中國(guó)東部中強(qiáng)地震潛在震源區(qū)地震復(fù)發(fā)概率分布[1]

李姜一 周本剛

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中國(guó)東部中強(qiáng)地震潛在震源區(qū)地震復(fù)發(fā)概率分布[1]

李姜一 周本剛

（中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

本文對(duì)中國(guó)大陸東部102個(gè)中強(qiáng)潛在震源區(qū)內(nèi)1500a以來(lái)5—6級(jí)地震的復(fù)發(fā)間隔進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得到了中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔不僅受潛源內(nèi)斷層活動(dòng)性影響，還與發(fā)震構(gòu)造是否交匯及鄰區(qū)構(gòu)造活動(dòng)等因素有一定關(guān)系。中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔大致滿足指數(shù)分布，通過(guò)給出的概率模型可以計(jì)算出研究區(qū)內(nèi)各潛在震源區(qū)未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)的發(fā)震概率，為地震危險(xiǎn)性分析提供一些基礎(chǔ)資料。

潛在震源區(qū) 中強(qiáng)地震 復(fù)發(fā)間隔 概率模型

引言

我國(guó)地震活動(dòng)的空間分布具有明顯的不均一性，大致以東經(jīng)105°為界，東部地區(qū)的地震活動(dòng)性總體弱于西部。許多地區(qū)，如華南塊體內(nèi)部、華北塊體南部等，地震活動(dòng)以中強(qiáng)地震為主，相應(yīng)的潛在震源區(qū)震級(jí)上限為5.5—6.5級(jí)。因此，中強(qiáng)地震活動(dòng)性分析對(duì)我國(guó)東部的地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)具有重要意義。

地震復(fù)發(fā)間隔是獲得地震危險(xiǎn)性分析年平均發(fā)生率的重要參數(shù)，地震復(fù)發(fā)間隔分布特征是地震活動(dòng)性研究的一個(gè)重要方向。傳統(tǒng)做法是通過(guò)統(tǒng)計(jì)各潛在震源區(qū)的歷史地震資料得到相應(yīng)的復(fù)發(fā)間隔。這種方法得出的地震復(fù)發(fā)間隔與潛在震源區(qū)的劃分有很大關(guān)系。中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）在第四代區(qū)劃圖潛在震源區(qū)劃分成果的基礎(chǔ)上，采用了三級(jí)劃分的方法，充分考慮了地震活動(dòng)空間的非均勻性，并加強(qiáng)了東部地區(qū)中強(qiáng)地震發(fā)震構(gòu)造判識(shí)（周本剛等，2013），從而降低了潛在震源區(qū)內(nèi)地震復(fù)發(fā)間隔估計(jì)的不確定性。本文選取中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）編制過(guò)程中采用的中國(guó)東部中強(qiáng)地震潛在震源區(qū)，對(duì)其內(nèi)5—6級(jí)地震進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，嘗試給出相應(yīng)的地震復(fù)發(fā)概率分布，為潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)評(píng)估提供一些基礎(chǔ)資料。

1 資料選取

根據(jù)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）劃分的地震區(qū)帶的活動(dòng)性，本文選取中國(guó)大陸東部具有中強(qiáng)地震潛在震源區(qū)的地震帶進(jìn)行研究，包括郯廬地震帶、華北平原地震帶、長(zhǎng)江中游地震帶、蘇北南黃海地震帶、右江地震帶和華南沿海地震帶，大致在105°—125°E，20°—45°N范圍。如圖1所示，研究區(qū)地震活動(dòng)在空間上分布不均勻，地震活動(dòng)大致呈彌漫性、成叢性的特點(diǎn)（高孟潭等，2008），地震資料選自中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）編圖的地震目錄。

在我國(guó)根據(jù)地震發(fā)生的年代將其劃分為歷史地震（公元1900年以前）和現(xiàn)代地震。根據(jù)誤差分析理論，歷史地震的誤差為1/4震級(jí)單位；現(xiàn)代地震則為0.1震級(jí)單位。對(duì)于震中精度的不確定性，按《中國(guó)近代地震目錄》、《中國(guó)歷史強(qiáng)震目錄》上給出的震中精度分類：1類≤10km、2類≤25km、3類≤50km、4類≤100km、5類＞100km。本文包含102個(gè)中強(qiáng)地震，其中1類精度8個(gè)，2類精度37個(gè)，3類精度31個(gè)，4類精度9個(gè)，5類精度1個(gè)，沒有精度記載的地震共16個(gè)，具體見表1。

