高 山，呂世全，肖 遙

（1.中國地震災害防御中心，北京 100029；2.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

0 引言

大連市普灣新區(qū)位于遼寧省大連市北部的普蘭店市西側(cè)，總占地面積1008 km2。普灣新區(qū)的地震小區(qū)劃工作是按國家標準GB17741-2005《工程場地地震安全性評價》Ⅲ級工作要求進行的[1]，區(qū)域取場地周圍180km 的范圍。

普灣新區(qū)處在遼東半島東南側(cè)，金州斷裂、普蘭店灣斷裂和普蘭店—長海NW 向構(gòu)造帶在區(qū)內(nèi)交會，區(qū)域地震地質(zhì)條件十分復雜[2]。據(jù)文獻記載，1861 年普蘭店東曾發(fā)生過6 級地震[3]，這是除1975 年海城7.3 級地震以外遼寧省乃至東北地區(qū)有文字記錄以來罕有的陸域淺源中強地震活動[4-5]。1970 年以來區(qū)域范圍內(nèi)共發(fā)生MS≥4.7 級破壞性地震31 次（含海城7.3 級等大地震的強余震），1.0≤ML≤5.0 級地震2600多次，4.7 級以上中強地震沿NE 和NW 兩個方向呈定向排列并相互交叉呈網(wǎng)絡狀分布。近場區(qū)內(nèi)發(fā)生過多次破壞性地震，其中1861 年普蘭店東6 級地震位于近場區(qū)東部邊界上[6-7]，該次地震是對場址影響最大的地震活動，其發(fā)震構(gòu)造為普蘭店—長海NW 向構(gòu)造帶，金州斷裂則為控震構(gòu)造[8]。

基于普灣新區(qū)已有的地震地質(zhì)研究基礎和場地具體的地震工程地質(zhì)條件，本項地震小區(qū)劃工作全面整理和分析了區(qū)域和近場區(qū)地震活動。對區(qū)域、近場區(qū)和場地的地震構(gòu)造環(huán)境進行了綜合分析。在地震危險性分析中，選取了多個場地內(nèi)的控制點，計算了各個點位的基巖地震動參數(shù)。根據(jù)場地地貌、第四紀地質(zhì)分析，合理安排鉆孔剖面的深度和密度，開展剪切波速、標準貫入錘擊速和場地土動力學參數(shù)等測試，確定和劃分場地地震工程地質(zhì)條件，差異性的選取了若干控制點進行土層動力反應分析，以確定場地地表設計地震動參數(shù)。最后對普灣新區(qū)規(guī)劃區(qū)作了地震動參數(shù)小區(qū)劃和地震地質(zhì)災害小區(qū)劃。

1 近場區(qū)地震地質(zhì)

近場區(qū)在大地構(gòu)造上處于膠遼臺隆的復州臺陷內(nèi)（圖1），所出露的地層有太古宇鞍山群、下元占界遼河群、上元古界青白口系—震旦系、古生界寒武系—奧陶系—石炭系和中生界侏羅系。近場區(qū)有長度大于20 km 的斷裂13條，可分為NNE 向，NW 向和近東西向三組，近場區(qū)中部斷裂構(gòu)造發(fā)育較多。

近場區(qū)地貌主要有兩部分，中部的低山、丘陵區(qū)和兩側(cè)的濱海沖積平原及階地，其間過渡有坡洪積——沖洪積扇裙和臺地。第四系地層主要分布于沿海地帶、山間谷地、低山區(qū)和山麓前緣，層序齊全。區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動以差異上升運動為主，并伴隨有不均勻的下降，沿海地帶為升、降運動的交界帶。在陸域斷塊上升的過程中伴隨有斷裂復活、河流襲奪、溫泉出露和斷陷盆地生成等多種現(xiàn)象。

