渤海海域海洋平臺(tái)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)研究1

劉育豐彭艷菊王俊勤沙海軍呂悅軍

1）中海油能源發(fā)展股份有限公司北京分公司，北京 100027

2）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

3）中海油研究總院，北京 100027

渤海海域海洋平臺(tái)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)研究1

劉育豐1）彭艷菊2）王俊勤3）沙海軍2）呂悅軍2）

1）中海油能源發(fā)展股份有限公司北京分公司，北京 100027

2）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

3）中海油研究總院，北京 100027

本文首先基于渤海海域的地震環(huán)境及地震危險(xiǎn)性特征，根據(jù)46個(gè)海洋平臺(tái)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)，分析了不同設(shè)防水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系；然后，采用與其他工程類比的方法，確定了海洋平臺(tái)抗震設(shè)防的兩級(jí)目標(biāo)；通過與國(guó)內(nèi)其他規(guī)范的類比，確定了海洋平臺(tái)強(qiáng)度設(shè)計(jì)地震的概率水準(zhǔn)取重現(xiàn)期200年，變形設(shè)計(jì)地震的概率水準(zhǔn)取重現(xiàn)期1000—2500年，并深入分析論證了其合理性；最后，根據(jù)渤海地區(qū)的地震危險(xiǎn)性分區(qū)和地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃給出了相應(yīng)的設(shè)防參數(shù)。本文是對(duì)渤海地區(qū)多年來海洋平臺(tái)抗震設(shè)防經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是對(duì)我國(guó)海洋平臺(tái)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的探索性研究。

渤海 海洋平臺(tái) 抗震設(shè)防水準(zhǔn)

前言

渤海蘊(yùn)藏著豐富的海洋資源，是我國(guó)海洋石油的主要開發(fā)場(chǎng)所。同時(shí)，渤海海域地震活動(dòng)也是我國(guó)海域內(nèi)最高的地區(qū)，其活動(dòng)強(qiáng)度和頻度遠(yuǎn)高于其它海域。為確保地震中海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)安全，自上世紀(jì)80年代以來，我國(guó)對(duì)擬建的每座海洋平臺(tái)均進(jìn)行了地震安全性評(píng)價(jià)工作，為其抗震設(shè)計(jì)提供地震動(dòng)參數(shù)。與水電、交通、核電等工程均有國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范不同，受海域研究程度的制約，我國(guó)海洋平臺(tái)的抗震設(shè)防尚未制定專業(yè)的抗震規(guī)范。迄今為止，海洋平臺(tái)的抗震設(shè)防主要參考相關(guān)規(guī)范確定設(shè)防參數(shù)，如《工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)（GB 17741-2005）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2005）、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010）和《海上平臺(tái)場(chǎng)址工程地質(zhì)勘察規(guī)范（GB 17503-1998）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，1998）等。但這些規(guī)范的適用性越來越受到海洋石油設(shè)計(jì)部門的質(zhì)疑，需對(duì)其科學(xué)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行深入研究。

渤海是我國(guó)海域中海洋勘探和海域地震研究較深入的地區(qū)，眾多學(xué)者在地震構(gòu)造環(huán)境、地震活動(dòng)特征方面開展了研究（陳國(guó)光等，2003；2004；呂悅軍等，2003；2008；彭艷菊，2008；王華林等，2000；王健，2007；徐杰等，2008），同時(shí)，在實(shí)際工作中對(duì)海洋平臺(tái)的抗震設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)也積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為研究海洋平臺(tái)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)奠定了一定的基礎(chǔ)（呂悅軍等，2006；彭艷菊等，2004a；2004b；2007）?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是指根據(jù)客觀的地震設(shè)防環(huán)境和已定的設(shè)防目標(biāo)，并考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等因素確定采用多大的設(shè)防參數(shù)進(jìn)行抗震設(shè)防（謝禮立等，1996；歐進(jìn)萍等，2008），從技術(shù)上講，包括設(shè)防目標(biāo)、設(shè)防水準(zhǔn)、設(shè)防參數(shù)等內(nèi)容，其核心問題是設(shè)防水準(zhǔn)。本文首先分析了渤海海域地震環(huán)境，然后研究了地震危險(xiǎn)性特征，分析了不同概率水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系。在總結(jié)已有工程抗震設(shè)防經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了確定海洋平臺(tái)的抗震設(shè)防目標(biāo)。采用與甲類建筑物類比的原則，確定了海洋平臺(tái)的抗震設(shè)防水準(zhǔn)，并與相關(guān)行業(yè)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比，論證其合理性和安全性。最后，根據(jù)渤海海域的地震危險(xiǎn)性分區(qū)和地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃給出了相應(yīng)的設(shè)防參數(shù)。

