广州市主要断层的危险性评价

第 4 卷 第 期 2009 年 3 月 震 灾 防 御 技 术 Technology for Earthquake Disaster Prevention Vol. 4, No. Mar., 2009 周 庆, 冉 洪 流, 吴 业 彪, 陈 连 旺, 李 红,2009. 广 州 市 主 要 断 层 的 危 险 性 评 价. 震 灾 防 御 技 术,4():58 68. 广 州 市 主 要 断 层 的 危 险 性 评 价 周 庆 ) 冉 洪 流 ) 吴 业 彪 2) 陈 连 旺 ) 中 国 地 震 局 地 质 研 究 所, 北 京 00029 2) 广 东 省 地 震 局, 广 州 50070 3) 中 国 地 震 局 地 壳 应 力 研 究 所, 北 京 00085 4) 北 京 市 地 震 局, 北 京 00080 3) 李 红 4) 摘 要 本 文 在 鉴 定 广 州 - 从 化 断 裂 瘦 狗 岭 断 裂 和 珠 江 口 断 裂 活 动 性 的 基 础 上, 通 过 分 析 区 域 地 球 动 力 学 环 境 地 震 活 动 性 及 历 史 地 震 资 料 等, 估 计 了 上 述 3 条 主 要 断 层 未 来 可 能 发 生 的 最 大 地 震 震 级 为 6.0 M<6.5 同 时, 根 据 断 层 活 动 的 三 维 有 限 元 数 值 模 拟 区 域 中 强 地 震 发 生 与 断 裂 的 关 系 以 及 目 标 区 现 代 小 震 活 动 分 布 特 点, 判 断 出 未 来 最 大 地 震 的 发 震 部 位, 即 最 易 发 生 地 震 的 地 区 为 广 州 - 从 化 断 裂 与 瘦 狗 岭 断 裂 的 交 汇 区 关 键 词 : 断 层 危 险 性 评 价 广 州 - 从 化 断 裂 瘦 狗 岭 断 裂 珠 江 口 断 裂 三 维 有 限 元 模 型 引 言 广 州 市 位 于 珠 江 三 角 洲 北 部, 据 史 料 记 载 广 州 市 区 及 相 邻 地 区 历 史 上 只 发 生 过 4 3 / 4 5 级 地 震 在 广 州 市 进 行 的 活 断 层 探 测 工 作 中 2, 确 定 的 研 究 区 范 围 为 : 北 纬 23 00 5 3 8 6, 东 经 3 09 35 3 33 03, 面 积 约 326km 2, 它 包 括 广 州 市 区 和 周 边 的 佛 山 增 城 以 及 东 莞 的 一 小 部 分 ( 以 下 将 这 一 研 究 区 域 简 称 为 广 州 目 标 区 ) 此 次 活 断 层 探 测 揭 示 的 3 条 主 要 断 裂 为 : 北 东 向 广 州 - 从 化 断 裂 近 东 西 向 瘦 狗 岭 断 裂 北 西 向 珠 江 口 断 裂, 这 3 条 断 裂 的 活 动 时 代 均 为 第 四 纪 早 期 合 理 评 价 这 3 条 断 裂 的 最 大 发 震 能 力, 从 而 确 定 在 其 上 发 生 最 大 地 震 的 可 能 震 级, 以 及 判 断 出 最 有 可 能 发 生 最 大 地 震 的 断 层 段, 对 于 广 州 城 市 规 划 与 建 设 重 大 工 程 场 地 的 选 址 等 基 础 设 施 的 抗 震 设 防 都 具 有 重 要 的 现 实 意 义 广 州 及 外 围 邻 区 历 史 地 震 活 动. 区 域 地 震 活 动 背 景 东 南 沿 海 地 震 活 动 的 一 个 重 要 特 征 是, 地 震 强 度 与 频 度 从 沿 海 到 内 陆 ( 由 东 南 向 西 北 ) 逐 渐 减 弱 在 地 震 区 ( 带 ) 划 分 图 上, 依 据 地 震 活 动 的 强 弱 及 断 裂 活 动 性 等, 将 东 南 沿 海 地 基 金 项 目 中 国 地 震 区 划 图 编 制 项 目 (2007-200) 中 国 地 震 活 断 层 探 测 技 术 系 统 项 目 (-4-9-) 共 同 资 助 2 广 东 省 地 震 局, 广 州 市 地 震 办 公 室,2007. 广 州 市 活 断 层 探 测 与 地 震 危 险 性 评 价 初 查 与 目 标 区 主 要 活 断 层 鉴 定 ( 内 部 报 告 ). [ 收 稿 日 期 ] 2008-07-6 [ 作 者 简 介 ] 周 庆, 男, 生 于 963 年 984 年 毕 业 于 北 京 大 学 地 质 系,200 年 在 中 国 地 震 局 地 质 研 究 所 获 得 博 士 学 位, 副 研 究 员 主 要 从 事 地 震 活 动 性 地 震 危 险 性 和 地 震 灾 害 等 研 究 E-mail: zqcsb@63.com

