空間光滑活動(dòng)模型在東部海域地震危險(xiǎn)性評價(jià)中的應(yīng)用*

張力方，呂悅軍，蘭景巖，謝卓娟

0 引言

目前我國地震區(qū)劃的技術(shù)方法是劃分潛在震源區(qū)的地震危險(xiǎn)性概率分析方法 (高孟潭，盧壽德，2006)。該方法最關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)是根據(jù)地震地質(zhì)構(gòu)造和歷史地震活動(dòng)性，劃分潛在震源區(qū)和確定地震活動(dòng)性參數(shù)，要求研究區(qū)域內(nèi)地震地質(zhì)構(gòu)造清晰 (胡聿賢，1999)。但對于地震構(gòu)造研究還不夠深入或地震活動(dòng)具有彌漫性的地區(qū)，采用該方法評價(jià)地震危險(xiǎn)性勢必會(huì)帶來較大的不確定性。

1995年，由于當(dāng)時(shí)對美國中東部地震潛源了解很有限，F(xiàn)rankel(1995)以地震目錄作為唯一輸入數(shù)據(jù)，先將研究區(qū)域網(wǎng)格化，在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)統(tǒng)計(jì)地震活動(dòng)率，再將累計(jì)地震活動(dòng)率用圓形高斯光滑函數(shù)處理，最后以點(diǎn)源模型評價(jià)地震危險(xiǎn)性。如此處理將潛源簡化為小方格單元簡單易行，因此在世界各國地震危險(xiǎn)性分析中得到了廣泛應(yīng)用(Lapajne et al，2003;Pelaez Montilla et al，2002;楊勇等，2008)。圓形空間光滑模型符合普遍認(rèn)同的原地復(fù)發(fā)原理，即未來中強(qiáng)震發(fā)生在歷史地震附近。它的優(yōu)點(diǎn)是在保持地震數(shù)目不變的情況下，以相關(guān)距離抵消了地震地位誤差，又充分體現(xiàn)了地震活動(dòng)的空間非均一性。但是在地震活動(dòng)模型中僅體現(xiàn)原地復(fù)發(fā)原理還不夠，因?yàn)槲磥淼卣鸹顒?dòng)的空間分布往往與構(gòu)造斷裂有一定的空間相關(guān)性，這就需要在建立地震空間光滑模型時(shí)需要考慮到相關(guān)地震構(gòu)造因素。于是Lapajne等(2003)對該方法進(jìn)行了改進(jìn)，采用斷層導(dǎo)向性的橢圓光滑方法，使評價(jià)地震活動(dòng)性參數(shù)更加合理。

我國擁有廣闊的大陸架，含有較為豐富的油氣資源。自20世紀(jì)80年代以來，我國海洋石油探測和開發(fā)速度加快，在渤海、黃海、東海和南海等海域已建成100余座海上石油平臺，今后5年還將建設(shè)100余座海上石油平臺，海洋石油已成為我國重要的原油生產(chǎn)基地 (劉光鼎，2007)。除了海上石油平臺和海底輸油 (氣)管道工程外，在海域及濱海地區(qū)其他建設(shè)工程的種類和數(shù)量也越來越多，如海底通訊設(shè)施、跨海大橋、人工島、港口碼頭、核電站等。我國海域歷史上曾發(fā)生過7級或7級以上的地震，近期的中強(qiáng)地震活動(dòng)也較頻繁(汪素云等，1990;彭艷菊等，2008)。因此，海域的一些重大工程同樣面臨遭受較大的地震風(fēng)險(xiǎn)。

中國地震局先后編制了滿足一般建設(shè)工程抗震設(shè)防要求的《中國地震烈度區(qū)劃圖 (1990)》、《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖 (2001)》。同時(shí)對各種大型建設(shè)工程，如高層建筑、大橋、大壩、核電廠及新的開發(fā)區(qū)等，已發(fā)展了不同類別的工程場地設(shè)計(jì)地震動(dòng)參數(shù)的確定方法，并形成相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和法規(guī)。但由于對海域地區(qū)地震構(gòu)造信息掌握有限等客觀原因的制約，海域內(nèi)的地震區(qū)劃研究尚屬空白。因此，在目前掌握的有限資料情況下，如何進(jìn)行有效的海域地震動(dòng)區(qū)劃研究，在海洋工程的建設(shè)中顯得非常急迫。

