强震发生断层的识别方法及其应用
专利汇可以提供强震发生断层的识别方法及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且强震发生 断层 是指：数十年-上千年内可能发生 震级 ≥6的断层。它规模巨大，长(几十-上千公里)、宽(几-几百米)、深(几-几十公里，甚至切穿 地壳 )；在我国形成于中更新世末期(距今10～20万年)以来；断层的组成物极度 破碎 疏松，与两盘围岩分界明显；断层内外的 地震 烈度陡变，内部较外部可陡增2～3度或更多。断层内极震区， 建筑物 严重破坏，有的荡然无存，死伤惨重，其外侧破坏轻微，伤亡有限。综合应用地质、 地貌 、地球物理和地球化学等多种测试法来确定裸露区(以卫片分析为主)和 覆盖 区(以人工地震或大地电磁测深为主)的断层确切边界；以期在强震发生前，使抗震设计所采用的参数恰如其分，既减轻伤亡又节省人 力 物力。，下面是强震发生断层的识别方法及其应用专利的具体信息内容。
1、一种强震发生断层的识别方法，强震发生断层是指未来数十年内、数百年内，甚至数千年内可能发生6级以上强震的断层。强震发生断层多分布于中生代侏罗纪以来形成的板块与板块间、板块与断块间、断块与断块间的分界线，即区域断裂带或深大断裂带内，是规模宏大的断层并且自中更新世晚期至今有过活动者，就确认为强震发生断层。
2、 一种强震发生断层的识别方法，强震发生断层是指未来数十年内、数百 年内，甚至数千年内可能发生6级以上强震的断层，强震发生断层常由数条不同 方向断层连接而成，除断层面的起伏不平、更有倾向转换和倾角大小的变化；长 期的脆性活动，两盘的相互磨擦；突起部位被削铲，转折部位被截弯取直；加之 运动方向的改变，长期的作用下，断层便由一条线逐渐变成有一定宽度的断层破 碎带了，其宽度有数米、数十米到数百米，这就是强震发生断层在地表的分布范 围。
3、 一种强震发生断层的识别方法，强震发生断层是指未来数十年内、数百 年内，甚至数千年内可能发生6级以上强震的断层，用地震构造研究法、地貌及 第四系分析法、重磁场分析法、卫片分析法、大地人工地震探测法、大地电磁测 深法、微震资料分析法综合研究来确认强震发生断层的有无并确定其边界。
4、 根据权利要求3所述的强震发生断层的识别方法，所述地震构造研究法 是指查清中国境内自中更新世晚期以来的大地构造分界线中，有可能发生强震的 断层，就确认为强震发生断层。
5、 根据权利要求3所述的强震发生断层的识别方法，所述地貌及第四系分 析法是指山区和平原的分界、第四系厚度陡变带，若长距离延伸，应结合区域构 造，判定是否可能为强震发生断层的潜在位置。
6、 根据权利要求3所述的强震发生断层的识别方法，所述重磁场分析法是 指重磁异常梯级带的展布，畸变点的有无，交切的先后，其最新者可作为决定强 震发生断层有无的参考，在重、磁陡变带的背景上，更进一步进行高精度磁测、 微重力测量、瞬变电磁(TEM)法或高密度电法、微动测量探测方法，以确定强震 发生断层的存在。
7、根据权利要求3所述的强震发生断层的识别方法，所述卫片分析法是指从卫片中找出区域大断裂的破碎松散部位；破碎松散部位体现在地形的陡升陡降， 山体及水系的同步位错，山垭口、坡中谷、小湖泊、沼泽、沙漠中的绿洲长距离 展布，有单一或斜列的断陷盆地和丘陵，主干断层的分岔部位、不同方位大断层 的交叉部位、以及断层走向的明显转折部位，这些都是未来7级强震发生的可能 地点。
8、 根据权利要求3所述的强震发生断层的识别方法，所述大地人工地震探 测法是指用人工爆破所探测到的波谱，来分析得出强震发生断层的具体空间分 布，断层向深部延伸倾角明鲜变小的转折部位，由此向地表断层又常分岔成三、 四条，即莲花状构造，它往往又是发生大于7级地震的地点。
9、 根据权利要求3所述的强震发生断层的识别方法，所述大地电磁测深法 是指地壳由于组成物质的不同，呈现各种界面，又因水的浸入，压电效应等形成 高导层，当与新的大规模断层破碎带相会合，就构成了强震发生断层。
