0.   引言

区域稳定性研究始于20世纪70年代，李四光在地震预报研究中指出：“地震波实际上是受构造所控制，沿着某些地带传播的。因此，在一些活动带中，也有相对稳定的地区(又叫‘安全岛’)”^[1]。近30 a来，“安全岛”思想已成为我国重大工程选址时进行地震地质和区域地壳稳定性评价的工作指导，是重大工程选址和城市安全减灾防灾的重要探索目标^[2]。

区域稳定性是指工程建设地区，在内、外动力(以内动力为主)的作用下，现今地壳及其表层的相对稳定程度，以及这种稳定程度与工程建筑之间的相互作用和影响^[3~5]，亦即由地球内外动力作用形成的地质灾害对工程建设地区人类和工程建筑安全的影响。

区域稳定性研究的目的是在综合分析各种影响区域稳定因素的基础上，按其主次控制关系，研究稳定性的区域分布规律，从而划分不同稳定程度的区(带)、亚区(亚带)及地段，并进行各区段的区域稳定性评价，以期为城市规划、重大工程或重要城镇地点的选择提供依据，为经济建设找出相对稳定的场址。

新一代1:5000000中国区域稳定性评价图是中国地质调查局2005年启动的“综合基础地质图件编制与更新”的一个重要内容，基于近年来我国在新构造运动、地质灾害等方面的最新研究成果，综合分析我国新构造运动基本规律，利用现代构造运动理论，进行区域稳定性评价，编制全国范围的区域稳定性评价图，以期进一步完善我国的基础地质信息，提高我国在区域稳定性评价研究方面的研究水平，为国家重大工程建设、区域城市群建设、西部大开发战略以及振兴东北老工业基地和政府的宏观决策、国民经济的可持续发展服务。

1.   区域稳定性评价因素的选择

中国是世界上地震、地质灾害比较严重的国家之一。随着国民经济的发展，区域稳定性评价在城市安全、重大工程建设等方面显得尤为重要。

影响区域稳定性的因素很多，不同学者有不同侧重，不同地区也各有其自身特点。一般认为区域稳定性的影响因素有地震活动、构造活动、岩浆活动、物理地质作用、人类工程活动和场地特征等^{[4, 6]}。考虑到地应力是引起一切内动力地质作用的根本原因，因此将地应力也视为影响区域稳定性的因素之一^[7~9]。这样，区域稳定性研究就包括影响区域稳定性的内、外动力因素和研究地区现今地壳及其表层特征2个方面的内容，涉及构造活动、地震活动、岩浆活动、区域性物理地质作用、人类工程活动、岩土性质等。

内动力地质作用中，我国发育多条大的地震带，地震活动十分强烈，无疑是影响区域稳定性的重要因素之一；地应力和我国发育的众多活动断裂，是影响区域稳定性的另外2个重要因素；考虑到内动力地质作用均受岩石圈结构和深部地质作用控制，岩石圈结构特征也应该作为影响区域稳定性的一个重要因素。外动力地质作用对许多地质灾害的发生、发育有重要影响，进而影响到地壳表层工程建设的稳定性和安全性，因此在区域稳定性评价时，地质灾害危险性也是需要考虑的重要因素之一。除此之外，场地的工程地质特征也是重要影响因素。因此，本文选择地震活动、活动断裂、地应力、岩石圈结构、崩滑流地质灾害危险性、地面垂直运动速率和场地的工程地质特征等7个主要影响因素进行区域稳定性评价。

2.   区域稳定性单因素评价

上述影响区域稳定性的主要因素中，有的是可以度量的，有些是描述性的，在进行区域稳定性评价时，需要按照一定的标准将各因素转化成定量化数据，才能对其进行有效的定量评价。为此，本文首先将上述影响区域稳定性的7种因素均按照稳定、基本稳定、次不稳定和不稳定4个等级进行分级，然后按1:500万图上1 cm×1 cm的面积(50 km×50 km)划分单元网格，共3843个单元，对每个单元的每个因素进行单因素评价和分区。