1 渤海海域地震活動(dòng)特征

渤海海域地震活動(dòng)的特點(diǎn)是強(qiáng)度大、頻度高，特別是7級(jí)以上大地震發(fā)生率在華北地震區(qū)內(nèi)是最高的，平均120年發(fā)生1次。但是，渤海海域內(nèi)歷史地震記載缺失較多。

圖1是渤海及周邊地區(qū)歷史強(qiáng)震震中分布圖。由圖1可知，渤海海域內(nèi)強(qiáng)震在空間分布上很不均勻，1548年、1597年、1888年和1969年發(fā)生的4次7級(jí)以上地震都分布在渤海的中部，主要集中在北緯38°—39°、東經(jīng)119°—121°之間，形成了華北地震區(qū)7級(jí)以上大震最集中的地區(qū)。而在北部的遼東灣一帶卻沒有記錄到大于5級(jí)的地震，南部的萊州灣也僅有5級(jí)左右的中等地震發(fā)生。這種分布特征受地震構(gòu)造控制，在地震構(gòu)造上，渤海海域處于郯廬斷裂帶和張渤斷裂帶的交匯部位，北北東向郯廬斷裂在渤海內(nèi)部被一系列大致平行的北西西向斷裂左旋錯(cuò)斷成多段，渤海內(nèi)部的構(gòu)造格架由這兩組構(gòu)造所組成，它們控制著渤海的現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震活動(dòng)（刁守中等，1990；鄧起東等，2001；陳國(guó)光，2003）。

圖1 渤海海域及鄰區(qū)歷史地震震中及主要斷裂分布圖Fig. 1 Map of historical earthquake epicenters and faults in Bohai and adjacent region

渤海內(nèi)部活動(dòng)斷裂各段的現(xiàn)代活動(dòng)性是不均勻的。郯廬斷裂在渤海內(nèi)部被北西西向斷裂大致分割成活動(dòng)程度不同的三段（魏光興等，1993）：北段活動(dòng)性相對(duì)較弱，只記載到5.0—5.5級(jí)地震，近期微震活動(dòng)也較少；南段只記錄到6級(jí)左右的地震，沿?cái)嗔褞Ц浇F(xiàn)今有微震活動(dòng)，地震活動(dòng)性較北段高；中段由于受到一系列北西西向斷裂的切割，斷裂結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，渤海內(nèi)部有3次7.0—7.5級(jí)地震和若干次5級(jí)左右地震都發(fā)生在中段，是渤海內(nèi)部地震活動(dòng)性最高的地區(qū)。

圖2是渤海海域內(nèi)強(qiáng)震的M-T圖，該圖顯示渤海內(nèi)強(qiáng)震的時(shí)間分布也是不均勻的，具有周期性。自1548年以來，強(qiáng)震都集中分布在2個(gè)時(shí)段（表1）：1548—1624年為顯著活躍階段，在76年時(shí)間內(nèi)發(fā)生了7級(jí)以上地震2次、5.0—6.9級(jí)地震3次；1625—1887年為平靜階段，在262年時(shí)間內(nèi)沒有記錄到MS5.0以上地震；1888年至今為又一次顯著活躍階段，已發(fā)生7.0級(jí)以上地震2次、5.0—6.9級(jí)地震2次。

圖2 渤海海域內(nèi)歷史地震M–T圖Fig. 2 M-T plot of historical earthquakes in Bohai Sea region

