汶川地震震害與活動斷層“避讓帶”寬度的分析研究

郭婷婷

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

（作者電子信箱，郭婷婷：gtt.yy＠163.com）

2008年5月12日中國汶川發(fā)生里氏8.0級特大地震，沿地表可見活動斷層無堅不摧的地震地表破裂與強烈的地震動使得地表破裂帶沿線及其兩側(cè)近斷層的建筑物遭受了毀滅性的破壞，同時，地震引發(fā)的大量山體滑坡、巖石崩塌、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，加重了建筑物破壞程度與人員傷亡。大量震害實例分析表明，活動斷層的突發(fā)性錯動是產(chǎn)生地震的主要根源，且活動斷層沿線是建筑物破壞與人員傷亡最為嚴重的區(qū)域。究其原因，主要是活動斷層同震地表破裂、錯動、強地震動及其引發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害造成的建筑物倒塌、毀壞所導致。

活動斷層是產(chǎn)生地震的主要根源，但是，目前我們的地震預(yù)報工作尚未能科學地解決，故我們需依據(jù)建筑物的抗震設(shè)防要求，分析汶川地震建筑物的破壞原因，以便提高建筑物的抗震設(shè)防能力。地震通常會在震中區(qū)形成強烈的地面振動使得其上建筑物遭受破壞，地表破裂型地震常常能夠沿地表可見活動斷層兩盤巖體產(chǎn)生錯動直接毀壞跨越斷層的地面建構(gòu)筑物，即地震的破壞可概括為強地震動效應(yīng)和強震地面破裂效應(yīng)2種類型。因此，一方面，從建筑物破壞分析中總結(jié)原因，提高與加強抗震措施，依據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范，確保建筑物的抗震性能，以備應(yīng)對強地震動效應(yīng)達到有效減輕地震災(zāi)害的目的；另一方面，我們旨在全國活動斷層探測準確位置的工作基礎(chǔ)上，合理地確定避讓寬度，主動避開“具有發(fā)震能力的活動斷層”來減輕可能遭遇的地震災(zāi)害。本文將結(jié)合汶川地震震后大量建筑物震害特征，以及同震地表破裂帶寬度與建筑物破壞程度之間的定量關(guān)系，通過汶川地震大量的實地地表破裂變形測量數(shù)據(jù)，以及收集到的逆斷層型歷史地震地表破裂帶寬度資料，采用統(tǒng)計分析方法，初步確定活動逆斷層“避讓帶”的寬度范圍，為地面建筑物“避讓”活動斷層提供科學依據(jù)。

本文采用野外震害實地測量和調(diào)查、室內(nèi)資料統(tǒng)計與數(shù)據(jù)計算分析相結(jié)合的技術(shù)方法，討論建筑物破壞情況與防震措施；分析同震地表破裂帶寬度與建筑物破壞特征之間的定量關(guān)系；采用統(tǒng)計分析方法初步確定活動逆斷層“避讓帶”的寬度范圍。主要得到以下結(jié)論：

（1）通過震害實例分析表明，活動斷層的突發(fā)性錯動是產(chǎn)生地震的主要根源，且活動斷層沿線是建筑物破壞與人員傷亡最為嚴重的區(qū)域。活動斷層“避讓”是必須的，也是可行的。只要避開活動斷層一段距離，建筑物破壞程度就很大程度上減輕。從而可有效地減輕人員傷亡與經(jīng)濟損失。

（2）中強地震、大地震或特大地震等可在地表產(chǎn)生大量地震地表破裂，其表現(xiàn)形式是各種各樣的，不管其結(jié)構(gòu)復雜程度、破裂長短，其帶來的強烈地震動與地表破裂、錯動或變形，均會不同程度地影響地面及其地表建筑物，并引起地面建筑物的破損甚至倒塌。同時，強烈的地震動與地表破裂還可誘發(fā)山體滑坡、崩塌、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害，造成建筑物毀壞與人員的傷亡、掩埋。

