宁波市活动断层探测实践与思考

宋新初 周本刚

宋新初，浙江省地震局党组书记、局长，高级工程师，省政府应急管理专家组成员。先后主持浙江省“十二五”“十三五”防震减灾规划、“宁波市活动断层探测与地震危险性评价”等项目，主编《城市活动断层探测方法与实践》等专著。

构建韧性社会是实现可持续发展目标的世界共识，构建韧性城市更是城市化进程的重中之重。城市既承载着人群的聚集，又承载着历史文化的记忆，更承载着政治、经济和社会责任。特别是随着城市发展快速扩张、人口高度集结、经济高度集中、建筑高度集聚、生命线高度关联，灾害的倍增效应更为突出。我国许多大中城市具备发生大地震的构造背景，其中一些城市有逼近大地震风险。一旦发生城市直下型强震，城复于隍，命伤于“墙”，损失巨大，后果不堪设想。做好城市活动断层探测及地震危险性评价，是城市安全发展基础之根砥，是建设城市地震主动防御体系、有效应对大地震灾害、最大限度地减轻地震灾害风险的重要支撑性工作，是中国地震局“透明地壳”“韧性城乡”要义之一，更是让人民群众获得更多幸福感、安全感的重要举措。

21世纪伊始，“宁波市活动断层探测与地震危险性评价”成为《中国地震活断层探测技术系统》20个子项目之一，通过5年的探测研究，已为宁波城市建设规划与土地利用、重大工程选址、建筑抗震设防等提供了对策与技术支持。本文把“宁波市活动断层探测”的主要实践与成效、问题与思考呈览给大家，以期有所裨益。

基本概况

宁波，古曰“甬”。宁波人文荟萃，经贸发达，孙中山先生曰：“凡吾国各埠，莫不有甬人事业”，而今宁波是浙江“四大都市区”之一，更是我国东部沿海重要港口城市和长江三角洲南翼经济中心。

宁波市主体位于宁波盆地和大碶盆地之上（见图1）。宁波地区新构造运动呈间歇性缓慢隆起，阶地、冲沟发育，河流改道不乏其例，侵蚀剥蚀堆积颇具规律。历史上发生过5½级地震，盆地发育多组隐伏断层，具备发生强震的地质构造环境。

图1 宁波盆地和大碶盆地地貌图

宁波市活动断层探测实践与成效

1.难点与实施策略

宁波地区位于我国华北地震区南缘一个相对较弱的构造活动区，活动断层的地质地貌表现并不清晰，明显有别于构造活动和地震活动强烈的中国西部和华北地区。即便是目标区内活动性较强的育王山山前断层，虽然断层沿线地貌呈线性展布，断层两侧高程反差也比较大，地貌上显示断层可能存在晚第四纪活动的迹象，但在微地貌上并没有明显的显示。

另外，区域气候温暖湿润、雨水丰沛，加上海侵作用的影响，使得本来就只有弱地表活动留下的断层遗迹被改造殆尽，地层和构造出露条件很差，而且在城市地区进行断层探测，外界环境干扰大，更加大了探测难度。

针对这些难点和问题，项目组贯彻了“抓住重点、兼顾一般，由浅入深、先粗后细”的工作原则和“宏观入手、微观求证、精细施工、稳步推进”的实施策略。

（1）采用宏观入手、微观求证的原则，首先根据断层的构造部位、宏观地质地貌特征，分析是否具有活动断层的可能性。

（2）为捕捉断层最新活动的地质信息，在进行1∶10000的详细地质地貌调查时，关键地段实施了更高密度观测，特别关注调查断层带性质、位置、时代的演化特点，把握断层最新活动部位是否可能发生空间上的变化。

（3）为不遗漏因构造活动迁移而发育于隐伏区的最新活动断层，并考虑到弱活动断层的新活动表现常较为局限的特点，开展了高密度浅层地震探测工作，寻找盆地中隐伏的最新活动断点，查明其分布特征。

