《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）編圖方法在云南地區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐

摘要：[JP2]采用《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）編圖的技術(shù)方法，將云南地區(qū)劃分為02°×02°的網(wǎng)格點(diǎn)，計(jì)算了基巖峰值加速度，并轉(zhuǎn)換為一般場(chǎng)地結(jié)果，與五代圖頒布的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析，同時(shí)對(duì)蒙自地區(qū)某代表場(chǎng)地計(jì)算了基巖反應(yīng)譜并進(jìn)行分析討論。結(jié)果表明：云南地區(qū)絕大部分計(jì)算點(diǎn)的50年10%超越概率水平對(duì)應(yīng)的一般場(chǎng)地峰值加速度試算結(jié)果與五代圖比較吻合。從反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果可以看出，五代圖的計(jì)算方法及結(jié)果有效反映了云南地區(qū)地震環(huán)境對(duì)該代表場(chǎng)地的影響。建議今后云南地區(qū)地震危險(xiǎn)性分析工作應(yīng)采用五代圖編圖的技術(shù)方法。[JP]

關(guān)鍵詞： 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖；基巖峰值加速度；超越概率；地震危險(xiǎn)性分析

中圖分類號(hào)：P315911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2017）02-0257-07

0前言

從社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求、科技發(fā)展的必然結(jié)果、新資料的積累、重大災(zāi)害性事件的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)以及防震減災(zāi)法的相關(guān)要求等方面出發(fā)，中國(guó)地震局修編了《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[KG-*2]（GB 18306―2015）[KG-*2]（中國(guó)地震局，2015）[KG-*2]（以下簡(jiǎn)稱五代圖），于2015年6月1日正式發(fā)布為國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。云南省范圍內(nèi)的重大項(xiàng)目地震安全性評(píng)價(jià)、地震小區(qū)劃等涉及地震危險(xiǎn)性分析的相關(guān)工作應(yīng)使用五代圖編圖原則和技術(shù)方法。為了進(jìn)一步掌握和應(yīng)用這些新的技術(shù)方法，同時(shí)與云南地區(qū)以前的工程項(xiàng)目安評(píng)結(jié)果銜接過(guò)渡，本文采用五代圖編圖技術(shù)方法進(jìn)行了云南地區(qū)試算實(shí)踐，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論。

1五代圖編圖原則和技術(shù)方法

五代圖修編以50年超越概率10%地震動(dòng)峰值加速度與50年超越概率2%地震動(dòng)峰值加速度對(duì)應(yīng)的一般場(chǎng)地峰值加速度值的1/19中的較大者作為編圖指標(biāo)，從方法上保證了抗倒塌設(shè)計(jì)參數(shù)（即罕遇地震動(dòng)）的風(fēng)險(xiǎn)水平不低于50年超越概率2%。同時(shí)提出了極罕遇地震作用（年超越概率10-4的地震動(dòng)）概念，用于國(guó)土規(guī)劃和地震應(yīng)急備災(zāi)。

五代圖修編仍采用概率地震危險(xiǎn)性分析方法（CPSHA），依據(jù)其基本原理，基于層次潛在震源區(qū)模型（周本剛等，2013），對(duì)地震活動(dòng)性模型進(jìn)行了改進(jìn)。地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)滿足3個(gè)基本假定：（1）地震活動(dòng)的震級(jí)滿足截?cái)嗟腉-R關(guān)系；（2）地震發(fā)生符合泊松分布；（3）地震活動(dòng)在不同潛在震源區(qū)之間為非均勻分布，在同一潛在震源區(qū)內(nèi)為均勻分布。

五代圖修編的基本技術(shù)思路和計(jì)算方法概述如下：

（1）以地震帶為統(tǒng)計(jì)單元，分析地震活動(dòng)的時(shí)間非均勻性，確定未來(lái)百年地震發(fā)生的概率模型和地震危險(xiǎn)性空間相對(duì)分布概率模型。對(duì)每個(gè)統(tǒng)計(jì)單元采用分段的泊松過(guò)程模型。令N表示統(tǒng)計(jì)單元未來(lái)t年內(nèi)地震發(fā)生次數(shù)的隨機(jī)變量，根據(jù)泊松過(guò)程的基本假定，發(fā)生n次M>4地震的概率為：[KH*1]

