長(zhǎng)春市地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

于光源 代樹(shù)林 呂 晗

(1:吉林大學(xué)建設(shè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130026;2:吉林建筑工程學(xué)院電氣與電子信息工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118;3:吉林省地震局，長(zhǎng)春 130022)

由于不具備晚更新世以來(lái)的地表斷錯(cuò)，長(zhǎng)春市實(shí)際上不具有發(fā)生伴有明顯地表同震錯(cuò)動(dòng)的強(qiáng)地震能力［1－2］.但該地區(qū)斷層構(gòu)造較發(fā)育，歷史上曾發(fā)生過(guò)M＞4.7級(jí)的破壞性地震.因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看并不能排除在主要斷層上發(fā)生中等～中強(qiáng)破壞性地震的可能性.活動(dòng)斷裂上的特殊結(jié)構(gòu)部位，都可能形成粘滑閉鎖段，其與強(qiáng)震特別是大地震的發(fā)生有關(guān)(周本剛，1997)［3－5］.尖山子—卡倫斷層?xùn)|段、南湖—桑家窩堡斷層中段、伊通河斷層北段都位于斷層的交匯部位，并且這3個(gè)斷層段直接位于長(zhǎng)春市市區(qū)的下方，一旦發(fā)生地震將造成巨大的危害.因此，綜合到考慮斷層段的活動(dòng)時(shí)代、所處位置和對(duì)城市的影響，確定這3個(gè)斷層段為相對(duì)危險(xiǎn)段.

1 斷層相對(duì)危險(xiǎn)段判定潛在地震最大震級(jí)評(píng)估

日本地震學(xué)家入倉(cāng)次郎和三宅弘惠(2000)系統(tǒng)總結(jié)了全球范圍現(xiàn)代地震矩(M0)與地震時(shí)地表斷層同震位錯(cuò)D的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系(圖1).從圖1注意到，大量伴有明顯地表同震位移的地震的地震矩均大于1.585×1025(dyne－cm).由Hanks和Kanamori(1979)提出的矩陣震級(jí)Mw關(guān)系式:

以及地震矩與面波震級(jí)MS的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式:

圖1 由入倉(cāng)－三宅經(jīng)驗(yàn)關(guān)系預(yù)測(cè)長(zhǎng)春市主要斷層最大地震矩釋放的可能范圍［經(jīng)驗(yàn)關(guān)系引自入倉(cāng)孝次郎和三宅弘恵(2000)］

考慮到在長(zhǎng)春這種地表流水侵蝕作用較強(qiáng)烈的地區(qū)，地震時(shí)即使沿上述三條斷層的地表跡線產(chǎn)生25cm以下的位錯(cuò)，也很不易保存和積累下來(lái)，從而使得產(chǎn)生這樣小量地表位錯(cuò)的地震斷層，可能在宏觀上也表現(xiàn)為非全新世斷層.因此，從保險(xiǎn)的角度，可考慮沿上述三條斷層發(fā)生中強(qiáng)地震時(shí)，沿它們的地表斷層跡線可能產(chǎn)生25cm以下的同震位移，從圖1獲知最大地震矩為1.585×1025(dyne－cm)，由公式(1)和(2)估計(jì)出相應(yīng)的震級(jí)為Ms6.0級(jí).

因此，由入倉(cāng)次郎和三宅弘惠經(jīng)驗(yàn)關(guān)系估計(jì)得到的尖山子—卡倫斷層?xùn)|段、南湖—桑家窩堡斷層中段、伊通河斷層北段斷層潛在地震的最大震級(jí)估值為Ms6.0級(jí).從分析過(guò)程看出，以上結(jié)果是一個(gè)從地震安全性角度看偏于保險(xiǎn)的估值.

2 目標(biāo)斷層段年發(fā)生率分配權(quán)系數(shù)的確定

長(zhǎng)春地區(qū)屬于弱地震活動(dòng)區(qū)，根據(jù)地震與活動(dòng)構(gòu)造關(guān)系的研究結(jié)果，區(qū)域范圍內(nèi)幾乎所有的破壞性地震均發(fā)生在第四紀(jì)以來(lái)活動(dòng)的斷層上.因此，只將目標(biāo)區(qū)的破壞性地震年發(fā)生率，分配在尖山子－卡倫斷層?xùn)|段、南湖—桑家窩堡斷層中段、伊通河斷層北段這3條相對(duì)危險(xiǎn)斷層段上.

另?yè)?jù)斷層走向與地震的關(guān)系統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果，東北地震區(qū)內(nèi)，NE向、NW向和近NS向斷層5.5～6.0級(jí)地震的次數(shù)分別為13，3和2次，將其歸一化得到尖山子－卡倫斷層?xùn)|段、南湖—桑家窩堡斷層中段、伊通河斷層北段5.5～6.0級(jí)地震年發(fā)生率的分配權(quán)系數(shù)，列于表1中(簡(jiǎn)稱方案1).

