（地质工程专业论文）城市轨道交通工程场地地震安全性评价研究.pdf

中南大学硕士学位论文摘要 摘要 地震安全性评价涉及国民经济的可持续发展和人民生命财产安全。我国防 震减灾法规定：重大建设工程和可能发生严重次生灾害的建设工程，必须进行 地震安全性评价，并根据地震安全性评价的结果，确定抗震设防要求，进行抗震 设防。城市轨道交通工程属于受地震破坏后可能引发严重次生灾害的建设工程， 按照我国相关法规和条例，必须进行场地地震安全性评价。 本文结合长沙轨道交通2 号线一期工程具体特征，提出了场地地震安全性 评价的主要任务，针对所确定的主要工作任务，对区域和近场区地震构造环境研 究、区域及近场区地震活动性研究、场地工程地质条件勘测、地震危险性概率分 析、基岩地震动时程分析、场地地震动参数的确定及场地地震地质灾害评价等地 震安全性评价的相关方面进行了初步研究。 在大量的地震地质资料收集整理及系统的地震活动性分析工作的基础上，得 出该工程场地所处的区域范围和近场区范围内处于历史平均地震活动水 平，未来一百年内存在发生5 6 级地震的可能性，但发生6 级以上地震的 可能性较小；根据马尔科夫统计理论，预测未来l0 0 年工程场区内发生 m 。5 级地震的概率为0 3 4 ，发生m 。5 5 级地震的概率为o 3 9 ，发生 m 。6 级地震的概率为o o l8 9 。综合评价出工程场地地震构造环境整体性较 好，地震活动水平较低，工程地震条件较好，地震地质灾害的威胁不大， 适宜工程项目的建设。评价结论可为工程建设的可行性研究、规划设计以及制 定防震减灾对策提供科学的依据。 关键词：城市轨道交通工程、地震、安全性、评价 中南大学硕士学位论文 a b s 仃a c t a b s t r a c t e a i r t h q u a k es a f e t ye s t i m a t i o ni sr e l a t e dt 0b o t hs u s t a i na _ b l e d e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m ya n dp e o p i e sl i f ep r o p e r t ys a f e 批t h e “t h ee a r t h q u a k ep r e v e n t i o nd i s a s t e rr e d u c t i o nl a w ”r e g u l a t e st h a t ，i ti s n e c e s s a r vt od ot h ee a 九h q u a k er e s l s 乜m c ea c c o r d l n 2t ot 1 1 er e q u l r e m e n t a n dt h er e s u l t so ft h ee a r t h q u a k es a f e t ye s t i m a t i o nf o rt h el a r g ei m p o r t a i l t e n g i n e e r i n ga n dc o n s t m c t i o np r o je c t sw m c hm a yo c c u rs e v e r ed i s a s t e r t h eu r b a nr a i lt i a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n gi st h ec o n s t l l j c t i o np i o i e c t s w h i c hm a yo c c u rs e v e r ed i s a s t e r a c c o r d i n gt ot h ec o n e s p o n d i n gl a wa n d r e g u l a t i o n ，i ti sn e c e s s a wt od ot h ee a r t h q u a k es a f - e t ye s t i m a t i o n t h ep r e s e mp a p e rt a k e st h ef i r s te n g i n e e r i n gp h a s eo f2 群u r b a nr a i l t r a n s p o r t a t i o ne n 百n e e “n gi nc h a n g s h aa st h ee n g i n e e r i n gb a c k g r o u n d t h e m a i nc o n t e n t so ft h ee a r t h q u a k es a f e t ye s t i m a t i o ns t u d yf o r e n g i n e e r i n 2f i e l da r ep r o p o s e d a c c o r d i n 2t ot h em a i nc o n t e n t s ，t h e s t l j d i e sa 1 ed o n ef o rt h ef i