基于歷史地震烈度資料的地震危險性評估方法研究

劉靜偉

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京 100029）

我國社會的發(fā)展需求和近年來地震的震害特征表明，有必要對地震危險性評估方法和關(guān)鍵技術(shù)做深入的探索和分析，從而更加合理科學(xué)地評估地震危險性。文中剖析了國際上常用的幾種地震危險性分析方法及其應(yīng)用，比較了中國和美國現(xiàn)行區(qū)劃圖中采用的方法及關(guān)鍵技術(shù)，分析討論了日本區(qū)劃圖采用的評估方法，說明了各種方法的先進(jìn)性、優(yōu)點和存在的不足。

本文嘗試?yán)脷v史地震烈度資料進(jìn)行地震危險性的評估（簡稱烈度方法）。該方法類似于地震危險性分析的經(jīng)驗方法，關(guān)鍵在于建立地震烈度和平均重復(fù)周期的關(guān)系曲線，并將其應(yīng)用于地震危險性的評估。

烈度方法的具體內(nèi)容和步驟包括：①檢驗地震資料的完整性，選取合適的余震刪除模型去除余震，分析不同來源地震資料的精度和大震復(fù)發(fā)間隔，確定較完整且精度高的歷史地震烈度資料；②基于GIS技術(shù)，建立烈度資料數(shù)據(jù)庫；③ 分析研究區(qū)地震活動的時空分布特征，結(jié)合等震線特點、地質(zhì)地理、人口等自然和社會因素劃分統(tǒng)計單元；④ 建立頻率－烈度關(guān)系曲線，確定地震危險性特征，即每個統(tǒng)計單元不同烈度的平均重復(fù)周期；⑤ 選擇合適的統(tǒng)計模型，評估未來一段時間的地震危險性。

選擇了華北地區(qū)作為本文的研究區(qū)。考慮地震資料的完整性、大震復(fù)發(fā)間隔的復(fù)合以及余震的刪除等步驟，建立了用于地震危險性評估的烈度資料數(shù)據(jù)庫，包括1484—2009年M地震和有史以來所有MS≥7地震的烈度資料。并分析了研究區(qū)地震活動的時空分布特征。

針對資料較少的單元，本文采取兩種方案進(jìn)行頻率－烈度關(guān)系曲線參數(shù)的調(diào)整：一種是同一地震帶內(nèi)使用統(tǒng)一的烈度衰減斜率；另一種是根據(jù)“就近原則”，采用距離最近的單元的烈度衰減斜率。通過頻率－烈度關(guān)系曲線的擬合情況和所得地震危險性評估結(jié)果的比較分析，認(rèn)為同一地震帶內(nèi)使用統(tǒng)一的烈度衰減斜率這一方法更加合理可靠?；谶@種方案，得到了研究區(qū)的地震危險性評估結(jié)果。

另外，文中還檢驗了不同時段烈度資料對地震危險性評估結(jié)果的影響。通過對研究區(qū)地震活動趨勢的分析，選擇了上一活躍期（1484—1730年）的地震烈度資料，來評估華北地區(qū)的地震危險性。通過對研究區(qū)所跨越地震區(qū)帶的未來百年地震活動趨勢分析，以及兩個時段烈度資料的完整性、評估結(jié)果的可靠性、對未來地震活動水平的代表性等因素的對比分析，認(rèn)為基于1484—2009年（包含了有史以來所有MS7以上大震）的烈度資料評估地震危險性更加合理可行。

最終得到了華北地區(qū)地震危險性的定量評估結(jié)果。研究區(qū)主要城市的烈度I≥Ⅷ的平均重復(fù)周期為：北京437年，天津416年，太原507年，西安350年，濟南756年，南京2 547年。這些城市的地震危險性，即在一般工程使用期50年內(nèi)超越烈度I＝Ⅷ的概率為：北京11%，天津11%，太原9%，西安13%，濟南4%，南京2%。

結(jié)合華北地區(qū)的評估結(jié)果，檢驗了利用烈度資料評估地震危險性中的重要環(huán)節(jié)，得出如下結(jié)論：① 歷史大震對可靠單元的評估結(jié)果影響不大；② 利用烈度方法評估的活動斷裂區(qū)的地震危險性比其他地區(qū)高，這符合地質(zhì)構(gòu)造與地震活動性水平的相關(guān)關(guān)系；③烈度方法對地震記錄較完整地區(qū)的地震危險性評估結(jié)果是合理的。此外，根據(jù)一般工程通用的風(fēng)險水準(zhǔn)，估算了50年超越概率10%所對應(yīng)的烈度分布，并根據(jù)烈度I與地震動峰值加速度PGA的對應(yīng)關(guān)系，得到了相同水準(zhǔn)下PGA的分布，且結(jié)果的總體趨勢與我國現(xiàn)行區(qū)劃圖相似，只是在華北平原和鄂爾多斯地塊內(nèi)部，高值范圍有所擴大。

本文的評估結(jié)果以概率的形式表示，明確表達(dá)了在一段時間內(nèi)，某地遭受超過某一給定水平的地震動至少發(fā)生一次的概率，具有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。而且烈度資料綜合地反映了多種因素的影響，其使用在一定程度上可以更好地反映某一場點或地區(qū)的地震危險性。烈度方法可以作為地震危險性評估的一種選擇，尤其在歷史資料記載豐富的地區(qū)，具有較高的適用性，也可以為工程抗震設(shè)計提供參考。

地震危險性；地震烈度；頻率－烈度關(guān)系曲線；泊松分布；超越概率；地震動參數(shù)