大華北地區(qū)地震災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)評估①

劉靜偉，王振明，謝富仁，呂悅軍

（1.中國地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085；2.美國肯塔基州地質(zhì)調(diào)查局，列克星頓，肯塔基州 40506）

0 引言

本文研究的大華北地區(qū)位于105°～130°E，29°～43°N之間（圖1），包括北京、天津、上海三個直轄市，河北、山東、山西、江蘇省的全部，以及吉林、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、甘肅、河南、安徽、浙江省的部分地區(qū)。該區(qū)的地震活動十分活躍，有史以來記載過多次7級以上地震，其中包括數(shù)次8級及以上的特大地震，如1556年陜西華縣級地震、1668年山東郯城級地震，以及1679年三河—平谷8級地震。這些大震都帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，如1556年華縣級地震造成的死亡人數(shù)超過八十三萬；1976年唐山MS7．8地震幾乎使整個唐山市成為一片廢墟，奪走了24．2萬多人的生命，并造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失［1－2］。本文研究區(qū)是我國政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心，也是全國人口密度最大、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)、城市化水平最高的地區(qū)，一些中等地震就會造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。如1983年11月7日山東菏澤MS5．9地震造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)5億多人民幣［3］；1999年11月1日山西陽高M(jìn)S5．6地震的經(jīng)濟(jì)損失超過兩億五千萬元［4］。

由此可見，該區(qū)不僅存在較大的地震災(zāi)害，而且具有較高的地震風(fēng)險(xiǎn)。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、人口不斷聚集、新型建筑更加多樣化，該區(qū)的承災(zāi)體不斷增加，從而使得其地震風(fēng)險(xiǎn)也會越來越高。因此，對該區(qū)進(jìn)行更加合理有效的地震災(zāi)害和風(fēng)險(xiǎn)評估勢在必行。但是，地震災(zāi)害和風(fēng)險(xiǎn)的評估是很復(fù)雜的，而地震災(zāi)害和風(fēng)險(xiǎn)是兩個不同的概念，其實(shí)際應(yīng)用也不相同［5－7］。所以有必要對地震災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)的基本概念與評估及其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討。

本文首先對地震災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)的基本概念與評估進(jìn)行探討，然后利用我國大華北地區(qū)500年以來記錄較完整的歷史地震烈度資料對地震災(zāi)害和地震風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估。最后對地震災(zāi)害和地震風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討。

圖1 研究區(qū)地理位置和統(tǒng)計(jì)單元劃分（單元為0.1°×0.1°）Fig.1 Location of the study area and the divided cells with 0.1°×0.1°

1 地震災(zāi)害和地震風(fēng)險(xiǎn)的概念辯析

雖然災(zāi)害和風(fēng)險(xiǎn)常常被混淆，但是災(zāi)害和風(fēng)險(xiǎn)是具有本質(zhì)區(qū)別的兩個概念，它們在實(shí)際應(yīng)用中的作用也不同。災(zāi)害（hazard）是指能夠給人類和人類賴以生存的環(huán)境造成破壞性影響的事物，可分為自然災(zāi)害，如火山、泥石流、山崩、臺風(fēng)、龍卷風(fēng)、洪水、暴風(fēng)雪、雷擊等，和人為災(zāi)害，如恐怖襲擊、汽車事故、核瀉漏、大氣和水資源污染等。風(fēng)險(xiǎn)（risk）的定義是多樣的，不同行業(yè)對風(fēng)險(xiǎn)的定義與理解也不一樣。如在金融行業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)是指任何導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失的可能性；在醫(yī)療行業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)是指人得疾病的可能性；而在核工業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)是指核瀉漏的可能性。因此，風(fēng)險(xiǎn)是指一個事物（即災(zāi)害）所產(chǎn)生不良后果的可能性。也就是說風(fēng)險(xiǎn)是災(zāi)害與人類和人類賴以生存的環(huán)境（即房屋、橋梁、公路等）之間相互作用所導(dǎo)致不良后果的可能性。風(fēng)險(xiǎn)是人類社會更關(guān)心的，是制定各種政策的主要依據(jù)。如表1所示，世界面臨許多主要的自然與人為災(zāi)害以及這些災(zāi)害所導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，表1也說明了為什么國際社會對資產(chǎn)價(jià)格崩潰、石油價(jià)格動蕩、戰(zhàn)爭、中國經(jīng)濟(jì)硬著陸等更為關(guān)心，并制定更多的相關(guān)政策，因?yàn)檫@些災(zāi)害導(dǎo)致較高的風(fēng)險(xiǎn)，即巨大經(jīng)濟(jì)損失的可能性。

