兰州新区潜在地震地质灾害预测分析
兰州新区潜在地震地质灾害预测分析
作者：苏永奇　马巍　吴志坚　王谦
来源：《地震研究》2016年第01期
        摘要：以地处青藏高原东北缘的第五个国家级新区——兰州新区为研究对象，研究兰州新区区域地震构造环境以及秦王川盆地构造特征，结合秦王川盆地区及其周缘黄土丘陵区地貌特点、地层特征，从致灾因子的角度研究总结了秦王川盆地区及黄土丘陵区内潜在的地震地质灾害。研究结果表明：秦王川盆地区潜在地震地质灾害有粉土震陷、砂土液化、地震滑坡等；黄土丘陵区潜在地震地质灾害有黄土震陷、地基失效、地震滑坡、地震崩塌等；基于断裂活动性研究，秦王川盆地内发生地震地表断错的可能性不大。最后，建议政府尽快组织实施兰州新区地震小区划工作。
        关键词：兰州新区；秦王川盆地；地震地质灾害
        中图分类号：P542 文献标识码：A 文章编号：1000-0666（2016）01-0107-07
        0 引言
        作为一个巨大的生命承载系统，城市及其附近一旦发生破坏性地震，将造成巨大的生命、经济损失，影响社会经济发展。20世纪发生的1906年美国旧金山7.8级大地震、1923年日本关东7.9级大地震、1976年我国唐山7.8级大地震、1995年日本阪神7.0级地震、2008年我国汶川8.0级大地震以及2010年海地7.0级地震等均为直下型或近源地震，在地震作用及致灾因子的耦合作用下，破坏力巨大，致使地震所在的美国旧金山、日本东京及阪神、我国唐山、汶川及北川、海地太子港等城市遭受巨大破坏，部分城市几乎夷为平地，社会、经济损失惨重。我国西部及华北地区新构造运动强烈，地震多发，随着经济发展，城市规模不断扩大，人口不断聚集，建筑类型不断多样化，城市内的承灾体不断增加（刘静伟等，2014）。随着城市扩张，新建工程建设用地的工程地震条件更加复杂，地震致灾地质因子增多，如隐伏断裂、可液化砂层、软土层、回填土、古河道和山前斜坡等（徐锡伟等，1996；崔瑾，2014；姚远，唐丽华，2015），地震作用和这些致灾因子的耦合，可能产生巨大的地震灾害损失。
        兰州新区是我国继上海浦东新区、天津滨海新区、重庆两江新区、浙江舟山岛新区后的第五个国家级新区，行政区划面积约1700km2，是新丝绸之路上的重要支点，战略意义重大。兰州新区位于青藏高原东北缘，包括兰州北部秦王川盆地及其周缘黄土丘陵区，东西宽
约30km，南北长约60km，地势北高南低，呈连续倾斜状。秦王川盆地地层结构复杂，盆地周缘为黄土低山丘陵，盆地两侧发育隐伏活动断裂，存在发生城市直下型地震的可能性，且致灾因子复杂多样，如隐伏断裂、粉土层、潜在可液化砂土层、山前斜坡、古河道等，这些致灾因子在破坏性地震作用下可能产生断裂地表错动、地裂缝、震陷、砂土液化、地表或地基的不均匀沉降、滑坡、崩塌以及泥石流等地震地质灾害，可能会造成巨大的经济财产损失。可见，随着兰州新区的不断开发建设，地震地质灾害预测研究越来越迫切。本文从地震构造环境和致灾因子着手，对兰州新区潜在地震地质灾害类型及分布进行初步预测研究。
        1 区域地震构造环境
        兰州新区位于新构造运动强烈的青藏高原东北缘，处在南北地震带与祁连山地震带的复合部位，在以兰州新区为中心，东西长约500km、南北宽约400km的区域范围内，共发育4条全新世活动断裂带，6条（组）晚更新世活动断裂带（图1），历史上沿这些断裂发生过多次历史破坏性地震，其中5.0～5.9级地震16次、6.0～6.9级地震6次、7.0～7.9级地震1次、8.0～8.9级地震1次。在海原断裂带上曾发生1920年12月16日海原8.5级大地震，该次地震造成兰州地区伤亡百余人，对兰州新区的影响烈度为Ⅶ度（国家地震局兰州地震研究所，1985；
中国地震局震害防御司，1999）。在马衔山断裂带上曾发生1125年兰州7级大地震，该次地震极震区位于西固区以南至河口一带，中心烈度为Ⅸ～Ⅹ度，永登、乐都、定西等地为Ⅶ～Ⅷ度（袁道阳等，2002a；国家地震局震害防御司，1995），该次地震对兰州新区的影响烈度为Ⅶ～Ⅷ度。距兰州新区规划区较近的庄浪河断裂、白杨树沟断裂最新活动时代为晚更新世，其中，庄浪河断裂上曾发生1440年永登6（1/4）级地震（袁道阳等，2002b）。周德敏等（2014）通过综合发震概率研究认为庄浪河断裂带仍具有发生中强破坏性地震的可能性。在已发布的第五代区划图所采用的潜在震源区划分方案中，将庄浪河断裂所在区域划为震级上限为7级的潜在震源区，白杨树沟断裂及秦王川西缘断裂所在区域划为震级上限为6.5级的潜在震源区（高孟潭，2015），50年超越概率10%水准对应的地震烈度为Ⅶ。总体而言，兰州新区及其周缘活动构造发育，地震活动强烈，历史地震对兰州新区的最大影响烈度为Ⅶ～Ⅷ度。