表1 渤海地震活動(dòng)期統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of seismicity in Bohai sea region

2 渤海海域地震危險(xiǎn)性特征及工程抗震設(shè)防經(jīng)驗(yàn)

2.1 渤海海域地震危險(xiǎn)性特征

極值理論是常用的估計(jì)地震強(qiáng)度的方法之一，在地震危險(xiǎn)性分析、地震預(yù)報(bào)、地震烈度區(qū)劃和重要工程地震安全性評(píng)價(jià)等方面得到了廣泛的應(yīng)用（高孟潭等，1988；章淮魯，1991）。李亞琦（1999）利用極值III型分布擬合地震危險(xiǎn)性曲線，引入形狀參數(shù)K表達(dá)地震危險(xiǎn)性特征，以1990年地震烈度區(qū)劃結(jié)果為基礎(chǔ)，將中國(guó)的地震危險(xiǎn)性分為3個(gè)區(qū)，K值越小，地震危險(xiǎn)性曲線越平緩，不同概率水準(zhǔn)的地震強(qiáng)度相差越大。地震危險(xiǎn)性曲線表達(dá)式為：式中，P為對(duì)應(yīng)的超越概率值；K為形狀參數(shù)；Amax為超越概率為P的地震地面峰值加速度；為相應(yīng)于50年超越概率10%的地震地面峰值加速度。

近 10余年來，呂悅軍等（2003；2008）、徐杰等（2008）、陳國(guó)光等（2003；2004）對(duì)渤海的地震構(gòu)造、地震危險(xiǎn)性進(jìn)行了深入的研究。呂悅軍等（2008）初步編制了渤海海域的地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖，將研究區(qū)劃分為0.10g、0.15g和0.20g三個(gè)分區(qū)。本文以呂悅軍等（2008）給出的50年超越概率63%、10%和2%的地震動(dòng)峰值加速度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用式（1）計(jì)算了渤海海域0.1°×0.1°的網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的K值，K值集中分布在7—16之間，并將其劃分為7—10、10—13、13—16三檔，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行危險(xiǎn)性分區(qū)，共分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)3個(gè)區(qū)，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，大部分地區(qū)屬于Ⅱ區(qū)和Ⅲ區(qū)，地震危險(xiǎn)程度中等；渤中地區(qū)危險(xiǎn)性較高，K值較低，屬于Ⅰ區(qū)。同時(shí)，圖3還顯示出地震危險(xiǎn)性分區(qū)與地震動(dòng)峰值加速度分區(qū)存在一定的差異，Ⅰ區(qū)包含了地震動(dòng)峰值加速度為0.20g、0.15g的分區(qū)；Ⅱ區(qū)跨越了0.15g和0.10g區(qū)；Ⅲ區(qū)跨越了0.10g和0.05g區(qū)。

圖3 渤海海域地震危險(xiǎn)分布Fig. 3 Seismic risk map of Bohai Sea

2.2 已有工程抗震設(shè)防經(jīng)驗(yàn)

本文收集整理了渤海地區(qū) 2000年以來海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)研究報(bào)告，從中統(tǒng)計(jì)出可用的46個(gè)平臺(tái)的海底泥面峰值加速度，分別為重現(xiàn)期200年、1000年，50年超越概率63%、10%和2%（分別相當(dāng)于重現(xiàn)期50年、500年和2500年）。這些海洋平臺(tái)分別分布在遼東灣、渤海灣、中央盆地以及萊州灣地區(qū)，其設(shè)計(jì)參數(shù)可以代表渤海海域的地震活動(dòng)環(huán)境。對(duì)這46組數(shù)據(jù)有針對(duì)性地計(jì)算了不同概率水準(zhǔn)的地震動(dòng)峰值加速度之間的比值，統(tǒng)計(jì)分析了其分布規(guī)律。圖4（a—d）分別為重現(xiàn)期200年與50年超越概率63%、50年超越概率10%與重現(xiàn)期200年、重現(xiàn)期1000年與重現(xiàn)期200年、50年超越概率2%與重現(xiàn)期200年地震動(dòng)峰值加速度比值R與頻次N分布圖，表2為其分布范圍、均值分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