10、 根据权利要求3所述的强震发生断层的识别方法，所述微震资料分析法 是指在目的地区建立临时的地震台阵，观察2〜4个月，结合新地质构造，以确 定強震发生断层的有无。
11、 一种强震发生断层边界的确定方法，强震发生断层在基岩裸露区，应 用卫星遥感高分辨率影像分析，再对关键地点进行现场核实，从微地貌就可以划 出准确的边界；或进行山地工作，划分出断层破碎带与完好基岩的分界线，即强 震发生断层的边界。
12、 一种强震发生断层边界的确定方法，在平原区，被第四纪地层覆盖，首 先从外围基岩出露区进行卫片分析，判断出外围强震发生断层的分布，以此推断 它们有无延伸到覆盖区内。
13、 一种强震发生断层边界的确定方法，强震发生断层在基岩裸露区或平原区， 所述强震发生断层边界的确定方法可以应用以下至少一种方法：（1)卫片高精 度分析，查明延伸土层的微地貌反映，用浅层人工地震探测判明土层破碎带与 非破碎带的分界；（2)注意地表，在断层沿线常会有温泉、冷泉、沼泽、池塘、 湖泊、冲沟，或有菱形的土林呈长距离断续分布；（3)注意强震发生断层沿线， 因断层范围内的湿度较大，故其土层的色调与外侧有所不同；（4)用射气测量 方法，测得来自深部的放射性气体的分布及其浓度变化；（5)为查清破碎土层与完整土层的边界，为査清射气穿越断层边界的具体地点，需进行浅层钻探， 取原状土样测定；（6)城市区辅以槌击人工地震法较为安全有效；（7)大地人 工地震探测所测得的强震发生断层的边界，垂直投影至地表，即为抗震所需的 强震发生断层边界；（8)大地电磁测深所测得的强震发生断层的边界。
14、 一种强震发生断层的应用，建筑物避免建在强震发生断层上，若不能避 开，则应采取特殊的抗震措施，使建筑物不至于垮塌，致多倾倒，不危及生命。
15、 一种强震发生断层的应用，强震发生断层范围外的地方，应对已有建筑 物进行抗震能力的测试，査明有无抗御VII。 （0.1〜0.15g)的破坏能力，如无， 则需加固之。
强震发生断层的识别方法及其应用
技术领域
背景技术
事实上，不是所有活断层都会发生强震，有的活断层，祗是蠕动，不会发生 地震；有的活断层，祗是发生小震，不可能发生强震。
例如：长度数百米到数千米的小规模活断层；由于火山爆发或陨石撞击而形 成的"活断层"；陡山崖滑塌、巨型喀斯特溶洞垮塌、矿坑崩塌、土体不均一沉 陷等造成的假像，被误认为是"活断层"的，也不会引起强震。
因此，绝大多数的活断层是不可能发生强震的，只有极少数巨型活断层具有 发生强震的可能。故而强震发生断层所占的面积极其有限，估计约占我国国土面 积的5%。或更小。
人们希望能在地震发生之前作出地震预报，提前告诉强震即将来临，使人们 有时间采取措施，避免生命、财产的损失。如果我们能识别强震发生断层，则能 从地震构造的角度提前做好了抗震措施，建筑物的选址避开强震发生断层，若不 能避开，则采取特殊的抗震措施，使建筑物坏而不垮，不危及生命，达到一劳永 逸的抗震减灾目的，对我国对世界均极为重要。 发明内容
本发明根据对强震的地质构造研究，提出了强震发生断层的概念、应用多种 学科的最新成果，发明了强震发生断层分布范围和边界的鉴别系统、强震发生断层内、夕卜，地震破坏力的陡变及其在抗震减灾中的应用。
强震发生断层是指未来数十年内、数百年内，甚至数千年内可能发生强震 的断层。强震发生断层范围内的任何地方，都有发生强震的可能，经一定时间 间隔强震有重复发生的特点。断层外不会发生强震。这个认识的提出，是对当 代强震能否预报，即强震三要素（时间、地点、强度）的确定是一重大突破， 它从地震构造的角度，可将发生强震的地点确定下来，可将抗御强震的设计烈 度（或设计地震动参数）确定下来，更可有一定的时间来采取抗震措施。强震 预报的主要目的，是在震前"打声招呼"，而这里则是在震前已采取抗震措施， 所以是提前满足了强震预报所希望达到的目的。
