惠州斷層及其鄰區(qū)地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

李玉輝 郭良田 晏云翔

1）中國陜西 710077 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司

2）中國廣州 510075 廣東省工程防震研究院

0 引言

惠州斷層嚴(yán)格控制惠州白堊紀(jì)盆地（前人稱“水北斷陷盆地”）的西界，是一條走向NW、向NE 傾斜的正斷層，斷層長約20 km，規(guī)模不大。上盤紅層層面傾向斷層方向，傾角 20°左右。紅層的分布呈與斷層平行的長條狀，寬約5 km，長寬比 4∶1。斷層出露寬 10—60 m，沿走向呈舒緩波狀（實(shí)為拆線狀），產(chǎn)狀 135°—150°/NE ∠65°—75°。在為數(shù)不多的幾個(gè)斷點(diǎn)露頭上可見破碎帶有明顯的分帶性，并見復(fù)合斷層角礫巖，這反映出斷層有多次活動(dòng)。

惠州斷層是由廣東省地質(zhì)局 756 地質(zhì)隊(duì)1995 年進(jìn)行惠州幅 1/5 萬區(qū)域地質(zhì)填圖工作時(shí)首次確定的。1995 年以前，該斷層被標(biāo)定為不整合。構(gòu)造巖（麥地村、惠州學(xué)院）的熱釋光測年顯示，斷層有3 次不同性質(zhì)的活動(dòng)：第1 次在45.02 萬—46.20 萬a 前，第2 次在31.93 萬a 前，第3 次在5.90 萬—6.77 萬a 前。因熱釋光測年精度無法滿足要求，所以根據(jù)斷層物質(zhì)的熱釋光測年數(shù)據(jù)判定斷層活動(dòng)性被后來的斷層活動(dòng)性鑒定實(shí)踐所放棄，其結(jié)論不被采納。另外，根據(jù)廣東省地質(zhì)局756 地質(zhì)隊(duì)航照解譯，對(duì)盆內(nèi)覆蓋區(qū)大膽推測2 條長達(dá) 20 km、平行惠州斷層的NW 向斷層（分別稱為“水北航譯斷裂”“馬房嶺航譯斷裂”），且這2 條斷層分割不同高度的夷平面。

前人（汪素云，1993；胡聿賢，1999；張涌，2005；王華林等，2011，2015；李玉輝，2018；徐錫偉等，2016；俞德強(qiáng)，2016；孫杰等，2020）已對(duì)全國多地?cái)嗔褞У牡卣鹞ｋU(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，但對(duì)惠州斷層的研究不多見。隨著惠州市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)該斷層的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)研究（王強(qiáng)茂等，2019）顯得日益迫切。本文通過垂直運(yùn)動(dòng)圖、水平運(yùn)動(dòng)圖、鉆孔剖面圖、構(gòu)造類比法和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系方法等，得到惠州斷層的地震危險(xiǎn)性概率分析結(jié)果，并估計(jì)了惠州斷層不同區(qū)段的最大潛在震級(jí)及發(fā)震概率。

1 區(qū)域地震構(gòu)造環(huán)境

1.1 構(gòu)造背景

本文研究區(qū)為評(píng)價(jià)惠州斷層所在區(qū)域地震活動(dòng)水平和地震構(gòu)造環(huán)境時(shí)所劃定的范圍，即以惠州斷層為中心、半徑不小于150 km 的范圍。據(jù)此并考慮到惠州市地震地質(zhì)條件，現(xiàn)取22.245 5°—23.594 5°N、113.945 6°—115.414 4°E 為本次工作的探測區(qū)范圍。