2 地震復(fù)發(fā)間隔的統(tǒng)計(jì)和分析

2.1 地震復(fù)發(fā)間隔的統(tǒng)計(jì)

很多學(xué)者對(duì)中國(guó)東部地區(qū)早期地震記錄進(jìn)行過(guò)研究（楊智嫻等，1991；黃瑋瓊等，1994；盛菊琴等，2007），認(rèn)為我國(guó)東部大致從1484年以來(lái)4.7級(jí)以上地震記錄完整。本文考慮到早期地震記錄的完整性，統(tǒng)計(jì)研究區(qū)102個(gè)潛在震源區(qū)內(nèi)1500a以來(lái)發(fā)生的中強(qiáng)地震（5≤S≤6）共計(jì)190個(gè)，刪除前余震后獲得102個(gè)中強(qiáng)地震、57個(gè)地震復(fù)發(fā)間隔數(shù)據(jù)（表1）。剔除余震的方法參考了前人所作的工作（Keilis-Borok等，1986；馬秀芳等，1991；盛菊琴等，2007），將2a中潛在震源區(qū)內(nèi)震級(jí)較大的地震視為主震，距主震前發(fā)震時(shí)間間隔1a之內(nèi)的地震視為前震，主震后發(fā)生2a內(nèi)的地震視為余震。

在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中，針對(duì)個(gè)別潛在震源區(qū)的邊界與其發(fā)震構(gòu)造展布不協(xié)調(diào)的情況，對(duì)其邊界進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男薷?，修改后的潛在震源區(qū)分布如圖1所示。

2.2 地震復(fù)發(fā)間隔的分析

本文共獲得了57個(gè)復(fù)發(fā)間隔數(shù)據(jù)（表1），按100a的步長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。利用SPSS軟件對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行常見函數(shù)的擬合，結(jié)果列于表2。

表2 地震復(fù)發(fā)間隔的模型擬合優(yōu)度檢驗(yàn)及參數(shù)估計(jì)表
Table 2 Model test summary and parameters estimates of recurrent intervals

表2中為復(fù)發(fā)間隔，為概率密度，是整個(gè)模型的整體檢驗(yàn)，2作為決定系數(shù)其大小反映了回歸方程能夠解釋的響應(yīng)變量總的變差的比例，其值越大，回歸方程的擬合程度越高。從表2可以看出，盡管平方函數(shù)擬合的2值最大，但是其標(biāo)準(zhǔn)差較大，故本文認(rèn)為線性函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的擬合效果較好。圖2為潛在震源區(qū)地震復(fù)發(fā)間隔的概率分布及兩種模型的擬合曲線。對(duì)于兩個(gè)模型的校正2值：線性模型2=0.910，指數(shù)模型2=0.918，擬合最好的是指數(shù)模型。方差分析結(jié)果：線性模型值為30.258，顯著水平0.012；指數(shù)模型值為33.687，顯著水平為0.01。通過(guò)以上數(shù)據(jù)判定最佳模型為指數(shù)模型。

對(duì)潛在震源區(qū)內(nèi)斷層活動(dòng)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類可知：a類潛在震源區(qū)其平均地震復(fù)發(fā)間隔為142a；b類潛在震源區(qū)其平均地震復(fù)發(fā)間隔為157a；c類潛在震源區(qū)其平均地震復(fù)發(fā)間隔為237a。由此可見，潛在震源區(qū)內(nèi)斷層活動(dòng)性越強(qiáng)烈，其中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔越短。若潛在震源區(qū)內(nèi)有交匯的發(fā)震構(gòu)造，其地震復(fù)發(fā)間隔相對(duì)較小，如濰坊、昌黎、荊門等潛在震源區(qū)。而瀘西、宣威、六盤水等潛在震源區(qū)雖然只有早-中更新世活動(dòng)斷層，但是受西側(cè)構(gòu)造活動(dòng)區(qū)影響，中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔也較小。