表1 全球23種主要風(fēng)險(xiǎn)［8］Table 1 The 23core global risks

同樣，地震災(zāi)害（seismic hazard）和地震風(fēng)險(xiǎn)（seismic risk）也是具有本質(zhì)區(qū)別的兩個概念，它們在抗震減災(zāi)措施制定中的作用也不同，特別是工程抗震設(shè)計(jì)與地震保險(xiǎn)政策的制定［7－8］。地震災(zāi)害（Seismic Hazard）是指由地震所產(chǎn)生的自然現(xiàn)象，例如地震動、斷層破裂或者砂土液化等，“這些自然現(xiàn)象具有的潛在危害”［9］或者“能引起破壞或損失的能力”［10］。地震風(fēng)險(xiǎn)（Seismic Risk）是指“地震災(zāi)害所引起的房屋損壞或生命損失等危害后果發(fā)生的可能性”［9］，或者“人類將會遭受損失或其生活環(huán)境將會遭受破壞的可能性”［10］。因此，地震災(zāi)害描述的是地震所引起的自然現(xiàn)象；而地震風(fēng)險(xiǎn)描述的則是地震災(zāi)害給人類社會造成損失或破壞的后果的可能性。地震災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)二者之間的關(guān)系可定性地表達(dá)為［5］

承災(zāi)體是指人類和人類賴以生存的環(huán)境（即自然、社會及工程環(huán)境）。公式（1）與胡聿賢先生的公式類似：

因?yàn)楣こ汰h(huán)境（即抗災(zāi)能力與損傷）和社會環(huán)境合稱為承災(zāi)體［11］。但是，胡聿賢先生把risk譯成或稱之為災(zāi)害，把hazard譯成或稱之為危險(xiǎn)度或危險(xiǎn)性［11］，這種翻譯或稱法是有待探討的，并容易導(dǎo)致地震災(zāi)害和地震風(fēng)險(xiǎn)的混淆。

地震災(zāi)害和地震風(fēng)險(xiǎn)的不同以及它們之間的關(guān)系可由圖2來進(jìn)一步加以說明：2008汶川地震及其余震引發(fā)滾石，即地震災(zāi)害；承災(zāi)體為路過的行人，汽車和司機(jī)；當(dāng)汽車與行人通過該路段時(shí)要冒被滾石擊中的風(fēng)險(xiǎn)（即可能性）。

圖2 汶川地震滾石表現(xiàn)出的地震災(zāi)害和地震風(fēng)險(xiǎn)以及它們之間的關(guān)系Fig.2 Relationship between seismic hazard and risk shown by rock fall in the Wenchuan great earthquake

從式（1）中可以看出，沒有地震災(zāi)害或者沒有承災(zāi)體也就沒有地震風(fēng)險(xiǎn)。換句話說，高地震災(zāi)害并不意味著就有高地震風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，這個定性的關(guān)系還表明減輕地震災(zāi)害的工程措施與降低地震風(fēng)險(xiǎn)的措施是不同的：地震災(zāi)害通常是不可能被減輕的，但是通過減少承災(zāi)體或降低承災(zāi)體的易損性，地震風(fēng)險(xiǎn)可以被降低。例如，地震斷層破裂不能降低或消除，但是地震液化是可以通過工程措施來減輕或消除的。