從圖4可以看出，4組數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)分布范圍明顯，基本符合正態(tài)分布特征。第一組和第四組數(shù)據(jù)存在偏差，主要是受50年超越概率63%和2%的數(shù)據(jù)的可靠度影響，原因來自于小震和大震資料缺失，由于小震的影響程度和范圍較小，歷史記載缺失較多，大震則是因?yàn)槠鋸?fù)發(fā)周期長(zhǎng)，大于歷史記載時(shí)段，所用資料不能充分反映大震的活動(dòng)特征。

圖4 渤海海洋平臺(tái)不同概率水準(zhǔn)下設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)比值與頻次分布Fig. 4 Frequency distribution and ratio of seismic parameters at different probability levels for offshore platforms in Bohai Sea

表2 不同概率水準(zhǔn)的地震動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系Table 2 Ratios of peak accelerations at different probability levels

3 抗震設(shè)防目標(biāo)的確定

設(shè)防目標(biāo)是指工程結(jié)構(gòu)通過抗震設(shè)計(jì)所要達(dá)到的宏觀防震目標(biāo)。設(shè)防目標(biāo)與設(shè)計(jì)方法有關(guān)。已頒布的各行業(yè)抗震規(guī)范中均制定了明確的設(shè)防目標(biāo)，比如：建構(gòu)筑物為三級(jí)設(shè)防，其目標(biāo)可概括為“小震不壞、中震可修、大震不倒”；而水運(yùn)、水工、公路等工程為一級(jí)設(shè)防，目標(biāo)為在設(shè)防地震作用下，如發(fā)生局部損壞，經(jīng)一般處理后仍可正常使用。海洋平臺(tái)目前采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，即按照海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)和使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)（王忠暢，2005），由此可確定相應(yīng)的兩級(jí)設(shè)防目標(biāo)。魏?。?004）采用時(shí)變分析方法模擬了導(dǎo)管架平臺(tái)的地震破壞過程，將其分為3個(gè)階段：定常反應(yīng)階段；塑變反應(yīng)階段；破壞階段。由于導(dǎo)管架平臺(tái)的空間剛架結(jié)構(gòu)具有很高的冗余度，結(jié)構(gòu)在變形超過塑變狀態(tài)極限或有構(gòu)件屈曲后，仍具有繼續(xù)承載的能力，因此，塑變狀態(tài)可稱為承載力極限狀態(tài)；破壞狀態(tài)對(duì)應(yīng)使用極限狀態(tài)。綜合上述分析，本文定義兩級(jí)設(shè)防目標(biāo)，分別為強(qiáng)度水平地震和韌性水平地震（或稱為常遇地震和罕遇地震）。

第一級(jí)設(shè)防目標(biāo)定義為：經(jīng)歷強(qiáng)度水平地震時(shí)，結(jié)構(gòu)處于定常反應(yīng)階段或塑變反應(yīng)階段，構(gòu)件不發(fā)生破壞。我國(guó)建筑設(shè)防中的“小震不壞”要求結(jié)構(gòu)處于線彈性階段，不出現(xiàn)破壞；“中震可修”要求結(jié)構(gòu)可發(fā)生非彈性變形，允許出現(xiàn)可修復(fù)的破壞。但海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)特殊，所用的鋼材具有很大的塑性變形能力，在往復(fù)加卸載過程中結(jié)構(gòu)的塑性變形能夠很大程度地提高結(jié)構(gòu)吸收和耗散地震能量的能力，僅將線彈性階段作為正常工作階段過于保守，因此將正常使用極限定位為塑性變形階段。這一目標(biāo)的受損指標(biāo)可與“小震不壞”相對(duì)應(yīng)，工作狀態(tài)可進(jìn)入塑變階段，與“中震可修”的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。