P（N=n）=[SX（]（v4t）nn！[SX）]e-v[HT4.]4[HT7"]t[JY]（1）[KH*1D]

[HJ2.2mm]其中，v4為M>4地震的年平均發(fā)生率。該值通過(guò)地震帶未來(lái)百年地震活動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)結(jié)果而得到，反映了地震帶地震活動(dòng)水平的時(shí)間非均勻性。

統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)地震震級(jí)概率密度函數(shù)為截?cái)嗟闹笖?shù)函數(shù)（胡聿賢，1999）：[KH*1]

fM（m）=[SX（]βexp（-β（m-m0））1-exp（-β（muz-m0））[SX）][JY]（2）[KH*1D]

其中：m0為震級(jí)下限；muz為地震帶震級(jí)上限；β=23b；b即為在統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)震級(jí)頻度關(guān)系中的b值，它反映大小地震間的比例關(guān)系。當(dāng)震級(jí)小于震級(jí)下限和大于震級(jí)上限時(shí)，概率密度值為零。

（2）在地震帶（統(tǒng)計(jì)單元）內(nèi)部劃分地震構(gòu)造區(qū)和潛在震源區(qū)（周本剛，2016）。潛在震源區(qū)內(nèi)地震危險(xiǎn)性是均勻分布的。潛在震源區(qū)由幾何邊界、震級(jí)上限和分震級(jí)檔的地震空間分布函數(shù)fi，mj來(lái)描述。每個(gè)地震構(gòu)造區(qū)補(bǔ)充幾個(gè)背景性潛在震源，且邊界也不完全重疊。

[BW（S][BG（；N][BHDWG1*2，WK15mmZQ，WK140mm，WK15mmYQW][HT5"][CM（22mm]地震研究[CM）]40卷[BG）F][BW）]

[BW（D][BG（；N][BHDWG1*2，WKZQ0W][HT5"]第2期[JZ]

聞滿華等：《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》[KG-*2]（GB 18306—2015）編圖方法在云南地區(qū)的應(yīng)用實(shí)踐

[BG）F][BW）]

（3）利用全概率求和原理計(jì)算在統(tǒng)計(jì)單元內(nèi)發(fā)生一次地震時(shí)，場(chǎng)點(diǎn)給定地震動(dòng)值a的超越概率。基本計(jì)算公式為（胡聿賢，1999）：[KH*1]

[JP3]P（A≥a）=∫∫∫∫P（A≥a[JB<1|]E）f（x，y[JB<1|]m） fM（m）[JP]f|x，y（θ）dxdydmdθ[JY]（3）[KH*1D]

其中：P（A≥a[JB<1|]E）指震級(jí)為m、震中位置為（x，y）、地震動(dòng)橢圓衰減長(zhǎng)軸方向與正東方向夾角為θ時(shí)場(chǎng)點(diǎn)給定地震動(dòng)值a被超過(guò)的概率，該函數(shù)由地震動(dòng)衰減關(guān)系確定；f（x，y[JB<1|]m）為給定震級(jí)的空間分布函數(shù)，該函數(shù)可由考慮震級(jí)分檔情況和潛在震源區(qū)的面積得到；f|x，y（θ）為等震線長(zhǎng)軸取向概率密度函數(shù)，用δ函數(shù)表示。在同一潛在震源區(qū)內(nèi)等震線長(zhǎng)軸取向概率密度函數(shù)相同，不同的潛在震源區(qū)該函數(shù)可以不同（潘華等，2013；潘華，李金臣，2016）。

（4）利用地震發(fā)生次數(shù)的分段泊松模型，可以計(jì)算得到某個(gè)統(tǒng)計(jì)單元k對(duì)場(chǎng)點(diǎn)的超越概率為（胡聿賢，1999）：[KH*1]

Ptk（A≥a）=1-e-v[HT4.]4[HT7"]tP（A≥a）[JY]（4）[KH*1]

（5）若有K個(gè)統(tǒng)計(jì)單元對(duì)場(chǎng)點(diǎn)有影響，則場(chǎng)點(diǎn)總的超越概率為：[KH*2]