强震发生断层在中国多分布于中生代侏罗纪以来形成的板块与板块间、板 块与断块间、断块与断块间的巨型分界线，即区域断裂带或深大断裂带内，是规
模宏大的断层并且自中更新世晚期至今有过活动者，就确认为强震发生断层。
强震发生断层由于延展甚远，常由数条不同方向断层连接而成，除断层面 的起伏不平、更有倾向转换和倾角大小的变化；长期的脆性活动，两盘的相互磨 擦；突起部位被削铲，转折部位被截弯取直；加之运动方向的改变，长期的作用 下，断层便由一条线逐渐变成有一定宽度的断层破碎带了，其宽度有数米、数十 米到数百米。这就是强震发生断层在地表的分布范围。
强震发生断层边界的确定，是极为重要的，当发生强震时，断层范围内外， 地震破坏力差异很大，在范围内建筑物可能荡然无存，而断层外咫尺之隔，尚能 保存完好（见图1、 2)。
在一个地区，如有强震发生断层存在，建筑物尽可能避免建在强震发生断层 上。若不能避开，则需采取特殊的抗震措施。在强震发生断层范围外的地方，则 按国家最新颁布的抗震规范采取抗震措施即可。
根据唐山7.8级、台湾集集7.6级、汶川8.0级地震建筑物的破坏情况，尤 其是集集地震有大量的强震仪测定记录，得知：在极震区强震发生断层内，地震 动峰值加速度达到0.6〜1.0g。按静态设计的石岗大坝，地震动峰值加速度为0.15g， 在断层通过的地方大坝破碎垮塌，而断层范围外的部分，大坝相对完整（见图1)， 说明断层外按0.15g (相当于地震烈度Vn度）设计的大坝，竞争能抵御0.5g (相 当于地震烈度IX度）的地震破坏。唐山和汶川地震中亦有类似情况，如后者的极
6震区北川，还有30%的民房没有倒塌。据此，强震发生断层外的广大地区，目前
国家所采用的w〜vni度的设计烈度是足够安全的。
强震发生断层外的广大地区，由于有的建筑物兴建的时代久远，抗震能力有
所下降，有的在建造时监管不严，偷工减料难免；因此国家必需进行建筑物抗震 能力的检査和作相应的加固或拆除。
强震发生断层的概念
定义：未来数十年、数百年、甚至上千年内可能发生强震（M》6级）的断 层，称之为强震发生断层。
1. 特点：
1) 能够发生强震的断层规模宏伟大，才能聚集巨大的发震能量。 一个6级 地震相当于10万吨级当量TNT，即5个投于长崎的原子弹的能量。因此，断层 出露地表的长度常达数十公里、数百公里甚至上千公里，深度从几公里、一、二 十公里、甚至切穿地壳。宽度为数米、数十米到数百米。
2) 因长久持续的构造活动，断层的组成物质疏松破碎，尚未压实、固化或 未被胶结，较之断层外侧易于破裂发震。
3) 中国大地由于青藏高原的隆起在中更新世末至今，形成了强震发生断层 的构造网络，其地应力场持续至今，当应力超过断层破碎带抗剪强度时，就爆发 强震。强震后，破碎岩体再度压实固结，到地应力再次超过其抗剪强度，再次发 震，周而复始，所以未来强震在强震发生断层上重复发生。
2. 本发明的意义：
当发生强震时，强震发生断层内的地震烈度较之断层外高出2~3度或更多。
3. 本发明的效果：
建筑物最好避免建于强震发生断层范围内。若不能避开，则需采取特殊抗震
措施。断层外当今已采用的W〜V1度的抗震烈度，祗要施工时，不偷工减料，就
完全可以抵御8级地震的破坏，不致于倒塌。
附图说明
图l 1999年台湾集集地震中石冈大坝受损情况图2 1999年台湾集集地震中民用建筑受损情况 图3 1976年唐山地震中民房受损情况 图4 2008年汶川地震中民房受损情况
图5牦牛山一大凉山之间的安宁河谷红格昔格达村昔格达层构造变形示意 图
具体实施方式
1. 地震构造研究：查清中生代侏罗纪以来形成的板块与板块间、板块与断 块间、或者断块与断块间的分界线，它们往往是强震发生断层的潜在基础。区域 断裂带、深大断裂带的有无，研究其展布和中更新世晚期以来有无活动情况。