期 周 庆 等 : 广 州 市 主 要 断 层 的 危 险 性 评 价 59 震 带 划 分 为 外 带 与 内 带 ( 国 家 地 震 局,996)( 图 ) 自 有 史 料 记 载 以 来, 外 带 曾 记 载 4.7 级 以 上 地 震 65 次, 其 中 :5.0 5.9 级 地 震 30 次 6.0 6.9 级 地 震 7 次 7.0 7.9 级 地 震 4 次, 最 大 地 震 为 604 年 福 建 泉 州 海 外 7 / 2 级 地 震 及 605 年 海 南 琼 山 7 / 2 级 地 震 ; 内 带 曾 记 载 4.7 级 以 上 地 震 74 次, 其 中 :5.0 5.9 级 地 震 34 次 6.0 6.9 级 地 震 8 次, 最 大 地 震 为 936 年 广 西 灵 山 6 错 误! 未 定 义 书 签 3 / 4 级 地 震 广 州 目 标 区 位 于 东 南 沿 海 地 震 带 内 带 的 中 部 ( 偏 西 一 侧 ), 与 发 生 强 震 的 外 带 最 近 距 离 约 40km( 图 ) ( 三 角 形 阴 影 区 为 台 湾 动 力 触 角 影 响 区 范 围, 虚 线 矩 形 为 广 州 ) Ⅰ. 东 南 沿 海 地 震 带 外 带 ; Ⅱ. 东 南 沿 海 地 震 带 内 带 ; Ⅲ. 右 江 地 震 带 ; Ⅳ. 雪 峰 - 武 夷 地 震 带 图 华 南 地 区 历 史 破 坏 性 地 震 震 中 与 地 震 带 分 布 图 Fig. Map of earthquake epicenters and seismic belts in the Southern China.2 广 州 目 标 区 及 邻 区 的 历 史 地 震 活 动 以 广 州 目 标 区 为 中 心, 由 内 向 外 统 计 不 同 距 离 处 地 震 的 发 生 次 数, 表 为 统 计 的 结 果 破 坏 性 地 震 活 动 由 内 向 外 有 逐 渐 增 强 的 趋 势, 伴 随 着 地 震 次 数 的 增 多, 最 大 地 震 震 级 从 4 3 / 4 级 增 大 为 6.0 级 6. 级 在 广 州 市 及 邻 区, 破 坏 性 地 震 的 分 布 是 不 均 匀 的, 由 图 可 判 断 出 : 距 广 州 目 标 区 00km 之 内 的 地 震 大 多 发 生 在 广 州 目 标 区 西 南 ; 而 在 距 广 州 目 标 区 00 200km 的 环 形 区 内, 则 包 括 了 广 州 目 标 区 东 部 的 河 源 海 丰 汕 尾 等 地 发 生 的 各 次 地 震 从 广 州 目 标 区 向 外 延 伸 300km 的 范 围 内, 地 震 活 动 分 布 不 均 : 北 部 为 弱 震 活 动 区 ; 西 部 与 南 部 为 中 强 震 活 动 区 ; 东 部 的 河 源 曾 发 生 过 6. 级 地 震 总 体 而 言, 广 州 目 标 区 及 外 围 00km

60 震 灾 防 御 技 术 4 卷 之 内, 未 有 M 6.0 级 地 震 的 记 载 ; 距 广 州 目 标 区 300km 之 内, 除 个 别 地 点 曾 发 生 过 6.0 6.4 级 地 震 之 外, 多 数 为 6.0 级 以 下 的 中 强 地 震 表 广 州 目 标 区 及 周 边 历 史 破 坏 性 地 震 统 计 (M 4.7) Table The results of strong earthquakes in Guangzhou area (M 4.7) with statistical analysis 震 级 统 计 范 围 4.7 4.9 5.0 5.9 6.0 6.9 7.0 7.9 最 大 地 震 震 级 目 标 区 2 4 3 / 4 级 (372 年 95 年 广 州 ) 外 延 50km 3 5 级 (683 年 南 海 824 年 广 州 西 南 936 年 中 山 ) 外 延 5 00km 3 2 5 级 (584 年 肇 庆 ) 外 延 0 50km 6 5 6. 