Pt（A≥a）[KG-*2]=[KG-*4]1-∏[DD（]Kk=1[DD）][JB<1*[]1-Ptk（A≥a）[JB>1*]][JY]（5）[KH*1]

（6）分區(qū)、分段采用不同的地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系進(jìn)行計(jì)算（肖亮，俞言祥，2010）。本次修訂采用了由中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖第4工作組研制的衰減關(guān)系（俞言祥，汪素云，2004；俞言祥等，2013），分為青藏區(qū)、新疆區(qū)、東部強(qiáng)震區(qū)、中強(qiáng)地震區(qū)4個(gè)分區(qū)，長(zhǎng)、短兩個(gè)方向，M>65、M≤65兩段，共16種不同的衰減關(guān)系。衰減關(guān)系可表示為：[KH*1]

lgY=A+BM+Clg[R+DeEM]±σ[JY]（6）[KH*1D]

式中：Y代表加速度峰值或反應(yīng)譜值；R為震中距；M為震級(jí)；A、B、C、D、E為回歸系數(shù)，σ為標(biāo)準(zhǔn)差。

2云南地區(qū)試算實(shí)踐結(jié)果

采用五代圖編制所使用的地震活動(dòng)性模型參數(shù)、潛在震源區(qū)模型參數(shù)和地震動(dòng)參數(shù)衰減關(guān)系，對(duì)云南地區(qū)劃分為02°×02°網(wǎng)格點(diǎn)計(jì)算了基巖峰值加速度并轉(zhuǎn)換為一般場(chǎng)地結(jié)果，與五代圖頒布的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。同時(shí)計(jì)算某代表場(chǎng)地基巖反應(yīng)譜，并對(duì)其進(jìn)行分析。

[JP2]云南地區(qū)的地震危險(xiǎn)性概率分析方法的應(yīng)用，涉及青藏地震區(qū)的鮮水河—滇東地震帶、滇西南地震帶、喜馬拉雅地震帶、藏中地震帶、龍門山地震帶和華南地震區(qū)的右江地震帶、長(zhǎng)江中游地震帶，所涉及的地震帶和地震構(gòu)造區(qū)地震活動(dòng)性模型參數(shù)，如表1所示（高孟潭，2015）。所使用的分區(qū)基巖峰值加速度衰減關(guān)系參數(shù)、五代圖基巖Ⅰ1類場(chǎng)地峰值加速度與一般場(chǎng)地（Ⅱ類）峰值加速度轉(zhuǎn)換系數(shù)（高孟潭，2015），分別見表2、3。[JP]

[KG（0.15mm]對(duì)不同的地震帶設(shè)定不同的衰減關(guān)系，分M>65地震、M≤65地震兩段對(duì)應(yīng)的基巖峰值加速度衰關(guān)系參數(shù)（俞言祥，2016），分別計(jì)算潛在震源（包括背景性潛源）對(duì)目標(biāo)場(chǎng)點(diǎn)的年超越概率貢獻(xiàn)值，對(duì)得到的4種值通過(guò)概率合成為總的年超越概率貢獻(xiàn)曲線，從總的年超越概率貢獻(xiàn)曲線上求取50年超越概率分別為10%、2%對(duì)應(yīng)的基巖峰值加速度值，將兩者通過(guò)轉(zhuǎn)換關(guān)系轉(zhuǎn)換為一般場(chǎng)地峰值加速度，然后取10%對(duì)應(yīng)的一般場(chǎng)地峰值加速度值和2%對(duì)應(yīng)的一般場(chǎng)地峰值加速度值的1/19兩者中的較大值作為該場(chǎng)地的基本地震動(dòng)。