本文以我國東海海域?yàn)檠芯繉ο螅⒌卣饦?gòu)造單元，依次采用基于地震目錄的圓形光滑和斷層導(dǎo)向性的橢圓光滑的地震活動(dòng)模型，計(jì)算各網(wǎng)格點(diǎn)的地震發(fā)生率。選取合適的地震動(dòng)衰減關(guān)系，利用網(wǎng)格源的地震危險(xiǎn)性概率評價(jià)方法，嘗試給出該地區(qū)地震區(qū)劃結(jié)果，探索適合于海域地區(qū)的地震危險(xiǎn)性性評估和震動(dòng)區(qū)劃研究工作方法。

1 總體評價(jià)方法介紹

首先根據(jù)區(qū)域地震構(gòu)造背景和地震活躍水平等信息劃分地震構(gòu)造單元，確定各地震構(gòu)造單元內(nèi)的地震活動(dòng)性參數(shù)，如主要斷層性質(zhì)、斷層方位角及其權(quán)重、b值、震級上下限等。接著進(jìn)行二階的高斯空間光滑處理，采用基于地震目錄的圓形高斯光滑過程，對網(wǎng)格內(nèi)直接統(tǒng)計(jì)得到的地震發(fā)生率進(jìn)行處理。再以建立的地震構(gòu)造單元為基礎(chǔ)，利用該區(qū)內(nèi)主導(dǎo)斷裂的性質(zhì)、斷層方位角及震級—破裂長度關(guān)系等建立斷層導(dǎo)向性的橢圓光滑模型，進(jìn)行二次光滑處理，得到網(wǎng)格點(diǎn)的地震年平均發(fā)生率。最后采用適當(dāng)?shù)牡卣饎?dòng)衰減關(guān)系，計(jì)算該區(qū)域地震危險(xiǎn)性結(jié)果 (PGA)。

2 空間光滑方法

2.1 圓形空間光滑

Frankel(1995)，王健 (2001)，張力方等(2007)研究認(rèn)為未來地震多發(fā)生在已發(fā)生地震的周圍，筆者根據(jù)此規(guī)律建立高斯圓形模型。Gauss函數(shù)在一定程度上反映地震的空間不均勻性，又比較符合地震發(fā)生的隨機(jī)性和震中定位誤差的不確定性，一般取震中定位誤差e作為圓形高斯光滑半徑r。首先對研究區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)統(tǒng)計(jì)地震個(gè)數(shù)，采用Gauss空間光滑函數(shù)對每個(gè)格點(diǎn)的地震年發(fā)生率nj(m0)在空間上進(jìn)行光滑處理，光滑增量值標(biāo)記為 (Frankel，1995)

其中，Δij為第i個(gè)網(wǎng)格中點(diǎn)至第j個(gè)網(wǎng)格中點(diǎn)的距離，c為相關(guān)距離，一般取第i個(gè)網(wǎng)格周圍3c距離內(nèi)網(wǎng)格的數(shù)據(jù)來計(jì)算i(m0)，nj(m0)是直接從地震目錄統(tǒng)計(jì)得到網(wǎng)格內(nèi)的地震數(shù)目。

目前我國地震資料的記錄精度還不高，歷史文獻(xiàn)記錄的地震資料、現(xiàn)代儀器記錄的地震事件都存在不同的定位誤差。采用高斯空間光滑函數(shù)對每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的地震數(shù)目在空間上進(jìn)行光滑處理，可以有效抵消這種誤差。其中相關(guān)距離取決于所采用地震目錄的震中定位誤差，本文取r=3c≈e，e為地震目錄最大定位誤差。

根據(jù)光滑模型的基本假設(shè) (Frankel，1995)，經(jīng)過光滑處理的地震活動(dòng)率基本反映了未來中強(qiáng)地震 (M≥5.0)活動(dòng)的格局。據(jù)我國實(shí)際情況，胥廣銀和金嚴(yán) (1998)認(rèn)為采用3.0級以上地震也基本反映這一特征，且本研究區(qū)域未來百年主要受5.0～6.0級地震的影響 (彭艷菊等，2008)，所以利用現(xiàn)代中小震地震評價(jià)地震危險(xiǎn)性是很有意義的。