e l da n dn e a rf i e l dr e g i o ne a r t h q u a k et e c t o n i c e n v i r o 啪e n t ，t h ef i e l da n dn e a rf i e l dr e 2 i o ne a r t h q u a k ec h a r a c t e r i s t i c ， n l e dg e o l o g i c a lc o n d i t i o n ，e a n b q u a k ed a n g e r o u sp r o b a b i l i t y jb e d r o c k e a r t h q u a k et i m eh i s t o r ya n a l y s i s ， f i l e de a n h q u a k e p a r a m e t e r s d e t e n n i n a t i o nm e t h o da n dt h ef i l e de a r t h q u a k ee s t i m a t i o nm e t h o d b a s e do nt h el a r g ea m o u n to fw o r k i n go nc o l l e c t i o nt h ee a r t h q u a k e g e o l o 西c a lm a t e r i a la n ds y s t e m a t i c a l l va n a l y s i s ，t h ec o n c l u s i o n sa r em a d e t h a c t h ef i e l da n dn e a rf i e l dr e 2 i o na r el o c a t e di nt h en o n n a le a r t h q u a k e o c c u l l r e n c ep l a c e ：i 1 1t h e 如t u r el0 0y e a r s ，i ti sp o s s i b l et oh a p p e n5 6 d e g r e eo fe a r t h q u a k e ，b u tt h ee a r t h q u a k ed e g r e el a r 2 e rt l l a n6i ss m a l l ； a c c o r d i n gt ot 圭1 em a u r k o vs t a t i s t i c a lt h e o r y ，i nt h ea l t u r e 1o ov e a r s ，t h e p r o b a b i l i t yf o rh 印p e n i n ge a n h q u a k el a 曙e rt h 锄5d e g r e ei so 3 4 ；t h e p r o b a b i l i 田f o rh a p p e n i n ge a r t h q u a k el a r g e rt h a n 5 5i s 0 3 9 ；m e p r o b a b i l i t yf o re a r t h q u a k el a 嚷e rt h a n6d e 甜e ei so o18 9 s of i n a l l y ，t h e c o m p r e h e n s i v ee s t i m a t i o ni sd o n es h o w i n 2t h a t t h ef i l ee a r n l q u a k e t e c t o n i ce n v i r o m e n ti sg o o d ，a n dp r o b a b i l i t yt oh a p p e nt h ee a i r t h q u a k ei s s m a l l t h ee a n h q u a k eg e o l o g i c a lc o n d i t i o ni sg o o d ，a n da v a i l a b l ef o r e n g i n e e r i n gc o n s t i u c t i o n t h ec o n c l u s i o n so fm ee s t i n l a t i o nc a ng i v e g u i d a n c ef o rt h ef e a s i b i l 时咖d y ，d e s i g n i n g ，a n de a n h q u a k ed e a l i n g m e t h o do fc o n s t n j c t i o ne n g i n e e r i n g k e y w o r d ：u r b a n r a i l t r a n s p o r t a t i o ne n 百n e e 血g ；e a r t h q u a l ( e ；s a f i e t y ； e s t i m a t i o n i i 中南大学硕士学位论文 绪论 1 1 前言 第一章绪论 地震是危及人民生命财产及破坏建筑设施的突发式自然灾害，大地震造成 的人员伤亡及建筑严重损坏等大规模次生灾害，给国家、人民造成了巨大的损 失。