圖1 近場區(qū)地震構(gòu)造圖Fig.1 The seismotectonic map of the near-field areas

2 地震危險性分析

2.1 潛在震源區(qū)劃分及地震活動性參數(shù)的確定

潛在震源區(qū)的確定以《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（2001）》劃分方案為基礎[9]，并參考近些年來新的研究成果[10]，在區(qū)域及附近地區(qū)共劃分出25 個潛在震源區(qū)，其中8.0 級和7.5 級潛在地震源區(qū)各一個、7.0 級潛在震源區(qū)7 個，6.5 級潛在震源8 個、6.0 級及5.5 級潛在震源分別為7 個和1 個。場地處在郯廬地震帶，震級上限為8.5 級，震級-頻度關(guān)系中的a=3.89、b=0.83。郯廬帶4 級以上地震年平均發(fā)生率為0.97。另外，根據(jù)確定空間分布函數(shù)的原則，計算了主要潛在震源區(qū)的空間分布函數(shù)。

2.2 地震動衰減關(guān)系

本文采用的地震動衰減關(guān)系為：

lny=2.027+0.548 M-1.902ln（R+1.7（0.425M））σ=0.24（長軸）

lny=1.035+0.519 M-1.465ln（R+0.389（0.525）M）σ=0.24（短軸）

2.3 地震危險性分析計算

在區(qū)劃范圍內(nèi)以0.02°×0.02°進行網(wǎng)絡劃分，在區(qū)劃范圍內(nèi)的計算點有107 個，將各個計算點50 年超越概率63%，10%和2%的基巖峰值加速度計算完成后，以5 gal 作為分區(qū)間隔，將區(qū)內(nèi)基巖地震動輸入?yún)?shù)分為9 個區(qū)，每個分區(qū)取各計算點的平均值作為基巖地震動參數(shù)輸入值。50 年三個概率準基巖地震動水平峰值加速度平均值計算結(jié)果的變化范圍是，63%為36.8～43.2 gal，10%是131～168.8 gal，2%是253.2～339.6 gal。統(tǒng)計表明，對場地貢獻最大的是瓦房店、蓋縣東和瓦房店南和渤中等地潛在震源。

3 場地工程地質(zhì)條件勘查

場區(qū)范圍較大，按規(guī)范要求，在地震工程條件分析中開展了地貌、第四紀地質(zhì)調(diào)查和鉆孔探測、波速測試、標貫測試、土動力學試驗、場地類別劃分、工程地質(zhì)分區(qū)等方面的工作。

工作過程中共取得了368 個鉆孔資料，包括104 個實際勘探孔和264 個收集孔。鉆探深度小于5 m 的7 個、大于30 m 的22 個。鉆孔剖面第四系厚度小于5 m 的104 個、5～15 m 的159 個、大于15 m 的105 個。鉆孔資料顯示，場區(qū)內(nèi)土體有黏土、素填土、粉質(zhì)黏土、淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂、細砂、中砂、粗砂、碎石土等，揭露基巖有灰?guī)r、石英巖、頁巖、砂巖、花崗巖等。按巖土體的分布，場區(qū)內(nèi)可劃分為7 個不同的分區(qū)。

根據(jù)地貌、第四紀地質(zhì)條件及巖土體特征可將場地分三個工程地質(zhì)區(qū)。Ⅰ區(qū)圍繞普蘭店灣外圍，屬低山—丘陵基巖區(qū)，Ⅲ區(qū)主要在場地中西部，屬濱海海積—沖海積平原區(qū)，粉細砂、淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土和人工填土分布，Ⅱ區(qū)位于Ⅰ、Ⅲ區(qū)之間的過渡帶，為坡洪積—沖洪積扇裙及河流階地、河漫灘、砂土、砂礫石及粉質(zhì)黏土等分布。

根據(jù)104 個實際鉆孔的土層等效剪切波速計算，得到場地土層等效剪切波速主要分布在123～298 m/s 之間，剪切波速≥500 m/s 的均為風化基巖。經(jīng)鉆孔等效剪切波速測試和計算判斷，場地低山—丘陵基巖區(qū)屬lO類場地，平原、人工填土區(qū)、山前坡洪積—沖洪積扇裙、臺地、河漫灘屬l1類場地，濱海平原、人工填積區(qū)和河谷地帶屬Ⅱ類場地。