        2 活动构造特征
        兰州新区以秦王川盆地为主体，主要建设规划用地多位于秦王川盆地内。兰州新区活动构造特征主要是秦王川盆地活动构造特征（图2）。该盆地形成于第三纪，形态特征与东西
两缘断裂活动密切相关，第四纪以来受南西西一北东东向构造挤压作用，盆地东西两缘的断裂向盆地内挤压逆冲，加之南部马衔山断裂带的逆冲及褶皱隆起抬升和北部宝泉山隆起，使该盆地周缘逐渐封闭（袁道阳等，2000），成为典型的封闭式断陷盆地。已有研究资料显示秦王川盆地东、西缘均存在隐伏断裂，分别为秦王川盆地西缘断裂和秦王川盆地东缘断裂，它们一起控制了秦王川盆地的发育，其中西缘断裂最新活动时代为晚更新世早期，东缘断裂最新活动时代为早更新世一中更新世（袁道阳等，2000；张向红等，2000）。
        2.1 秦王川盆地西缘断裂
        秦王川盆地西缘断裂位于秦王川盆地的西侧，北起庙湾，向南经方家槽、金家庙、达家湾、赖家窑、陈家井、使拉口、刘家湾至哈家嘴，由3条断裂雁列组成，全长37km，由北向南可分为方家槽段、马家山段和刘家湾段，长度分别为11.5km、14km、11.5km。总体走向近南北向，倾向W，倾角70°～80°，为一条隐伏的逆断层。该断裂在地貌上线性特征清晰，地形上表现为线性良好的20～60m高的台坎。断裂西侧为黄土丘陵及南北走向的低缓垄岗状残丘，地层以晚更新统风成黄土为主，海拔为2000～2100m；东侧为平坦的由全新统砂砾石、亚砂土及粉土层组成的冲洪积盆地平原，海拔约2000m。物探探测揭示下部新近系顶面
沿断裂两侧断距为2～20m，为了验证物探可靠性，在兰州中川机场北2号道口及西槽公路北侧布置联合钻孔，钻探结果显示该断裂存在，新近系顶面断距分别为9m和4m，且上覆晚更新统地层底部被断错（袁道阳等，2000；张向红等，2000）。
        笔者在进行兰州新区相关建设工程地震安全性评价项目过程中，沿秦王川盆地西缘断裂布置了多条走向近东西向的高密度电法测线（道间距为5m），典型的3条测线反演结果见图3。
        金家庙测线（I-I’）自东向西探测，测线长900m，有效探测深度为98m，沿测线方向300m处低电阻率存在横向变异，呈向西倾，倾角约75°，西侧为相对高阻体，东侧为相对低阻体，并可见左侧高阻体逆冲于右侧低阻体之上，垂直断距约20m，上部稳定电阻层厚度约10m；使拉口测线（Ⅱ-Ⅱ’）自东向西探测，测线长720m，有效探测深度为105m，断面显示沿测线方向5分钟前兰州地震了288～348m距地表约50m以下为相对低阻体，与两侧的高阻体形成明显差异，可能为断层破碎带；兰州机场南侧公路边测线（Ⅲ-Ⅲ’）自西向东探测，线长1050m，探测深度78～98m，断面显示有3条次级隐伏断裂发育，为秦王川西缘断裂马家山段南端的3条分支断裂。
        通过物探探测及联合钻孔验证，都证实了该断裂的存在，且断错了第三系地层及上覆晚更新统地层的底部。
        2.2 秦王川盆地东缘断裂
        秦王川盆地东缘断裂位于秦王川东部，为一条近南北向展布的隐伏断裂，该断裂北起甘露池，向南延伸至山子墩，全长约30km，走向NNW，倾向E，倾角陡立。断裂东侧为丘陵区，西侧为冲洪积盆地平原区。两侧地层最大高差为20～30m，沿甘露池至四墩子发育一古河道，可能受该断裂控制。据袁道阳等（2000）研究推测断裂东侧奥陶系地层由东向西逆冲于新近系地层之上，但上覆晚更新统冲洪积物未见变动，电测深结果证实断裂二侧新近系（N2）顶面无明显断距，但新近系地层内断距大于60m，因此推测该断裂应是一条早更新世一中更新世断裂。
        笔者在进行兰州新区相关建设工程地震安全性评价项目过程中，通过卫星影像分析和现场调查发现，该断裂在卫星影像上线性特征不明显，断裂活动未到达地表，其展布位置很难精确确定。为了探测查明该隐伏断裂的性质、形态及展布位置，在野外调查中采用高密度电法仪器对该断裂进行探测，沿断裂方向共布置4条高密度电法测线（道间距为5m），测线方
向基本与断裂走向垂直，均由东向西探测。两条典型测线反演结果见图4。

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