地震作用释放出的巨大能量不仅造成建筑物及设施的严重破坏，而且随着城 市现代化与经济的高速发展，次生灾害造成的损失也越来越大【l 巧】。世界上的多 次破坏性地震都集中发生在城市，如1 9 0 6 年美国旧金山大地震( m8 3 ) 、1 9 6 4 年美国阿拉斯加大地震( m 8 4 ) 、1 9 6 8 年日本十胜冲大地震( m 8 0 ) 、1 9 7 6 年中 国唐山大地震( m 7 8 ) 、1 9 8 9 年美国洛马普丽埃塔地震( m 7 0 ) 、1 9 9 4 年美国 诺斯雷奇地震( m 6 7 ) 、1 9 9 5 年日本阪神大地震( m 7 2 ) 、1 9 9 9 年中国台湾大地 震( m 7 3 ) 、2 0 0 1 年1 月印度古吉拉特邦大地震( m 7 6 ) 、2 0 0 8 年5 月1 2 日中 国四川汶川特大地震等。 我国是一个多地震国家，地处太平洋地震带和欧亚地震带两大地震带之间， 地震活动具有频度高、强度大、震源浅和分布广的特点，地震灾害影响很大。从 地震的分布来看，我国人口5 0 万以上的大中城市绝大多数位于地震基本烈度为 6 度及6 度以上的地区，半数以上的城市位于地震基本烈度为7 度及7 度以上的 地区，面临着地震的严重威胁1 6 j 。 随着城市建设的不断发展，城市规模不断扩大，人口也日益聚集和增多， 城市的交通成为制约城市全方位发展的“瓶颈”。道路面积的紧张促使人们对地下 空间这一重要资源进行开发，发展以地下铁道为骨干的大运量快速公共交通系统 己成为解决城市客运交通问题的一个十分有效的手段。从1 8 6 3 年英国建成世界 上第一条地下铁道起，距今己有一百多年。近年来地铁在我国得到迅速的发展。 已建有地铁( 或轨道交通) 或己开工建设地铁( 或轨道交通) 的城市有：北京、 上海、广州、天津、大连、深圳、南京、武汉、重庆、长春、长沙等等，正式提 出希望建设地铁( 或轨道交通) 的城市有：成都、杭州、沈阳、西安、哈尔滨、 青岛、苏州等。在长期的工程实践中，国内外地铁的设计理论和施工技术已越来 越完善，但刚开始修建地铁时抗震研究却没有引起足够的重视【7 。1 2 1 。主要原因是 地下工程大规模建设总体上起步较晚，在历次地震中虽有关于地下线性结构及小 型供水系统结构遭受地震破坏的报道，但关于地下铁道震害的报道则非常少见。 但这个现象从1 9 9 5 阪神大地震发生后得到改变。日本阪神大地震仅有2 0 几秒的 地面振动，却不仅使城市生命线工程( 地下给排水管道、天然气管道等) 遭到严 重破坏，地铁车站及区间隧道等大型地下结构也受到破坏，有的甚至遭受严重破 中南大学硕士学位论文 绪论 坏，其中大开站一半以上的中柱完全倒场，导致车站顶板坍塌和上覆土层大量沉 降，最大沉降量达2 5 米之多，其受害程度甚至超过了地面建筑物的破坏，造成 了极其严重的经济损失，给神户市的震后恢复重建工作带来严重影响。此后，各 国都加大了对地下结构抗震设计的研究力度，使地下结构抗震及地震安全性评价 研究出现前所未有的热潮，成为地震工程界重要的研究方向【1 3 2 0 】。 地震安全性评价工作是工程地震的一部分，以提供工程所需的峰值加速度、 设计反应谱等地震动参数为主要目的。工程建设场地的地震安全性评价工作是一 项重要性的预防性减灾措施。它的作用是为工程抗震确定合理的设防标准，使一 些重要的、特殊的、易产生次生灾害工程和生命线工程能经受预计地震的侵袭， 使新建工程的规划布局合理，避开不利地段，从而实现震时安全和投资合理。因 此，本文以长沙轨道交通2 号线一期工程为依托工程，对地震安全性评价的相关 方面进行初步研究，可为后续轨道工程建设的可行性研究、规划设计以及制定防 震减灾对策提供科学的依据，具有重要的现实和理论意义。 1 2 地震安全性评价研究现状 美国的抗震工作开展较早，是世界上在结构设计规范中写入抗震条款最早 的国家之一。它的抗震规范从二十世纪四十年代开始发展，更新较快，总体发 展趋势是条款越来越细化、具体，其中比较有代表性的规范是n e h r p 。与此同 时，欧洲也推出了抗震规范e u r o c o d e8 ，作为设计地震动输入的依据，其地震作 用通过反应谱来描述。欧洲e u r o c o d e8 采用单一的设防水准( 4 7 5 年重现期) ， 规定根据各地区不同的地震危险性将领土细分成地震区，按地震分区分别给出区 域系数、基本地震系数或有效峰值加速度值【2 1 1 。我国从1 9 5 9 年提出第一个抗震 设计规范草案以后，直到1 9 7 4 年才正式批准第一个抗震规范工业与民用建筑 抗震设计规范t j l l 7 4 出版。此后每过1 0 年左右进行一次新规范的修订，这就 是后来的1 9 8 9 规范及现在的2 0 0 1 规科2 2 伽。 近几年来，随着国家基础建设的开展，大规模重大工程包括核电站、液化 天然气管道、大坝、海洋石油平台等的建设得到了积极的展开。这类建筑不同于 一般工业与民用建筑的是：由于工程的重要性及破坏后果严重性，其设防地震动 参数必须要进行专门的研究。