2. 地貌及第四系分析：山区和平原的分界、第四系厚度陡变带，若长距离延 伸，应结合区域构造，判定是否可能为强震发生断层的潜在位置。
3. 重、磁场分析：重磁异常梯级带的展布，畸变点的有无，交切的先后，其 最新者可作为决定强震发生断层有无的参考。在重、磁陡变带的背景上，更进 一步进行高精度磁测、微重力测量、瞬变电磁(TEM)法或高密度电法、微动测量 等探测方法，以确定强震发生断层的存在。
4. 卫片分析：从卫片中找出区域大断裂的破碎松散部位；它体现在地形的陡 升陡降，山体及水系的同步位错，山垭口、坡中谷、小湖泊、沼泽、沙漠中的绿 洲等长距离展布。有单一或斜列的断陷盆地和丘陵。主干断层的分岔部位、不同 方位大断层的交叉部位、以及断层走向的明显转折部位，这些都是未来7级强震 发生的可能地点。分辩断裂活动的方式，是走滑型还是推复型，这与确定强震的 震级有密切关系。
5. 大地人工地震探测：强震发生断层的最大特点，即其规模宏大，活动很新， 破碎带深达数十公里，可将地壳切穿。这些深层特点，只有用人工爆破所探测到 的波谱，来分析得出强震发生断层的具体空间分布。断层向深部延伸倾角明鲜变 小的转折部位，由此向地表断层又常分岔成三、四条，这种情况地球物理专家称 之谓莲花状构造，它往往又是发生大于7级地震的地点。
6. 微震资料分析：在目的地区鉴定强震发生断层有无，可建临时的地震台阵，观察2〜4个月，结合地质构造，以确定强震发生断层的有无。强震发生前, 在临近地区有3〜4级中、小地震的活动，形成围空现象，不多时日，最终以强 震籴填空而结束。汶川地震和海城地震就有此现象。
根据以上几点的综合分析，可以判定出一个地区强震发生断层的有无。显然 有的地方现象清楚，用一、两种方法即可识别出来，就无需全部方法上马了。
强震发生断层边界的确定，是至关重要的，概括为以下几点：
1) 基岩裸露区，即基岩露头出露好的地方，强震发生断层有一定的表露，
如以上2、 4所列的现象，应用卫星遥感高分辨率（如ETM彩色合成影像和SPOT-4 全色黑白影像以及红外影像等）分析，都能取得很好的判断，再对关键地点进行 现场核实，从微地貌就可以划出准确的边界；或进行山地工作，划分出断层破碎 带（角砾岩带、劈理带、节理带、糜陵岩带、断层泥带、破裂岩带等）与完好基 岩的分界线，即强震发生断层的边界。
2) 在平原区，被第四纪地层覆盖，判别有无强震发生断层比较困难。建议 首先从外围基岩出露区进行卫片分析，判断出外围强震发生断层的分布，以此推 断它们有无延伸到覆盖区内。这是鉴定覆盖区有无强震发生断层的重要步骤之 一。进一步査清是否延伸可进行以下工作-
① 做卫片高精度分析，查明延伸土层的微地貌反映，用浅层人工地震探测判 明土层破碎带与非破碎带的分界。
② 注意地表，在断层沿线常会有温泉、冷泉、沼泽、池塘、湖泊、冲沟等， 或有菱形的土林呈长距离断续分布。
③ 注意强震发生断层沿线，因断层范围内的湿度较大，故其土层的色调与外 侧有所不同。
©用射气测量方法，有时可测得来自深部的放射性气体（氡、汞等）的分布 及其浓度变化。
⑤ 为査清破碎土层与完整土层的边界，为査清射气穿越断层边界的具体地点， 需进行浅层钻探，取原状土样测定之，可获所需结果。
⑥ 城市区由于建筑物和道路的遮掩，可辅以槌击人工地震法较为安全有效。
⑦ 大地人工地震探测所测得的强震发生断层的边界，垂直投影至地表，即为 抗震所需的强震发生断层边界。⑧大地电磁测深所测得的强震发生断层的边界。
强震发生断层的鉴定，无论是在基岩裸露区，还是在第四纪地层覆盖区，采 用以上诸方法，即可勾画出强震发生断层的具体范围。当然，第四纪覆盖区所采 用的方法较为多种复杂，但是以我们现在掌握的技术是可以办到的。 强震发生断层的应用
1. 强震发生断层内外地震烈度陡变现象（以下简称增震作用）的发现