（3）通過對川西地震災(zāi)區(qū)的幾種主要結(jié)構(gòu)類型建筑物的破壞特征進行調(diào)查，分析討論了建筑物的震害情況，可得到所考察川西地區(qū)城鎮(zhèn)不同結(jié)構(gòu)類型建筑物的破壞程度由小到大依次為：鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)。建議未來多采用框架結(jié)構(gòu)與具有抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)。

（4）根據(jù)現(xiàn)行建筑物的抗震設(shè)防要求與建筑抗震設(shè)計規(guī)范，從建筑物選址、建筑抗震設(shè)計及建筑施工等各個環(huán)節(jié)，對汶川地震災(zāi)害中的典型建筑物破壞案例進行了破壞原因分析與討論，得出：

①建筑物的選址一定要避開活動斷裂帶，須根據(jù)當?shù)貙嶋H地質(zhì)情況，合理確定“避讓帶”寬度；同時，也要避開地質(zhì)災(zāi)害危險地段。

②抗震結(jié)構(gòu)體系的選取應(yīng)考慮：使結(jié)構(gòu)體系具有多道抗震防線；盡量避免剛度不連續(xù)結(jié)構(gòu)體系；確保各構(gòu)件之間的連接等問題。

③隔震和消能減震設(shè)計以及抗震新型建筑材料的廣泛應(yīng)用將從抗震各個環(huán)節(jié)共同提高建筑物的綜合抗震能力。

（5）通過幾處典型觀測點同震地表變形量與建筑物破壞關(guān)系的定量分析，以及對前山斷裂的漢旺—白鹿地表破裂帶，中央斷裂帶的北川—映秀地表破裂帶以及NW 向小魚洞地表破裂帶多處測點的地表破裂帶寬度進行統(tǒng)計的結(jié)果初步分析，可以得到：

①發(fā)震斷層的同震地表錯動會造成上面建筑物的撕裂，這是任何抗震措施均無法抵擋的。發(fā)震斷層的同震錯動對地表變形與地面建筑物直接毀壞呈局部化特征，其影響寬度是有限的，一般都在30m 范圍內(nèi)。距離斷層越近，地表破裂越嚴重，地面建筑物破壞越嚴重，且斷層上盤的地表破裂與建筑物破壞比下盤嚴重。

②從汶川地震中3條地表破裂帶上的52處測點的強地表破裂寬度統(tǒng)計結(jié)果，可以得到：汶川地震地表破裂帶寬度大部分在15～35m 之間，個別觀測點變形帶寬度大于40m，甚至大于100m，這與已有的統(tǒng)計研究結(jié)果基本一致。其結(jié)果為活動逆斷層的“避讓”寬度的確定提供了定量判別標準與科學依據(jù)。

（6）綜合大量汶川地震地表破裂帶寬度與其它逆斷層型歷史地震地表破裂帶寬度數(shù)據(jù)，采用同震地表破裂帶寬度統(tǒng)計法，計算得出活動逆斷層“避讓帶”的有效寬度約為30m。并綜合實測斷層上、下盤變形帶寬度的2：1比值關(guān)系以及相關(guān)文獻數(shù)據(jù)，初步給出活動斷層上盤的“避讓”寬度取值約20～22.5m，下盤的“避讓”寬度取值約為7.5～10m。其結(jié)果與徐錫偉等前人研究結(jié)果以及美國加州“地震斷層劃定法案”規(guī)定的活動斷層兩側(cè)合計30m“避讓帶”寬度非常吻合，并獲得跨斷層地質(zhì)探槽剖面分析法所驗證，可為建筑工程避讓活動逆斷層提供定量分析與參考依據(jù)。

（7）建議相關(guān)部門繼續(xù)加強活動斷層“避讓帶”寬度研究，加強活動斷層探測工作，并加強活動斷層“避讓帶”立法與執(zhí)法管理，以便更好地促進活動斷層“避讓”工作開展，切實提高我國震害預(yù)防的能力。