3 概率模型及應(yīng)用

3.1 概率模型

通過(guò)擬合可以得出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)服從指數(shù)分布的概率密度函數(shù)為：

()=0.619e-0.006T（1）

其中為每個(gè)潛在震源區(qū)內(nèi)的中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔。通過(guò)式（1）可得出相應(yīng)的概率分布函數(shù)：

式（2）中為地震發(fā)生所在潛在震源區(qū)的地震復(fù)發(fā)間隔。

利用上式的概率分布函數(shù)計(jì)算地震復(fù)發(fā)的條件概率應(yīng)該滿足：

3.2 應(yīng)用

通過(guò)該模型可以計(jì)算出研究區(qū)內(nèi)各潛在震源區(qū)未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)的地震危險(xiǎn)性，如營(yíng)口潛在震源區(qū)，最近1次中強(qiáng)地震發(fā)生在1975年，未來(lái)100a發(fā)生5—6級(jí)地震的概率為56.57%；而宜興潛在震源區(qū)于1839年發(fā)生5級(jí)地震，未來(lái)100a發(fā)生5—6級(jí)地震的概率為79.61%。

4 結(jié)論與討論

本文對(duì)中國(guó)大陸東部中強(qiáng)潛在震源區(qū)內(nèi)5—6級(jí)地震復(fù)發(fā)間隔進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得出中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔大致滿足指數(shù)分布（圖2），從圖中可以看出，本文給出的模型低估了200—400a的中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔，而高估了0—200a的復(fù)發(fā)周期。通過(guò)構(gòu)建研究區(qū)的概率模型（圖3），可以計(jì)算出研究區(qū)內(nèi)各潛在震源區(qū)未來(lái)一定時(shí)間內(nèi)的地震危險(xiǎn)性。

對(duì)地震復(fù)發(fā)間隔分析可以看出，潛在震源區(qū)內(nèi)斷層活動(dòng)性對(duì)中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔有一定影響，斷層活動(dòng)性越強(qiáng)烈，中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔越短，而且復(fù)發(fā)間隔還受發(fā)震構(gòu)造是否交匯及鄰區(qū)構(gòu)造活動(dòng)等因素的影響。

但是對(duì)于5—6級(jí)地震活動(dòng)為主的地區(qū)，地震地質(zhì)構(gòu)造不清晰，對(duì)于潛在震源區(qū)的劃分及其內(nèi)部地震復(fù)發(fā)間隔的確定仍存在很大的不確定性（鄢家全等，1996；彭艷菊等，2011）。而且本文只對(duì)潛在震源區(qū)內(nèi)部中強(qiáng)地震進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并沒有考慮各潛在震源區(qū)面積的影響。今后還需對(duì)潛在震源區(qū)面積與中強(qiáng)地震復(fù)發(fā)間隔的關(guān)系作進(jìn)一步研究。

致謝：感謝匿名審稿人和編輯部在百忙之中為作者提供了寶貴的意見和建議，使本文得以改進(jìn)和完善。

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Recurrence Interval Probability Distribution of Moderate-strong Earthquakes in Potential Seismic Source of East China

Li Jiangyi and Zhou Bengang

(Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China)

The statistical analysis is performed to study the recurrence interval of earthquake (5≤≤6) since 1500a, which occurred in moderate-strong potential seismic source in the east of the update of National Seismic Zoning Map of China. We found that the recurrence interval of moderate-strong earthquakes depend on not only fault activity, but also whether seismogenic structures across or structural activities nearby. In the statistical analysis, the recurrence interval of moderate-strong earthquakes is of approximately exponential distribution. We then define the probability model to calculate the probability of earthquake occurrence in potential seismic source in the future, which can provide the basic data to seismic risk analysis of the zone.

Potential seismic source; Moderate-strong earthquakes; Recurrence interval; Probability model

李姜一，周本剛，2016．中國(guó)東部中強(qiáng)地震潛在震源區(qū)地震復(fù)發(fā)概率分布．震災(zāi)防御技術(shù)，11（1）：1—10．

doi：10.11899/zzfy20160101