以上是地震災(zāi)害和地震風(fēng)險(xiǎn)兩個概念以及它們之間關(guān)系的定性描述。但是在實(shí)際應(yīng)用中，這些定性的描述是不夠的，特別是在地震減災(zāi)的科學(xué)決策中，必須對二者進(jìn)行定量的評估。地震災(zāi)害是由三個參數(shù)來確定的，即災(zāi)害強(qiáng)度、空間和時(shí)間分布特征；而地震風(fēng)險(xiǎn)是由四個參數(shù)來確定的，即可能性（概率），受災(zāi)的程度或后果，空間和時(shí)間分布特征［5－6］。如表1所示，風(fēng)險(xiǎn)是由概率、經(jīng)濟(jì)損失、10年時(shí)間（從2007年開始）和全球范圍4個參數(shù)來確定［8］。

2 地震風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)害評估方法

2.1 地震風(fēng)險(xiǎn)評估

地震風(fēng)險(xiǎn)定量評估復(fù)雜并具有一定的主觀性，因?yàn)樗粌H僅取決于受災(zāi)程度（地震災(zāi)害與承災(zāi)體之間相互作用的物理結(jié)果），也決定于地震災(zāi)害與承災(zāi)體在時(shí)間和空間上的相互作用。地震災(zāi)害與承災(zāi)體可能會在一個特殊場點(diǎn)上相互作用（場點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)）或在一個區(qū)域上相互作用（區(qū)域（或總體）風(fēng)險(xiǎn)）。為了量化地震風(fēng)險(xiǎn)，必須假定一個分布模型來描述地震災(zāi)害和承災(zāi)體在時(shí)間上是如何相互作用的。例如，泊松分布、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、BPT模型和時(shí)間可預(yù)報(bào)模型等常被用來描述地震發(fā)生在時(shí)間上的分布。目前在地震風(fēng)險(xiǎn)評估中最常用的就是泊松模型［5－6，12－13］。如果地震發(fā)生在時(shí)間上服從泊松分布，那么地震風(fēng)險(xiǎn)，即一個受災(zāi)程度超越某一水平（L）的概率可通過下式計(jì)算［14］：

其中，τ為受災(zāi)程度大于或等于L的平均復(fù)發(fā)周期；t為承災(zāi)體暴露在地震災(zāi)害中的時(shí)間。式（3）也被廣泛應(yīng)用于其它風(fēng)險(xiǎn)的評估，如風(fēng)和洪水的風(fēng)險(xiǎn)評估［15－16］。然而，式（3）只是描述了地震災(zāi)害和承災(zāi)體在時(shí)間上的關(guān)系，并沒有考慮其物理上的相互作用，即一定強(qiáng)度的災(zāi)害對承災(zāi)體所產(chǎn)生的破壞程度及其經(jīng)濟(jì)損失。地震災(zāi)害強(qiáng)度對承災(zāi)體所產(chǎn)生的破壞程度可以通過承災(zāi)體的易損性分析來獲得，因此導(dǎo)致建筑物一特定破壞程度的可能性（PD）為

其中，PV為建筑物的易損性，即具有L強(qiáng)度災(zāi)害對建筑物所引起某一特定水平破壞的概率。另外，還可以通過工程分析來獲得該建筑物某一特定水平破壞所對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失，也就是說，以經(jīng)濟(jì)損失為考量的地震風(fēng)險(xiǎn)也可以通過工程分析來獲得［17－18］。地震風(fēng)險(xiǎn)評估是非常復(fù)雜的，需要地震學(xué)家，工程師，以及其他專業(yè)人員的相互合作來完成，本文不對地震風(fēng)險(xiǎn)定量評估作進(jìn)一步探討。