级 (962 年 河 源 ) 外 延 5 200km 6 4 6 级 (9 年 海 丰 外 海 域 ) 外 延 20 300km 0 9 3 6.4 级 (969 年 阳 江 ) 2 广 州 目 标 区 断 裂 活 动 性 华 南 第 四 纪 断 裂 比 较 发 育, 主 要 是 先 存 断 裂 的 复 活, 按 其 走 向 可 分 为 北 东 - 北 东 东 向 北 西 向 和 近 东 西 向 3 组 ( 张 虎 男 等,990) 北 东 向 断 裂 是 华 南 最 具 规 模 的 断 裂, 遍 布 全 区, 延 伸 长 度 常 在 数 百 公 里 以 上, 分 别 生 成 于 海 西 期 印 支 期 燕 山 期, 普 遍 强 烈 活 动 于 燕 山 期, 沿 断 裂 分 布 有 中 新 生 代 断 陷 盆 地 断 裂 控 制 着 大 型 山 脉 水 系 的 发 育 和 花 岗 岩 的 侵 入, 断 裂 的 动 热 变 质 现 象 显 著, 沿 断 裂 有 基 性 岩 体 和 温 泉 出 露, 属 于 切 割 较 深 的 断 裂 带 北 西 向 断 裂 主 要 分 布 于 沿 海 地 区, 这 些 断 裂 规 模 较 小, 延 伸 一 般 在 00 200km 以 内 断 裂 形 成 较 晚, 主 要 形 成 于 燕 山 晚 期 和 喜 山 期, 几 乎 切 截 了 所 有 北 东 向 和 东 西 向 断 裂, 断 裂 控 制 着 沿 海 水 系 的 发 育 沿 海 港 湾 的 形 成 和 发 展 东 西 向 断 裂 构 造 在 地 表 断 续 出 露, 延 伸 200 600km 物 探 测 深 资 料 显 示, 断 裂 向 深 部 延 伸 常 达 30km 以 上, 是 珠 三 角 地 区 深 部 构 造 的 主 要 骨 架 2 在 广 州 市 活 断 层 探 测 项 目 中, 对 经 过 市 区 的 3 条 主 要 断 层 : 北 东 向 广 州 - 从 化 断 裂 近 东 西 向 瘦 狗 岭 断 裂 和 北 西 向 珠 江 口 断 裂 ( 包 括 西 支 化 龙 断 裂 东 支 文 冲 断 裂 ) 进 行 了 断 裂 活 动 性 鉴 定 上 述 断 裂 部 分 在 地 表 出 露, 部 分 隐 伏 在 第 四 系 之 下 在 断 裂 活 动 性 鉴 定 工 作 中 3, 进 行 了 高 分 辨 率 大 比 例 尺 卫 星 遥 感 影 像 处 理, 对 断 裂 的 线 性 特 征 进 行 了 解 译, 并 结 合 前 人 的 研 究 成 果, 编 制 了 广 州 目 标 区 主 要 断 裂 分 布 图, 通 过 对 地 表 出 露 的 断 裂 段 开 展 野 外 地 震 地 质 调 查, 在 覆 盖 区 完 成 了 浅 层 地 震 反 射 探 测 和 跨 断 层 钻 孔 探 测 槽 探, 最 终 确 定 了 断 裂 的 空 间 位 置 和 第 四 纪 活 动 性 ( 图 2) 广 州 目 标 区 内 3 条 主 要 断 裂 最 新 活 动 时 代 为 中 更 新 世 中 期 或 晚 期 3 广 州 目 标 区 断 裂 发 震 能 力 评 价 3. 华 南 沿 海 强 震 的 动 力 来 源 台 湾 动 力 触 角 的 影 响 在 东 南 沿 海 地 区, 强 震 常 常 发 生 在 北 西 向 断 裂 控 制 的 新 生 代 盆 地 之 内, 如 潮 汕 盆 地 漳 汪 一 鹏, 黄 卿 团, 陈 伟 光 等,2000. 华 南 沿 海 ( 珠 江 三 角 洲 闽 东 南 等 ) 地 震 重 点 监 视 防 御 区 孕 震 ( 隐 伏 ) 活 动 构 造 的 定 量 研 究 与 强 震 危 险 性 评 估 ( 内 部 报 告 ). 2,3 广 东 省 地 震 局, 广 州 市 地 震 办 公 室,2007. 广 州 市 活 断 层 探 测 与 地 震 危 险 性 评 价 初 查 与 目 标 区 主 要 活 断 层 鉴 定 ( 内 部 报 告 ).

期 周 庆 等 : 广 州 市 主 要 断 层 的 危 险 性 评 价 6 州 盆 地 泉 州 盆 地 等 珠 江 三 角 洲 地 区 与 上 述 盆 地 的 构 造 格 局 相 似, 也 是 北 东 向 断 裂 与 北 西 向 断 裂 交 汇 区, 北 西 向 断 裂 控 制 了 盆 地 的 发 育 从 构 造 格 局 观 察, 珠 江 三 角 洲 地 区 也 应 是 强 震 多 发 区, 但 为 什 么 珠 江 三 角 洲 地 区 从 未 记 录 到 5 级 以 上 地 震? 甚 至 连 小 震 记 录 也 相 对 稀 少? 