市活动断层探测”项目通过评审后,宁夏地震局随即移交了成果。经过自治区、银川市两级政府的共同推动，这些成果已经在城市规划、发展和经济建设中发挥了重要作用。

1.移交及时，建议到位 2006年，还在项目实施的中期，应银川市规划部门的请求，宁夏地震局将已经探测清楚的银川隐伏地震活动断层的地表延伸坐标提供给清华大学（银川市规划编制的承担单位），为《银川市城市总体规划（2000—2020年）》的制定提供了重要数据。2007年项目验收后，宁夏地震局很快与银川市人民政府接洽，商谈成果移交事宜。同年12月，银川市召开项目成果接收会议,副市长姚爱兴代表市政府，正式接收了全部探测成果。项目负责人为参会人员讲解了3条地震活动断层在银川地区的具体分布和活动情况，提出了今后城市规划和发展应该避让这些断层的具体建议，其中对银川隐伏地震活动断层提出如下3条建议。

图2 自治区党委书记陈建国现场检查地震断层避让牌建设并讲解避让活动断层的意义

（1）“银川地处黄河冲积平原区，第四纪松散沉积层厚度巨大、地下潜水面埋藏很浅，强震、特别是大震发生时，沿银川隐伏断层及其两侧砂土液化将会十分严重”。建议对该断层按照国家《建筑抗震设计规范》“规定的断层两侧各200米”的避让宽度执行（2010年，根据国家对《建筑抗震设计规范》的修订，建议避让宽度缩小为断层两侧各100米）。

（2）根据评估结果，银川隐伏地震活动断层未来50年发生6.5级以上地震的条件概率为1.41×10-8，建议“避让带内的现有建（构）筑物可暂时保留，待工程使用期满后逐步拆除”。

（3）“避让带内不应新建供人居住的建（构）筑物，可逐步开辟为户外休闲场所和城市造氧地带，如公园、绿地、动植物园、湿地、水上乐园等；也可考虑建造一些占地面积大、不易损坏的材料（如木材、钢材、石材等）批发和集散场区”。

2.红线规划，及时遏制 银川市人民政府认为银川市地震活动断层探测成果“为本市的土地利用，城市建设规划,减轻地震灾害和保障社会经济的可持续发展解决了关键难题”（银政函 〔2008〕 29号）。市土地规划局从2006年开始，将银川隐伏地震活动断层等标注在城市发展规划图上，并采纳地震局建议，按照国家GB50011—2000《建筑抗震设计规范》以断层地表投影线为准，向两侧各扩200米，作为地震活动断层的避让带范围，严禁避让带内新建和扩建丙类及其以上等级建筑工程，及时遏制了城市东部无序建设的态势。汶川地震后，银川市规划部门参照国家修改的GB50011—2010《建筑抗震设计规范》，将避让带的宽度修定为断层两侧各100米。

3.为民着想，立牌告知 早期只有规划和地震等少数相关部门掌握银川市地震活动断层信息，2008年汶川地震后，自治区党委书记陈建国等领导利用大地震在人们心理产生的震撼“窗口”，指示地震部门及时在银川等地，竖立“地震活动断层避让牌”。用醒目的标志告诉民众，我们脚下的地震活动断层在哪里，我们应该怎样避开和减小这类断层潜在的危险。不仅如此，陈建国书记还带领自治区党政领导亲临现场，向相关厅（局）、市、县领导讲解避让地震断层的重要意义，解除部分领导和群众心中的疑虑（见图2）。事实证明，在银川城市等地竖立避让牌，公开地震活动断层信息，并没有产生负面影响，广大民众心态平稳，生活安定，知道了哪些地带政府禁止建设房屋等建筑。

4.人大重视，立法定规 为了确保避让地震活动断层带的措施能够长期执行。2017年4月26日，在专家建议和银川市地震等部门的努力下，银川市人民代表大会第三次常务委员会审议通过了《银川市人民代表大会常务委员会关于在银川市辖区内的活动断层避让带范围内建设绿化带的决定》（银人常发〔2017〕15号）（见图3）。这是国内颁布的首部关于地震活动断层避让的地方法规性文件。文件规定在银川地区的地震活动断层避让带内“不得新建、改建和扩建丙类及以上建（构）筑物”，限定避让带内的建设内容为“绿地、公园、植物园和湿地景区等以及经批准可修建无人居住的运动休闲场所、停车场和应急避难场所等”。文件的出台为银川市科学规划、安全发展、绿色发展，提升城市品位提供了永久保障。