第二級(jí)設(shè)防目標(biāo)定義為：經(jīng)歷韌性水平地震時(shí)，允許結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)有一些損壞，次要部件遭到破壞，海洋平臺(tái)已不能繼續(xù)工作，但要求海洋平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)系統(tǒng)仍保持整體穩(wěn)定性，不至于倒塌，不發(fā)生生命損失和嚴(yán)重的環(huán)境污染。這一目標(biāo)相當(dāng)于我國(guó)建筑抗震規(guī)范的“大震不倒”。

4 抗震設(shè)防水準(zhǔn)及設(shè)防參數(shù)的標(biāo)定

本節(jié)采用類比法，確定與上述兩級(jí)設(shè)防目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的設(shè)防水準(zhǔn)，然后根據(jù)渤海海域的地震危險(xiǎn)性分區(qū)和地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃，給出不同分區(qū)相應(yīng)設(shè)防水準(zhǔn)的設(shè)防參數(shù)。

4.1 強(qiáng)度水平地震概率水準(zhǔn)的標(biāo)定

強(qiáng)度水平地震可類比建筑工程抗震目標(biāo)“小震不壞”，所以正常使用極限地震可以簡(jiǎn)稱為小震或常遇地震。對(duì)于一般建（構(gòu)）筑物（丙類），常遇地震概率水準(zhǔn)取50年超越概率63%。對(duì)于海洋平臺(tái)這類特別重要的工程結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防的標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)高于一般建（構(gòu)）筑物，本文采用與甲類建（構(gòu)）筑物抗震設(shè)防水準(zhǔn)持平的原則確定強(qiáng)度水平地震的概率水準(zhǔn)。

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50011-2010）》（中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2010）未明確甲類建筑設(shè)防地震的概率水準(zhǔn)，但規(guī)定地震作用應(yīng)按高于本地區(qū)設(shè)防烈度計(jì)算，其值取地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)果，當(dāng)抗震設(shè)防烈度為6—8度時(shí)，按提高1度采取抗震措施，為9度時(shí)應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。鄢家全等（2000）的研究表明，地震烈度提高1度，峰值加速度增加1倍。馬玉宏等（2002）利用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期標(biāo)定建筑的重要性類別，建議甲類建筑物常遇地震的概率水準(zhǔn)取50年超越概率22%（相當(dāng)于重現(xiàn)期200年），但未給出實(shí)際的工程資料進(jìn)行檢驗(yàn)。鄢家全等（2000）根據(jù)對(duì)全國(guó)128項(xiàng)工程場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，重現(xiàn)期200年的地震動(dòng)峰值加速度約為50年超越概率10%的2/3。高孟潭等（1998）發(fā)現(xiàn)50年超越概率63%的地震動(dòng)峰值加速度為50年超越概率10%的1/3。因此，可以認(rèn)為重現(xiàn)期200年的地震作用強(qiáng)度約為50年超越概率63%的2倍，也就是說重現(xiàn)期200年的地震作用強(qiáng)度滿足了地震烈度提高1度的要求。

同時(shí)表2也表明，重現(xiàn)期200年與50年63%的峰值加速度比值在1.8—2.7之間，均值為2.1；50年超越概率10%與重現(xiàn)期200年的峰值加速度比值在1.2—1.6之間，均值為1.4，即重現(xiàn)期200年與50年超越概率10%的峰值加速度比值為1/1.4（約為0.7），略高于鄢家全等（2000）所得的 2/3。另外，海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也表明，在渤海海域內(nèi)海洋平臺(tái)正常使用極限地震的重現(xiàn)期取200年達(dá)到了地震烈度提高1度的要求。

由上可見，強(qiáng)度水平地震的概率水準(zhǔn)取重現(xiàn)期200年，同甲類建（構(gòu)）筑物取值持平。另外，美國(guó)API RP 2A-WSD規(guī)范（API，2000）建議，南加利福尼亞海域的永久性結(jié)構(gòu)的正常使用極限地震的重現(xiàn)期取200年。而彭艷菊等（2006）的研究表明，渤海地區(qū)的地震作用弱于南加州地區(qū)。因此，渤海海洋平臺(tái)強(qiáng)度水平地震的概率水準(zhǔn)取200年是安全的。