要 回 答 上 述 问 题, 不 妨 用 华 南 沿 海 强 震 的 动 力 来 源 台 湾 动 力 触 角 的 影 响 来 解 释 : 近 年 来, 利 用 GPS 测 量 观 测 到 台 湾 中 - 南 部 中 央 山 脉 以 东 速 度 矢 量 指 向 北 西 及 东 西 向, 且 速 度 高 达 60 mm/a 70mm/a, 反 映 出 菲 律 宾 板 块 向 西 或 北 西 西 方 向 的 推 挤 与 之 相 对 应 的 是 台 湾 构 造 结, 为 菲 律 宾 板 块 西 北 边 界, 即 通 常 所 说 的 台 湾 动 力 触 角 ( 朱 金 芳 等, 2005) 台 湾 动 力 触 角 的 存 在 从 动 力 学 上 解 释 了 为 什 么 在 闽 南 粤 东 沿 海 及 台 湾 是 强 震 多 发 区, 且 华 南 大 部 分 7 级 以 上 强 震 都 发 生 在 此 区, 并 从 沿 海 向 内 陆 地 震 活 动 迅 速 减 弱 这 一 事 实 而 同 样 的 原 因, 我 们 也 可 以 用 台 湾 动 力 触 角 来 解 释 广 州 目 标 区 从 未 记 录 到 5 级 以 上 强 震 的 原 因 : 由 于 位 于 东 南 沿 海 地 震 带 内 带 的 中 心 部 位, 距 台 湾 动 力 触 角 影 响 区 在 230km 之 外, 该 区 的 地 震 活 动 已 基 本 不 受 台 湾 动 力 触 角 的 影 响 ( 图 ) 没 有 了 大 的 应 力 来 源, 所 以 在 珠 江 三 角 洲 地 区 强 震 发 生 的 可 能 性 大 大 减 少 3.2 广 州 目 标 区 发 震 能 力 估 计 3.2. 宏 观 判 断 由 构 造 背 景 与 历 史 地 震 活 动 估 计 珠 江 口 盆 地 所 在 的 大 陆 架 地 区, 新 近 纪 以 来 的 构 造 活 动 具 有 西 弱 东 强 北 弱 南 强 的 特 点 广 州 目 标 区 地 处 珠 江 三 角 洲 盆 地 西 北 部, 构 造 活 动 与 沿 海 比 较 相 对 较 弱, 地 震 地 质 调 查 表 明 : 广 州 目 标 区 内 3 条 主 要 断 裂 最 新 活 动 时 代 为 中 更 新 世 中 期 或 晚 期 有 史 料 记 载 以 来, 广 州 目 标 区 内 只 记 录 到 2 次 4 3 / 4 级 地 震, 分 别 发 生 于 372 年 和 95 年 ; 目 标 区 及 其 外 围 00km 之 内, 未 记 载 到 M 6.0 级 地 震 ( 表 );970 年 以 来, 目 标 区 内 也 只 记 录 到 8 次 M L 3 级 以 下 小 震, 最 大 震 级 也 只 有 M L 2.7 级 广 州 目 标 区 位 于 东 南 沿 海 地 震 带 内 带 的 中 心 部 位, 距 台 湾 动 力 触 角 影 响 区 在 230km 之 外, 该 区 的 地 震 活 动 已 不 受 该 动 力 触 角 的 影 响 因 此, 从 地 球 动 力 学 环 境 目 标 区 内 断 裂 的 活 动 时 代 目 标 区 及 外 围 历 史 地 震 活 动 等 综 合 判 断, 在 广 州 目 标 区 发 生 M 6.5 级 地 震 的 可 能 性 不 大 3.2.2 早 第 四 纪 断 裂 潜 在 地 震 的 最 大 震 级 评 估 由 经 验 关 系 估 计 根 据 闻 学 泽 (2005) 的 研 究, 包 括 北 东 向 广 州 - 从 化 断 裂 近 东 西 向 瘦 狗 岭 断 裂 和 北 西 向 珠 江 口 断 裂 等 在 内 的 非 全 新 世 活 动 断 层 的 一 个 重 要 特 征 是 : 即 使 发 生 中 等 - 中 强 地 震, 沿 地 表 断 层 迹 线 也 不 会 发 生 地 震 破 裂 和 同 震 错 动 因 此, 这 类 断 层 ( 段 ) 的 最 大 地 震 强 度 与 断 层 的 延 伸 长 度 地 震 时 沿 地 表 断 层 的 位 移 量 无 关, 但 可 以 由 地 震 强 度 - 地 表 位 移 的 下 限 值 进 行 估 计 日 本 地 震 学 家 入 倉 次 郎 等 (2000) 系 统 总 结 了 全 球 范 围 现 代 地 震 矩 (M 0 ) 与 地 震 时 地 表 断 层 同 震 位 移 D 的 经 验 关 系 ( 图 3) 广 东 省 地 震 局, 广 州 市 地 震 办 公 室,2007. 广 州 市 活 断 层 探 测 与 地 震 危 险 性 评 价 初 查 与 目 标 区 主 要 活 断 层 鉴 定 ( 内 部 报 告 ).

