白龍江引水工程代古寺水庫(kù)及其周?chē)貐^(qū)地震危險(xiǎn)性評(píng)估*

翟夢(mèng)陽(yáng) 秦四清 薛 雷 陳竑然 張 珂

(①中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所， 中國(guó)科學(xué)院頁(yè)巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029， 中國(guó))

(②中國(guó)科學(xué)院大學(xué)， 行星與地球科學(xué)學(xué)院， 北京 100049， 中國(guó))

(③中國(guó)科學(xué)院地球科學(xué)研究院， 北京 100029， 中國(guó))

0 引 言

白龍江引水工程是我國(guó)擬建的一項(xiàng)跨流域長(zhǎng)距離調(diào)水工程，其將長(zhǎng)江流域白龍江(嘉陵江支流)水源引入黃河流域甘肅隴東地區(qū)，以解決該地區(qū)的水資源短缺問(wèn)題(石生明等， 2018)。該引水工程由水源樞紐、輸水總干線、輸水干線和末端備用水庫(kù)4部分組成(焦振華， 2020)，其中位于甘肅省迭部縣、地處青藏高原東北緣地區(qū)的代古寺水庫(kù)是白龍江引水工程的水源樞紐(圖1)。

圖1 代古寺水庫(kù)及其周?chē)貐^(qū)地震構(gòu)造圖Fig. 1 Seismotectonic map of Daigusi Reservoir and its surrounding areas

受印度-歐亞板塊碰撞的影響，青藏高原東北緣地區(qū)地殼變形強(qiáng)烈，活動(dòng)斷層發(fā)育，地震頻發(fā)，地震危險(xiǎn)性高(伍純昊等， 2021)。該地區(qū)曾發(fā)生1920年寧夏海原MS8.5、1927年甘肅古浪MS8.0、1932年甘肅玉門(mén)昌馬MS7.8等多次破壞性地震，造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。應(yīng)注意的是，較大地震危及線性工程的安全運(yùn)營(yíng)。例如，2022年青海門(mén)源MS6.9地震造成蘭新高鐵、蘭青鐵路、青藏鐵路等多條線路受損嚴(yán)重。因此，為了保障白龍江引水工程的順利實(shí)施與安全運(yùn)營(yíng)，評(píng)估其地震危險(xiǎn)性至關(guān)重要。鑒于該工程的輸水線路與末端備用水庫(kù)位置尚處于規(guī)劃階段，本文僅評(píng)估代古寺水庫(kù)及其周?chē)貐^(qū)的地震危險(xiǎn)性。

地震危險(xiǎn)性是指某一場(chǎng)址在給定時(shí)間周期內(nèi)某種大小的宏觀烈度或地面運(yùn)動(dòng)參數(shù)(加速度、速度和位移)被超越的概率(Reiter， 1990； Wang， 2011)。傳統(tǒng)地震危險(xiǎn)性分析方法分為確定性方法和概率性方法兩類(lèi)； 楊百存等(2017b)指出，這兩類(lèi)方法物理依據(jù)不足，均難以可靠評(píng)估特定區(qū)域的地震危險(xiǎn)性。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)(中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)組， 2016)，代古寺水庫(kù)所在地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度。鑒于該設(shè)防烈度參數(shù)基于傳統(tǒng)方法獲得，故有必要復(fù)核該參數(shù)的合理性。

我們(秦四清等， 2010； 楊百存等， 2017a； Chen et al.，2022)提出的多鎖固段脆性破裂理論，闡明了地震產(chǎn)生機(jī)制和規(guī)律，已通過(guò)大量震例的檢驗(yàn)(秦四清等， 2016a， 2016b，2016c)； 我們提出的孕震構(gòu)造塊體與相應(yīng)地震區(qū)劃分方法，能確保在同一個(gè)地震區(qū)和同一輪地震周期的地震具有內(nèi)在聯(lián)系(吳曉媧等， 2021)。這為可靠地預(yù)測(cè)大地震和評(píng)估地震危險(xiǎn)性奠定了物理基礎(chǔ)。楊百存等(2017b)運(yùn)用之提出了基于地震物理預(yù)測(cè)的地震危險(xiǎn)性評(píng)估新方法，將其用于雄安新區(qū)，得出的結(jié)論“雄安新區(qū)抗震設(shè)防烈度從原Ⅶ度調(diào)整為Ⅷ度為宜”，已被國(guó)務(wù)院批復(fù)的《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要(2018～2035年)》采納，這說(shuō)明該方法的物理依據(jù)扎實(shí)，應(yīng)用前景可期。