基于对重大工程设防地震动参数研究的需要，地震 安全性评价工作应运而生。 国家标准工程场地地震安全性评价( g b l 7 7 4 1 2 0 0 5 ) 指出【2 4 l ：工程场地 地震安全性评价是根据对建设工程场址和场址周围的地震与地震地质环境的调 查、场地地震工程地质条件的勘测，通过地震地质、地球物理、地震工程等多学 科资料的综合评价和分析计算，按照工程类型、性质、重要性，科学合理地给出 2 中南大学硕士学位论文 绪论 与工程抗震设防要求相应的地震动参数，以及场址的地震地质灾害预测结果。重 大工程的抗震设防贯穿工程的选址、设计、施工和竣工验收的全过程。各类重大 工程选址与抗震设防要求的确定、防震减灾的规划、社会经济发展等工作中都应 考虑地震问题，都涉及到工程场地地震安全性评价工作。 同时，中华人民共和国防震减灾法第十七条规定：重大建设工程和可能 发生严重次生灾害的建设工程，必须进行地震安全性评价；并根据地震安全性评 价的结果，确定抗震设防要求，进行抗震设防。 根据工程场地地震安全性评价( g b l 7 7 4 1 2 0 0 5 ) 规定，我国安评工作 的研究内容包括地震活动性研究，地震地质研究，地震危险性分析，人工合成地 震波，场地土层反应分析等内容。 地震活动性分析的内容包括确定地震活动性分析的统计区域及区域内的地 震活动性参数等内容。工程场地地震安全性评价( g b l 7 7 4 1 2 0 0 5 ) 规定：“区 域工作的重点是，在对区域范围内资料收集和整理的基础上，分析区域地震活动 特征和未来地震活动趋势，评价区域范围内地震发生的条件，判识区域范围内对 场地地震危险性有影响的发震构造，综合评价区域地震构造环境和地震活动水 平，为地震区带和潜在震源区划分、地震活动性参数确定、地震构造区划分与弥 散地震确定等提供依据。 确定衰减关系则是危险性分析的基础性工作，衰减关系及规律将直接影响危 险性分析的结果。由于我国缺乏足够的强震记录，因此通过现有的地震记录建立 的衰减关系将会不精确，对各区回归的结果也各不相同。因此，对于缺乏强震记 录的地区通过烈度转换法借用有强震记录地区的数据建立适合本区域的衰减关 系是一种行之有效的方法。 在得到区域内的地震动活动性参数及建立了区域内的衰减关系以后，需要对 区域进行地震危险性分析，地震危险性分析包括在统计区域内划分潜在震源，确 定各潜在震源的地震活动性参数，地震危险性分析概率计算等。 危险性分析的目的是得到场地基岩面的反应谱，由于该反应谱是和一定的超 越概率相联系的，所以常称为一致概率谱，得到了一致概率谱以后，以其作为目 标反应谱，确定时程包线函数，合成人工地震动，这样便得到了基岩处的反应谱 及人工合成地震动时程。然后通过场地工程地震研究，现场工程勘察，钻探，取 样进行实验室常规土工试验和土动力试验，现场波速测试得到场点相关的土层数 据文件，利用基岩处合成的人工地震波及反应谱进行土层反应研究，得到场地相 关反应谱，最终通过工程经验标定反应谱及确定设计地震动参数。 另一方面，工程建设场地安评必须进行地震地质灾害评价，工程场地地震 安全性评价( g b l 7 7 4 1 2 0 0 5 ) 规定：场地地动参数确定和地震地质灾害评价是 3 中南大学硕士学位论文绪论 工程场地地震安全性评价的目标，其结果作为建设工程抗震设防的依据”。场地 地震地质灾害是地震动或断层错动引起的可能影响场地上工程性能的场地失效。 因此，安评必须根据工程场地地质条件，确定工程场地地震地质灾害类型，评价 其影响程度。 经过工程建设场地安评工作几十年的发展，特别是近些年随着科技的进步及 大型工程建设的大规模开展，国内外的安评工作已取得了大量的理论研究成果和 工程实践经验1 2 5 3 川。其中胡幸贤通过改进c o m e l l 的危险性概率分析方法提出地 震分析方法的综合概率法以后，地震概率危险性分析的研究方法在理论上有了很 大的提高，为我国地震安全性评价工作的开展奠定了坚实的基础【3 0 】。胡幸贤教授 ( 1 9 9 4 ) 和霍俊荣教授( 1 9 8 9 ) 利用烈度转换法分别得到我国东部地区和我国华 南地区的基岩水平加速度反应谱衰减关系，石树中通过美国西部的强震记录结合 转换方法建立了上海市地震的衰减关系，沈建文等通过该衰减关系计算了上海市 地震动参到3 1 j 。汤爱平等综述了工程场地地震安全性评价中活动断裂评价和场地 评价的方法和步骤，指出了评价方法中存在的问题，并提出了解决方案【3 2 】。石林 珂等根据建筑场地地震安全性评价工作的要求，结合实际工程讨论了场地地震安 全性评价工作的技术思路、区域及近场区地震地质调查、地震活动性分析、地震 地质背景、地震动衰减关系、地震危险性概率分析、场地地震动设计参数的确定 等【3 3 1 。沈建文等建议在考虑潜源概率贡献的基础上，引入设定地震的期望展级和 期望距离组合，用以控制包线函数。通过修改危险性分析椭圆模型的软件，可以 进行计算并给出了算例【3 4 】。刘建达等在分析研究本地区具有代表性的小同潜在震 源区的划分方案后，采用相对应的地震动参数衰减关系进行地震危险性概率分析 计算，与确定性方法计算结果比较后确定了秦山核电二期扩建工程厂址极限安全 地震动复核结果【3 引。