2.1   地震活动

区域稳定性评价中，最主要的因素之一就是地震活动。中国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育，地震活动频繁，震灾严重^[10~11]。20世纪，全球共发生3次8.5级以上强烈地震，其中2次发生在我国(1920年宁夏海原地震，8.5级；1950年西藏察隅—墨脱地震，8.5级)；全球2次导致200000人以上死亡的强烈地震也都发生在我国(1920年宁夏海原地震，死亡234000人；1976年河北唐山7.8级地震，死亡242000人)，这2次地震死亡人数之多，在全世界也是绝无仅有的。根据资料统计，自20世纪到2006年底，中国境内发生6.0~6.9级地震717次，7.0~7.9级地震118次，8.0级以上地震9次(见图 1)。

图  1  中国大陆及部分海域地势和地震震中分布图(1900—2006年)

Figure  1.  The topography and earthquake epicenter distribution of mainland and parts of the sea in China

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地震活动可以用地震烈度、地震动峰值加速度等不同方式加以表述。地震烈度是地震对某一地点地面的影响程度，地震动峰值加速度是与地震动加速度反应谱最大值相应的水平加速度。在以往的区域稳定性评价中，也常采用地震基本烈度反映地震活动强度。近年来，由于《中华人民共和国防震减灾法》制定的建设工程抗震设防国家标准是地震动峰值加速度，因此，可采用一个地区地震动峰值加速度的大小来反映地震活动对该区区域稳定性的影响程度。本文在进行区域稳定性评价时，采用国家质量技术监督局2001年发布的中华人民共和国国家标准(GB 18306—2001)“中国地震动参数区划图”^[12]上给出的地震动峰值加速度，和由全国地震区划图编制委员会编制，经国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会批准，GB 18306－2001《中国地震动参数区划图》国家标准第1号修改单附录A，《四川、甘肃、陕西部分地区地震动峰值加速度区划图》所给的地震动峰值加速度作为地震活动程度的指标，并根据地震动峰值加速度将中国区域稳定性划分为稳定(≤0.05 g)、基本稳定(0.05~0.20 g)、次不稳定(0.20~0.40 g)和不稳定(≥0.40 g)4个等级。同时考虑到2001年昆仑山M_s 8.1级地震和2008年四川汶川M_s 8.0级地震的实际地震烈度，在本文的地震活动评价中对昆仑山地区和龙门山地区地震动峰值加速度进行适当修改，提高了该区的地震动峰值加速度。

2.2   断裂活动

不同学者对活动断裂定义的认识各有不同，最大的差异为时间范围，其共同点在于有运动和位移的证据。因此，可以认为，活动断裂是指那些在近代或历史时期内发生的或有过继承运动和位移，以及在不久的将来可能再生或继续运动和位移的断层。考虑到活动断裂鉴别的可能性，本文所指的活动断裂是指第四纪以来发生的或者有过继承性活动的，且未来有可能活动的断裂。

断裂活动是新构造运动的主要类型之一。新构造运动时期的差异性升降运动、水平挤压、水平引张都会伴随断裂活动。断裂活动错断地壳岩层，使相邻块体产生差异运动，引起其上建筑物的破坏，对区域稳定性造成影响。活动断裂带上以及周边地区形成多个地震带。根据我国活动断裂(见图 2)的活动强度、活动类型，将断裂活动分为稳定区、基本稳定区、次不稳定区和不稳定区4级。稳定区远离活动断裂带，无活动断裂通过；基本稳定区距活动断裂较近，或者有第三纪活动断裂通过；次不稳定区有活动断裂通过，但活动断裂规模较小、活动较弱；不稳定区位于大的活动断裂带上或活动断裂带的交汇处，断裂活动强烈。

图  2  中国活动断裂分布图(据文献[13~14]修改)