62 震 灾 防 御 技 术 4 卷 图 2 广 州 目 标 区 主 要 断 裂 分 布 图 ( 据 广 东 省 地 震 局 等,2007) Fig.2 Map of distribution of major faults in Guangzhou target area

期 周 庆 等 : 广 州 市 主 要 断 层 的 危 险 性 评 价 63 从 图 3 可 看 到, 大 量 伴 有 明 显 地 表 同 震 位 错 的 地 震 的 地 震 矩 均 大 于.585 0 25 (dyne cm); 而 地 震 矩 在 3.62 0 24.585 0 25 (dyne cm) 之 间 的 地 震, 即 使 在 地 表 产 生 位 错 也 不 超 过 25cm 考 虑 到 在 广 州 目 标 区, 地 表 流 水 侵 蚀 作 用 较 强 烈, 地 震 时 即 使 沿 上 述 目 标 断 层 的 地 表 迹 线 产 生 25cm 以 下 的 位 错, 也 不 易 保 存 和 积 累 下 来, 从 而 使 得 产 生 这 样 小 量 地 表 位 错 的 地 震 断 层, 可 能 在 宏 观 上 也 表 现 为 非 全 新 世 断 层 因 此 从 安 全 的 角 度 考 虑, 当 沿 这 些 目 标 断 层 发 生 中 强 地 震 时, 沿 它 们 的 地 表 断 层 迹 线 可 能 产 生 25cm 以 下 的 同 震 位 错 从 图 3 可 获 知, 它 们 的 最 大 地 震 矩 为.585 0 25 (dyne cm), 同 时 根 据 Hanks 等 (979) 给 出 的 关 系 式 : 以 及 地 震 矩 M 0 与 面 波 震 级 M S 的 经 验 公 式 : M W =(2/3)logM 0 (dyne cm)-0.7 () logm 0 = M S +9.2 (M S 6.4) (2) 可 估 计 出 它 们 相 应 的 震 级 为 M S 6.0 级 因 此, 由 入 倉 次 郎 等 (2000) 经 验 关 系 估 计 得 到 的 广 州 - 从 化 断 裂 瘦 狗 岭 断 裂 和 珠 江 口 断 裂 的 潜 在 地 震 最 大 震 级 估 值 为 M S 6.0 级 综 合 判 断, 广 州 目 标 区 未 来 最 大 地 震 震 级 为 6.0 M<6.5 级 图 3 由 入 倉 - 三 宅 经 验 关 系 预 测 主 要 断 层 最 大 地 震 矩 释 放 的 可 能 范 围 ( 经 验 关 系 引 自 入 倉 孝 次 郎 等 (2000)) Fig.3 Prediction of maximum seismic moment for major faults from the empirical relation analysis 4 广 州 目 标 区 发 震 部 位 初 步 判 断 在 东 南 沿 海 北 东 向 断 裂 往 往 是 主 要 发 震 构 造, 破 坏 性 地 震 常 常 发 生 在 北 东 向 断 裂 与 其 它 方 向 断 裂 的 相 交 之 处, 如 964 年 阳 江 6.4 级 地 震 广 州 目 标 区 内 地 质 构 造 相 对 复 杂, 存 在 北 东 北 西 及 近 东 西 三 个 方 向 的 断 裂 本 文 从 广 东 沿 海 地 区 地 震 活 动 与 断 裂 关 系 分 析, 以 及 目

64 震 灾 防 御 技 术 4 卷 标 区 断 裂 活 动 的 三 维 有 限 元 数 值 模 拟 两 个 完 全 不 同 的 角 度, 探 讨 了 确 定 目 标 区 最 有 可 能 的 发 震 部 位 4. 广 东 沿 海 地 区 地 震 活 动 与 断 裂 关 系 以 往 的 研 究 表 明, 我 国 华 南 地 区 的 地 震 活 动 多 集 中 在 沿 海 一 带, 自 有 史 料 记 载 以 来, 广 东 沿 海 6 级 以 上 地 震 发 生 的 地 区 有 4 处 : 南 澳 南 澎 列 岛 潮 汕 盆 地 河 源 附 近 阳 江 西 南 上 述 4 个 地 区 不 但 是 历 史 破 坏 性 地 震 的 活 动 区, 也 是 现 代 小 震 的 集 中 区 () 南 澳 南 澎 列 岛 600 年 南 澳 7 级 地 震 98 年 南 澳 7.3 级 地 震 以 及 2 次 6 / 2 6 3 / 4 级 余 震 均 发 生 在 北 东 向 滨 海 断 裂 带 ( 全 新 世 活 动 断 裂 ) 上, 该 断 裂 带 与 近 东 西 向 的 晚 更 新 世 活 动 的 南 澎 岛 外 断 裂 相 交 (2) 潮 汕 盆 地 067 年 潮 州 6 3 / 4 级 地 震 895 年 揭 阳 6 级 地 震 发 生 在 潮 汕 盆 地 内, 这 里 是 北 东 向 与 北 西 向 晚 更 新 世 以 来 活 动 断 裂 的 交 汇 区 (3) 河 源 附 近 发 生 在 河 源 附 近 的 地 震 集 中 成 群,953 年 至 989 年 曾 记 载 9 次 4.7 级 以 上 地 震, 最 大 地 震 震 级 达 6. 