4 場地土層地震反應分析及地震動參數(shù)小區(qū)劃

4.1 地震動輸入選取與計算模型確定

以基巖加速度反應譜和峰值為目標，用數(shù)值模擬方法合成地震動時程作為土層地震動力反應分析的地震動輸入值。合成基巖地震動時程時，50 年超越概率63%，10%和2%的目標峰值加速度和反應譜取地震危險性分析得到的9 個分區(qū)值的結(jié)果，并分別合成各概率水平的地震動時程，對每一概率水平情況都分別合成三個不同隨機相位的地震動時程，樣本合成時以0.02s 為間隔，各概率水平的時程離散點數(shù)均為4096，目標譜在0.04～6 s 內(nèi)取80 個控制點，以保證擬合目標反應譜的精度。擬合目標加速度反應譜時，其擬合相對誤差小于5%。

本次工作取鉆孔資料91 個，其中有59 個孔處于Ⅰ類場地，13 個為現(xiàn)場鉆探孔。統(tǒng)計91個鉆孔的剪切波速資料，按照乘冪回歸得到場地不同土類的剪切波速隨深度變化的回歸公式及回歸曲線。

4.2 結(jié)果分析

本項工程共對72 個鉆孔進行了地震土層反應分析，對場地進行地震反應分析時，分別以3 種概率水準的基巖地震動加速度時程，按幅值一半作為一維土層反應分析模型的計算基底入射波輸入值。

通過在區(qū)劃范圍內(nèi)對基巖區(qū)和第四系覆蓋區(qū)進行了分區(qū)，鉆孔主要布置在第四系區(qū)；第四系區(qū)在地貌、第四紀地質(zhì)研究的基礎上，分析了場地的工程地質(zhì)條件，合理布置鉆孔剖面，進行波速測試，以得到合理地震動參數(shù)區(qū)劃結(jié)果。

4.3 地震動參數(shù)小區(qū)劃分析

根據(jù)土層地震反應分析和地震危險性分析結(jié)果，對50 年超越概率63%，10%和2%的地震動參數(shù)峰值加速度和Tg 分別進行了區(qū)劃。

小區(qū)劃范圍內(nèi)Ⅰ類場地占地約250 km2，Ⅰ類場地直接按基巖計算結(jié)果進行分區(qū)。Ⅰ類場地50 年超越概率10%的分區(qū)以160 gal 為界，分為2 個區(qū)。160 gal 以下的分區(qū)結(jié)果取值145 gal，160 gal 以上的按165 gal 取值。50 年超越概率63%，2%的分區(qū)原則同50 年超越概率10%。由于兩區(qū)的特征周期值沒有變化，取相同的特征周期值。

Ⅱ類場地主要根據(jù)50 年超越概率10%的計算結(jié)果，結(jié)合工程地質(zhì)分區(qū)可分為5 個區(qū)，50 年超越概率63%和2%的分區(qū)與50 年超越概率10%相同。整個普灣新區(qū)地震小區(qū)劃的分區(qū)為7 個。

5 地震地質(zhì)災害小區(qū)劃

5.1 砂土液化判別及分區(qū)

根據(jù)鉆孔資料的分析，場地土層中有粉細砂和細砂等，同時場地第四系孔隙潛水水位極淺，存在發(fā)生砂土液化的條件。液化的判別采用《GB50011-2010 建筑抗震設計規(guī)范》所規(guī)定的方法，根據(jù)對場地128 個鉆孔砂土所進行的液化判別，可以得到不同設計地震動條件下場地的液化情況。場地在設計地震動加速度0.10 g、0.20 g、0.30 g 和0.40 g 時均有砂土液化問題，只是液化范圍和液化程度有差別。

圖2 普灣新區(qū)砂土液化分區(qū)圖（0.20 g）Fig.2 Sand liquefaction zoning map of Puwan New Area（0.20g）

5.2 軟土震陷判別及分區(qū)

按照JGJ-83-91《軟土地區(qū)工程地質(zhì)勘察規(guī)范》對場地內(nèi)31 個軟土層發(fā)育的鉆孔進行了軟土震陷判別。結(jié)果表明，在地震作用為Ⅶ度（0.10 g 和0.15 g）時，淤泥、淤泥質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土有發(fā)生震陷的可能性，震陷區(qū)分布在普蘭店工業(yè)區(qū)局部、化工園區(qū)、西大山西南以及鞍子河入海處、長店堡西等地。震陷程度為輕微，震陷量小于30 mm。在Ⅷ度（0.20 g 和0.30 g）時，震陷區(qū)主要分布于普蘭店工業(yè)區(qū)局部、化工園區(qū)、西大山西南及鞍子河入海處，長店堡北和三十里堡北亦有小塊分布，震陷程度中等，震陷值在150 mm 左右（圖3）。Ⅸ度情況下震陷分布區(qū)與Ⅷ度區(qū)相同，只是震陷范圍更大，震陷值在350 mm 以上。