2.2 地震災(zāi)害評估

如式（1）和（2）所示，地震災(zāi)害評估是地震風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)。地震災(zāi)害評估的目的是確定災(zāi)害的三要素：強(qiáng)度、空間和時(shí)間分布特征。地震災(zāi)害評估通常是由地震科學(xué)部門利用歷史地震資料、地震儀器觀測資料、地震地質(zhì)以及其它資料來進(jìn)行的。目前，用來評估地震災(zāi)害的方法主要有三種：概率法、確定法和經(jīng)驗(yàn)法。應(yīng)用最為廣泛的概率法是地震危險(xiǎn)性評定的概率方法（probabilistic seismic hazard analysis，PSHA）［10－12］，而應(yīng)用最為廣泛的確定法是確定性地震災(zāi)害分析（deterministic seismic hazard analysis，DSHA）［19－20］。這兩種方法都是依據(jù)場地所在區(qū)域的地震活動狀況和地震構(gòu)造環(huán)境的地震、地質(zhì)資料，對某一給定場點(diǎn)評價(jià)其未來遭受強(qiáng)地面運(yùn)動的強(qiáng)度。但是這兩種方法在定義和計(jì)算上卻有本質(zhì)的區(qū)別：概率法是利用所有地震來評估超過某一給定地震動的概率參數(shù)；而確定性方法則是評估一個或一組設(shè)定地震的地震動參數(shù)。也就是說，概率性方法依賴于地震學(xué)的統(tǒng)計(jì)模型，其結(jié)果強(qiáng)調(diào)的是可能性（概率），而確定性方法則是依賴于地震學(xué)的物理模型，其結(jié)果強(qiáng)調(diào)的是地震動的物理特征（強(qiáng)度）。

自1968年Cornell［12］提出以后，地震危險(xiǎn)性評定的概率方法得到了廣泛的應(yīng)用，但是其應(yīng)用結(jié)果存在嚴(yán)重問題。特別是2008年汶川地震、2009年意大利L’Aquila地震、2010年海地地震、2011年新西蘭Christchurch地震和2011年日本東海大地震，地震危險(xiǎn)性評定的概率方法所給出的這些地震震中區(qū)的地震動強(qiáng)度遠(yuǎn)低于實(shí)際地震所產(chǎn)生的地震動強(qiáng)度［21－25］。另外地震危險(xiǎn)性評定的概率方法也可能給出極高的地震動強(qiáng)度，如在美國內(nèi)華達(dá)州Yucca山11g的峰值加速度［26－27］。最近的研究表明，地震危險(xiǎn)性評定的概率方法的原始公式存在科學(xué)缺陷，尤其是數(shù)學(xué)錯誤，即把無量綱的年超越概率等同于有量綱的年超越頻率［5－6，28－29］。因此，地震危險(xiǎn)性評定的概率方法變成了純粹的概率分析：一個缺少地震科學(xué)依據(jù)的數(shù)學(xué)模型。

確定性地震災(zāi)害分析具有明確的地震科學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)被廣泛應(yīng)用。但它也存在缺陷，特別是時(shí)間特征常常被忽略，如地震動的重復(fù)間隔或頻率［9］。然而，如式（3）所示，地震動的重復(fù)間隔或頻率是地震風(fēng)險(xiǎn)評估的一個重要參數(shù)，也就是說地震災(zāi)害的時(shí)間特征是風(fēng)險(xiǎn)評估和政策制定所考慮的一個重要參數(shù)。所以地震災(zāi)害分析必須確定時(shí)間特征［10］。

本文采用的是經(jīng)驗(yàn)法，即通過對歷史烈度觀測資料做直接的統(tǒng)計(jì)分析，建立地震烈度與其發(fā)生頻率（或重復(fù)周期）之間的關(guān)系。該方法不需要過多的假設(shè)，而且烈度資料包含了地質(zhì)特征、場地效應(yīng)以及建筑物的響應(yīng)，其最大的缺陷是觀測數(shù)量的限制。

3 大華北地區(qū)地震災(zāi)害評估

大華北地區(qū)具有豐富的歷史地震烈度資料，為地震災(zāi)害分析提供了便利。結(jié)合地震資料記錄的完整性［30－31］，本文搜集了1484年以來所有 MS≥和有史以來7級以上的所有對研究區(qū)產(chǎn)生過I≥Ⅴ烈度影響的地震資料［1－2］。經(jīng)過余震的刪除，本文用于分析的歷史地震記錄共652條，其中包括366個古代歷史地震（1484—1911年）和286個近代地震（1912—2008年）?；贕IS平臺建立了地震烈度數(shù)據(jù)庫。