（4）为从细微之处抓住反映弱活动断层的断错证据，进行高密度钻探，细致对比分析岩芯，采用多手段年代测定，鉴定断层活动性及活动特征。

（5）针对本区位于海陆交互相地带，晚更新世以来地层分布复杂等特点，在细致观测的基础上，采用地层分段层序对比有利于把握断层的活动性。

2.目标区断层活动性鉴定

（1）对目标区内15条主要断层的展布和活动性给出了明确的结论，即除育王山山前断层为晚更新世早期弱活动断层外，其余14条均属于不活动断层。明确了仅育王山山前断层属于需要重点防范的断层，为城市建设用地规划提供了科学依据。特别是针对宁波市重点发展地区是否存在活动断层的问题，通过填图与探测，明确了北仑港区、蟹浦化工区、东钱湖区这些重点发展区不存在活动断层，消除了政府的疑虑，拓宽了重点地区的发展空间。

（2）标准钻孔揭示出宁波盆地第四系之下的基岩为白垩纪红色砂砾岩，古近系-新近系至下更新统缺失，中晚更新世以来地层发育。通过对标准钻孔地层岩性、微体古生物、古气候及地层年代学等系统研究，建立了宁波盆地新的第四纪标准地层剖面。一方面为本项目隐伏断层活动性鉴定提供了地层特性和年代学支撑，另一方面，通过盆地第四纪地层详细研究，更新了以往对盆地区地层的认识，具有东部沿海地区第四系对比分析的科学价值。

3.活动断层定位和活动特征精细探测首次探明了育王山山前断层第四纪以来的时空演化历史，明确了断层最新活动的准确位置、几何结构、埋藏深度和活动强度。

（1）该活动断层第四纪以来具有3期活动历史，前两期活动部位相距较近，位于基岩与山前残山分布区，早期活动发生在早更新世或以前，活动性质为逆断层；后期活动发生在中更新世，出现在靠盆地一侧，活动性质为右旋走滑兼正断活动；最新一期的活动位于盆地覆盖区，发生在晚更新世早期。其最新活动具有向盆地内部迁移的特点，不仅对认识中国东部弱活动的张性盆地边界断层最新活动迁移特征有示范作用，而且对活动断层调查鉴定具有指导意义。

（2）盆地中的活动断层具有分段活动特点，断层长9千米，呈左阶斜列展布的两段，北段长4千米，南段长5千米（见图2）。最新断层面倾向南东东，倾角65～70°，擦痕侧伏角70°，具右旋正断的活动特征。断层上断点埋深约35米，活动时代为距今10～5万年之间的晚更新世早期，基岩顶面最大断距1.7～2.3米，晚更新世早期断层垂直滑动速率约为0.034～0.046毫米/年。说明该断层距今5万年以来没有明显活动，即便在晚更新世早期有过活动，也属于弱活动断层，该结果为断层地震危险性评价提供了支撑。

图2 育王山山前断层带分布图

（3）提出并采用的“高质量地质地貌填图、高分辨率浅层地震勘探和高密度钻孔联合探测剖面”的精细综合探测方法，为弱构造活动区的活动断层探测提供了宝贵经验。

4.活动断层危险性与危害性评价

（1）采用Wells和Coppersmith地表破裂长度与矩震级、破裂面积与矩震级的关系计算，加权给出育王山山前断层最大潜在地震震级为6.0级，采用泊松模型和布朗过程时间模型，计算得出未来100年内发震概率分别为1.94%和1.09%。

（2）通过对育王山山前断层强地震动危害性评价，目标区强地震动峰值加速度共分为5个区，I区峰值加速度0.25g～0.30g，面积6平方千米，II、III、IV、V区的峰值加速度均小于0.25g（见图3）。

（3）对育王山山前断层东支活动断层近断层地表变形带进行了评估，在设定地震6级的情况下，评估了地表潜在变形带的范围和变形量分布，潜在地表总变形量0.188米。相对于断层上断点地表投影位置，断层上盘变形宽度约40米，下盘宽度约60米。