研究區(qū)位于華南加里東褶皺系的東南部（圖 1）。華南褶皺系西北部與揚(yáng)子地臺(tái)相鄰，西部與右江印支褶皺帶和欽州華力西褶皺帶相接，其范圍包括廣東陸區(qū)的全部和南海北部陸架部分。華南褶皺系主體為加里東地槽褶皺系，志留紀(jì)末的加里東運(yùn)動(dòng)使元古代—早古生代地槽封閉轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)地臺(tái)，因此又稱為華南準(zhǔn)地臺(tái)。印支運(yùn)動(dòng)使其結(jié)束準(zhǔn)地臺(tái)發(fā)展歷史。晚三疊世開始進(jìn)入大陸邊緣活動(dòng)帶演化階段，以斷裂、斷塊運(yùn)動(dòng)為主，并伴有大規(guī)模巖漿侵入和噴發(fā)活動(dòng)。中生代晚期和古近紀(jì)，在華南褶皺系南部發(fā)生強(qiáng)烈的裂陷作用，形成一些大型的裂陷盆地，如珠江口、北部灣等盆地（郭良田等，2013）。新近紀(jì)以來裂陷作用漸趨消失。總之，廣東陸區(qū)的全部和南海北部陸架部分大地構(gòu)造的形成和發(fā)展歷經(jīng)了2 大過程：①自中元古代經(jīng)古生代至中生代初，活動(dòng)地槽向相對(duì)穩(wěn)定的地臺(tái)轉(zhuǎn)化并形成統(tǒng)一的新地臺(tái)；②晚中生代和古近紀(jì)地臺(tái)受到裂陷作用的強(qiáng)烈改造，但新近紀(jì)以來裂陷作用漸趨消失。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置（據(jù)北京中震創(chuàng)業(yè)工程科技研究院，2007）1.前震旦紀(jì)準(zhǔn)地臺(tái)；2.加里東褶皺帶；3.華力西褶皺；4.印支褶皺帶；5.強(qiáng)烈轉(zhuǎn)入印支和燕山造山作用的前震旦系；6.喜山褶皺帶；7.新生代斷陷盆地；8.研究區(qū)范圍；Ⅰ揚(yáng)子地臺(tái)；Ⅱ 華南加里東褶皺帶；Ⅲ 欽州華力西褶皺帶；Ⅳ 右江印支褶皺帶；Ⅴ 滇越印支褶皺帶；Ⅵ 越北加里東褶皺帶；Ⅶ 印支—南海地臺(tái)；Ⅷ 北部灣新生代盆地；Ⅸ 鶯哥海新生代盆地；Ⅹ 瓊東南新生代盆地；Ⅺ 珠江口新生代盆地Fig.1 Geotectonic location map (According to the 2007 data compiled by Beijing Zhongzhen Pioneering Engineering Technology Research Institute)

根據(jù)廣東省區(qū)域地質(zhì)志資料（圖 2）可知，華南褶皺系可以進(jìn)一步劃分為多個(gè)Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)及Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元。研究區(qū)惠州斷層主要處于粵北、粵東北—粵中拗陷帶（Ⅱ級(jí)）內(nèi)，西以NE 向吳川—四會(huì)深斷裂與粵西隆起區(qū)（Ⅱ級(jí)）為界；東南以NE 向的政和—海豐斷裂帶與粵東隆起區(qū)（Ⅱ級(jí)）分開；向北與諸廣山隆起區(qū)（Ⅱ級(jí)）、九連山隆起區(qū)相連（Ⅱ級(jí)）?；洷?、粵東北—粵中坳陷帶可進(jìn)一步劃分為3 個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元，分別是粵北拗陷、粵中坳陷及永梅—惠陽坳陷。在此基礎(chǔ)上，各自又可進(jìn)一步劃分為多個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元。

圖2 區(qū)域構(gòu)造單元?jiǎng)澐郑〒?jù)廣東省地質(zhì)志 1988 年資料改編）Fig.2 Division of regional tectonic units (adapted from Guangdong Geological Journal 1988 data)

與惠州斷層關(guān)系較密切的粵北、粵東北—粵中坳陷帶Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元有粵中坳陷及永梅—惠陽坳陷，對(duì)它們的構(gòu)造特征分述如下。

（1）粵中拗陷（Ⅲ級(jí)）位于廣東中部，北起佛岡，南臨南海，東西兩側(cè)為河源斷裂及吳川—四會(huì)斷裂所夾持。區(qū)內(nèi)于東莞、增城、市橋、珠海等地局部出露元古界至寒武系褶皺基底，晚古生代至中三疊世時(shí)期，大部分地區(qū)下坳接受沉積，沉積了厚約7 000 m 的碎屑巖、碳酸鹽巖的含煤建造，沉積中心在花都、龍門一帶。印支運(yùn)動(dòng)使古生代地層形成寬展形褶皺并伴有走向斷裂的發(fā)育，構(gòu)造線以NE 至NNE 走向?yàn)橹鳎浯问荅W 向構(gòu)造。燕山運(yùn)動(dòng)期，拱曲裂陷作用強(qiáng)烈，沉積盆地得到充分的發(fā)生發(fā)展，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到極至，巖漿活動(dòng)最為強(qiáng)烈。新生代以來，沿廣從斷裂、河源斷裂及珠江三角洲地區(qū)，斷陷盆地繼承或新生發(fā)展，但仍以拗?jǐn)嘞莩练e為其主要特征。

粵中拗陷再細(xì)分3 個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元：①花縣凹褶斷束（Ⅳ級(jí)）位于清遠(yuǎn)、三水、肇慶、廣州一帶，為晚古生代拗陷帶的一部分，主要有花都復(fù)式向斜與高要—清遠(yuǎn)復(fù)式向斜；②陽春—開平凹褶斷束（Ⅳ級(jí)）夾持于吳川—四會(huì)斷裂與鶴城—金雞斷裂間，北鄰EW 向噠石斷裂，包括陽春褶斷束、開平褶斷束與其間的水源隆起（天露山隆起），晚古生代褶斷束地段為沉積凹陷，沉積厚度達(dá)5 100 m；③增城—臺(tái)山隆起束（Ⅳ級(jí)）西界為廣從斷裂、鶴山—金雞斷裂，東界為河源斷裂所夾持的斷塊，北至增城地區(qū)，南臨南海，是粵中拗陷內(nèi)的相對(duì)隆起區(qū)，晚古生代沉積薄，多處褶皺基底暴露于地表。