2.2 斷層導(dǎo)向性的橢圓空間光滑

根據(jù)Lapajne等 (2003)，王健 (2001)，張力方等 (2007)研究，小震活動(dòng)密集區(qū)和中強(qiáng)震原地復(fù)發(fā)都受到其相關(guān)斷裂的影響，即便是彌散性地震活動(dòng)也與地震構(gòu)造具有一定的關(guān)聯(lián)性，地震往往優(yōu)勢分布于斷層展布方向。雖然目前尚無法準(zhǔn)確掌握兩者的對應(yīng)關(guān)系，但我們可以用一種簡化模型——橢圓光滑模型，近似反應(yīng)這種特征。利用回歸分析得到的震級與破裂尺度之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，統(tǒng)計(jì)得到地震構(gòu)造單元內(nèi)影響地震活動(dòng)的主要斷層類型及其走向等參數(shù)，確立橢圓光滑模型的相關(guān)參數(shù)。在對地震發(fā)生率的圓形光滑處理基礎(chǔ)上，采用橢圓空間光滑函數(shù)對各網(wǎng)格點(diǎn)的地震年發(fā)生率nj(m0)進(jìn)行二次光滑處理，光滑增量值標(biāo)記為i(m0)(Lapajne et al，2003)，可表示為該函數(shù)在一定程度上考慮了地震構(gòu)造對發(fā)震的影響，又較符合地震發(fā)生的隨機(jī)性。其中，R=為第i個(gè)網(wǎng)格到第j個(gè)網(wǎng)格的距離，T為轉(zhuǎn)置運(yùn)算符，σ為橢圓長半軸，τ為短半軸，相當(dāng)于圓形光滑模型的相關(guān)距離c，橢圓的長軸方向σ為相關(guān)距離，短軸方向τ為相關(guān)距離，并且定義斷層與正東方向的逆時(shí)針夾角為斷層的方位角α。

根據(jù)地震構(gòu)造量化模型和華北地區(qū)震級—破裂長度關(guān)系lg(L)=a+bmu(Wells，Coppersmith，1994)，可以得到橢圓模型的長半軸σ和短半軸τ與破裂長度成比例關(guān)系:σ=kL(k≥1)，τ=ωL(ω＜1)。這一方法明確了光滑中相關(guān)距離、平滑半徑選取的物理意義，并將斷層因素引進(jìn)光滑函數(shù)中，使光滑后的地震空間分布更趨合理，物理意義也更加明確。根據(jù)每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)所處的地震構(gòu)造區(qū)，選取相應(yīng)的構(gòu)造模型參數(shù) (主要斷層類型、斷層權(quán)重、斷層走向α、橢圓σ、τ等幾何參數(shù))，依據(jù)式 (2)在圓形空間光滑處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對各震級檔的年發(fā)生率進(jìn)行處理，最后得到起算震級的年發(fā)生率。

利用相對完整的輸入地震目錄，在網(wǎng)格內(nèi)統(tǒng)計(jì)大于起始震級m0的地震個(gè)數(shù)nj(m0)，并采用該網(wǎng)格所處的構(gòu)造單元的橢圓光滑模型對其進(jìn)行空間光滑處理得到i(m0)，進(jìn)而可以由其統(tǒng)計(jì)時(shí)段得到大于起始震級m0地震發(fā)生率i(m0)。由于在地震危險(xiǎn)性計(jì)算中一般只考慮M≥4地震的影響，故將由不同時(shí)段、不同起始震級m0的輸入目錄光滑后得到的發(fā)生率i(m0)標(biāo)準(zhǔn)化4為結(jié)果，再根據(jù)雙截?cái)郍-R震級分布關(guān)系得到各震級檔的發(fā)生率。

2.3 震級分布關(guān)系

在本文的網(wǎng)格源地震危險(xiǎn)性概率評價(jià)方法中，兩個(gè)基本假設(shè)為地震事件服從泊松分布和震級指數(shù)分布，即地震事件在空間和時(shí)間上隨機(jī)獨(dú)立發(fā)生，我們對所涉及的地震目錄刪除前、余震，再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到地震活動(dòng)性參數(shù) (b，v等)，其中地震頻度 (或發(fā)生率)是概率方法重要數(shù)據(jù)。最常用的關(guān)系是G-R復(fù)發(fā)公式，是地震頻度的對數(shù)與震級規(guī)模的線性關(guān)系。通常所說的單截?cái)嗟腉-R關(guān)系，即限定震級下限為m0，則大于m0的復(fù)發(fā)關(guān)系為