為了作圖和統(tǒng)計(jì)分析，本文將研究區(qū)劃分成多個大小相等的小方格，然后將每個方格作為獨(dú)立的統(tǒng)計(jì)單元建立地震災(zāi)害曲線。綜合了研究區(qū)地震活動的空間分布特征、地質(zhì)特征、地理特征和人口密度等多方面的因素，將研究區(qū)分成0.1°×0.1°的小單元。這樣，整個研究區(qū)就被分成了15562個統(tǒng)計(jì)單元（圖1）。

3.1 災(zāi)害曲線的建立

災(zāi)害曲線（Hazard Curve），即頻率—烈度關(guān)系，是指某個區(qū)域內(nèi)大于等于I的地震烈度與地震頻數(shù)的關(guān)系，反映了單元（空間）在歷史上一個特定烈度（強(qiáng)度）所發(fā)生的頻率（時(shí)間特征）。其計(jì)算方法類似于震級—頻率關(guān)系（Gutenberg－Richter），只是用烈度代替了震級：

其中，I為烈度；f為烈度大于或等于I的年平均發(fā)生率；α 和β 為 參數(shù)，由最小二乘擬 合 得 出［13，32－33］。為了限制某些單元烈度資料太少或個別烈度值太高所帶來的影響，本文采用分地震帶統(tǒng)計(jì)β值，并將該值應(yīng)用于地震帶內(nèi)的每個單元。表2為各地震區(qū)帶的β值。為了檢驗(yàn)這種做法的可行性，本文計(jì)算了采用地震帶β值的每個方格頻率—烈度曲線擬合的回歸系數(shù)和最小方差：

式中，n為烈度資料數(shù)；П為殘差平方和；f為發(fā)生頻率（fi指由烈度資料得到的頻率，fc指曲線擬合所得到的頻率）；R為判定系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果表明大部分單元的頻率—烈度都有較高的相關(guān)性（R＞0.900），符合所屬地震帶的強(qiáng)弱地震的活動規(guī)律，從具有不同資料個數(shù)的單元的災(zāi)害曲線也可以看出（圖3），資料個數(shù)的多少對地震帶衰減斜率適用情況的影響不明顯。但也有局部地區(qū)的頻率—烈度關(guān)系不理想，這可能受到多種因素的影響，如遭受過高烈度的影響、地震資料遺漏較多等等。

表2 應(yīng)用于每個地震區(qū)帶的β值Table 2 Theβ－values for each seismic zone

圖3 不同烈度資料數(shù)的單元的烈度—頻率擬合關(guān)系（（a）、（b）、（c）為資料數(shù)較多的方格的擬合曲線；（d）為資料較少的方格的擬合曲線）Fig.3 The intensity－frequency curves for cells which have different number of intensity observations（The Fig.3（a），（b），（c）are curves for Beijing，Shijiazhuang，and Taiyuan cells which have more observations；while，F(xiàn)ig.3（d）is for Shenyang cell which has less observations

3.2 地震災(zāi)害評估結(jié)果

確定了α和β的值，根據(jù)關(guān)系式（5），就可推算出超過某個給定值烈度的發(fā)生頻率（f）和重復(fù)周期（1／f）。當(dāng)然，也可以推算出給定發(fā)生頻率或重復(fù)周期對應(yīng)的烈度。

本文計(jì)算了研究區(qū)烈度I≥Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ時(shí)的重復(fù)周期（圖4）。從圖4中可以看出，研究區(qū)大部分地區(qū)烈度I≥Ⅶ的重復(fù)周期小于400年。研究區(qū)發(fā)生烈度I≥Ⅷ的頻率總體很低，大部分地區(qū)長于500年，鄂爾多斯南部邊緣、京津唐地區(qū)，以及陜西華縣、山西代縣、山東郯城等曾經(jīng)遭受過特大烈度的地區(qū)附近發(fā)生I≥Ⅷ烈度的重復(fù)周期介于200到500年之間，只有唐山、臨汾附近的小塊區(qū)域有可能在200年之內(nèi)遭受一次I≥Ⅷ的烈度（圖4（b））。研究區(qū)發(fā)生烈度I≥Ⅸ的重復(fù)周期均長于500年，發(fā)生頻率最高的地區(qū)集中在鄂爾多斯的西南緣，重復(fù)發(fā)生的周期不足1000年（圖4（c））。