（2）永梅—惠陽拗陷（Ⅲ級(jí)）西以河源斷裂帶為界與粵北及粵中2 個(gè)拗陷為鄰，東以政和—海豐斷裂帶為界與粵東隆起相伴，其內(nèi)以東西佛岡—豐良斷裂帶東段為界進(jìn)一步劃分為2 個(gè)Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元，該斷裂帶以北為永梅凹褶斷束（Ⅳ級(jí)），遠(yuǎn)離區(qū)域；以南為紫金—惠陽拗褶斷束（Ⅳ級(jí)）。紫金—惠陽拗褶斷束是晚古生代形成的凹陷，沉積了由厚 4 000—5 000 m 的地臺(tái)型陸屑建造組成的地臺(tái)蓋層構(gòu)造層，經(jīng)印支運(yùn)動(dòng)形成寬展型褶皺，晚三疊世至早侏羅世強(qiáng)烈凹陷形成厚達(dá)6 000—7 000 m 的海相砂頁巖建造，中、新生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，白堊—第三紀(jì)紅色斷陷盆地發(fā)育，斷裂構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜。

此外，研究區(qū)東南部海域處于粵東隆起區(qū)（Ⅱ級(jí)）?；洊|隆起區(qū)（Ⅱ級(jí)）位于廣東東部，蓮花山斷裂帶和政和—海豐斷裂帶以東，濱海斷裂以西。區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)古生代沉積，震旦紀(jì)以來可能就是隆起區(qū)。在華力西—印支拗褶基礎(chǔ)上，中生代發(fā)生大規(guī)模斷陷和坳陷。中生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，火山巖和花崗巖大面積分布。在廣東沿岸地帶，新生代還零星分布一些偏基性火山活動(dòng)。區(qū)內(nèi)斷裂廣泛發(fā)育，NE 向最強(qiáng)烈，EW 向、NW 向次之，沿NE 向斷裂帶發(fā)生變質(zhì)作用、混合巖化作用，形成粵東沿海中生代低壓漸進(jìn)變質(zhì)帶。

1.2 研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征

研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為新構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)、斷裂活動(dòng)、地震活動(dòng)及地?zé)岙惓?。研究區(qū)北部新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)總體上以隆升為主，間歇性發(fā)生升降運(yùn)動(dòng)，局部地震頻繁，老斷層復(fù)活。南部新構(gòu)造時(shí)期斷塊差異活動(dòng)顯著，區(qū)域性斷裂新活動(dòng)較強(qiáng)，中等強(qiáng)度地震活躍。因此，研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)由內(nèi)陸向沿海增強(qiáng)的趨勢。

（1）新構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)。研究區(qū)在古近紀(jì)受剝蝕均夷之后，總體基本處于抬升的運(yùn)動(dòng)過程。在此過程中，由于受到北邊南嶺隆起及南邊珠江口盆地拗陷的影響，整體表現(xiàn)向南掀斜抬升的特點(diǎn)。在珠江三角洲東北部丘陵普遍存在三級(jí)夷平面，標(biāo)高分別為300—450 m、150—200 m、50—100 m。此外，多級(jí)河流階地、多層溶洞、古海岸地形跡、第四紀(jì)沉積物也反映了研究區(qū)的地殼升降特征。也就是說，新構(gòu)造時(shí)期研究區(qū)在總體向南掀斜抬升的背景上，普遍發(fā)生間歇性升降運(yùn)動(dòng)。

（2）新構(gòu)造斷裂活動(dòng)。新近紀(jì)以來，原有斷裂的復(fù)活多具正反向、多期次交替活動(dòng)的特點(diǎn)。但也有新生的斷裂，雖規(guī)模不大，卻具有潛在的強(qiáng)活動(dòng)性。按走向劃分，新構(gòu)造期斷裂有NE—NEE、EW 和NW 三組，其中，以NE—NEE 和NW 向?yàn)橹?。受上? 組活動(dòng)斷裂的控制，研究區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為斷塊活動(dòng)?？偟膩碚f，大陸地區(qū)基本為斷塊隆起；向南靠近海岸地帶有升有降，顯示一定幅度的垂直差異活動(dòng)。

（3）地震活動(dòng)。研究區(qū)歷史破壞性地震震中集中在河源、海豐、紅海灣一帶，顯示出地震震中分布受斷裂帶控制的特點(diǎn)，如沿河源—邵武斷裂帶、政和（豐順）—海豐斷裂帶、潮州—汕尾斷裂帶分布的破壞性地震。歷史破壞性地震震中集中區(qū)也是現(xiàn)代小震集中區(qū)，且范圍有所擴(kuò)大。

（4）地?zé)岙惓！Ｑ芯繀^(qū)內(nèi)溫泉較多，其空間分布與區(qū)域性構(gòu)造斷裂密切相關(guān)，其中，以沿NE 向斷裂分布的最多，如河源—邵武斷裂帶、五華—深圳斷裂帶、豐順—海豐斷裂帶，其次是沿EW 向佛岡—豐良斷裂帶分布的。