4.2 韌性水平地震概率水準(zhǔn)的標(biāo)定

韌性水平地震就是通常所稱的罕遇地震。從根本上說，韌性水平地震作用下的抗震驗(yàn)算應(yīng)該是彈塑性變形能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算。當(dāng)前在我國(guó)海洋平臺(tái)抗震設(shè)計(jì)中，韌性水平地震采用API規(guī)范中8腿平臺(tái)的韌性設(shè)計(jì)方法，地震作用取強(qiáng)度水平地震設(shè)計(jì)值的2倍（API，2000；王忠暢，2005）。

同時(shí)表2中的數(shù)據(jù)也表明，重現(xiàn)期1000年與重現(xiàn)期200年的峰值加速度比值頻次統(tǒng)計(jì)在1.6—2.4之間，平均為1.9，大致上能滿足強(qiáng)度水平地震作用2倍的要求；50年超越概率2%與重現(xiàn)期200年的峰值加速度比值為1.9—2.8，均值為2.4，大于重現(xiàn)期200年地震作用的2倍。因此可以判斷，渤海海域內(nèi)重現(xiàn)期1000—2500年峰值加速度應(yīng)該不小于重現(xiàn)期200年的2倍。也就是說，重現(xiàn)期1000—2500年的地震作用應(yīng)該是強(qiáng)度水平地震的2倍及以上。據(jù)此，建議韌性水平地震的概率水準(zhǔn)取重現(xiàn)期1000—2500年。

本文從地震危險(xiǎn)性特征方面對(duì)韌性水平地震水準(zhǔn)取值的合理性進(jìn)行了論證，將上述渤海46個(gè)海洋平臺(tái)強(qiáng)度水平地震作用取重現(xiàn)期200年的峰值加速度，韌性地震作用取強(qiáng)度水平地震作用的 2倍，根據(jù)式（1）來計(jì)算強(qiáng)度水平地震的重現(xiàn)期，所得重現(xiàn)期分布在 773—1407年，統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表3。重現(xiàn)期主要集中在1000—1400年，共28個(gè)海洋平臺(tái)，占樣本的61%；小于1000年的有14個(gè)海洋平臺(tái)；大于1400年的有4個(gè)海洋平臺(tái)。從海洋平臺(tái)的分布位置看，韌性水平地震重現(xiàn)期長(zhǎng)的位于遼東灣等地震危險(xiǎn)性低、地震活動(dòng)性弱的地區(qū)；韌性水平地震重現(xiàn)期短的集中在地震危險(xiǎn)性高、活動(dòng)性強(qiáng)的渤中地區(qū)，此結(jié)果符合實(shí)際規(guī)律。

由此可見，從地震環(huán)境角度看，渤海海域的韌性水平地震重現(xiàn)期取 1000—2500年是安全、合理的。

表3 不同重現(xiàn)期分檔的海洋平臺(tái)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Platform number in different intervals of return period

4.3 基于渤海地震環(huán)境的設(shè)防參數(shù)

根據(jù)渤海地震危險(xiǎn)性分區(qū)和地震動(dòng)參數(shù)分區(qū)，利用式（1）計(jì)算得到了不同地震危險(xiǎn)性分區(qū)、不同地震動(dòng)分區(qū)內(nèi)，重現(xiàn)期200年、1000—2500年的地震設(shè)防參數(shù)，結(jié)果如表4所示。表4中的數(shù)據(jù)表明，在同一危險(xiǎn)性特征分區(qū)內(nèi)，韌性水平地震的設(shè)防參數(shù)較大，重現(xiàn)期1000年的參數(shù)一般大于重現(xiàn)期200年參數(shù)的2倍；另外，即使在同一地震動(dòng)參數(shù)分區(qū)內(nèi)，地震危險(xiǎn)性特征不同，強(qiáng)度水平地震和韌性水平地震的參數(shù)存在一定的差異，K值小的分區(qū)內(nèi)的強(qiáng)度水平地震設(shè)防參數(shù)小于K值大的分區(qū)內(nèi)的參數(shù)，而韌性水平地震的情況則相反，即在K值相對(duì)低的地區(qū)，相同重現(xiàn)期的韌性水平地震的強(qiáng)度要大，這也說明了劃分地震危險(xiǎn)性分區(qū)的必要性。