Figure  2.  The distribution of activity faults in China

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2.3   地应力

力与介质是物体运动的2个基本要素。一切构造活动和构造变形都是地应力作用的结果。地壳现今应力场的特征和量级是论证区域地壳稳定性的重要基础。

地应力包括地应力的大小、性质和方向。确定现今地应力大小和方向的方法众多，如震源机制解法、现场地应力测量法、地质构造分析法和地应力模拟等。构造活动的强度和性质与地应力的大小和方向密切相关。地应力集中区往往是地震活动区。地壳岩石变形和运动无不与地应力作用有关。本文把地应力作为影响区域稳定性的因素之一，其大小采用地壳表层地应力实测结果，并选择最大主应力作为评价指标将其分为4级，稳定区最大主应力值小于等于5.0 MPa，基本稳定区最大主应力值为5.0~15.0 MPa，次不稳定区最大主应力值为15.0~22.5 MPa，不稳定区最大主应力值大于22.5 MPa。

2.4   岩石圈结构

总体上讲，地壳表层的构造活动是地壳和岩石圈深部作用过程的表层响应，地壳与岩石圈结构是控制地壳表层地质构造分区和构造活动的根本原因。因此，本文也将地壳和岩石圈结构作为影响区域稳定性的因素之一，参与区域稳定性评价，同样将其划分为4级：① 稳定区，地壳、岩石圈各界面平缓，无低速层和高导层，布格重力异常梯度值较小，布格重力水平导数模量小于1 mGal/km；② 基本稳定区，莫霍面和上地幔隆起较缓，无低速层和高导层，布格重力异常梯度值中等，布格重力水平导数模量为1~2 mGal/km；③ 次不稳定区，莫霍面和上地幔隆起，发育低速层或高导层，但处于低速层或高导层的中部，布格重力异常梯度值较大，布格重力水平导数模量为2~3 mGal/km；④ 不稳定区，处于莫霍面和上地幔隆起的梯度带、低速层和高导层的梯度带上或岩石圈各界面的错断带上，布格重力异常梯度值大，布格重力水平导数模量大于3 mGal/km。

2.5   地壳表面垂直运动速率

新生代第四纪或晚第三纪以来的地壳相对升降量或升降速率与地壳结构、应力状态和岩石圈动力条件密切相关。垂直差异运动大的活动带常是地震带；大面积地壳均匀上升区常是地壳稳定区，相对沉降地带大多是地壳稳定条件差的地区。因此，地壳升降速率也是影响区域稳定性的因素之一。

现今地壳表面的升降运动直接影响地表建筑物的安全，地面沉降、地面差异沉降都会对地表建筑物的稳定性造成不利影响。根据现今地壳表面垂直运动速率将区域稳定性分为4个级别：稳定区，地壳表面垂直运动速率为0~2 mm/a；基本稳定区，地壳表面垂直运动速率大于2 mm/a，小于等于4 mm/a；次不稳定区，地壳表面垂直运动速率大于4 mm/a，小于等于7 mm/a；不稳定区，地壳表面垂直运动速率大于7 mm/a。

2.6   地质灾害危险性

我国是世界上地质灾害特别严重的少数国家之一，地质灾害的基本特点是灾害种类多，分布面积广，活动频次高，危害强度大。有关研究成果表明，较严重的地质灾害有7大类近30种，其中受内动力地质作用控制和影响的灾害种类最多，危害最严重，除了直接导致地震、火山、地裂缝、岩爆、瓦斯突出、地下工程变形等灾害外，作为背景条件或动力诱发因素，还对崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷、海水入侵、海平面上升、矿井突水突泥、井下热害等多种灾害的形成与分布产生重要影响。由于我国现正处于构造活动期，地质灾害频发且分布广泛，全国有1/2以上国土和2/3以上城市明显受到不同地质灾害的威胁。据不完全统计，新中国成立以来，仅崩塌、滑坡、泥石流地质灾害就累计造成近20000人死亡，一般每年死亡数百人，重灾年死亡人数超过1000人；全国受崩滑流灾害较严重威胁的县级以上城镇236个(台湾省数据未计入，下同)，有十几个城市被迫搬迁；全国有22条铁路干线、数千公里线路受崩滑流的严重危害；数百座水库因崩滑流发生严重崩岸、淤积，效能受到严重影响；每年直接经济损失几亿到几十亿元。近年来，随着自然环境变化和资源开发与人类工程活动急速增长，地质灾害活动程度和破坏损失迅速增大。各种地质灾害除了直接危害人类生命财产外，还破坏各种产业活动以及资源开发与生态环境。因此，也是影响地面建筑物稳定性的重要因素之一。本文在编制中国地质灾害易发区图的基础上，将地质灾害危险性作为评价因素之一，也按照4个等级将其划分为稳定、基本稳定、次不稳定和不稳定区。