王爱国等通过实例阐述了电法联合探测在重大上程场地厂址 选择、场地工程地震条件评价、场地隐伏断层探测及活动性评价等方面的应用【3 6 1 。 张涌【37 、王本智【3 8 j 分别对大庆石化尿素装置扩能工程地震安全性、大庆石化乙 烯扩建工程地震安全性进行评价研究，得到拟建建筑场地稳定性以及适应性较 好、无不良地质现象，适宜工程建设的结论，为工程建设的可行性研究、规划设 计以及制定防震减灾对策提供了科学的依据。余湛结合温州典型工程，对抗震抗 震设计地震动参数及地震安全性评价的一些相关问题进行了深入研究，利用设定 地震的原理计算了合成地震动的包线函数，提出了基于设定地震的包线函数的计 算方法，并编制了相关程序；讨论了一维等效线性化原理用的优缺点，并用该原 理探讨了土层的放大作用；通过比较中国、欧洲、美国的抗震规范及地震安全性 评价中设计地震动参数的取用标准讨论了最终抗震设防参数的取用【2 1 1 。闻久成结 合辽宁核电厂工程，全面分析、阐述了能动断层的研究方法和各种方法本身的缺 4 中南大学硕士学位论文 绪论 陷；对潜在震源区震级上限的确定方法提出了改进意见；对辽宁核电厂东岗断裂 能动性问题进行了综合讨论，并得出了新的结论【3 9 1 。 1 3 国内现阶段地震安全性评价存在的主要问题 地震安全性评价涉及地震、地球物理、地震地质、工程地质和地震工程等多 个领域，且各领域中都有值得进一步深入研究的内容。虽然已有大量的学者对工 程建设场地地震安全性评价进行了大量的研究，但还存在以下4 个主要方面的问 题【4 6 1 ： ( 1 ) 地震活动性分析以地震带为统计单元。这意味着工作区内若涉及多个 地震带，则需要研究各个地震带的地震活动性，确定各个地震带地震的b 值和发 生率，然后在各个地震带内划分潜在震源，将地震带内各震级挡地震的发生率分 配给各潜在震源，包括工作区以外的潜在震源，因为不对地震带内所有潜在震源 作评价，就不可能统一对地震带内的震源作统一分配。这使得工程场地的地震安 全性评价实际上难以操作，且理论上统计区域与地震带并无必然联系。 ( 2 ) 尽管己有有关概率意义的设定地震的诸多研究成果，但在我国工程场地 的地震安全性评价中，设定地震仍很少应用。因此，怎样将设定地震的概念合理 运用到地震安全性评价工作中，用于确定时程包线函数是人工合成地震动时程必 须面临的问题。 ( 3 ) 现阶段，在地震安全性评价工作中，土层反应分析主要采用了一维土层 等效线性化方法，此方法将土体视为粘弹性材料，利用完全弹性线性土层一维地 震反应的分析方法，通过等效应变振幅计算土层的等效动剪切模量和滞回阻尼比 来计算土层地震反应，从而将非线性土层地震反应问题简化为线性土层地震反应 问题。在大量的研究和工程应用中，等效线性化方法的缺陷也逐渐暴露出来。一 个主要问题是当土层应变较大或地震动较大时，等效线性化方法在高频段算得的 频响放大倍率比实际场地的实测结果明显偏低且算得的地面反应偏大。因此，需 针对等效线性化程序的进行改进。 ( 4 ) 在确定地震动参数的具体方法上，国外多种法并用，对最大设防地震的 确定则主要偏重于确定性方法。我国重大工程的安评一般仅采用概率法，只有核 电站确定性方法和概率方法并用，并最终取其大者作为最后设防地震动参数。而 在提交安评结果时，必须对场地相关的一致概率谱与抗震规范的反应谱作对比， 由于规范反应谱是根据大量强震记录的统计数据建立的，地震安全性评价的一致 概率谱是按照综合概率法得到的，在方法上两者存在着根本的区别，同时，两者 得出的设计地震动参数也存在着差异，而两者都给出抗震设计地震动参数，因此， 安评最终如何确定设计地震动参数成为工程地震界普遍关注的问题。 5 中南大学硕士学位论文绪论 1 4 本文的主要研究内容 根据国内外工程场地地震安全性评价研究现状，本文拟结合依托工程长沙轨 道交通2 号线一期工程对以下6 个方面的内容进行初步研究： ( 1 ) 区域及近场区地震构造研究，包括区域地震构造调查与综合分析、场 地地震地质调查及工程地震条件评价、近场区和场区地震构造综合分析； ( 2 ) 区域及近场地震活动性研究，包括地震区、带划分，并对影响场址适 宜性所涉及的关键问题做出初步评价； ( 3 ) 对场地地震地质灾害进行综合评价后对场址的适宜性进行分析评价； ( 4 ) 地震危险性概率分析，包括潜在震源区的划分、地震活动性参数的确 定、地震危险性概率的计算及综合评价； ( 5 ) 场地基岩地震动参数的确定，包括确定基岩反应谱衰减关系、基岩目 标反应谱和柱状函数、基岩加速度时程； ( 6 ) 场地设计地震动参数的确定，包括确定计算模型及参数、分析场地地 震动效应，根据设计方要求确定地震动参数与场地相关反应谱和设计加速度时 程。 6 中南大学硕士学位论文第二章区域及近场区地震构造研究 第二章区域及近场区地震构造研究 2 1 区域地震构造研究 2 1 1 区域大地构造背景 区域涉及扬子准地台和华南褶皱系两个大地构造单元。根据大地构造的演 化史和构造运动特征，区内可进一步划分为5 个二级构造单元，即华南褶皱系的 湘桂赣粤褶皱系；扬子准地台的下扬子台褶带、江南台隆、江汉洞庭断陷和下扬 子台褶带1 4 7 1 。 扬子准地台系晚元古代褶皱固结基底。