级 从 震 中 位 置 与 断 裂 分 布 分 析, 规 模 较 大 的 北 东 向 早 中 更 新 世 断 裂 邵 武 - 河 源 断 裂 有 可 能 是 发 震 构 造, 该 断 裂 与 一 条 东 西 向 前 第 四 纪 断 裂 相 交 (4) 阳 江 西 南 自 964 年 以 来, 这 里 曾 发 生 过 6.4 级 地 震 次,4.7 4.8 级 地 震 3 次 据 中 国 地 震 局 地 球 物 理 研 究 所 等 分 析, 阳 江 6.4 级 地 震 发 生 在 北 东 向 平 岗 断 裂 与 北 西 向 洋 边 海 断 裂 交 汇 区, 北 东 向 平 岗 断 裂 为 其 发 震 断 裂 综 上 所 述, 广 东 沿 海 6.0 级 以 上 地 震 的 发 生 与 北 东 向 断 裂 密 切 相 关, 地 震 往 往 发 生 在 北 东 向 断 裂 与 北 西 向 或 东 西 向 断 裂 相 交 汇 的 地 区 4.2 数 值 模 拟 分 析 4.2. 三 维 有 限 元 模 型 的 建 立 非 连 续 的 地 质 构 造 演 化 过 程 常 常 包 含 了 典 型 的 接 触 摩 擦 行 为 为 了 在 三 维 有 限 元 模 型 中 更 好 地 模 拟 断 裂 活 动, 采 用 接 触 摩 擦 分 析 理 论 处 理 断 裂 的 动 力 学 和 运 动 学 特 征, 建 立 一 个 更 接 近 实 际 的 断 裂 三 维 有 限 元 模 型 接 触 摩 擦 分 析 单 元 把 断 层 模 拟 为 一 个 间 断 面, 在 一 个 物 理 断 面 上, 相 对 于 断 层 的 上 下 盘 建 立 一 对 接 触 面, 接 触 面 之 间 遵 从 采 用 库 仑 滑 动 定 律 一 旦 断 层 面 上 剪 应 力 超 过 极 限 摩 擦 应 力, 则 断 层 两 盘 发 生 相 对 位 错, 断 层 进 入 活 动 状 态, 开 始 应 力 的 积 累 进 程 根 据 广 州 区 域 构 造 背 景 以 及 构 造 应 力 场 的 作 用 方 向, 确 定 了 广 州 主 要 断 层 的 几 何 模 型 为 了 避 免 有 限 元 模 型 的 边 界 效 应 对 于 模 拟 结 果 的 干 扰, 所 选 取 的 几 何 模 型 区 域 远 大 于 广 州 目 标 区 根 据 广 州 地 区 深 部 物 探 研 究 结 果 2, 模 型 中 3 条 断 层 的 几 何 参 数 见 表 2 中 国 地 震 局 地 球 物 理 研 究 所, 广 东 省 地 震 局,2005. 广 东 阳 江 核 电 站 厂 址 SL-2 级 设 计 基 准 地 面 运 动 参 数 复 核 及 确 定 ( 内 部 报 告 ). 2 广 东 省 地 震 局, 广 州 市 地 震 办 公 室,2007. 广 州 市 活 断 层 探 测 与 地 震 危 险 性 评 价 初 查 与 目 标 区 主 要 活 断 层 鉴 定 ( 内 部 报 告 ).

期 周 庆 等 : 广 州 市 主 要 断 层 的 危 险 性 评 价 65 Table 2 表 2 三 维 有 限 元 模 型 活 动 断 裂 几 何 参 数 Geometrical parameters for 3-D finite element model for major faults 断 层 走 向 倾 向 倾 角 深 度 广 州 - 从 化 断 裂 N56.5 E NWW 60 2 km 瘦 狗 岭 断 裂 珠 江 口 断 裂 西 段 N78 W SSW 60 2 km 东 段 N60 E SSE 55 2 km 西 支 N28 W NEE 65 约 4 km 东 支 N27.5 W NEE 65 约 4 km 在 几 何 模 型 的 基 础 上, 建 立 了 广 州 地 区 地 壳 ( 包 含 断 裂 ) 三 维 非 线 性 有 限 元 数 值 模 型, 并 采 用 了 以 下 模 拟 方 案 : 将 三 维 有 限 元 网 格 划 分 为 三 个 层 次 : 断 层 面 上 划 分 接 触 摩 擦 单 元, 断 层 附 近 区 域 划 分 较 密 的 三 维 实 体 网 格, 远 离 断 层 的 区 域 划 分 较 疏 的 三 维 实 体 网 格 ;2 有 限 元 模 型 在 纵 向 上 分 为 4 层, 分 别 对 应 上 地 壳 上 层 上 地 壳 下 层 中 地 壳 和 下 地 壳 ;3 在 三 维 有 限 元 模 型 中, 对 3 条 模 拟 断 层 采 用 接 触 摩 擦 分 析 单 元 通 过 采 用 上 述 模 拟 方 案, 最 终 建 立 了 包 含 摩 擦 接 触 单 元 的 4 条 6 段 目 标 断 裂 的 三 维 非 线 性 地 壳 有 限 元 模 型 ( 图 4) 有 限 元 模 型 共 有 单 元 57632 个, 节 点 0862 个 图 4 广 州 地 区 活 动 断 裂 三 维 有 限 元 模 型 Fig.4 3-D finite element model for major faults in Guangzhou city 4.2.2 三 维 非 线 性 有 限 元 模 型 的 边 界 条 件 结 合 地 震 震 源 机 制 解 等 震 线 资 料 地 应 力 测 量 深 井 岩 石 崩 落 形 变 场 和 构 造 分 析 等 多 种 方 法 进 行 综 合 分 析, 广 州 及 邻 近 地 区 区 域 背 景 构 造 应 力 场 具 有 如 下 特 征 : 最 大 主 压 应 力 走 向 为 北 东 4, 倾 角 2, 几 乎 水 平 ; 最 小 主 压 应 力 3 走 向 北 东 25, 倾 角 24 ; 中 等 主 压 应 力 2 倾 角 较 陡 R 值 偏 小 为 0.2, 表 明 2 和 接 近 或 3 和 相 差 较 大 根 据 以 上 研 究 成 果, 广 州 目 标 区 区 域 应 力 场 具 有 如 下 特 征 : 最 大 主 压 应 力 和 最 小 主 压 应 力 3 接 近 水 平, 中 等 主 压 应 力 σ 2 接 近 直 立 ( 蒋 维 强 等,992; 康 英 等,2005) 国 家 重 大 科 学 工 程 中 国 地 壳 运 动 观 测 网 络 999 2004 年 施 测 的 GPS 复 测 资 料 及 相 关 的

