活断层是指距今10万年以来活动过、现今正在活动,并在未来一定时期内仍有可能活动的断层(徐锡伟等,2002)。活断层与地震灾害的关系密切,并决定着多数破坏性地震的发生位置。活断层对地面建筑物的危害主要来自断层错动——突发错动(产生地震的粘滑)和缓慢错动(不产生地震的蠕滑)。目前人类所掌握的科技水平及工程手段尚无法阻止地震断层错动对地面建筑物的直接破坏,地震极震区具有沿发震断层呈狭窄的带状分布的特征(徐锡伟等,1996)。

汶川地震与多次历史地震灾害实例表明(Wu et al,2012),当强烈地震动发生时,地下岩层撕裂,并延伸至地表,地表发生严重破裂变形,使得直接建造在活断层及其两侧建筑物发生严重破损,而距离活断层两侧十几或几十米外的建筑物破坏相对较轻或是完好(李锡堤等,2000; 周庆等,2008; 郭婷婷等,2010)。故探测活断层的准确位置,合理确定“避让带”宽度,使得建筑物选址避开具有发震能力的活断层,可以有效避开活断层同震错动对地面建筑物的直接破坏,减轻可能遭遇的地震灾害损失。

徐锡伟等(2002)基于不同类型活断层产生的地震地表破裂带宽度和跨断层探槽地质剖面的地层强变形带宽度等观测事实,结合地面建筑设施毁坏带与活断层密切的空间位置关系,采用统计分析方法,确定了活断层“避让带”宽度为30 m。周庆等(2008)根据汶川8.0级地震地表破裂带的实地调查,龙门山断裂带中央断裂与前山断裂地表破裂带宽度自北向南一般小于40 m。结合以往历史强震地表破裂带的宽度统计,提出汶川8.0级地震灾后重建时,极震区地震断层两侧避让带宽度为25 m。张永双等(2010)系统调查了龙门山中央断裂带地表破裂的垂直和水平位移以及地震地表破裂影响带宽度,并采用物探测试方法对部分影响带宽度进行了验证。统计结果表明,汶川地震地表破裂影响带宽度主要集中在16～60 m,并根据现场调查并借鉴国外经验提出,上盘避让宽度下限一般不应低于15 m,下盘避让宽度下限不应低于10 m。美国加州在1971年美国圣费尔南多(San Fernando)地震时,注意到地震断层产生的直接地震灾害,并于次年年初通过《特别调查法案》,1994年又修订为《地震断层划定法案》,主要目的是防止房屋建在活动断层地表形迹之上,并规定了地震断层两侧各避让15 m。

目前,我国对于活断层避让还没有相关法律依据,仅在《建筑抗震设计规范(GB50011—2010)》规定丙类建筑(一般工业、民用建筑)在抗震设防烈度为Ⅷ 度时,发震断裂的最小避让距离为100 m; 设防烈度为Ⅸ 度时,发震断裂的最小避让距离为200 m。但是该规定相对泛泛,没有综合考虑活断层类别及其几何特征等。故仍需加强活断层避让研究工作,积极有效地减小地震灾害。

本文拟通过汶川地震后大量的实地地表破裂变形测量资料,以及收集到的逆冲型历史地震地表破裂带宽度资料,采用统计分析方法,初步确定了逆冲型活断层“避让带”的宽度范围,为建筑工程避让活断层提供依据。

地震地表破裂多发生在地震强度M_S>6.0的场地条件。因此,关于逆冲型地震地表破裂带的历史地震资料较少,主要收集了1927年古浪8级地震、1932年昌马7.6级地震以及1999年台湾集集7.6级地震地表破裂带宽度的资料(表2)。地震错动产生的地震地表破裂带主要沿主逆断层地表迹线分布,大多数地表破裂带宽度(单断层破裂宽度)均在30 m之内。