2.7   场地工程地质特征

场地地质体的介质类型、结构特征不同，不仅在建筑时要对其建筑物的地基进行不同的处理，而且在各种影响区域稳定性的内、外动力因素作用下，其稳定程度也有差异。特别是受地质作用影响时，地面震害与场地地质体的介质、结构之间的关系更为密切，直接影响到其上建筑物和工程的稳定性和安全，是区域稳定性评价必须考虑的因素之一。根据场地的工程地质特征，将其分为4个级别：稳定区，各类侵入体分布区；基本稳定区，前第三纪变质岩、碳酸盐岩和碎屑岩分布区；次不稳定区，第三纪碎屑岩分布区、第四纪堆积和黄土堆积分布区；不稳定区，湖泊、沼泽、淤泥分布区。

3.   区域稳定性综合评价

3.1   区域稳定性综合评价指标体系

区域稳定性是区域地壳现代活动程度的综合反映，受地震活动、构造活动、地应力、地壳或岩石圈结构、地质灾害以及地壳表面垂直运动速率等诸多因素控制。要考虑这众多影响因素对区域稳定性进行综合分析、评价，得出客观合理的结论，就十分困难。而且，由于影响区域稳定性的诸因素本身的复杂性，它们对区域稳定性的影响程度又是不确定的、不清晰的，信息定量数据往往是不够充分的。加之人们主观认识的差异性，往往很难获得一致的结论。因此，本文在进行区域稳定性综合评价时，将各单因素评价的4个分级进行量化，所有因素，相同的级别赋于相同的值(见表 1)，然后以这些数字化的指标进行多因素综合评价。

表  1  中国区域地壳稳定性综合评价等级和指标体系

Table  1.  Comprehensive evaluation grade and indicators system of region crustal stability in China

评价指标 (权重)	评价等级和评价指标分值
	稳定	基本稳定	次不稳定	不稳定
	7.5	6	4.5	3
50年超越概率10%地震动峰值加速度(0.2)	＜0.05 g	0.05~0.15 g	0.20~0.30 g	≥0.40 g
活动断裂(0.2)	远离活动断裂带，无活动断裂通过	有新近纪断裂通过，但断裂在全新世活动不明显	有活动断裂通过，但断裂规模较小、活动较弱	位于大的活动断裂带上或活动断裂带交汇处，断裂活动强烈
地应力(最大主应力值)(0.1)	≤5.0 MPa	5.0~15.0 MPa	15.0~22.5 MPa	≥22.5 MPa
岩石圈结构(0.2)	地壳、岩石圈各界面平缓，无低速层和高导层，布格重力异常梯度值较小。布格重力水平导数模量小于1 mGal/km	莫霍面和上地幔隆起较缓，无低速层和高导层。布格重力异常梯度值中等，布格重力水平导数模量1~2 mGal/km	莫霍面和上地幔隆起，发育低速层或高导层，但处于低速层或高导层的中部。布格重力异常梯度值较大，布格重力水平导数模量2~3 mGal/km	处于莫霍面和上地幔隆起的梯度带、低速层和高导层的梯度带上或岩石圈各界面的错断带上。布格重力异常梯度值大，布格重力水平导数模量大于3 mGal/km
地面垂直运动速率(0.1)	0~2 mm/a	2~5 mm/a	5~8 mm/a	＞8 mm/a
地质灾害(0.1)	单元内无地质灾害分布，也不在地质灾害影响区	地貌基本有利，物理地质作用不太明显	发育小型地质灾害，地貌反差明显，河流冲刷、切割强烈，松散堆积物发育	发育中—大型崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、坍塌等地质灾害
场地工程地质特性(0.1)	场地地质体为各种坚硬的基岩	场地地质体为各种半胶结的岩类和碎裂岩类	场地地质体为各种松散的碎石土、中粗砂砾、黏土(包括黄土)	场地地质体为各类特殊土，包括软黏土、饱和软黏土、松散粉细砂、饱和粉细砂、淤泥、淤泥质土、人工填土等