由Cornell和Vanmarcke(1969)提出雙截?cái)嗟牡卣饛?fù)發(fā)關(guān)系，則m0＜m＜mu的復(fù)發(fā)關(guān)系為

其中，n(m0)=10a－b*m0。本文采用雙截?cái)嗟膹?fù)發(fā)關(guān)系，分別用直接統(tǒng)計(jì)得到m0～m0+iΔm…～mu各震級檔的發(fā)生率，并求解起算震級的年發(fā)生率。

2.4 地震危險(xiǎn)性計(jì)算

根據(jù)分段泊松分布模型和全概率公式，計(jì)算場點(diǎn)處地震動(dòng)參數(shù)值u超過給定地震動(dòng)參數(shù)值u0的年發(fā)生率為 (Reiter，1992)

將研究區(qū)劃分成 (20×20)km的網(wǎng)格，統(tǒng)計(jì)每個(gè)網(wǎng)格中的地震發(fā)生率，式 (5)可簡寫為

其中，ri為空間格點(diǎn)到計(jì)算場點(diǎn)的距離?；谝陨宵c(diǎn)源式的概率地震危險(xiǎn)性評價(jià)方法，得到網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的地震動(dòng)參數(shù)。

3 東部近海海域區(qū)劃研究

3.1 資料概況與完整性分析

由于地震目錄作為該地震危險(xiǎn)性分析中直接輸入的重要數(shù)據(jù)之一，目錄的完整性對研究結(jié)果的影響將會(huì)很大，所以我們對研究區(qū)域內(nèi)地震資料的臺網(wǎng)監(jiān)測能力和定位精度進(jìn)行評估。

(1)歷史地震

中國東部近海海域的歷史強(qiáng)震目錄編制以《中國強(qiáng)地震目錄》為基礎(chǔ)，以中國地震臺網(wǎng)中心編輯的《中國地震觀測目錄》為主要補(bǔ)充來源，并參考其他目錄討論爭議地震和校核地震參數(shù)。

由于歷史強(qiáng)震的完整性分析較為復(fù)雜，涉及到很多因素，尤其在海域地區(qū)，此處僅以M-T圖做簡單統(tǒng)計(jì)判定，認(rèn)為1500年后該地區(qū)記錄的M＞4.7歷史強(qiáng)震基本完整。根據(jù)《中國歷史強(qiáng)震目錄》中震中位置精度判定方法，進(jìn)行了震中定位精度統(tǒng)計(jì)。在221次有定位精度的地震中，Ⅰ類精度有64次，Ⅱ類有46次，Ⅲ類有55次，Ⅳ類有37次，Ⅴ類有19次，74.6%的地震定位精度屬于前3類，Ⅳ類和Ⅴ類定位精度地震多在海域地區(qū)，則這個(gè)研究區(qū)域的震中定位誤差基本控制在90 km以內(nèi)。

(2)現(xiàn)代地震

1970年后地震監(jiān)測臺網(wǎng)基本建設(shè)完成，對取得的儀器記錄的地震目錄進(jìn)行完整性評價(jià)。1975、1976年海城和唐山地震的發(fā)生又推動(dòng)了地震觀測臺網(wǎng)的發(fā)展，20世紀(jì)80年代地震觀測臺網(wǎng)已成體系，除東海監(jiān)測能力偏低外，南北關(guān)聯(lián)較好。但與目前的數(shù)字觀測臺網(wǎng)相比，關(guān)聯(lián)性有很大改進(jìn)(圖1)各震級閾值線基本都與海岸線平行，說明各省臺網(wǎng)的觀測精度相似①中國地震局地殼應(yīng)力研究所，中國地震局地質(zhì)研究所.2011.地震科研行業(yè)專項(xiàng)研究報(bào)告——海域強(qiáng)震構(gòu)造判斷及海域工程抗震設(shè)防技術(shù)綜合研究.。

圖1 1980s(a)及2000～2007年 (b)沿海地區(qū)地震臺網(wǎng)實(shí)際監(jiān)控能力Fig.1 Seismic networks monitoring ability in East China offshore areas in 1980s(a)and 2000～2007(b)