66 震 灾 防 御 技 术 4 卷 GPS 研 究 成 果 表 明, 华 南 块 体 内 部 存 在 比 较 一 致 的 南 东 向 运 动, 块 体 运 动 方 向 与 区 域 构 造 应 力 场 方 向 一 致 华 南 块 体 平 均 运 动 速 率 为 8.4mm/a, 在 块 体 南 部 ( 北 纬 23.5 以 南 ), 测 点 的 运 动 速 率 比 较 小, 平 均 为 7.4 mm/a( 张 静 华 等,2005; 王 敏 等,2003; 李 延 兴 等,2004) 综 合 区 域 背 景 构 造 应 力 场 和 GPS 观 测 成 果, 确 定 了 广 州 地 区 活 动 断 裂 有 限 元 模 型 的 边 界, 具 体 数 值 见 表 3 表 3 三 维 有 限 元 模 型 边 界 条 件 Table 3 Boundary conditions for 3-D finite element model 边 界 西 北 边 界 东 南 边 界 东 北 边 界 西 南 边 界 东 西 向 位 移 (mm/a) 7.67 6.76 南 北 向 位 移 (mm/a) 3.42 3.0 4.2.3 三 维 有 限 元 模 拟 结 果 从 模 拟 结 果 ( 表 4 图 5) 可 以 得 出 如 下 结 论 : 广 州 - 从 化 断 裂 活 动 方 式 表 现 为 压 性 逆 冲 运 动 ; 瘦 狗 岭 断 裂 为 右 旋 走 滑 ; 珠 江 口 断 裂 的 2 个 分 支 断 裂 均 表 现 为 以 左 旋 走 滑 为 主 其 中, 广 州 - 从 化 断 裂 的 断 裂 面 库 仑 破 裂 应 力 累 积 速 率 最 大 ; 珠 江 口 断 裂 应 力 累 积 速 率 最 低 ; 瘦 狗 岭 断 裂 居 中 ; 广 州 - 从 化 断 裂 的 应 力 累 积 速 率 远 远 大 于 其 它 断 裂 表 4 广 州 地 区 主 要 断 裂 数 值 模 拟 结 果 Table 4 Results of numerical simulation for major faults in Guangzhou city 活 动 断 裂 断 裂 面 接 触 状 态 活 动 方 式 断 裂 两 盘 垂 直 与 水 平 位 移 (0 2 mm/a) 之 比 断 裂 面 库 仑 破 裂 应 力 累 积 速 率 (bar/a) 广 州 - 从 化 断 裂 瘦 狗 岭 断 裂 南 段 闭 锁 压 性 4.65/0.24 9.4 0.0437 北 段 闭 锁 压 性 4.26/0.20 2.3 0.0428 西 段 闭 锁 右 旋 走 滑 0.8/.78 0. 0.0063 东 段 闭 锁 右 旋 走 滑 为 主 2.65/4.62 0.6 0.038 化 龙 断 裂 闭 锁 左 旋 走 滑 为 主 0.55/2.62 0.2 0.0059 文 冲 断 裂 闭 锁 左 旋 走 滑 为 主 0.70/2.55 0.3 0.0059 4.3 广 州 目 标 区 最 大 地 震 发 震 部 位 初 步 判 断 由 区 域 范 围 内 破 坏 性 地 震 多 发 生 在 北 东 向 断 裂 与 北 西 向 或 近 东 西 向 断 裂 相 交 处 目 标 区 内 现 代 小 震 活 动 多 发 生 于 北 东 向 广 州 - 从 化 断 裂 附 近, 以 及 三 维 有 限 元 的 模 拟 结 果 等, 可 以 初 步 判 定 目 标 区 最 有 可 能 发 生 地 震 的 地 区 是 北 东 向 广 州 - 从 化 断 裂 与 近 东 西 向 瘦 狗 岭 断 裂 的 交 汇 区 附 近, 且 在 广 州 - 从 化 断 裂 上 发 生 地 震 的 可 能 性 最 大 5 结 论 通 过 区 域 及 广 州 目 标 区 地 震 活 动 性 分 析 地 震 与 断 裂 相 关 性 分 析 和 三 维 有 限 元 数 值 模 拟, 获 得 了 对 广 州 目 标 区 内 3 条 主 要 断 层 最 大 地 震 发 震 能 力 及 发 震 部 位 的 初 步 评 价 本 文 认 为, 广 州 目 标 区 最 大 地 震 震 级 为 6.0 M<6.5, 北 东 向 广 州 - 从 化 断 裂 与 近 东 西 向 瘦 狗 岭 断 裂 的 交 汇 区 附 近 最 有 可 能 发 生 中 强 地 震, 且 在 广 州 - 从 化 断 裂 上 发 生 地 震 的 可 能 性 最 大