它经历了中元古界末的优地槽阶段， 后经武陵运动褶皱，于雪峰运动转化为准地台。扬子准地台内发育了震旦系一志 留系和中泥盆统一中三迭统沉积盖层。自印支运动以来，扬子准地台进入大陆边 缘活化带发展阶段，结束了地台的海相沉积，转为陆相红色建造和类磨拉石建造， 同时使原有构造面貌遭到强烈改造。燕山运动期间，搦子准地台经受了自古生代 以来最强烈的构造运动，使白垩纪以前的地层普遍褶皱，形成了广泛的地台盖层 褶皱带，并伴有以中酸性为主的岩浆活动。喜山运动时期，扬子准地台表现为强 烈的抬升和断块运动、掀斜运动，在上升过程中形成的断陷盆地内有新生代地层 沉积。 华南褶皱系是一个晚加里东地槽褶皱系。它由震旦系一志留系地槽型建造组 成基底，经加里东运动转化为地台，并与扬子准地台合拼，发育了类似扬子准地 台的中泥盆统一中三迭统沉积盖层。自印支运动以来，与扬子准地台一样进入大 陆边缘活化带发展阶段，并成为西太平洋大陆边缘活化带的重要组成部分。同时， 印支运动使地台盖层全面褶皱，并伴有中、酸性岩浆侵入活动，在山间凹陷中沉 积了类磨拉石建造的安源煤系。在燕山运动期间，华南褶皱系以大规模中、酸性 火山喷发和岩浆侵入为特点，断裂活动强烈，使上古生代至中生代沉积岩层，甚 至褶皱基底岩系发生不同程度的变形，形成一系列褶皱和拉张盆地。在盆地内堆 积了巨厚的红色砂岩建造和类磨拉石建造。喜山运动以来，华南褶皱表现整体抬 隆，断裂活动逐步减弱，进入相对稳定的发展阶段。 2 1 2 新构造运动特征及其与地震活动的关系 本区域新构造运动以大面积整体性缓慢抬升为主，并兼有间歇性抬升运动、 掀斜运动和断块差异运动【4 引。主要表现在湘西武陵山、雪峰山和湘、鄂、赣交 中南大学硕士学位论文第二章区域及近场区地震构造研究 界处的幕阜山、九岭山等地强烈抬升；中新生代盆地的萎缩，如区内洞庭湖、长 沙平江、湘潭等红色碎屑岩堆积盆地，晚第三纪以来，红岩盆地大多结束了发 育史，逐渐抬升遭受剥蚀形成丘陵和台地；湘中为低缓的抬升运动；湘北为沉降 运动，于洞庭湖断陷盆地沉积了厚达3 0 0 余m 的第四系。区域内早第三系和第 四系地层分布在盆地内或沿湘、资、沅、澧等四大水系及其支流的岸边。在新构 造抬升区内，形成了8 0 0 m 以上的多级夷平面，特别是第四纪时期形成了2 5 0 5 0 0 m 的多级剥夷面。沿湘、资、沅、澧四大水系及其支流形成6 级以上的河流 阶地。从老至新的剥夷面相对高度、阶地相对高差幅度，变化幅度逐渐变小，表 明区域的新构造运动呈逐渐减弱的趋势。本区断块差异运动主要表现在构造地貌 反差较大，即在湘北和湘赣边界地区，呈现出山岭和盆地交错或相间大致平行雁 形排列的地貌格局。掀斜运动是本区新构造运动的又一特征，在地势上大致形成 西、南、东三面环山，向中、向北逐渐倾斜的“马蹄形”丘陵盆地。 根据本区新构造运动的性质、强度、断裂活动、地貌特征以及地震活动性， 将区内划分为3 个一级新构造区和7 个二级新构造区( 表2 1 ) 。 表2 1区域新构造分区表 ( 1 ) 江汉一洞庭裂陷区： 该区系中、新生代裂陷盆地。第四纪以来，盆地周围的构造活动呈间歇性抬 升，使盆地逐渐萎缩。再者，由于受断裂的活动控制，各构造块体之间发生差异 运动，造成江汉一洞庭裂陷盆地呈现二拗陷一隆起的构造格局，即华容隆起( 1 1 ) 、 洞庭湖拗陷( 1 2 ) 和江汉拗陷。每个拗陷内皆包含若干次级凹陷和凸起。在次级 凹陷内白垩系及新生代地层厚度达数千m ，第四系厚度一般1 5 0 m 左右，最厚达 2 5 0 3 0 0 m 。 中南大学硕士学位论文 第二章区域及近场区地震构造研究 ( 2 ) 雪峰山湘中南断块隆起区 在新构造运动的抬隆影响下，该区作北东向断块隆起活动，使区内构造线 和山川地势均以北东、北北东向展布为主。特别是湘、资、沅、澧四水分别由南、 西南向北或向东北方向流入洞庭湖，显示本区的地形为西南高东北低。由于断裂 分割的作用，造成区内由西往东呈阶梯式下降。据这种垂直差异活动特征，区内 可以断裂为界进一步划分2 个次级新构造区，即雪峰山古陆隆起区( 1 1 1 ) 、湘潭 永州低山丘陵区( 1 1 2 ) 。 ( 3 ) 湘东一鄂东断块隆起区 本区系元古代浅变质岩系组成基底，北部为古生代褶皱岩层，其内分布有 燕山期花岗岩。在燕山运动中，沿袭老构造生成一系列北北东向断裂和狭长状呈 雁行排列的白垩纪一早第三纪盆地。特别是新构造运动期间，区内以间歇性不均 匀掀斜和拱曲运动为主。据区内差异性上升特征，可进一步划分幕阜山块体上升 区( i i l l ) 、九岭山断块上升区( i i l 2 ) 、武功山断块上升区( i i l 3 ) 。 综合上述新构造运动特征，结合地震活动性分析，可以认为本区地震活动 主要与断裂活动有关，即地震主要发生在新构造分区的边界活动断裂带上。另外， 在断陷区与隆起区的边界上，断块差异运动和构造地貌反差强烈地区，地震活动 频度、强度亦较大。从另一个角度来看，新构造运动缓慢上升区和断块差异运动 不明显的地区，地震活动的频度和强度皆低，整体性抬升的构造区内地震活动微 弱。 2 1 3 主要断裂活动特征及其与地震活动关系 区内断裂构造按走向可分n n e n e 、n e e e w 和n w n w w 向三组。 区域主要断裂及其活动情况见表2 2 。 