圖4 研究區(qū)烈度≥Ⅶ（a）、≥Ⅶ（b）≥Ⅸ（c）的重復(fù)周期分布Fig.4 The accurrance return periods of I≥Ⅶ（a），Ⅷ（b），Ⅸ（c）in the study area

4 討論

4.1 災(zāi)害評估與地質(zhì)構(gòu)造的比較

研究區(qū)即華北斷塊區(qū)，以發(fā)育正走滑斷裂或正斷裂及其控制的地塹、半地塹盆地為特征。根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造和地震活動性的特征，研究區(qū)跨越了21個次級構(gòu)造區(qū)，其中7個地震構(gòu)造區(qū)的最大潛在地震為8.0級或以上［34］（圖5）。最大潛在地震較大的地區(qū)主要分布在活動構(gòu)造最為突出的西部鄂爾多斯塊體周緣和東部華北平原，這種分布特征與本文地震災(zāi)害的評估結(jié)果總體上是一致的。從圖4中可以看出，發(fā)生較高烈度Ⅷ和Ⅸ較頻繁的地區(qū)與最大潛在地震為7.5級以上的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)是基本吻合的；而在長江三角洲等發(fā)生高烈度I≥ Ⅷ、Ⅸ的重復(fù)周期較長的地區(qū)，從地質(zhì)構(gòu)造方面推斷的最大潛在地震也較小，說明這些地區(qū)基本不會發(fā)生大震（或高烈度），其高烈度的重復(fù)周期自然很長，甚至不需要考慮。

前人對華北斷塊區(qū)的活動斷裂做過大量的研究，通過對古地震、地質(zhì)勘探、年代測定等多方面資料的結(jié)合，得到了部分?jǐn)嗔训幕瑒铀俾屎痛笳鸬闹貜?fù)間隔（表3）。

由表3可見，研究區(qū)大震的復(fù)發(fā)間隔與本文500年烈度資料外推計(jì)算的高烈度（Ⅸ）的重復(fù)周期是吻合的。從圖4（c）可以看出，發(fā)生烈度I≥Ⅸ較頻繁的地區(qū)主要集中在鄂爾多斯的周緣，其重復(fù)周期為1000～2000年，華北平原區(qū)多在2000～3000年，郯廬斷裂中段（莒縣—郯城段）所在地區(qū)的為2000～3000年。此外，本文的結(jié)果還顯示出發(fā)生烈度I≥Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ較頻繁的地區(qū)主要集中在鄂爾多斯的周緣、華北平原區(qū)和郯廬斷裂段的中段。其中華北平原區(qū)與鄂爾多斯周緣地區(qū)發(fā)生烈度I≥Ⅶ的頻率相當(dāng)；而發(fā)生I≥Ⅷ、Ⅸ高烈度的重復(fù)周期則在華北平原區(qū)逐漸變長，鄂爾多斯周緣地區(qū)發(fā)生頻繁。

4.2 研究區(qū)地震風(fēng)險(xiǎn)評估

假設(shè)地震的發(fā)生在時(shí)間上遵從泊松分布，可以利用公式（3）和（5）估算各個單元的地震風(fēng)險(xiǎn)，即該單元在未來50年可能遭受某一地震烈度的超越概率。本文估算了烈度值I≥ Ⅶ、I≥ Ⅷ和I≥Ⅸ的50年超越概率（圖6）。從圖6中可以看出，研究區(qū)中部具有較高的地震風(fēng)險(xiǎn)，尤其是京津唐地區(qū)、山西省、陜西省中部，以及陜西寧夏的交界處。