5.育王山山前断层震害防御对策分析

根据探测成果，育王山山前断层是目标区需要重点防范的断层。

（1）育王山山前断层的“避让”分析

确定“避让带”宽度涉及科学与政策两个层面，前者是前提，后者是基于一定条件下风险可接受程度的考量。由于育王山山前断层西支和东支活动性有明显的差异，对育王山山前西支断层，不需要考虑活动断层避让问题。对于育王山山前东支断层，由于在设定地震发生时无直接地表位错，丙类和丁类建筑可以不考虑避让该断层；鉴于可能发生一定幅度的地表变形，甲类和重要的乙类建筑尽可能避让一定距离（见图4）。从偏于安全的角度，建议避让带宽度100米，避让距离在上盘距离断层上地表投影迹线40米，下盘距离断层地表投影迹线60米。

（2）近断层强地震动影响分析

在育王山山前断层中段附近存在一个地震动峰值加速度大于0.25g、面积约6平方千米的椭圆形区域（见图3）。从峰值加速度值考量，育王山山前断层附近强地震动评价结果没有超出GB18306—2015《中国地震动参数区划图》中峰值加速度分区值，而且在震害防御中考虑极罕遇地震动作用可缩小到6平方千米的范围。针对该范围建议采取如下措施：①对于新建甲类或重要的乙类建筑，采取包括合理选型与设计来减轻遭遇极罕遇地震动影响等方面的措施；②在编制相关规划中，如社会经济发展规划、国土利用规划、城乡规划、防灾减灾规划、环境保护规划时，应该考虑极罕遇地震动的影响；③地震应急救援重要保障措施也应考虑极罕遇地震动的影响。

（3）近断层强地震动引起的震陷评价结果分析

育王山山前东支断层6级设定地震的情况下，断层附近I区和II区的地震动峰值加速度均高于0.20g，面积约34平方千米（见图3）。由于断层附近的盆地内普遍发育全新统海相淤泥或淤泥质地层，需要关注震陷区范围的大小，推断在育王山山前断层带西支断层以东峰值加速度0.20g以上分布区都可能存在中等至严重震陷的可能性。鉴于计算方法还有一些假定，且仅根据有限的钻孔资料做一些初步探讨，评价结果还存在一定的不确定性，旨在建议进行城市建设规划以及工程建设时对可能的震陷危险性问题给予关注。

图3 育王山山前断层附近强地震动峰值加速度分区

图4 育王山山前断层及附近危害性评价结果工程应用分区

宁波市活动断层探测问题与思考

1.弱活动断层宏观识别、探测与上断点判别

由于弱活动断层断错幅度很小，即使在基岩区或浅覆盖区，受后期长期侵蚀剥蚀的影响，尽管宏观地貌上可能有一定的显示，微地貌上的识别标志可能非常模糊，定位与活动性研究也具有相当的难度。特别是弱活动地区断层地表位移可能在较短的时段内因侵蚀殆尽而不易辨认，而位于盆地覆盖区内的弱活动断层，尽管断错位移具有一定的保存条件，但由于地层较薄，位于山地与盆地交界处地层分布不均一，给隐伏断层的浅层地震勘探识别与定位带来较大困难。因此，开展这类弱活动断层的探测，除需要采用高质量的地质地貌填图、高分辨率的浅层地震勘探和高密度的钻孔联合地质剖面综合探测方法外，还需要采用一些针对性的方法与措施。