根據(jù)地震活動(dòng)強(qiáng)弱和所處位置的不同對監(jiān)測能力的影響，我們把中國東部海域分為4個(gè)地區(qū):渤海、黃渤海、南黃海和東海地區(qū)，分析不同時(shí)期和地區(qū)臺網(wǎng)的監(jiān)測震級下限。綜合臺網(wǎng)的監(jiān)測能力計(jì)算結(jié)果，1970～2010年，渤海及沿岸可靠的震級下限為3.0級;黃渤海及沿岸可靠的震級下限為3.5級;南黃海及沿岸可靠的震級下限為3.5級;東海及沿岸可靠的震級下限為4.0級 (表1)。由表1可以看出，1980年以來，整個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)3級以上地震基本無缺失①中國地震局地殼應(yīng)力研究所，中國地震局地質(zhì)研究所.2011.地震科研行業(yè)專項(xiàng)研究報(bào)告——海域強(qiáng)震構(gòu)造判斷及海域工程抗震設(shè)防技術(shù)綜合研究.。

表1 不同時(shí)段、不同區(qū)域臺網(wǎng)的監(jiān)測能力估計(jì)Tab.1 Network monitoring ability estimate in different time and different regions

在1936年全球地震資料的增加和解放后我國地震基準(zhǔn)臺網(wǎng)的建設(shè)之后，我國東部海域地區(qū)也有了定位精度數(shù)據(jù)，隨著地震觀測臺網(wǎng)不斷建設(shè)，尤其是自1970年以后我國臺網(wǎng)觀測系統(tǒng)逐漸形成，數(shù)據(jù)在定位精度上也有了顯著提高。1936～1969年無精度數(shù)據(jù)占總記錄的79.1%，1970～1980年為50.5%，1980年后降到3.3%。同時(shí)I、II類精度的記錄數(shù)量也逐年提高，1936～1969年I類精度均為零，II類精度為13.4%，到1970～1980年間I、II類精度占一半，1980年后I、II類精度的定位地震比例占到95%以上。

表2 各類地震定位精度比例表Tab.2 Proportion of all kinds of earthquake location accuracy

在同一時(shí)期，由于地震臺網(wǎng)分布的特點(diǎn)，也會(huì)造成地震監(jiān)測能力有較大差別，即地震定位精度與所處的監(jiān)測區(qū)域有關(guān)，故將整個(gè)研究區(qū)域劃分為不同的監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行定位精度評價(jià)。以25°～30°N、30°～36°N、36°～41°N 為界，將研究區(qū)分為東海、黃海及渤海分區(qū)，進(jìn)一步分析近海域地區(qū)地震定位精度問題。按精度類別分布類(“無精度”類為VI類)，各分區(qū)定位精度評估得分使用公式為

其中，E為各分區(qū)定位精度評估得分，Ni為某分區(qū)某時(shí)段的第i類精度地震的次數(shù)，N為某分區(qū)地震的總次數(shù)。

由表3可見，1935年后除東海區(qū)域仍無地震定位精度外，其它2個(gè)區(qū)有一定程度定位精度。1970～1990年地震定位精度很快提高。1990年后統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)已大都是I類精度。因此在危險(xiǎn)性計(jì)算中取1980～2010年現(xiàn)代儀器地震目錄 (源自中國地震局臺網(wǎng)中心的地震數(shù)據(jù)庫)，并且通過以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以估計(jì)1980年以來近海域地區(qū)的地震定位精度在30 km以內(nèi)。

表3 各區(qū)定位精度得分評估Tab.3 Score evaluation of earthquake locationaccuracy in each regions

3.2 地震構(gòu)造單元?jiǎng)澐?/h3>

我國東部近海海域的構(gòu)造應(yīng)力場的力源來自印度板塊和太平洋板塊、菲律賓海板塊的共同作用 (高建理等，1992)。現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是以水平向構(gòu)造應(yīng)力場作用下的走滑運(yùn)動(dòng)為主要特征。渤海地震活動(dòng)與NNE向的郯廬斷裂帶右旋走滑活動(dòng)及與其共軛的NWW向燕渤斷裂帶的左旋走滑活動(dòng)有關(guān)。黃海地區(qū)，特別是南黃海地區(qū)的地震活動(dòng)受NE向右旋走滑斷層和NW向左旋走滑的斷層控制。東海地區(qū)水平差應(yīng)力不強(qiáng)，可能與地震活動(dòng)較弱有關(guān)。東南沿海近海海域的現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場以水平構(gòu)造應(yīng)力場作用下的走滑運(yùn)動(dòng)為主，地震活動(dòng)受與岸線平行的濱海斷裂帶的控制。