根據(jù)地震烈度與地震動峰值加速度（Peek Ground Acceleration，以下簡稱PGA）的對應(yīng)關(guān)系（表4），本文也得到了大華北地區(qū)50年超越概率10%的PGA分布（圖7），并與《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（2001）》（圖8）進(jìn)行了比較。

圖5 研究區(qū)地震構(gòu)造區(qū)劃分和全新世活動斷裂分布［34］Fig.5 Seismic tectonic zones and distribution of Holocene active faults in the study area［34］

表3 研究區(qū)部分活動斷裂平均復(fù)發(fā)間隔Table 3 The average occurrence interval of some active faults in the study area

表4 地震烈度與地面峰值加速度的對應(yīng)關(guān)系［34］Table 4 Relationship between intensity and peak ground acceleration

從圖中可以看出兩個結(jié)果的總體趨勢較為一致：相對高值區(qū)均分布在鄂爾多斯周緣，京津唐地區(qū)和山東江蘇的交界地區(qū)；而鄂爾多斯北部、內(nèi)蒙古邊界、東北地區(qū)、浙江省北部的PGA值較低；黃海和東海的海岸沿線地區(qū)的PGA值也較低。但是與區(qū)劃圖相比，本文估算結(jié)果的高值范圍有所擴(kuò)大，如華北平原區(qū)和鄂爾多斯塊體的內(nèi)部。

5 結(jié)論

利用500多年和有史以來7級以上大震的烈度資料，本文對大華北地區(qū)的地震災(zāi)害進(jìn)行了評估。大華北地區(qū)大部烈度I≥Ⅶ的重復(fù)周期小于400年；發(fā)生頻率最高的地區(qū)主要集中在北京—廊坊附近、臨沂—郯城周圍和甘肅、寧夏交界處，重復(fù)周期不足100年。而研究區(qū)發(fā)生烈度I≥Ⅷ的頻率總體很低，大部分地區(qū)長于500年；研究區(qū)內(nèi)直轄市和省會城市發(fā)生烈度I≥Ⅷ的頻率較高的主要為北京（重復(fù)周期437年）、天津（重復(fù)周期416年）、西安（重復(fù)周期350年）、太原（重復(fù)周期507年），銀川（重復(fù)周期274年）。研究區(qū)發(fā)生烈度I≥Ⅸ的重復(fù)周期更長，大部分地區(qū)約為2000～3000年，鄂爾多斯西南緣的發(fā)生頻率最高，其重復(fù)周期不足1000年。地震活動性較高的鄂爾多斯周緣地區(qū)發(fā)生高烈度（I≥Ⅷ、Ⅸ）的頻率較高，但發(fā)生中等烈度（I＝Ⅶ）的頻率卻與華北平原區(qū)相當(dāng)。

圖6 研究區(qū)50年不同烈度的超越概率分布圖（可靠單元的條件是指：烈度資料個數(shù)n＞15；不同烈度值的個數(shù)NI≥3；頻率—烈度曲線擬合回歸系數(shù)R≥0.85）Fig.6 The distribudtion of exceedance probability for I≥Ⅶ（a）、I≥Ⅷ（b）and I≥Ⅸ（d）in 50year in the study area

圖7 研究區(qū)50年超越概率為10%所對應(yīng)的峰值加速度（PGA）Fig.7 PGAdistribuetion with a 10percent probability of exceedance in 50years

圖8 中國地震動區(qū)劃圖給出的50年超越概率10%的 PGA［34］Fig.8 Design peak ground acceleration with a 10 percent probability of exceedance in 50years from Reference［34］

在地震發(fā)生在時(shí)間上服從泊松分布假設(shè)的前提下，本文也評估了大華北地區(qū)的地震風(fēng)險(xiǎn)，即50年I≥Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ的超越概率。結(jié)果顯示，研究區(qū)具有較高的地震風(fēng)險(xiǎn)，尤其是鄂爾多斯周緣和華北平原。因此，現(xiàn)行的抗震設(shè)防要求可能偏低，尤其是京津唐地區(qū)。

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