表4 地震危險(xiǎn)性分區(qū)內(nèi)不同概率水準(zhǔn)下的抗震設(shè)防參數(shù)（單位：g）Table 4 Seismic fortification parameters on different probability levels in various seismic risk zones (unit: g)

5 結(jié)論

本文綜合分析了渤海海域的地震環(huán)境，研究了其地震危險(xiǎn)性特征，分析了該區(qū)海洋平臺(tái)不同設(shè)防水準(zhǔn)的設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系，為確定海洋平臺(tái)抗震設(shè)防水準(zhǔn)奠定了資料基礎(chǔ)；針對(duì)海洋平臺(tái)兩階段設(shè)計(jì)的方法，并與其他工程進(jìn)行對(duì)比，確定了兩級(jí)設(shè)防目標(biāo)；采用與甲類建筑類比的方法，以46個(gè)海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，確定了強(qiáng)度水平地震的概率水準(zhǔn)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)中韌性水平地震與強(qiáng)度水平地震的關(guān)系，確定了韌性水平地震的概率水準(zhǔn)，并深入分析論證了其合理性；最后根據(jù)渤海海域的地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃和地震危險(xiǎn)性分區(qū)，給出了不同地震危險(xiǎn)性分區(qū)內(nèi)的設(shè)防參數(shù)。

本文以渤海的地震環(huán)境為基礎(chǔ)，根據(jù)該地區(qū)海洋平臺(tái)的地震動(dòng)參數(shù)研究成果，進(jìn)行了海洋平臺(tái)抗震設(shè)防水準(zhǔn)和設(shè)防參數(shù)的初步研究。該研究是對(duì)渤海地區(qū)海洋平臺(tái)多年的抗震設(shè)防經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，適用于渤海地區(qū)的地震環(huán)境。

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Study on Seismic Fortification Criteria of Offshore Platforms in Bohai Sea

Liu Yufeng1）, Peng Yanju2）, Wang Junqin3）, Sha Haijun2）and Lu Yuejun2）

1) CNOOC Energy Technology & Services Limited Beijing Branch, Beijing 100027, China
2) Institute of Crustal Dynamics, China Earthquake Administration, Beijing 100085, China
3) CNOOC Research Institute, Beijing 100027, China

Based on the seismo-tectonic background and the seismic risk characters of Bohai Sea region, we analyzed the design seismic parameters of 46 platforms in Bohai Sea, as well as the ratios of the peak accelerations for different probability levels. In accordance with the two-stage design method, a scheme of two design seismic levels is proposed, and two fortification goals are established respectively for the strength level earthquake and ductility level earthquake. By comparison to the Chinese seismic code for buildings it is determined that the probability level for the strength and ductility level earthquake takes respectively return period of 200 and 1000—2500 years, and further expounded on its rationality. Finally, the fortification parameters in sub-regions of Bohai area are given in the light of seismic risk zonation and ground motion division. This article is a summary of experience from many years work of offshore platform seismic fortification, and an exploratory study on the seismic fortification standard of offshore platforms in China, which may serve as reference for the standard establishment.

Bohai sea; Offshore platform; Seismic fortification level

劉育豐，彭艷菊，王俊勤，沙海軍，呂悅軍，2012.渤海海域海洋平臺(tái)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)研究.震災(zāi)防御技術(shù)，7（2）：111—120.

財(cái)政部2007年公益性行業(yè)科研專項(xiàng)200708055

2012-03-26

劉育豐，男，生于1955年。高級(jí)工程師。1982年畢業(yè)于中國(guó)海洋大學(xué)物理海洋專業(yè)，理科學(xué)士。現(xiàn)任中海油能源發(fā)展股份有限公司北京分公司資深技術(shù)專家，總工。長(zhǎng)期從事物理海洋、海洋工程環(huán)境等方面的研究和應(yīng)用工作。E-mail：Liuyf@cnooc.com.cn

呂悅軍，E-mail：Luyj1@263.net