在認(rèn)真分析并參考前人多種構(gòu)造單元?jiǎng)澐址桨傅幕A(chǔ)上，以大地構(gòu)造格局及板塊構(gòu)造理論為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)，同時(shí)亦參考了即將頒布的第五代中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖所采用的地震區(qū)帶劃分方案，來劃分我國東部海區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造單元，具體分為3個(gè)大區(qū):環(huán)渤海構(gòu)造區(qū)A、蘇北—黃海構(gòu)造區(qū)B、浙閩—東海構(gòu)造區(qū)C，并進(jìn)一步劃分了8個(gè)次級統(tǒng)計(jì)單元，如圖2所示。

圖2 研究區(qū)域地震構(gòu)造單元?jiǎng)澐諪ig.2 Seismotectonic unit division in study area

3.3 構(gòu)造單元內(nèi)活動(dòng)性參數(shù)統(tǒng)計(jì)

各個(gè)統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)存在明顯的構(gòu)造差異，這種差異很可能導(dǎo)致地震活動(dòng)水平不同，表現(xiàn)為地震活動(dòng)性參數(shù) (M0，Mu，v，b)的不同，體現(xiàn)地震空間分布的不均一性。分別在3個(gè)海區(qū) (A、B、C)內(nèi)，依據(jù)上述地震目錄的完整性分析結(jié)果，聯(lián)合1500～2012年的歷史地震和1980～2010年的現(xiàn)代儀器地震資料，利用年發(fā)生率擬合區(qū)域的b值。

龍峰等 (2006)根據(jù)華北地區(qū)發(fā)生34次4.0～8.0級地震建立以走滑為主的地震活斷層的震級—震源破裂長度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式為:MS=3.818+1.859lg(L)，作為區(qū)域內(nèi)斷層的震級—破裂長度的回歸關(guān)系。根據(jù)其統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，破裂寬度比破裂長度的中值為0.36，本文橢圓模型中ω值取0.36，k取1比較合理，依據(jù)此回歸關(guān)系式建立斷層導(dǎo)向的橢圓光滑模型。

每個(gè)地震構(gòu)造單元內(nèi)主導(dǎo)斷層走向及其對應(yīng)的權(quán)重的確定，是通過綜合考慮該地區(qū)活動(dòng)構(gòu)造的空間展布和不同方向斷層的發(fā)震能力，具體確定原則與潛在震源區(qū)方向性函數(shù)的取值原則類似，此處不再贅述。各地震構(gòu)造單元中具體參數(shù)如表4中所示。

表4 地震構(gòu)造單元內(nèi)地震活動(dòng)性參數(shù)Tab.4 Seismic activety parameter in each seismotectonic unit

3.4 建立計(jì)算模型

模型一 (M1):1500～2010年MS≥4.7的破壞性地震事件，包括歷史文獻(xiàn)記載的MS≥4■4和現(xiàn)代儀器記錄的MS≥4.7的破壞性地震事件。根據(jù)上文分析，圓形光滑的相關(guān)距離c取30 km。

模型二 (M2):1980～2010年現(xiàn)代儀器記錄ML＞4.0的現(xiàn)代中小震資料，共計(jì)4 430次。圓形光滑的相關(guān)距離c取10 km。

利用以上兩種地震目錄和各構(gòu)造單元內(nèi)的構(gòu)造模型參數(shù)和b值，使用二階的空間光滑方法，可計(jì)算得到網(wǎng)格內(nèi)的地震發(fā)生率 (或地震數(shù)目)。在本文中取網(wǎng)格大小為 (20×20)km，這和地震目錄的定位精度相對應(yīng)。進(jìn)過二階空間光滑處理得到網(wǎng)格點(diǎn)的起算震級的年發(fā)生率v～4，結(jié)果如圖3所示。