1999年台湾集集地震（7.6级，震源深8-10km)中，石冈大坝高20余米的 钢筋混凝土坝体按静态Vr (即0.15g)设计的，地震时在断层通过处，全部垮 塌，遭受的地震峰值加速度为0.6g—1.0g (相当于地震烈度X。或X。以上）， 而不在断层上的其余部分基本保持完好（附图l)遭受的地震烈度约为K。。说 明在断层范围之外的坝体，以0.15g的设防，抵御了 0.5g的袭击，即按常规设计， 还蕴有巨大的抗震潜能；而断层范围内因具有增震作用，抗震困难。值得注意的 是:断层内外，坝体的破坏程度有明显分界而不是渐变的。
民房建筑，在断层上的也荡然无存，而在断层外与之仅相距数米到数十米的 高楼和3〜4层楼房，仅遭受了不同程度的损坏，有的尚可住人（附图2)，唐山 和汶川地震亦都有类似情况（附图3、 4)。这次集集地震死亡2000余人，主要 都发生在强震发生断层范围内。
回溯研究发现，1955年四川鱼鲊一拉鲊6%级地震的构造变形与集集地震建
筑物的破坏有惊人的相似之处：极震区的昔格达村有南北向强震发生断层通过， 全村荡然无存，这与断层剖面情况一致。附图5显示了该地区地震后的断层剖面： 断层东壁向东陡倾，与逆冲的白云质灰岩接触，断层西壁以Qi昔格达湖相砂页 岩层中出现对冲断层形成的小背斜为特征。东西两壁之间，在宽约百米的断层破 碎带中，昔格达层被许多小断层剪切成巨型块体，东倒西歪，有的层面几成直立， 这种强烈变形，只能用遭受了强烈的地震动来解释。西壁小背斜之西，直至金沙 江畔，同样的昔格达层，层面近乎水平，没有明显变形。说明断层内外，破坏程 度迥异。
2. 考虑强震发生断层的存在及其增震作用，将对抗震减灾极为重要。
2001年中国地震局颁发了《中国地震动参数区划图》作为国家标准规范， 要求强制执行。但如上所述，强震发生断层有一定的宽度和增震作用，仅用地震
10动参数而不考虑强震发生断层的具体分布范围，不免潜在巨大危险，因此更应考 虑强震发生断层的分布范围和范围内的增震作用。
例如：中国地震动参数区划图中北京市及其邻近的几个区县都划在0.2§ (相
当于vm度）区，由于强震发生断层有增震作用，因此这些断层内的地震动参
数已大大超过0.2g。那么在这些断层内还采用0.2g来设计，将不能达到抗震减
灾的目的。
再如：唐山地震(M-7.8)将唐山市建筑物全部摧毁，给人一个错觉：建筑物 无法抗御大地震的破坏力。其实，唐山市建筑物全部摧毁的主要原因在于：旧建 筑物基本上没有抗震能力；新建筑物最多只能抗御Vr;而当时实际遭受的地震 烈度却达K。-X。。假若当年事先找出强震发生断层的分布范围（据震后调查得 出，唐山的强震发生断层宽约IOO米，长约5公里），并且考虑强震发生断层的
增震作用，避开断层范围兴建建筑物，对断层范围外的建筑物，采用o.i5g(vr) 静态设计，使建筑物坏而不倒。那么在强震中大量的生命也就能免于遭劫。目前 国家规定，为了避免唐山的灾难重演，灾后的重建工作，设计时采用基本烈度为
VIII度（0.2~0.3g)，这对强震发生断层范围以外的地方，抗震设计是足够了，但
在强震发生断层范围内，由于增震作用，这样的抗震设计仍无济于事，设若再次
发生7.8级地震，建筑物仍将荡然无存。当然， 一次强震后，需要数百年的时间，
才有可能聚集起如此巨大的地应力，而引发再次强震。 一般来说强震不会在短期 内重复发生，但从长远看，这种情况仍应提请后人考虑。汶川地震灾后重建亦应 考虑这种情况。
3.应用强震发生断层的具体措施：
1) 建筑物避免建在强震发生断层上。若不能避开，则应采取特殊的抗震措 施，使建筑物不至于垮塌，致多倾倒，不危及生命。
2) 强震发生断层范围外的地方，应对己有建筑物进行抗震能力的测试，查
明有无抗御vn。 （o.i~o.i5g)的破坏能力，如无，则需加固之。
3) 广大贫困地区，绝大多数民房难以抗御vir的破坏，则可根据经济情况， 因地制宜，推行抗震床的使用以保全生命。
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