期 周 庆 等 : 广 州 市 主 要 断 层 的 危 险 性 评 价 67 图 5 广 州 地 区 主 要 断 裂 数 值 模 拟 结 果 ( 垂 直 位 移 和 水 平 位 移 数 值 ) Fig.5 Results of numerical simulation for major faults in Guangzhou city (vertical and horizontal displacement) 需 要 说 明 的 是, 考 虑 到 珠 江 三 角 洲 盆 地 总 体 新 构 造 运 动 水 平, 以 及 东 南 沿 海 地 区 类 似 北 西 向 断 裂 控 制 的 诸 多 盆 地 的 强 震 活 动 性, 不 能 忽 视 珠 江 口 盆 地 东 南 部 及 珠 江 口 外 发 生 7 级 以 上 强 震 的 危 险 性 参 考 文 献 国 家 地 震 局,996. 中 国 地 震 烈 度 区 划 图 (990) 概 论. 北 京 : 地 震 出 版 社,64 88. 蒋 维 强, 林 纪 曾, 赵 毅,992. 华 南 地 区 的 小 震 震 源 机 制 与 构 造 应 力 场. 中 国 地 震,8():36 42. 康 英, 杨 选, 吕 金 水 等,2005. 广 东 及 邻 区 地 震 的 震 源 机 制 特 征. 中 国 地 震,2(3):320 33. 李 延 兴, 李 智, 张 静 华 等,2004. 中 国 大 陆 及 周 边 地 区 的 水 平 应 变 场. 地 球 物 理 学 报,47(2):222 23. 王 敏, 沈 正 康, 牛 之 俊 等,2003. 现 今 中 国 大 陆 地 壳 运 动 与 活 动 块 体 模 型. 中 国 科 学 (D 辑 ),33( 增 刊 ):2 32. 闻 学 泽,2005. 福 州 盆 地 主 要 断 裂 的 地 震 危 险 性 评 价. 见 : 福 州 市 活 断 层 探 测 与 地 震 危 险 性 评 价. 北 京 : 科 学 出 版 社. 张 静 华, 李 延 兴, 郭 良 迁 等,2005. 华 南 块 体 的 现 今 构 造 运 动 与 内 部 形 变. 大 地 测 量 与 地 球 动 力 学,25(3): 57 62. 朱 金 芳, 徐 锡 伟, 黄 宗 林 等,2005. 福 州 市 活 断 层 探 测 与 地 震 危 险 性 评 价. 北 京 : 科 学 出 版 社. 张 虎 男, 陈 伟 光, 黄 坤 荣 等,990. 华 南 沿 海 新 构 造 运 动 与 地 质 环 境. 北 京 : 地 震 出 版 社. 入 倉 孝 次 郎, 三 宅 弘 恵,2000. M8 クラスの 大 地 震 の 断 層 パラメーター 一 断 層 長 さ, 幅, 変 位, 面 積 と 地 震 モーメントの 関 係. 京 都 大 学 防 災 研 究 所. Hanks T.C. and H. Kanamori, 979. A moment magnitude scale. J. Geophys. Res., 84: 2348 2350.

68 震 灾 防 御 技 术 4 卷 Seismic Hazard Assessment of Major Faults in Guangzhou City Zhou Qing ), Ran Hongliu ), Wu Yebiao 2), Chen Lianwang 3) and Li Hong 4) ) Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 00029, China 2) Earthquake Administration of Guangdong Province, Guangzhou 50070, China 3) Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 00085, China 4) Earthquake Administration of Beijing Municipality, Beijing 00080, China Abstract Based on the study of fault activity, regional geodynamics, seismic activity and historical earthquake records, potential earthquake risk with magnitude 6.0 M<6.5 has been evaluated in Guangzhou city. In order to determine the potential source where strong earthquakes will occur, we set up a 3-D finite element model, and analyze the relationship between strong earthquake and fault distribution and present-day seismicity. Stress accumulative rate on the surface of Guangzhou-Conghua fault, Shou-Gouling fault and Zhu-jiangkou fault are 0.0428-0.0437bar/a, 0.0063-0.038bar/a and 0.0059bar/a respectively. Our results suggest that the junction area where Guangzhou-Conghua fault meet Shou-Gouling fault is the place with the highest probability for occurrence of strong earthquake. Key words: Seismic hazard assessment; Guangzhou-Conghua fault; Shougouling fault; Zhujiangkou fault; 3-D finite element model