圖2 鎖固段破裂產(chǎn)生的地震序列和標(biāo)志性地震演化規(guī)律示意圖(改自Chen et al. (2022))Fig. 2 Schematic diagram of seismic sequences and evolutionary rule for landmark earthquakes from cracking of one or multiple locked segments(modified after Chen et al. (2022))

本文基于該方法的基本原理，評(píng)估代古寺水庫(kù)及其周?chē)貐^(qū)的地震危險(xiǎn)性。根據(jù)《水利水電工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50199-2013)(中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)組， 2013)，水利水電工程中水庫(kù)工程的設(shè)計(jì)使用年限一般為100年。鑒于此，本文擬復(fù)核未來(lái)100年內(nèi)該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度參數(shù)，為保障該地區(qū)的工程安全提供科學(xué)依據(jù)。

1 地震危險(xiǎn)性評(píng)估新方法的基本原理

1.1 多鎖固段脆性破裂理論

賦存于斷層中或由斷層圍限而成的高承載力、強(qiáng)非均勻性與低脆性鎖固段，主控構(gòu)造地震產(chǎn)生(陳竑然等， 2019； 楊百存等， 2020； Chen et al., 2022)。在鎖固段體積膨脹點(diǎn)和峰值強(qiáng)度點(diǎn)之間，即在其非穩(wěn)定破裂階段，其破裂產(chǎn)生的地震活動(dòng)模式呈現(xiàn)獨(dú)特的“大-小-大”特征(圖2)。我們把鎖固段在體積膨脹點(diǎn)處和峰值強(qiáng)度點(diǎn)處的地震命名為標(biāo)志性地震，把兩點(diǎn)之間的地震命名為預(yù)震； 把當(dāng)前地震周期內(nèi)(圖3)最后一個(gè)鎖固段在其峰值強(qiáng)度點(diǎn)處的地震命名為主震，把與該震有關(guān)的后續(xù)地震命名為余震。

圖3 地震區(qū)地震周期旋回Fig. 3 Cycle of seismic period for a defined seismic zone

秦四清等(2010)， 楊百存等(2017a)， Chen et al.(2022)通過(guò)力學(xué)推導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)地震區(qū)標(biāo)志性地震的演化遵循如下指數(shù)律：

εf(k)=1.48kεc

(1)

式中：εc為地震區(qū)第1鎖固段體積膨脹點(diǎn)處標(biāo)志性地震對(duì)應(yīng)的臨界剪切應(yīng)變值；εf(k)為地震區(qū)第k鎖固段峰值強(qiáng)度點(diǎn)處標(biāo)志性地震對(duì)應(yīng)的臨界剪切應(yīng)變值。

由于累積Benioff應(yīng)變(CBS)比正比于剪切應(yīng)變比(楊百存， 2019； 楊百存等， 2020； Chen et al.，2022)，則式(1)可變?yōu)椋?/p>

Sf(k)=1.48kSc

(2)

式中：Sc為地震區(qū)第1鎖固段體積膨脹點(diǎn)處標(biāo)志性地震對(duì)應(yīng)的臨界CBS值；Sf(k)為地震區(qū)第k鎖固段峰值強(qiáng)度點(diǎn)處標(biāo)志性地震對(duì)應(yīng)的臨界CBS值。

鑒于某地震區(qū)當(dāng)前地震周期會(huì)發(fā)生與鎖固段脆性破裂無(wú)關(guān)的背景地震(Chen et al.，2022)，秦四清等(2015)提出最小有效性震級(jí)Mv確定方法以提取鎖固段破裂信息。由于在第1鎖固段裂紋起裂點(diǎn)前的地震缺失和在其體積膨脹點(diǎn)前不小于Mv的地震目錄通常非完整，故存在初始CBS誤差，其可通過(guò)如下公式(秦四清等， 2010)得到，即：