2 1 4 地球物理场和深部构造 ( 1 ) 重力场特征 区域重力场在宏观上变化不大，一般在1 0 m g 吐一4 0 m g a l 之间。在洞庭湖 及其他盆地地区地幔为隆起，其地壳厚度变薄等，从而出现重力高值；在山区则 反映上地幔凹陷，地壳厚度相对增大而出现重力低值。总之，区内重力异常等值 线稀疏，同形变化，重力高和重力低相间排列，局部存在规模较小的梯度带。重 力高和低值分别对应地壳隆起和拗陷及断裂带，基本上反映了大地构造特征。 9 墨 2 墨墨 hnn 寸”均卜a 2= o 一 摧碧蒜”廿n心h幞碧恩1n廿价h 皑营n“廿h 甲孑n _ i dn - i dn - i n - i n - i dd i i 一上dn 三n _ i di i n 二d o 寸【 o 吼 o n o c i noo心-o啬z 碟趟嘶i医姆l器嚣 n h 冬。o寸on曲z zz叫衄z j嗲荟。价寸衄z 裂蔷悄长l妪豫半球监磐皿i馨 诽落悄罐i * 塾藤蔷n偕i橱晤 碟磐璐始峨i件徊 事noo寸onz 碟监rtl遐长i是慷癖 zoo卜叫z 磔蔷件li她键 oon叫z oo卜叫z 岫on寸z ，。o寸衄z 碟豁僖磐i巡枨磔h誉l#仪 谋彝掘 臻蔷懈ri i l f 毅 臀烬摧嗣 鬈茁 需蜒辖嚼 基誓v 越半 捶 婶 藤 蔷 妒骠 挺噻墼泰堤球蔷眯州帮凶qn 妖毒则器蝼舞凶鎏毁隧铎凶褂妖 仪馨越扑书隧扑k怔廿 ：啦器$拳掣翎悄摧爱盛鑫妖器掣妊口l神辎掰斟避k怔器v鞲。礤 皑舞蒜，”廿。一= 雌舞疑n廿do小h髅舞9廿h n 心h 毋 n - i d甲一a 毋 d i i o o n o 寸。卜 o o e o 卜 o ” 甲毋甲6 n d n 上dd i i o 卜 n 。0 0 o 寸嗲z 。嗲n。o寸on衄z oo寸on叫z n。n0叫z 诽豁半i医捆i罐壮 一n 碟磐埘嚣i馔蹙 h n 碟豁壤 o n 球鉴粗ki哦测 岔h 亭oo寸参z 裂磐哦怔i水r11褪 衄z 声nzz k 嗲j 、o o n 叫z 磔r 1 1 区长 谋蔷靛塔l哺证 。饥 冬。o寸叫z 黎h器i区峭 o n o 卜 o n n o 卜一 n。o寸ohz 嗲冬。o寸o n 衄z 一卜一d 一 2 藤鉴区寒i区嶂 ! 碟吼仆i医张 c i 妖奄赠霎催哥凶鎏划隧辩凶褂抵 仪袋甜扑书隧扑k怔廿 中南大学硕士学位论文第二章区域及近场区地震构造研究 ( 2 ) 航磁资料特征 从区域内航磁t 平面图看，区域磁场规律性不强，t 值一般在5 0 n t 之 内，仅在岳阳及鄂东、赣西地区t 值达1 0 0 n t - 1 5 0 i l t 。再从上延5 k m 、1 0 k m 和 3 0 k m 化极平面图看，上延5 k m 磁场图和1 0 k m 磁场没有多大的变化，基本反映 区域为低缓磁场异常，强度都在5 0 n t 范围内。上延3 0 k m 磁场图面貌进一步简 化，t 值达5 0 n t 7 5 n t 。湘中、湘南地区发育有巨厚的古生代地层，并有大片 花岗岩体出露，这些岩层磁性微弱，以致t 值偏低。 ( 3 ) 莫霍面特征 湖南省境莫霍面比较平缓，略向西倾斜，在平面上构成一个向南西开口的“马 蹄形”地幔隆起，本区正处“马蹄形”地幔隆起向南西开口的北东端部。区域莫霍 面深度在3 1 3 4 k m 之间。江汉洞庭盆地莫霍面隆起区深度为3 1 k m ，长沙衡阳 莫霍面隆起区深度为3 1 3 2 k m 。区域东面莫霍面深度有所增厚，幕阜山九岭山 莫霍面深度达3 4 k m 。由此可见，莫霍界面拗陷区( 幕阜山九岭山) 对应于地形 的隆起区，莫霍界面的隆起区则对应于中、新生代拗陷盆地。 综上所述，区域深部构造平稳，重力异常变化梯度值小，连续性好，规模小， 没有异常扭曲带和变异带；航磁无大的异常；地壳厚度变化平缓。另外，据爆破 地震速度资料，区内地壳平均速度和上地幔速度较大，上地幔顶部速度也较大。 地壳和地幔内没有显著的低速层，纵向速度梯度较小( 秦葆瑚，1 9 9 1 ) 。这些皆 与区内地震活动水平偏低的现象是一致的。 2 1 5 现代地壳形变与地震的关系 据大地测量资料，区域现代地壳运动属华南上升区，即表现为整体性缓慢上 升，本区以中速上升为主，相对周围下降区的平均上升速率为4 伽州a ，表明区域 比较稳定，现代地壳运动较弱。区域地壳垂直形变表现为东升西降，南高北低特 征。区域存在三个上升区( 岳阳一沅江上升区、华容上升区、松滋沙市上升区) ， 二个下降区( 南县汉寿下降区、监利洪湖下降区) 。岳阳一沅江上升区的中心位 于岳阳汩罗一带，上升速率为3 m m a ；华容上升区的中心上升速率为lm m a ； 松滋沙市上升区中心位于沙市公安一带，上升速率为2m m a ；南县汉寿下降 区的中心位于南县一带，下降速率达7 枷：监利一洪湖下降区的中心位于洪湖 东侧，下降速度达8m 衲。形变等值线密集带一方面反映地壳倾斜运动，另一 方面说明存在断裂的活动。如汉寿一岳阳形变梯度带可能与南县一汉寿断裂活动 有关；石首一临湘形变梯度带与澧县一石首一i 缶湘断裂带展布方向基本一致，可 能是该断裂带活动所致；汉寿一宁乡形变梯度带是沿常德一益阳一长沙活动断裂 1 2 中南大学硕士学位论文 第二章区域及近场区地震构造研究 展布。 