5.3 場地斷裂地震地表破裂的危險性評估

圖3 普灣新區(qū)軟土震陷分區(qū)圖（0.20g 和0.30g）Fig.3 Seismic settlement zoning map of soft soil in Puwan New Area

通過場地的斷裂構(gòu)造主要有NE-NNE 向金州斷裂、近東西向普蘭店灣斷裂和普蘭店—長海NW 向構(gòu)造帶，研究結(jié)果顯示普蘭店灣斷裂為前第四紀斷裂，金州斷裂在晚更新世活動，普蘭店—長海NW 向構(gòu)造帶在中更新世有活動。根據(jù)《GB50011-2010 建筑抗震設計規(guī)范》的規(guī)定[11]，斷裂為非全新世活動斷裂時，可以忽略斷裂錯動對地面建筑的影響；另外，沿普蘭店—長海NW 向構(gòu)造帶雖然發(fā)生過6 級地震，但根據(jù)蔣溥等人的研究，6.5 級以下地震所產(chǎn)生的地表斷錯實例很少，所占比例小于1%[12]。因此，上述3 條斷裂構(gòu)造均可以不考慮其作為發(fā)震構(gòu)造產(chǎn)生地震地表破裂的影響。

6 討論與結(jié)論

通過開展大連市普灣新區(qū)地震小區(qū)劃工作，可以得到以下幾點結(jié)論：

（1）場地所在的區(qū)域歷史上共發(fā)生MS≥4.7級地震31 次，其中7 級以上地震3 次，最大地震7.3 級，曾對場地產(chǎn)生過Ⅷ度影響。通過區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造資料整理分析，存在發(fā)生7 級以上地震的構(gòu)造條件，未來百年仍有發(fā)生7 級以上地震的可能。

（3）地震危險性分析結(jié)果表明，不同超越概率的基巖地震水平向峰值加速度可分9 個區(qū)，50年超越概率63%的峰值加速度為36.8～43.2 gal，10%的峰值加速度為131～168 gal，2%的峰值加速度為253.2～339.6 gal。

（4）從地震反應分析的結(jié)果可以看出，場地內(nèi)有7 個分區(qū)，其中2 個位基巖區(qū)，5 個在土層區(qū)。50 年不同超越概率的地震動參數(shù)分別為，基巖區(qū)63%為0.04～0.05 g，10%為0.145～0.165 g，2%為0.300～0.350 g，土層區(qū)63%為0.0520～0.070 g，10%為0.155～0.180 g，2%為0.300～0.400 g。

（5）場地可分為兩類場地和三個工程地質(zhì)區(qū)?；鶐r區(qū)屬Ⅰ類，濱海平原及人工填積區(qū)屬Ⅱ類。工程地質(zhì)Ⅰ區(qū)即低山—丘陵基巖區(qū)分布在普蘭店灣周圍，Ⅱ區(qū)即山前坡洪積—沖洪積扇裙、河流階地、河漫灘區(qū)分布于Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)的過渡帶，Ⅲ區(qū)及濱海海積—沖海積平原、人工填積平原區(qū)主要分布于場地中西部。

（6）據(jù)判定，場地內(nèi)的粉土、細砂、粉砂在0.10g 至0.40g 的地震作用下均有不同程度的液化發(fā)生。液化區(qū)主要分布在鹽田及填海區(qū)，松木島地區(qū)，普蘭店市部分建成區(qū)和工業(yè)區(qū)。場地內(nèi)的淤泥質(zhì)軟土在0.10 g 至0.40 g 的地震作用下均有不同程度的震陷發(fā)生。震陷隨地震作用的增加而加重，震陷區(qū)主要分布于普蘭店市工業(yè)區(qū)局部，化工園區(qū)，西大山西南和鞍子河入海口處。場地的基巖邊坡較穩(wěn)定，不易發(fā)生滑坡、崩塌、泥石流等災害。場地內(nèi)發(fā)生地震地表破裂的可能性很小。