(3)

進(jìn)行誤差修正后，把第1次標(biāo)志性地震對(duì)應(yīng)的臨界CBS值作為已知值，據(jù)式(2)可預(yù)測(cè)后續(xù)標(biāo)志性地震對(duì)應(yīng)的臨界CBS值。

若在某地震區(qū)的當(dāng)前地震周期共發(fā)生了n次標(biāo)志性地震，則第n次標(biāo)志性地震為主震(Chen et al.，2022)。當(dāng)統(tǒng)一震級(jí)標(biāo)度時(shí)，第i次到第i+j次標(biāo)志性地震的震級(jí)下限約束是：

Mi-Mi+j≤0.2
(Mi+j

(4)

兩次相鄰標(biāo)志性地震的震級(jí)上限約束是：

Mi+1-Mi≤0.5(Mi+1≥Mi(1≤i≤n-2))

(5)

相鄰標(biāo)志性地震之間預(yù)震的震級(jí)上限約束是：

(6)

式中：Mi、Mi+j和Mi+1分別為第i次、第i+j次和第i+1次標(biāo)志性地震的震級(jí)。

當(dāng)該地震區(qū)當(dāng)前地震周期的最后一個(gè)鎖固段被加載至其峰值強(qiáng)度點(diǎn)發(fā)生斷裂時(shí)，主震發(fā)生。楊百存等(2020)已給出第n次標(biāo)志性地震為主震的判識(shí)準(zhǔn)則，即：

Mn-Mn-1>0.5

(7)

式中：Mn和Mn-1分別為第n次和第n-1次標(biāo)志性地震的震級(jí)。

考慮到震級(jí)測(cè)定值存在誤差，當(dāng)兩次相鄰標(biāo)志性地震的震級(jí)差接近0.5時(shí)，僅根據(jù)式(7)易誤判主震。為此，可根據(jù)地震區(qū)內(nèi)某次標(biāo)志性地震后的地震活動(dòng)特征做出進(jìn)一步判斷(薛雷等， 2018； 楊百存等， 2020)； 必要時(shí)，根據(jù)式(5)修訂該標(biāo)志性地震的震級(jí)。

1.2 地震區(qū)劃分方法

吳曉媧等(2021)結(jié)合大地構(gòu)造學(xué)說(shuō)，闡明了孕震構(gòu)造塊體和相應(yīng)地震區(qū)邊界確定原則，分別提出了板內(nèi)地震區(qū)與板間地震區(qū)劃分方法，指出這樣厘定的地震區(qū)可表征相應(yīng)塊體內(nèi)源自鎖固段破裂事件的地震活動(dòng)性。據(jù)此方法，我們(秦四清等， 2016a， 2016b)將全球兩大地震帶(環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶)劃分為62個(gè)地震區(qū)，其包括中國(guó)及其鄰區(qū)的33個(gè)地震區(qū)(圖4)。

圖4 中國(guó)及其鄰區(qū)地震區(qū)劃分圖(秦四清等， 2016b； 吳曉媧等， 2021)Fig. 4 Seismic zoning map in China and its neighboring areas(Qin et al.，2016b； Wu et al.，2021)

1.3 評(píng)估流程

我們建議按如下方法和步驟，評(píng)估研究區(qū)的地震危險(xiǎn)性：

(1)確定研究區(qū)涉及的地震區(qū)。

(2)基于多鎖固段脆性破裂理論，分析相關(guān)地震區(qū)的地震趨勢(shì)，并根據(jù)震級(jí)約束條件確定未來(lái)標(biāo)志性地震的震級(jí)范圍與預(yù)震的震級(jí)上限，但該上限產(chǎn)生的CBS增量不應(yīng)超過(guò)相應(yīng)地震區(qū)預(yù)測(cè)臨界值與當(dāng)前監(jiān)測(cè)值的差值。