而对常德长沙垂直形变剖面进行分析，可知该剖面跨北东向的南县汉寿断 裂、沙湖岳阳桃江断裂和汩罗宁乡新宁断裂，剖面显示断裂运动不甚强烈， 总体变化趋势为沿零值附近波动，未出现区域大幅度升降运动的迹象，除经沙湖 岳阳桃江断裂处略有扰动外，其余两断裂无明显活动。 综上所述，区内形变等值线密集带或形变梯度带往往是地震发生地带。 2 1 6 区域构造应力场 据汪素云和马宗晋、李蓉川等专家对长江中下游地区( e 1 0 7 0 1 2 4 0 n 2 9 0 3 3 0 ) 地震应力场、中国东部地震应力场研究成果，中国大陆东部p 轴取向北东东向， t 轴为北北西。 据湖南及邻区地震震源机制解研究成果【4 9 捌】，区域地震应力场p 轴取向在 9 1 0 1 2 0 0 ；从新构造运动形迹分析，区域早第三系和第四系地层表现为北北东向 为主的褶曲和短轴褶皱，并发育北西西向裂隙和正断层，断裂具左旋走滑性质， 北东和北东东向断裂具右旋走滑性质，两者呈配套共轭关系，皆反映区域构造应 力场主压应力方向为北西西至近东西向。 综合上述研究成果，由于我们湖南地区比较缺乏震源机制解资料，因此，我 们根据地震记录反演了震源机制解，同时还根据具体工程做了小震综合断面解的 研究，综合地震记录反演和小震综合断面解的结果，综合推断区域现代构造应 力场取向为2 9 0 0 3 0 0 。 2 2 近场区地震构造研究 2 2 1 地震构造概况 本工程项目近场区处于扬子准地台二级构造单元江南台背斜南部边缘的转 折部位。近场区内西南部、中部和北东部由前震旦系冷家溪群、板溪群浅变质岩 系和上古生界碎屑岩、碳酸盐岩及燕山期花岗岩构成的北东向隆起带，北西部为 第四纪洞庭湖断陷盆地，东南角为平江一长沙中新生代断陷盆地。 本区基底为前震旦系板溪群浅变质碎屑岩系组成。在元古代时期，近场区 内为地槽发展阶段，后经武陵运动和雪峰运动转化为准地台发展阶段。在加里东 运动和华力西运动时期，近场区内主要表现为振荡式升降运动。继后，印支期的 强烈造山运动，使近场区内上古生代盖层发生褶皱，并上升为陆，予山间凹地堆 积了上三迭统一侏罗系( t 3 j 1 ) 陆相碎屑岩和煤系。在燕山运动期间，近场区 中南大学硕士学位论文第二章区域及近场区地震构造研究 内的断裂和褶皱进一步得到发展，岩浆活动广泛而强烈，沿断裂形成了断陷盆地、 隆起带间或边缘形成拗陷盆地。上述构造运动造就了本区构造和地貌格架，为新 构造运动发展奠定了基础【5 2 5 3 1 。 在喜马拉雅运动以来，近场区及邻近地区主要表现为整体缓慢抬升、沉降等 不等量的垂直差异运动，由此派生出掀斜运动和断块差异运动及其断裂活动。由 于地壳间歇式上升运动，使近场区内缺失晚第三系地层沉积，遭受长期的侵蚀和 剥蚀作用，形成了高程不等的剥夷面。第四纪以来，主要表现为风化作用和河流、 湖泊堆积，地壳运动主要是缓慢地、间歇性地升降。北部洞庭湖地带，地壳以沉 降为主，形成埋藏阶地，地面为一片冲湖积平原。河谷发育区，以间歇性上升为 主，形成五级阶地和漫滩除t 5 阶地受埋藏外，其它几级阶地主要为基座阶地、 内迭阶地因受后期侵蚀、剥蚀作用，已具岗丘化现象。但随阶地级数降低、年 代变新，岗丘化现象也趋减弱，下阶地仅残留平台，漫滩则为平坦的冲积平原。 河谷以外地区，随各地新构造运动活动特点的不同影响，分别以侵蚀、剥蚀，溶 蚀或兼而有之地继续塑造着上述各类地貌形态，使之变得更为千姿百态。 近场区内发育的三级剥夷面，高程分别为：i 级为2 0 0 3 5 0 m 、i i 级为 1 5 0 2 0 0 m 、i 级8 0 1 2 0 m 。以湘江为界，河西区广泛发育i i 、i i i 级剥夷面，海拔 在1 5 0 m 以上。 近场区地貌可分为丘陵地貌、丘岗地貌、岗地地貌及冲积平原和冲沟等，这 些地貌或微地貌景观，不但反映了流水的冲刷侵蚀、搬迁和堆积过程，而且展示 了近场区内新构造运动的基本特征。 丘陵地貌主要分布在近场区西南部、中部和北东部地区，海拔在2 0 0 3 5 0 m ； 丘岗地貌海拔在1 5 0 2 0 0 m ；岗地地貌海拔在8 0 一1 0 0 m ；冲积平原和冲沟海拔则 小于8 0 m 。丘陵走向与区域的北东向和北北东向构造线基本一致，表明这些构造 对地形地貌的控制作用。近场区内地层走向亦与主要构造方向大体一致。湘江以 东地区地形除南部海拔在2 0 0 m 以上外，其余地区基本都在1 2 0 m 以下。表明近 场区湘江以西地区在新生代早、中期抬升幅度和强度相对湘江以东地区强。北西 部和东南部地区属沉降运动地貌区。 河谷阶地的高程变化是地壳间歇性垂直运动的直接结果或标志。工程场址处 于湘江第1 级阶地。由于近场区内地壳间歇性上升和派生的掀斜运动，造成水系 的溯源侵蚀和水系袭夺，同时使沿湘江及其支流河谷形成了5 级以上河流阶地。 这些河流阶地反映了近场区内新构造运动特征，即反映了地壳缓慢抬升幅度和掀 斜运动大小，阶地面上沉积物和物质组分则反映了古气候的变迁。综合湘江河道 的变迁，即早更新世时期古湘江自暮云镇黄土塘流出后，古湘江江面增宽，西起 黑石铺，东至师家大屋；中更新早中期地壳运动相对活跃，抬升幅度较大，断裂 1 4 中南大学硕士学位论文第二章区域及近场区地震构造研究 活动较强烈，促使古湘江西