2 惠州斷層現(xiàn)今地殼垂直及水平運(yùn)動(dòng)速率

2.1 垂直形變速率

中強(qiáng)地震主要發(fā)生在現(xiàn)今地殼垂直形變速率下降且速率較大的部位。本文以任鎮(zhèn)寰等（1996）給出的南海北緣陸地現(xiàn)代地殼垂直形變速率資料為主，并參考其他研究結(jié)果分析研究區(qū)現(xiàn)今垂直形變特征。圖3 為研究區(qū)現(xiàn)今地殼垂直形變速率等值線圖。由圖3 可見，研究區(qū)內(nèi)地殼垂直形變速率的總態(tài)勢為：東、西2 部分明顯上升，而在 113°—115°E 區(qū)域存在一NNE 向下降條帶。NEE 向的形變速率等值線輪廓較清晰，如北緣自福建永春北經(jīng)漳平至廣東清遠(yuǎn)，延至高州北和廣西境內(nèi)。南緣自廣東湛江經(jīng)陽江、海豐至福建詔安延入海中。中部中山至深圳北、漳州至莆田也存在NEE 向形變帶。同時(shí)，還可見規(guī)模相對(duì)較小的SN 向和NW 向形變速率等值線分布，這與在該區(qū)發(fā)育的部分NW 向構(gòu)造相吻合。

圖3 廣東及鄰區(qū)現(xiàn)今垂直形變速率（據(jù)任鎮(zhèn)寰等，1996）Fig.3 Current vertical deformation rates in Guangdong and adjacent areas

由此可見，研究區(qū)現(xiàn)今垂直形變速率明顯受區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造所控制，現(xiàn)今垂直形變特征明顯受該區(qū)大規(guī)模的NE 向構(gòu)造帶所控制，但垂直形變幅度相對(duì)較小，無明顯的高速度梯度帶。沿海地區(qū)部分NW 向形變帶可能為該區(qū)發(fā)育的小規(guī)模NW 向構(gòu)造帶與NE 向構(gòu)造帶相交叉而造成共軛活動(dòng)的結(jié)果。

2.2 水平運(yùn)動(dòng)速率

本項(xiàng)工作利用國家重大科學(xué)工程——中國地殼運(yùn)動(dòng)觀測網(wǎng)絡(luò)1999—2004 年施測的GPS 復(fù)測資料，解算出廣東地區(qū)相對(duì)于歐亞板塊在扣除了整體平移后的水平運(yùn)動(dòng)速率（張靜華等，2005）。

研究區(qū)內(nèi)GPS 測點(diǎn)相對(duì)較少（圖4），從僅有的幾個(gè)測點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率結(jié)果可見：華南塊體內(nèi)部存在較一致的SE 向運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速率為6.015 9 mm/a，平均為8.400 0 mm/a。在塊體南部（23.5°N 以南），測點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率較小，平均為7.400 0 mm/a。南海海域永興島GPS 測點(diǎn)的水平運(yùn)動(dòng)速率和方向與研究區(qū)附近各測點(diǎn)基本一致。

圖4 探測區(qū)及其鄰區(qū)現(xiàn)今水平運(yùn)動(dòng)速率（改編自張靜華等，2005）Fig.4 Current horizontal deformation rate of the detection area and its adjacent area

根據(jù)GPS 復(fù)測資料計(jì)算區(qū)域應(yīng)變狀態(tài)的結(jié)果顯示：在塊體南部（25°N 以南），主壓應(yīng)變?yōu)镹NW—SSE 方向到近N—S 方向，主壓應(yīng)變率從北向南逐漸增大，海南島的主壓應(yīng)變率最高。從現(xiàn)有的 GPS 復(fù)測資料計(jì)算的研究區(qū)地殼水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為運(yùn)動(dòng)方向和大小基本保持一致，內(nèi)部無明顯的運(yùn)動(dòng)速率階躍帶和分區(qū)現(xiàn)象，屬整體性運(yùn)動(dòng)地塊，塊體內(nèi)部穩(wěn)定性較好。從應(yīng)變分布資料也反映出研究區(qū)地塊以連續(xù)形變?yōu)樘卣鳌?/p>

3 惠州斷層的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

利用斷層活動(dòng)性鑒定與淺層地震構(gòu)造探測等所反映的區(qū)域地震構(gòu)造環(huán)境、深部構(gòu)造背景、目標(biāo)區(qū)斷層長期滑動(dòng)習(xí)性等定性和定量資料，并配合歷史和現(xiàn)今地震活動(dòng)性分析、地殼動(dòng)力學(xué)分析，綜合評(píng)價(jià)未來較長時(shí)期內(nèi)目標(biāo)斷層的地震危險(xiǎn)性，劃分具有發(fā)生破壞性地震的斷層段，估計(jì)惠州斷層段的潛在地震最大震級(jí)以及在未來有限時(shí)期內(nèi)的發(fā)震概率。