目標(biāo)區(qū)現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的最大主應(yīng)力方向是70°左右，通過(guò)對(duì)區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力的分析.得到尖山子—卡倫斷層(F2)東段、南湖—桑家窩堡斷層(F4)中段、伊通河斷層(F6)北段之間可能累積應(yīng)力大小的關(guān)系，確定5.5～6.0級(jí)地震年發(fā)生率的權(quán)系數(shù)，列于表1中(簡(jiǎn)稱方案2).

表1 目標(biāo)斷層段年發(fā)生率分配權(quán)系數(shù)(方案2)

3 5.5～6.0級(jí)地震年發(fā)生率的確定

3.1 目標(biāo)區(qū)5.5～6.0級(jí)地震年平均發(fā)生率

以東北地震區(qū)為統(tǒng)計(jì)區(qū)，自1920年至今東北地震區(qū)內(nèi)共發(fā)生15次5.5～6.0級(jí)地震，據(jù)此可以得到相應(yīng)5.5～6.0級(jí)地震年發(fā)生率為0.171 3.以1920年以來(lái)4.7級(jí)以上地震歸一化頻度分配權(quán)系數(shù)為0.016 4，得到目標(biāo)區(qū)5.5～6.0級(jí)地震年發(fā)生率為0.002 81.在《中國(guó)及鄰區(qū)潛在震源區(qū)劃分及參數(shù)確定報(bào)告》(1998年)中，4級(jí)以上地震的年發(fā)生率為1.52，目標(biāo)區(qū)所在的長(zhǎng)春潛在震源區(qū)震級(jí)檔5.5～6.0的空間分布函數(shù)為0.037，由震級(jí)—頻度關(guān)系推算，得到該潛源5.5～6.0級(jí)地震的年平均發(fā)生率為0.002 57.對(duì)前述兩種方法得到的目標(biāo)區(qū)5.5～6.0級(jí)地震年平均發(fā)生率結(jié)果采取等權(quán)處理，最終得到目標(biāo)區(qū)5.5～6.0級(jí)地震的年平均發(fā)生率為0.002 69.

3.2 目標(biāo)斷層段年發(fā)生率綜合確定

根據(jù)上節(jié)確定的目標(biāo)區(qū)5.5～6.0級(jí)地震的年發(fā)生率0.002 69，以及方案1和方案2給出的目標(biāo)斷層段年發(fā)生率分配權(quán)系數(shù)，分別得到兩種方案的目標(biāo)區(qū)目標(biāo)斷層段的年發(fā)生率(表2).由于缺乏判定兩種方案結(jié)果優(yōu)劣的有效依據(jù)，因此對(duì)這兩種方案的結(jié)果采取等權(quán)處理，最終得到目標(biāo)區(qū)目標(biāo)斷層段5.5～6.0級(jí)地震的年發(fā)生率，列于表3中.

表2 目標(biāo)區(qū)目標(biāo)斷層段年發(fā)生率

4 目標(biāo)斷層段未來(lái)百年5.5～6級(jí)地震發(fā)震概率

由于目標(biāo)斷層缺少如滑動(dòng)速率、古地震等斷層活動(dòng)性資料，故布朗過(guò)程時(shí)間模型和時(shí)間可預(yù)測(cè)模型無(wú)法使用，且現(xiàn)代地震較少.因此，由現(xiàn)代地震外推中強(qiáng)地震的年發(fā)生率用于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵噍^為困難.這里只考慮地震發(fā)生率符合泊松分布.根據(jù)上述得到的目標(biāo)區(qū)目標(biāo)斷層的年發(fā)生率，得到目標(biāo)區(qū)目標(biāo)斷層未來(lái)100年5.5～6級(jí)地震的發(fā)震概率(表3).

表3 目標(biāo)區(qū)目標(biāo)斷層段未來(lái)100年5.5～6級(jí)地震的發(fā)震概率

5 結(jié)論

根據(jù)對(duì)長(zhǎng)春市主斷層地震危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)，得到如下結(jié)論:

(1)在目標(biāo)區(qū)的各主要斷層中，尖山子—卡倫斷層(F2)東段、南湖—桑家窩堡斷層(F4)中段、伊通河斷層(F6)北段，具有發(fā)生中強(qiáng)地震的潛勢(shì)，為相對(duì)危險(xiǎn)段，潛在地震震級(jí)上限均為MS=6.0.由入倉(cāng)—三宅經(jīng)驗(yàn)關(guān)系估計(jì)得到的這3條斷層的最大地震矩為1.585×1025(dyne－cm)，因此，在城市規(guī)劃時(shí)要盡量避讓這些危險(xiǎn)段或是采取相應(yīng)的抗斷措施;

(2)尖山子—卡倫斷層(F2)東段、南湖—桑家窩堡斷層(F4)中段、伊通河斷層(F6)北段MS5.5～6.0級(jí)地震的復(fù)發(fā)間隔估值為600～2400年;而未來(lái)100年發(fā)生MS5.5～6.0級(jí)地震的概率分別為1.57×10－1，5.42×10－2和4.07×10－2，在這些斷層附近進(jìn)行工程建設(shè)前需要進(jìn)行專門的地震安全性評(píng)價(jià)工作以確定抗震設(shè)防烈度;

(3)本次結(jié)果是從地震安全性角度看偏于保險(xiǎn)的估值.

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