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3.2   区域稳定性综合评价方法及指数计算方法

统计各个单元各影响因素的等级数值和赋值，按地震动峰值加速度20%、活动断裂20%、地应力10%、岩石圈结构20%、地面垂直运动速率10%、地质灾害危险性10%、场地岩土体特征10%的权值计算各单元的稳定性指数。即：

稳定性指数的计算结果位于[0, 4]之间。为了便于利用稳定性指数进行分级，将计算结果按下式进行归一化，目的是使所有要素的评价结果均位于区间[0, 1]之间。计算公式为：

式中：X₁(i，j)——评价要素j的第i评价单元归一化后的数值；X(i，j)——评价要素j的第i评价单元的数值；min(x(i，j))——评价要素j的最小值；max(x(i，j))——评价要素j的最大值。

3.3   区域稳定性综合评价分级标准

根据区域稳定性综合评价的稳定性指数，将区域稳定性分为稳定、基本稳定、次不稳定和不稳定4级，各级别的稳定性指数采用等差范围(见表 2)，即稳定区指数范围0~0.2，基本稳定区指数范围0.2~0.5，次不稳定区指数范围0.5~0.8，不稳定区指数范围0.8~1.0。

表  2  区域稳定性综合评价分级标准

Table  2.  Comprehensive evaluation classification standard of regional stability

区域稳定性级别	代码	指数范围	评价结果/%
稳定	1	0~0.2	23.6
基本稳定	2	0.2~0.5	44.5
较不稳定	3	0.5~0.8	29.5
不稳定	4	0.8~1.0	2.4

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3.4   区域稳定性综合评价结果

根据各单元综合评价的稳定性指数和分级标准，得到中国区域稳定性评价结果图(见图 3)。评价结果显示，稳定区占23.6%，基本稳定区占44.5%，较不稳定区占29.5%，不稳定区占2.4%。

图  3  中国区域稳定性评价图

Figure  3.  The evaluation map of region stability in China

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不稳定区主要分布在青藏高原及其周缘地区，包括阿尔金断裂带中、南部，祁连山北缘河西走廊的嘉峪关—张掖地区、武威地区、海原—天水一带，青藏高原东缘龙门山北部文县—平武一带、汶川—泸定—冕宁—德昌一带、云南东川—石林地区、丽江—剑川地区，青藏高原南部雅鲁藏布江大拐弯地区、当雄—羊八井地区、喜马拉雅山地区，塔里木盆地西端喀什一带，天山西段昭苏一带、东段吐哈地区，阿尔泰山西南缘富藴—阿勒泰地区和台湾南部等地。

次不稳定区主要分布在青藏高原北缘、东缘、南缘以及青藏高原内部昆仑山地区，塔里木盆地周边地区，新疆北部地区，鄂尔多斯盆地周缘地区，西南三江地区，燕山地区以及台湾中部和北部地区。

其余包括整个中国东部地区、塔里木盆地、柴达木盆地以及青藏高原内部的大部分地区为基本稳定区和稳定区。