3.1 惠州斷層活動(dòng)性分析

根據(jù)前期研究結(jié)果（圖5），鉆探驗(yàn)證該剖面揭露基巖上部粘土層厚度穩(wěn)定，其底界埋深約8 m。底部細(xì)砂、中粗砂及卵石層厚度由山前向盆地微傾斜并逐漸增厚，下伏基巖面平整。鉆孔ZK1-3、ZK1-8 和ZK1-6 均鉆遇斷層破碎帶，揭示了斷層的準(zhǔn)確位置和上斷點(diǎn)埋深。上盤基巖地層是白堊紀(jì)紫紅色砂礫巖，下盤為泥盆紀(jì)灰黑色泥灰?guī)r（地層傾角約65°），二者之間即惠州斷層的主斷層。斷層上斷點(diǎn)位于ZK1-3 的位置，與由地震時(shí)間剖面解釋的斷層位置基本吻合，上斷點(diǎn)埋深約 22 m，未錯(cuò)斷第四系。在野外鉆進(jìn)時(shí)，密切關(guān)注鄰孔同層位沉積特征、上下層面埋深與高程的微小變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)均無明顯差異。分層厚度的變化為河流相沉積相變的結(jié)果。

圖5 ZK1 鉆孔聯(lián)合剖面Fig.5 The joint drilling profile of the ZK1

由圖5 可以看出，鉆孔 ZK1-3、ZK1-8、ZK1-6 分別鉆遇斷層破碎帶，揭示斷層傾向盆地一側(cè)，視傾角 40°。破碎帶厚度近 3 m，由斷層角礫巖構(gòu)成，角礫大小不等，為棱角狀，成分為黑色泥灰?guī)r或紅色砂礫巖（D3/K2），固結(jié)。下盤地層為泥盆紀(jì)上統(tǒng)天子嶺組泥灰?guī)r，層面傾角約 65°，下盤是白堊系上統(tǒng)湞水組紫紅色砂礫巖，層面產(chǎn)狀平緩。原始地層效應(yīng)顯示正斷層。剖面所揭示的上覆第四系底界平整無起伏，即第四紀(jì)地層沒有受到斷層的切錯(cuò)或擾動(dòng)，說明第四紀(jì)地層形成以來[經(jīng)光釋光測年＞（103.7±10.5）ka]，斷層沒有明顯的（傾滑）活動(dòng)。鉆孔揭示的斷層兩側(cè)同層位第四沉積物在相鄰鉆孔之間沒有落差，也沒有發(fā)現(xiàn)第四紀(jì)地層層序、分層厚度、埋藏深度、沉積結(jié)構(gòu)、沉積構(gòu)造、物質(zhì)組成或顏色的差異；也不存在下降盤細(xì)粒沉積層增多、增厚，上升盤同層位地層減薄或缺失的現(xiàn)象?？梢?，斷層在晚第四紀(jì)以來是不活動(dòng)的。

3.2 確定最大震級(jí)的構(gòu)造類比方法

最大震級(jí)反映的是斷層的最大發(fā)震能力，它是評(píng)價(jià)斷層活動(dòng)性的最重要參數(shù)之一，也是對(duì)斷層進(jìn)行地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的重要基礎(chǔ)。確定斷層最大震級(jí)的方法包括構(gòu)造類比法、歷史和現(xiàn)今地震活動(dòng)法、經(jīng)驗(yàn)關(guān)系法等。依對(duì)斷層研究程度的不同、資料種類和翔實(shí)程度的不同，所采用的方法也有所不同。

依據(jù)前期研究結(jié)果，目標(biāo)斷層——惠州斷層的最新活動(dòng)時(shí)間為中更新世，未錯(cuò)斷地表。因此，此類斷層無法采用斷層活動(dòng)性參數(shù)（如長度、位錯(cuò)等）與震級(jí)間的關(guān)系直接確定最大震級(jí)。據(jù)此，我們擬分別采用構(gòu)造類比（張鵬等，2019）和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的方法，綜合確定研究區(qū)目標(biāo)斷層的最大震級(jí)。

對(duì)于尚未記載到破壞性地震的斷層，其震級(jí)上限一般通過對(duì)該斷層地震構(gòu)造特點(diǎn)與區(qū)域內(nèi)或相鄰地區(qū)已記載到破壞性地震的斷層進(jìn)行詳細(xì)比較后確定。用于比較的條目很多，包括：新構(gòu)造活動(dòng)的程度和方式，活動(dòng)斷層的時(shí)代、規(guī)模、強(qiáng)度、方式、分段性，構(gòu)造應(yīng)力場，以及深部構(gòu)造和地球物理場特征等。如2004 年12 月26 日印度尼西亞蘇門答臘MW9.1 地震之后不久，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）將與其構(gòu)造條件類同的環(huán)太平洋俯沖帶的最大震級(jí)均定為MW9.0。7 年以后，2011 年3 月11 日在日本東北仙臺(tái)地區(qū)的俯沖帶上發(fā)生了MW9.0（當(dāng)時(shí)日本地震危險(xiǎn)圖中將該地區(qū)的最大震級(jí)定為MW8.3），這證明了構(gòu)造類比方法的有效性。