為了測(cè)試五代圖潛源空間分布函數(shù)、分區(qū)衰減關(guān)系、分段計(jì)算地震動(dòng)參數(shù)方法在云南地區(qū)的實(shí)際效果，首先選擇青藏區(qū)（鮮水河—滇東地震帶、滇西南地震帶）和中強(qiáng)區(qū)（右江地震帶）的潛在震源均能產(chǎn)生明顯影響的蒙自地區(qū)某場(chǎng)地進(jìn)行計(jì)算，場(chǎng)地位置為（2337°N，10338°E）。然后分兩區(qū)、兩段計(jì)算各地震帶潛在震源對(duì)場(chǎng)地的超越概率貢獻(xiàn)，合成總貢獻(xiàn)的概率曲線，如表4、圖1a所示。最后從合成的總貢獻(xiàn)的概率曲線上求取50年超越概率63%、10%和2%對(duì)應(yīng)的基巖峰值加速度，通過(guò)表3轉(zhuǎn)換為一般場(chǎng)地地震動(dòng)峰值加速度，如表5所示。場(chǎng)地反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果如表6、圖1b所示。用五代圖計(jì)算方法對(duì)云南地區(qū)02°×02°網(wǎng)格點(diǎn)計(jì)算了基巖峰值加速度并轉(zhuǎn)換為一般場(chǎng)地結(jié)果，如圖2所示。

3結(jié)論及討論

本文選擇的蒙自地區(qū)某試算場(chǎng)地具有代表性，其周圍的鮮水河—滇東地震帶、滇西南地震動(dòng)和右江地震帶均對(duì)其峰值加速度產(chǎn)生顯著影響。如表4所示，2種衰減關(guān)系、65級(jí)上下兩段共4類概率貢獻(xiàn)的試算值表現(xiàn)合理，該場(chǎng)地所處中強(qiáng)地震活動(dòng)區(qū)，五代圖頒布的峰值加速度為010 g分區(qū)，從表4中可以看出，對(duì)應(yīng)峰值100 gal以下的4種概率貢獻(xiàn)大致在相同數(shù)量級(jí)水平，200～300 gal段落主要受兩區(qū)潛源65級(jí)以上段的影響，300 gal以上段落主要受青藏區(qū)潛源65級(jí)以上段的影響。從合成的總概率貢獻(xiàn)曲線（圖1a）上讀取的50年63%、10%、2%這3個(gè)概率水平對(duì)應(yīng)的峰值加速度經(jīng)轉(zhuǎn)換為一般場(chǎng)地峰值分別是005 g、012 g和019 g，這3個(gè)概率土層峰值比例合理，10%概率水平的峰值012 g與場(chǎng)地所處010 g分區(qū)匹配較好。從峰值加速度和反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果可以看出，五代圖的計(jì)算方法及結(jié)果有效反映了該場(chǎng)地所處的地震環(huán)境。

[JP2]從圖2可以看出，云南地區(qū)絕大部分計(jì)算點(diǎn)的50年10%超越概率水平對(duì)應(yīng)的一般場(chǎng)地峰值加速度試算值與五代圖（中國(guó)地震局，2015）較為吻合。有極少部分地區(qū)試算值略低于五代圖，這是五代圖修編時(shí)考慮了部分地區(qū)大震近場(chǎng)效應(yīng)，并且征求地方政府意見后從安全的角度考慮對(duì)峰值加速度分區(qū)有所提高的結(jié)果。圖中少量計(jì)算值為010 g的區(qū)域提高至015 g，東川地區(qū)提高幅度最大，其原因?yàn)闁|川以北至巧家處在同一8級(jí)潛源內(nèi)，其模型參數(shù)設(shè)置需要兼顧到該潛源北段巧家地區(qū)的烈度計(jì)算結(jié)果，致使東川周邊地區(qū)的計(jì)算結(jié)果達(dá)不到040 g，但在編圖時(shí)考慮到小江斷裂的大震近場(chǎng)效應(yīng)以及上述安全原則，調(diào)整提高至040 g水平。[JP]

通過(guò)本文的試算實(shí)踐可以看出，五代圖編圖的模型、方法和計(jì)算結(jié)果有效反映出云南地區(qū)地震活動(dòng)環(huán)境的實(shí)際狀況，以供同行共享參考。建議今后云南地區(qū)地震危險(xiǎn)性分析工作應(yīng)采用五代圖編圖的技術(shù)方法。

[HTK]感謝中國(guó)地震局地球物理研究所俞言祥研究員、潘華研究員提供潛源模型參數(shù)和衰減關(guān)系數(shù)據(jù)以及在使用中給予的悉心指導(dǎo)。

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