為分析二階空間光滑處理效果，筆者分別比較了未經(jīng)光滑直接統(tǒng)計(jì)、一階光滑和二階光滑后得到的地震年發(fā)生率結(jié)果。在總區(qū)域內(nèi)三者年發(fā)生率總和相等，即保持地震個(gè)數(shù)不變。但發(fā)生率的空間分布發(fā)生很大變化，由直接統(tǒng)計(jì)得到的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只在曾有地震發(fā)生過的網(wǎng)格內(nèi)有發(fā)生率。經(jīng)過考慮定位誤差的圓形光滑處理結(jié)果 (即一階光滑)，年發(fā)生率數(shù)值呈高斯分布于已有地震周圍，基本符合地震的原地復(fù)發(fā)特征。而經(jīng)過橢圓光滑處理的結(jié)果 (即為二階光滑)更加合理，使得地震年發(fā)生率沿主導(dǎo)斷層走向優(yōu)勢分布，基本反應(yīng)了區(qū)域發(fā)震構(gòu)造信息，又體現(xiàn)了地震活動(dòng)的空間不均一性。

3.5 衰減關(guān)系選取

國內(nèi)外研究較多的地震動(dòng)衰減關(guān)系主要針對大于6級強(qiáng)震動(dòng)衰減模型，這樣往往會(huì)低估6級以下中強(qiáng)地震的影響，對此高玉峰和謝康和(2000)、王海江 (2002)、金星等 (2004，2008)等進(jìn)行了中小地震動(dòng)衰減關(guān)系的研究，為本文中衰減關(guān)系的選取提供參考。

由于本文中所選用的地震目錄都是M＜7.0地震，故在加速度、反應(yīng)譜、持時(shí)的回歸中不再考慮地震動(dòng)的近場飽和，回歸模型選為:lgY=c1+c2M+c3lgR+εlgy。王海江 (2002)收集了美國西部加州地區(qū)中小地震的近場記錄 (4.0≤M≤6.5，震源距R＜70 km)，采用回歸模型，將水平方向上的兩個(gè)分量各視為獨(dú)立的觀測值，距離取震中距，Y為峰值加速度 (cm/s2);回歸結(jié)果為水平向:C1=0.467 8，C2=0.470 9，C3= －0.980 7，εlgy=0.29。金星等 (2004，2008)利用福建省地震監(jiān)測臺網(wǎng)擁有大量中小地震的速度記錄，將速度記錄進(jìn)行仿真處理得到加速度記錄，進(jìn)而利用不同的模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到了福建地區(qū)中小地震峰值加速度和峰值速度的衰減規(guī)律。

圖3 由計(jì)算模型M1(a)和M2(b)經(jīng)二階光滑得到 結(jié)果分布 (單位×103)Fig.3distribution result obtained by second-order smoothing from M1(a)and M2(b)calculation Models

根據(jù)輸入地震目錄要與地震動(dòng)衰減關(guān)系相匹配的原則，歷史地震危險(xiǎn)性評價(jià)模型 (M1)采用王海江 (2002)地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系，而現(xiàn)代中小地震危險(xiǎn)性評價(jià)模型 (M2)采用的金星等(2004，2008)地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系。

3.6 地震危險(xiǎn)性計(jì)算結(jié)果

基于網(wǎng)格源的概率地震危險(xiǎn)性評價(jià)方法，得到4 000多個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的水平向峰值加速度結(jié)果，并進(jìn)行空間插值生成加速度等值線，依據(jù)表5中分檔原則，編制研究區(qū)域的峰值加速度區(qū)劃圖。圖4分別為模型M1、M2和兩種模型加權(quán)的結(jié)果，結(jié)果顯示峰值加速度的分布特征與該地區(qū)地震活動(dòng)性分布非常一致，不同模型得到的結(jié)果反映了不同地震帶來的危險(xiǎn)性。

耕地質(zhì)量統(tǒng)一調(diào)查研究（龔西征等） ..............................................................................................................1-36