在我國，湯東斷裂新鄉(xiāng)段未發(fā)生過破壞性地震，但其構(gòu)造條件與磁縣斷裂類同，因而將其最大震級(jí)定為7.5 級(jí)。在有古地震遺跡的地區(qū)，其最大震級(jí)可以根據(jù)已經(jīng)確定的古地震最大震級(jí)來確定。如阿爾金斷裂帶的索爾庫里段，該處古地震造成的地表破裂長度超過200 km，推斷古地震震級(jí)可能達(dá)到1 級(jí)，因此將阿爾金斷裂帶索爾庫里段的最大震級(jí)定為8.5 級(jí)。內(nèi)蒙古大青山斷裂帶的土默特右旗段，目前雖未記錄到破壞性地震，但有多次古地震的遺跡，推測1849 年震級(jí)為71/2級(jí)地震也發(fā)生在此處，因此，將該斷裂段的最大震級(jí)定為8 級(jí)。

本文研究區(qū)位于揚(yáng)子克拉通和華南陸塊的東南部被動(dòng)大陸邊緣。揚(yáng)子克拉通和華南陸塊屬于穩(wěn)定的大陸地區(qū)（SCR），地震活動(dòng)性相對(duì)微弱。22 個(gè)GPS 觀測站的資料表明，整個(gè)華南地塊內(nèi)部變形微弱，不存在明顯的速率深度梯度帶，僅作為一個(gè)整體向NE102°方向運(yùn)動(dòng)。

區(qū)域地球動(dòng)力學(xué)背景特征的分析表明，惠州斷層所在區(qū)域內(nèi)塊體運(yùn)動(dòng)主要受西北側(cè)川滇地塊SEE 向推擠的影響，東側(cè)又有菲律賓海板塊NW 向擠壓，使得南邊南海擴(kuò)張終止，這對(duì)區(qū)域內(nèi)SEE—NWW 向構(gòu)造應(yīng)力場的形成可能存在一定影響，但總體上影響較弱。區(qū)域內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要以垂直差異性活動(dòng)為主，沒有明顯的水平運(yùn)動(dòng)，區(qū)域地震活動(dòng)一般以MS6.5 左右中強(qiáng)地震為主。

研究區(qū)在華南沿海歷史破壞性地震震中分布圖中的位置顯示（圖6），大的區(qū)域上地震活動(dòng)在強(qiáng)度及頻次上總體表現(xiàn)為東部強(qiáng)、西部弱；自東南向西北，地震活動(dòng)從沿海地區(qū)向內(nèi)陸逐漸減弱。在華南的東部，粵東北、閩西南沿海及臺(tái)灣是強(qiáng)震多發(fā)區(qū)，華南絕大多數(shù)7 級(jí)以上強(qiáng)震發(fā)生在此區(qū)；另一個(gè)曾發(fā)生7 級(jí)以上強(qiáng)震的地區(qū)是瓊北，但數(shù)量比臺(tái)灣海峽兩側(cè)少得多，只有1605 年海南瓊山71/2級(jí)地震?；葜輸鄬游挥谌A南珠江三角洲附近，距臺(tái)灣強(qiáng)震多發(fā)區(qū)約180 km 以上，惠州斷層的地震活動(dòng)已不受該臺(tái)灣強(qiáng)震多發(fā)區(qū)的影響。而本文研究區(qū)距瓊北更遠(yuǎn)，距離大于300 km。

圖6 研究區(qū)在華南沿海歷史破壞性地震震中分布圖中的位置紅色方塊為研究區(qū)Fig.6 Location of the target area in the regional seismic environment

惠州斷層位于華南沿海內(nèi)帶地震構(gòu)造區(qū)，與華南沿海外帶地震構(gòu)造區(qū)相比，該區(qū)地震活動(dòng)明顯較弱，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要為整體掀斜隆升。按震級(jí)分檔華南地震震中分布圖（圖7）顯示，隨震級(jí)檔升高，惠州斷層周邊無相應(yīng)震級(jí)地震的空白區(qū)逐漸擴(kuò)大，即隨地震震級(jí)升高已往歷史地震震中距研究區(qū)有逐漸變遠(yuǎn)的趨勢。研究區(qū)內(nèi)記錄到的地震最大震級(jí)＜5.0，6 級(jí)以上地震均發(fā)生在研究區(qū)之外；6.5 級(jí)以上地震發(fā)生在距研究區(qū)200 km之外；而最近的7 級(jí)以上地震則發(fā)生在距研究區(qū)290 km 處。綜上所述，研究區(qū)惠州斷層的區(qū)域范圍對(duì)比最大震級(jí)應(yīng)不大于6 級(jí)。根據(jù)以上特征，將活動(dòng)性較強(qiáng)的梅隴斷裂梅隴盆地段確定為惠州斷層的發(fā)震構(gòu)造，最大潛在地震震級(jí)確定為6.0 級(jí)。

