地震危險性分析中地震時空統(tǒng)計分布模型研究

徐偉進(jìn)

（中國地震局地球物理研究所，北京 100081）

（作者電子信箱，徐偉進(jìn)：wjxuwin＠163．com）

近幾十年來，隨著地震臺網(wǎng)建設(shè)的完善，世界各國均積累了大量的地震目錄資料。如何將地震目錄資料直接應(yīng)用于地震危險性分析中是目前地震學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。已有學(xué)者提出多種空間光滑方法將地震目錄資料直接應(yīng)用于地震危險性分析中，然而，對于與地震危險性分析密切相關(guān)的地震時空統(tǒng)計分布的研究卻相對滯后，缺乏堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。為了探討如何科學(xué)合理地將地震目錄資料直接應(yīng)用于地震危險性分析中，我們根據(jù)中國大陸的地震目錄資料，在對地震目錄進(jìn)行完整性分析和采用不同除叢方法進(jìn)行余震刪除的基礎(chǔ)上，對地震發(fā)生的時間、空間統(tǒng)計分布特征做了系統(tǒng)、深入的研究，并定量研究了余震時空叢集對地震危險性分析的影響。

首先，我們采用定量統(tǒng)計方法，對我國儀器記錄地震和歷史破壞性地震的完整起始年限做了分析，得到了完整的地震目錄，以此作為研究地震時空統(tǒng)計分布特征的基礎(chǔ)資料。

對于時間分布特征研究，我們以地震區(qū)為研究單元，采用時空窗法和基于ETAS模型的隨機(jī)除叢法 兩種余震刪除方法對地震序列中的余震進(jìn)行了刪除。使用χ2檢驗(yàn)、K－S檢驗(yàn)、游程檢驗(yàn)對刪除余震后的主震目錄進(jìn)行了一般時間獨(dú)立性檢驗(yàn)，然后又進(jìn)一步使用擴(kuò)散熵分析及時間K－function法對主震目錄的時間相關(guān)性和時間叢集性進(jìn)行了嚴(yán)格的統(tǒng)計檢驗(yàn)，結(jié)果表明，我國大陸地震事件的發(fā)生具有時間獨(dú)立性，即地震發(fā)生在時間上遵從泊松過程，且是典型的非平穩(wěn)泊松過程。

在地震空間分布特征的研究上，我們采用 “Cellular Seismology”法并輔以Wilcoxon－test和Spearman Rank Correlation test等統(tǒng)計檢驗(yàn)方法，對 “未來地震發(fā)生在已發(fā)生地震附近”這一假設(shè)進(jìn)行了驗(yàn)證分析。通過對我國8個地震區(qū)和22個地震帶的檢驗(yàn)研究，結(jié)果表明“未來地震發(fā)生在已發(fā)生地震附近”是一個真實(shí)、可測量的物理現(xiàn)象，即空間分布的地震活動性資料可以作為未來地震潛在震源區(qū)的界定，這也意味著我國地震空間分布呈現(xiàn)叢集模式。進(jìn)一步地，我們使用K－function空間點(diǎn)模式分析工具，以Neyman－Scott空間叢集模型為基本模型，分析了中國大陸地區(qū)地震點(diǎn)空間分布模型，結(jié)果表明，我國地震空間分布符合廣義Thomas模型。

最后，我們定量研究了余震時空叢集對地震危險性分析的影響。我們采用蒙特卡洛方法，以ETAS模型為地震活動性模型模擬地震目錄，以基于空間光滑地震活動性模型的地震危險性分析方法計算地震峰值加速度，分析了余震對地震危險性分析結(jié)果的影響。結(jié)果表明，余震對50年超越概率10%水平下峰值加速度的影響均值為6%左右，最大為18%左右，并且超越概率水平越高，余震影響越大。此外，文中我們還提出了一種在地震危險性分析中考慮“強(qiáng)余震產(chǎn)生的地震動值超過主震產(chǎn)生的地震動值”對地震危險性影響的計算方法。計算結(jié)果表明，強(qiáng)余震對某些場點(diǎn)的地震危險性分析結(jié)果的影響可能達(dá)到60%以上。

本文的研究可以為我國直接采用地震目錄資料進(jìn)行地震危險性分析提供理論基礎(chǔ)；進(jìn)一步加深對我國地震時空分布特征的認(rèn)識和了解；明晰余震時空叢集對地震危險性分析結(jié)果的影響。