由于不同時(shí)段、不同震級的地震目錄在完整性上的差異和本身所蘊(yùn)含地震信息的不同，得到的區(qū)劃結(jié)果也各有不同，兩者是相輔相成的。歷史地震模型 (M1)結(jié)果主要反應(yīng)了中強(qiáng)地震的影響，其優(yōu)點(diǎn)是地震記錄時(shí)間較長，基本能涵蓋強(qiáng)震的復(fù)發(fā)周期。缺點(diǎn)是在某些地區(qū)地震目錄漏記較嚴(yán)重，如在遠(yuǎn)離海岸區(qū)域，造成其危險(xiǎn)性評估值偏低;而現(xiàn)代中小地震模型 (M2)結(jié)果則代表了中短期內(nèi)的地震危險(xiǎn)性，由于其地震目錄的可靠性和完整性較高，使存在歷史地震漏記的地區(qū)危險(xiǎn)性得到補(bǔ)充，對以往低估的中等危險(xiǎn)區(qū)有了顯著提高，在江蘇東部和渤中至威海海域出現(xiàn)兩個(gè)0.2g高危險(xiǎn)區(qū)，這是在M1結(jié)果中所沒有的。但僅40多年的數(shù)字臺網(wǎng)記錄時(shí)間相對于強(qiáng)震的復(fù)發(fā)周期還太短，但隨著觀測時(shí)間的增加可能會(huì)有所改善。

表5 地震動(dòng)峰值加速度分檔值Tab.5 Ground motion peak acceleration value in grades

圖4 50年超越概率10%的地表峰值加速度分布 (單位1g=9.81m/s2)(a)M1;(b)M2;(c)加權(quán)綜合結(jié)果Fig.4 Distribution of ground peak acceleration with 10%probability of exceedance in 50 years(unit:1g=9.81m/s2)(a)Model 1;(b)Model 2;(c)weighted comprehensive results

圖4c中，加權(quán)結(jié)果體現(xiàn)了該地區(qū)綜合的地震危險(xiǎn)性，在進(jìn)行綜合危險(xiǎn)性評估時(shí)，則根據(jù)每個(gè)模型中地震資料選取時(shí)間段的不同和資料可靠性的差異，對兩種模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)募訖?quán)平均，即綜合模型MT=0.4M1+0.6M2。關(guān)于綜合模型中的權(quán)重分配，是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，需要建立在對發(fā)震構(gòu)造的活動(dòng)特征、活動(dòng)強(qiáng)度、歷史地震和古地震等進(jìn)行全面了解和分析的基礎(chǔ)上，目前的取值有待商榷，以后進(jìn)一步詳細(xì)分析研究。

4 結(jié)果與討論

地震活動(dòng)性參數(shù)的圓形光滑處理在地震數(shù)目不變的情況下，有效地抵消地震定位誤差，而斷層導(dǎo)向性的橢圓光滑處理方法，反應(yīng)了區(qū)域構(gòu)造對地震分布的影響，又體現(xiàn)地震活動(dòng)的空間非均一性。

采用點(diǎn)源地震危險(xiǎn)性概率評價(jià)方法，給出該區(qū)域50年超越概率10%的水平加速度危險(xiǎn)性結(jié)果，特點(diǎn)是簡單快捷，只要掌握區(qū)域大致的構(gòu)造格局和相對完整的地震目錄，即可以進(jìn)行區(qū)域內(nèi)地震危險(xiǎn)性評估。尤其適用于像我國東部海域這樣的地震構(gòu)造信息尚不清楚、地震活動(dòng)具有彌散性的地區(qū)。

由于不同時(shí)段、不同震級的地震目錄在完整性上的差異和本身所蘊(yùn)含地震信息的不同，充分利用歷史強(qiáng)震和現(xiàn)代儀器記錄地震，建立兩個(gè)地震活動(dòng)性計(jì)算模型，從而更加準(zhǔn)確地反映該地區(qū)的地震活動(dòng)，并用多種模型的加權(quán)結(jié)果確定地震危險(xiǎn)性結(jié)果，抵消一定的系統(tǒng)不確定性。關(guān)于綜合模型中的權(quán)重分配，需要建立在對發(fā)震構(gòu)造的活動(dòng)特征、活動(dòng)強(qiáng)度、歷史地震和古地震等進(jìn)行全面了解和分析的基礎(chǔ)上。地震活動(dòng)性參數(shù)的空間光滑處理和邏輯樹的多模型疊加方法是對我們地震危險(xiǎn)性評價(jià)工作中關(guān)鍵性技術(shù)問題的新方法的積極探索和嘗試。

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