3.3 最大震級(jí)確定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系方法

依據(jù)惠州斷層的前期研究結(jié)果可知，其最新活動(dòng)時(shí)代屬中更新世。研究表明，非全新世活動(dòng)斷層的一個(gè)重要特征是，即使發(fā)生中等—中強(qiáng)地震，沿地表斷層跡線也不會(huì)發(fā)生地震破裂和同震錯(cuò)動(dòng)。因此，這類斷層的地震最大強(qiáng)度與斷層的延伸長度、地震時(shí)沿地表斷層的位移量無關(guān)，但可以由地震強(qiáng)度—地表位移的下限值進(jìn)行估計(jì)。

圖7 華南地區(qū)地震震中按震級(jí)分檔后的分布（a）5.5 級(jí)及以上；（b）6.0 級(jí)及以上；（c）6.5 級(jí)及以上；（d）7.0 級(jí)及以上Fig.7 Epicenter distribution of earthquakes in South China

日本地震學(xué)家入倉次郎等（2000）系統(tǒng)總結(jié)了全球范圍現(xiàn)代地震矩（M0）與地震時(shí)地表斷層同震位移D 間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。根據(jù)這一關(guān)系，伴有地表斷層位錯(cuò)的最小地震矩為M0=3.162×1024dyn·cm。由關(guān)系式

可估計(jì)出相應(yīng)的矩震級(jí)為 MW＝5.6。對(duì)于 4.5 ＜MW＜6.0 地震的研究表明（李瑩甄等，2014），在該震級(jí)段時(shí)中國大陸面波震級(jí) MS≈ MW。由此可以得到惠州斷層中國大陸最大面波震級(jí) MS=5.6。這一結(jié)果表明，在統(tǒng)計(jì)意義上，華南地區(qū)震級(jí)小于 MW5.6 或 MS5.6地震的發(fā)生不可能伴有地表斷層的同震錯(cuò)動(dòng)。

綜上所述，將全球構(gòu)造、區(qū)域構(gòu)造、地震活動(dòng)性等方面類比結(jié)果及由入倉—三宅經(jīng)驗(yàn)關(guān)系方法對(duì)惠州斷層所得結(jié)果列于表1 。由表1 可見，全球范圍克拉通（SCR）內(nèi)部構(gòu)造類比的結(jié)果中 最大震級(jí)為MS6.6—7.2；斷層活動(dòng)性構(gòu)造類比結(jié)果最大震級(jí)小于MS6.0與區(qū)域范圍地震環(huán)境構(gòu)造類比結(jié)果最大震級(jí)小于MS6.5 基本一致，由入倉—三宅經(jīng)驗(yàn)關(guān)系所得最大震級(jí)最小，為5.6。

表1 由構(gòu)造類比和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系對(duì)惠州斷層最大震級(jí)的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 1 Comprehensive evaluation results by the structural analogy and empirical relationship for the maximum magnitude of the target fault

顯然，全球范圍克拉通（SCR）內(nèi)部構(gòu)造類比的結(jié)果最大震級(jí)MS6.6—7.2 和區(qū)域范圍構(gòu)造類比的結(jié)果最大震級(jí)＜MS6.5 均為概率極小的事件。由于克拉通（SCR）內(nèi)部的地震活動(dòng)性極低，即使過于保守的最大震級(jí)也不會(huì)導(dǎo)致地震危險(xiǎn)性分析的結(jié)果——峰值加速度有較大的增加。因此不應(yīng)考慮過小的概率和過高最大震級(jí)地震事件的危害性。

綜上所述認(rèn)為，將中更新世的惠州斷層最大震級(jí)定為MS6.0 具有一定的保守性和合理性，是適宜的。

3.4 惠州斷層最大震級(jí)潛在地震發(fā)生概率評(píng)估

目前，可用于活動(dòng)斷層地震危險(xiǎn)性評(píng)計(jì)的概率模型較多，常用的有泊松模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、布朗過程時(shí)間模型及時(shí)間可預(yù)測模型等4 種。由于我國發(fā)生的地震具有較強(qiáng)的時(shí)空不均一性，因此，使用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀涩F(xiàn)代地震外推大地震的年發(fā)生率不盡合理。此外，本研究先前專題未給出惠州斷層的發(fā)生模式和復(fù)發(fā)間隔，布朗過程時(shí)間模型及時(shí)間可預(yù)測模型（通常為對(duì)數(shù)正態(tài)分布）在此無法應(yīng)用。因此，只考慮泊松模型