5.合理利用，美丽银川 在《银川市人民代表大会常务委员会关于在银川市辖区内的活动断层避让带范围内建设绿化带的决定》通过之前，2016年8月，银川市市委书记徐广国就在市委十三届七次全会上，针对城市东部的地震活动断层，提出了“主动避让，合理利用”的原则，要求地震、规划等部门尽快调研论证：“探索把地震带打造成绿色公园带”，“使其成为美丽风景带”。同年11月，市政府通过了规划部门提交的《银川市兴庆区东部带状休闲公园（地震断层避让带）概念规划》。白尚成市长批示：“一次拿出规划，视财政情况，分轻重缓急，先易后难，分期分步实施。”

图3 银川市人大常委会决定在地震断层带内建设绿色公园带文件

2017年春节后，银川市地震局在国土、住建和财政等部门的配合下，按照规划部门的设计，开展银川隐伏地震活动断层避让带休闲公园的施工建设。同年11月，完成了第一期200亩地块绿色公园带的建设任务（见图4）。2018年还将建设第二期工程。带状公园集“城市绿色安全屏障、市民运动休闲公园、地震监测、地震科普宣传和城市一类应急避难场地”五项功能为一体，体现了政府在“绿色发展，美丽银川”规划建设中的科学、安全发展理念，可谓“功在当代，利在千秋”（见图5）。

成果应用思考

图4 建设中的银川地震断层避让带第一期工程——带状休闲公园

“银川市城市活动断层探测”成果已经移交了十年。在这十年里，银川市按照划定红线避让—竖牌公告警示—建设带状绿色休闲公园—法规文件保障的渐进步骤，将地震活动断层探测成果稳步、科学、合理地逐渐应用到了城市规划、建设和发展中，安全了人民，美丽了银川。总结银川市的探测成果之所以能够被政府高度认可，深度应用到城市规划和建设之中，最重要的原因有二点。

图5 地震断层带上建设的绿色公园带功能标注墙

一是探测资料翔实可信，成果应用操作性强。银川市地震活动断层探测工作从开始就制定了“行必果”的高要求。项目开工前，项目组针对银川地区第四纪松散沉积层厚度巨大、有一定的石油勘探和地震地质研究基础的特点，精心编写了项目设计和施工方案。按照“点上突破、面上控制；由深到浅，由城外向城内，城外研究和城内控制”的思路和步骤，严格把控每个环节的施工质量，使得人工地震探测、钻孔探测和槽探测线上的断层定位误差分别小于20米、小于5米和0米。这样的精度，配以200米的宽度，规划部门制定避让带就有了可操作的依据。

二是领导重视，执行有力。2005年4月，自治区副主席张来武（后调任国家科技部任副部长）亲临地震活动断层探测现场，与中国科学院院士邓起东等专家一起检查探测效果和进展情况（见图6），要求宁夏地震局一定要做好这项工作，为银川市规划和发展提供科学依据。2006年，断层探测主要成果出来后，自治区党委书记陈建国、主席王正伟带领区市领导来到宁夏地震局，听取了银川市地震活动断层探测成果的专题汇报（见图7）。陈建国书记充分肯定了探测成果，评价地震局为自治区经济建设和人民生命财产安全做出了重要贡献，要求银川市今后的建设“一定要避开地震断裂带”。2016年8月，自治区常委、银川市市委书记徐广国在市委十三届七次全会议上， 就“落实绿色发展理念 加快美丽银川建设”提出新的理念，要求“把地震断裂带建设成绿色公园带”。

图6 中国科学院院士邓起东（右）与自治区副主席张来武在银川市活动断层探测现场检查工作

图7 自治区党委书记陈建国（左2）和主席王正伟（左3）等听取宁夏地震局银川市活动断层探测成果的介绍

上述自治区、市领导的指示和要求，体现了党、人大和政府在城市建设和发展中尊重自然、安全可持续发展的科学理念，在银川市相关部门产生了共鸣，坚定了他们落实活动断层探测成果应用的决心。因此，凡是相关部门，无不雷厉风行，按照建议又快又好地完成了划定“地震活动断层避让带”、 建设“带状绿色休闲公园”以及出台法规文件等工作，使银川市地震活动断层探测成果的应用成效显著。