弱活动断层宏观位置的识别。弱活动断层鉴别，首先需要识别出可能存在这类断层的宏观位置。我国东部地区基岩区或浅覆盖区的第四纪中期以来有明显活动，特别是晚更新世以来有活动的断层，一般来说在地貌上都有一定程度的宏观显示：（1）弱活动盆地边缘的断层，在地貌上可能表现为山体与盆地的线性影像接触、线性展布的山前侵蚀构造残丘或残丘后缘的槽地，通过高分辨影像资料解释，结合早期航空照片解译，圈定不同时期的地貌面，并分析这些地貌面的展布形态与时代，可以达到初步判定可能的弱活动断层带大体位置的目的；（2）当发育自山区流向盆地的河流时，通过详细的阶地位相图分析，结合不同级别阶地时代厘定，不仅可以识别出弱活动断层的位置，还能对断层不同时期的活动速率做大体的估计；（3）盆地内部第四系等厚线，特别是晚第四纪以来地层的等厚线梯度带，为识别可能的活动断层提供了一个指示途径，不仅可以识别出隐伏活动断层大体的位置，还可以估计出其规模大小；（4）一些断裂带内最新活动部位与老断层面不完全一致，需要注意我国东部张性活动盆地边界断层最新活动部位向盆地的迁移情况。

弱活动断层的浅层地震探测。弱活动断层标志层断错位移小，为浅层地震探测识别同相轴带来较大困难，加之地层发育较薄与不均一以及需要排除城市环境干扰等因素，断层定位与上断点判别难度均较大。因此，需要采取提高分辨率、提高数据采集与处理质量，以及提高识别断层异常的水平，并采用纵波与横波联合探测等措施。

弱活动断层的钻孔联合剖面探测上断点的判别。弱活动盆地边缘地带地层发育不均一、岩性变化较大的特点也给钻孔联合剖面探测判断断层上断点带来了一定的难度，以下措施对解决该问题有所裨益：（1）如果逐层对比可能无所适从，需要考虑钻孔岩性地层的分段对比，可以判别出断层活动上断点的大体位置，有利于宏观上对断层最新活动时代的正确把握；（2）通过岩性地层的分段对比还不能准确地判定出上断点的位置，需要结合钻孔岩性地层中一些重要的构造信息来进一步厘定；（3）结合以往城市活动断层钻孔探测经验反馈，判别弱隐伏活动断层上断点位置的方法简要归纳如下：①以钻孔岩性地层分段对比为原则，判定上断点大体的位置；②依据全风化基岩中的新鲜断面、第四纪地层中存在一系列有滑动显示或破裂的构造裂隙进一步确定上断点的准确位置；③如果在钻孔岩芯中发现液化现象，在能排除中远源地震影响外，可以作为判定上断点最低位置的参考依据。

2.弱活动断层最大潜在地震与发震概率评估

由于弱活动断层的同震位移小，最新活动行迹难以较好保存，特别是没有相应历史强震情况下，其最大潜在地震目前主要依据断层长度、推测的破裂面积，采用有关统计关系式来评估，评估结果具有较大的不确定性。尤其是一些断层调查仅获得其在晚更新世某个时段的断错证据，推断未来整条（段）发生活动，可能导致评估的潜在震级偏高。由于弱活动断层的活动性参数获得较为困难，震级不高，也基本上得不到断错事件的时间、位移等参数，发震概率评估难度更大，目前一般采用泊松模型或引入大地震发震概率的时间相依模型评估，所获得的结果可能偏离实际情况较大。因此，弱活动断层最大潜在地震及其发震概率评估问题远未解决，仍需要深入研究探讨。

3.活动断层探测成果的应用仍需加强

活动断层探测及其地震危险性评价成果已在相应城市规划获得了较广泛的应用，但其应用深度与广度仍有较大的拓展空间。特别是随着城市化进程的加快和土地资源的稀缺，对断层的活动特性需要进一步精细化的研究和跟踪监测，比如对活动速率较大的活动断层，应进一步采用形变监测等手段获得跟踪潜在危险性的判别资料与数据。对于可能产生超极罕遇地震作用的地震动影响的活动断层，建议考虑开展城市潜在地震风险影响评估等。目前探测成果的应用主要限于政府及专业部门，利用、应用的受众范围不够广泛，下一步围绕探测成果的深化应用与推广、保障探测成果发挥更大作用等方面开展深入研究，是十分必要的。