其中，fexp(t)為泊松模型的概率密度函數(shù)；λ 為年平均發(fā)生率，。

進(jìn)行活動(dòng)斷層危險(xiǎn)性分析所需的活動(dòng)性參數(shù)包括復(fù)發(fā)間隔、離逝時(shí)間和變異系數(shù)等。受資料和研究程度所限，本研究僅采用泊松模型，而該模型僅涉及復(fù)發(fā)間隔 μ 或年平均發(fā)生率 λ 這1 個(gè)活動(dòng)性參數(shù)。復(fù)發(fā)間隔（或重復(fù)周期）是指斷層帶上特征地震原地重復(fù)發(fā)生所需時(shí)間。確定斷層帶上大（強(qiáng)）地震原地重復(fù)周期有直接和間接2 種方法。直接方法是通過古地震的工作方法識(shí)別探槽中的古地震事件，以及通過測量這些古地震事件的年代直接獲取。間接方法則是通過計(jì)算同震位移和滑動(dòng)速率獲得，也可利用地震矩方法獲得。由于前期工作未給出惠州斷層最大震級(jí)MS6.0 的復(fù)發(fā)間隔。因此，本研究根據(jù)研究區(qū)及鄰區(qū)的歷史地震資料得到該復(fù)發(fā)間隔。

根據(jù)區(qū)域破壞性中強(qiáng)地震的情況（表2），將研究區(qū)MS6.0 左右地震完整記錄的起始時(shí)間定為1372 年是適宜的。由此，保守考慮得到研究區(qū)最大震級(jí)MS6.0 左右地震的復(fù)發(fā)間隔為647 a（2019—1372 年）。對(duì)惠州斷層地震的復(fù)發(fā)間隔進(jìn)行評(píng)價(jià)：假定研究區(qū)MS6.0 左右地震的發(fā)生符合泊松分布，即惠州斷層MS6.0 左右地震的發(fā)生率相同，那么在 90%置信水平下，惠州斷層MS6.0 左右地震的復(fù)發(fā)間隔為2 351 a。據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等，2015），惠州斷層所在的華南沿海地區(qū)b=0.87，根據(jù) G—R 關(guān)系推斷，惠州斷層MS6.0 左右地震的復(fù)發(fā)間隔為6 401 a。此處，綜合考慮惠州斷層僅為長度20 km 的小斷裂，對(duì)其取與近似走向的獅子洋斷裂斷層相同的MS6.0 左右地震復(fù)發(fā)間隔的評(píng)價(jià)結(jié)果2 351 a。

表2 區(qū)域破壞性中強(qiáng)地震Table 2 List of regional destructive moderate and strong earthquakes

綜合所述，本文給出的概率為條件概率，條件概率的定義為

其中，T 為離逝時(shí)間；ΔT 為預(yù)測時(shí)段；對(duì)于任何概率模型都有F(0)=1 和F(∞)=0。對(duì)于泊松模型，P=1-e-λt。由泊松模型及對(duì)惠州斷層MS6.0 左右地震復(fù)發(fā)間隔的評(píng)價(jià)結(jié)果（2 351 a），計(jì)算得到惠州斷層未來不同時(shí)段的最大潛在地震的發(fā)生概率（圖8）。

圖8 惠州斷層地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.8 Earthquake hazard evaluation diagram of the Huizhou fault

4 結(jié)論

（1）總體上惠州斷層北部新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以隆升為主，間歇性發(fā)生升降運(yùn)動(dòng)，局部地震頻繁，老斷層復(fù)活。研究區(qū)南部新構(gòu)造時(shí)期斷塊差異活動(dòng)顯著，區(qū)域性斷裂新活動(dòng)較強(qiáng)，中等強(qiáng)度地震活躍。

（2）惠州斷層現(xiàn)今垂直形變明顯受區(qū)域活動(dòng)構(gòu)造控制，垂直形變幅度相對(duì)較小，無明顯的高速度梯度帶；地殼水平運(yùn)動(dòng)速率較小，平均為7.4 mm/a，與華南地塊運(yùn)動(dòng)方向和大小基本一致，內(nèi)部無明顯的運(yùn)動(dòng)速率階躍帶和分區(qū)現(xiàn)象，屬整體性運(yùn)動(dòng)地塊，塊體內(nèi)部穩(wěn)定性較好。

（3）對(duì)惠州斷層運(yùn)用構(gòu)造類比和經(jīng)驗(yàn)關(guān)系的方法，最后綜合確定研究區(qū)惠州斷層的最大震級(jí)MS=6.0，復(fù)發(fā)間隔為2 351 a。本文將斷層活動(dòng)時(shí)代、斷層控震能力以及通過構(gòu)造類比法與地震震級(jí)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系的研究成果多種方法相結(jié)合，提出定性與定量相結(jié)合判定惠州斷層的最大震級(jí)和復(fù)發(fā)間隔。研究結(jié)果對(duì)惠州市及鄰地中長期地震預(yù)報(bào)和潛在震源區(qū)判定，以及惠州市城區(qū)地震小區(qū)劃、震害預(yù)測和斷層危害性評(píng)價(jià)等具有一定的理論、實(shí)際意義。

感謝廣東省工程防震研究院盧幫華研究員、中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司李林元高級(jí)工程師提供技術(shù)指導(dǎo)。