建筑物“避让”活断层就是指避开直接能够产生地表破裂的未来同震错动面。确定“避让带”宽度的原则是有效避开活断层同震错动对地面建筑设施的直接破坏,减轻可能遭遇的地震灾害损失。目前,确定活断层“避让带”宽度的具体方法有2种:(1)同震地表破裂带宽度统计法;(2)跨断层地质探槽剖面分析法。本文将采取同震地表破裂带宽度统计法,进行活断层“避让带”计算。其具体方法是依据某类型活断层同震地表破裂带宽度的多组实测数据,取逆断层已有单条和多条地震地表破裂宽度≤50 m 的所有数据统计分析获得的均值与均方差,以均值和2倍均方差之和作为活断层“避让带”的有效宽度(徐锡伟等,2002)。

本文对表1中所收集的汶川地震地表破裂带宽度数据进行初步计算:均值为26.5; 均方差为3.0,计算所得断层“避让带”的有效宽度值为32.5 m。将所能收集到的汶川地震地表破裂带宽度数据(表1)与其它逆冲型地震地表破裂带宽度数据(表2)一起进行计算,算得的活断层“避让带”的有效宽度值为29.7 m,约为30 m。虽然逆冲型地震的相关地表破裂带宽度数据不多,但是加上表2中的数据进行计算,其结果更具有代表性和全面性。本次通过大量的实测数据所得计算结果与徐锡伟等(2002)研究结果以及美国加州“地震断层划定法案”规定的活断层两侧合计30 m“避让带”宽度非常吻合。

本文计算所得逆冲型活断层“避让带”的有效宽度为30 m。需要指出的是,上述“避让带”宽度值仅代表“避让”单条断层的宽度。根据逆冲型地震的现场调查,断层上盘影响带宽度与下盘的比值一般为3:1～2:1(张永双等,2010),本文给出逆冲型活断层上盘的避让宽度约为20～22.5 m,下盘的避让宽度约为7.5～10 m。在避让带之外所建各类建筑工程均应达到新的抗震设防标准。

表1 汶川地震同震地表破裂带宽度统计
Tab.1 Statistics of the widths of co-seismic surface rupture zones of Wenchuan M8.0 earthquake

表2 历史地震地表破裂带宽度统计
Tab.2 Statistics of the widths of surface rupture zones of historical earthquakes

汶川地震现场考察表明,活断层同震错动产生的地震地表破裂带及其对地面建(构)筑物直接毁坏是难以通过抗震设防措施预防和阻止的,采取避让活断层错动带应为防震减灾工作首选。本文综合大量汶川地震地表破裂带宽度与其它逆冲型历史地震地表破裂带宽度数据,计算所得逆冲型活断层“避让带”的有效宽度约为30 m。活断层上盘的避让宽度可以取值约20～22.5 m,下盘的避让宽度为7.5～10 m。计算结果可为建筑工程避让逆冲型断层提供参考依据。

汶川M_S8.0地震提供了大量的关于逆冲型断层的地震地表破裂带宽度资料,故本次对于逆冲型断层“避让带”有效宽度的计算结果更加具有可靠性,且与徐锡伟等(2002)研究结果以及美国加州“地震断层划定法案”规定的活断层两侧合计30 m“避让带”宽度非常吻合,其结果也可为其他类型活断层避让提供参考。综合本文与前人研究分析资料(徐锡伟等,2002,张永双等,2010),活断层地震灾害“避让带”宽度可初步定为30 m,除上段提出的逆冲型断层外,其它类型的活断层上下盘的避让距离可根据断层类型与具体工程地质条件、地形地貌特征而有所变化; 活断层斜列阶区、平行次级断层围限区、走向弯曲区等特殊地域的“避让带”宽度为除它们本身的地域宽度外的30m避让。具体各活断层“避让带”宽度也可根据跨活断层探槽地质剖面揭示的强变形带宽度等于实际避让带的宽度来确定(徐锡伟等,2002)。

在活断层“避让带”宽度之外所建各类建筑均应达到新的抗震设防标准; 在其它灾害可避免的情况下(如山洪、滑坡、泥石流、崩塌等),在活断层“避让带”之内,只能建造高于抗震设防标准的2层以下建筑物,但在此范围内应明确禁止兴建学校、医院等公共建筑。

建议相关部门继续加强活断层“避让带”宽度研究,以及震后活断层上下盘震害情况调查与对比研究; 开展活断层避让带立法与执法管理,加强活断层鉴定及其地表活动线几何结构形态的准确定位工作。