(3)剖析相關(guān)地震區(qū)內(nèi)斷層地震活動(dòng)與發(fā)震潛力，預(yù)判未來(lái)標(biāo)志性地震與大預(yù)震的發(fā)震斷層； 根據(jù)發(fā)震斷層空間展布特征，預(yù)判未來(lái)標(biāo)志性地震與大預(yù)震的震中位置。

(4)根據(jù)上述結(jié)果和地震烈度衰減關(guān)系，計(jì)算研究區(qū)的烈度，提出抗震設(shè)防建議。

2 地震區(qū)地震趨勢(shì)

2.1 研究區(qū)涉及的地震區(qū)

根據(jù)中國(guó)及其鄰區(qū)地震區(qū)劃分圖(圖4)，代古寺水庫(kù)及其周?chē)貐^(qū)(研究區(qū))涉及的地震區(qū)有汶川地震區(qū)(編號(hào)9)、古浪地震區(qū)(編號(hào)21)、格爾木地震區(qū)(編號(hào)22)、海原地震區(qū)(編號(hào)23)與運(yùn)城地震區(qū)(編號(hào)24)(圖5)。鑒于古浪地震區(qū)、格爾木地震區(qū)與運(yùn)城地震區(qū)最近邊界均距研究區(qū)較遠(yuǎn)，而汶川地震區(qū)未來(lái)大預(yù)震與標(biāo)志性地震的震中距研究區(qū)較遠(yuǎn)(秦四清等， 2016b)，故本文僅分析研究區(qū)所處的海原地震區(qū)地震趨勢(shì)。該地震區(qū)的邊界斷層為正誼關(guān)斷層、黃河-靈武斷層、羅山東麓斷層、云霧山斷層、隴縣-寶雞斷層、秦嶺北麓斷層、略陽(yáng)斷層、文縣斷層、塔藏?cái)鄬?、拉脊山斷層、武?天祝斷層(圖5)。

圖5 研究區(qū)涉及的地震區(qū)Fig. 5 Seismic zones associated with the study area①. 東昆侖斷層； ②. 塔藏?cái)鄬樱?③. 文縣斷層； ④. 略陽(yáng)斷層； ⑤. 秦嶺北麓斷層； ⑥. 隴縣-寶雞斷層； ⑦. 云霧山斷層； ⑧. 羅山東麓斷層； ⑨. 黃河-靈武斷層； ⑩. 正誼關(guān)斷層； . 武威-天祝斷層； . 拉脊山斷層； . 西秦嶺北緣斷層

2.2 海原地震區(qū)地震趨勢(shì)分析

如表1所示，公元前193年至今，海原地震區(qū)當(dāng)前地震周期共發(fā)生MS≥7.0地震14次(數(shù)據(jù)源自國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)中心(NEDC)，獲取日期為2022年02月25日，秦四清等(2016c)根據(jù)上述震級(jí)約束條件修訂了某些地震的震級(jí))。

表1 海原地震區(qū)MS≥7.0地震Table 1 MS≥7.0 earthquakes in the Haiyuan seismic zone

該地震區(qū)曾發(fā)生標(biāo)志性地震4次： 1561年08月04日寧夏中衛(wèi)東MS7.5地震、1654年07月21日甘肅天水南MS8.0地震、1739年01月03日寧夏平羅MS8.2地震和1920年12月16日寧夏海原MS8.5地震。在確定最小有效性震級(jí)Mv=MS5.5并基于式(3)修正初始誤差后，可建立標(biāo)志性地震之間的力學(xué)聯(lián)系。從圖6可看出標(biāo)志性地震的演化很好地遵循式(2)。此外，標(biāo)志性地震與預(yù)震的震級(jí)約束關(guān)系滿足式(4)～式(6)。

圖6 誤差修正后海原地震區(qū)當(dāng)前地震周期B.C.193.02～2022.02.25之間MS≥5.5地震的CBS與時(shí)間關(guān)系Fig. 6 Time variation of the CBS of MS≥5.5 earthquakes from B.C.193.02 to 2022.02.25 in the Haiyuan seismic zone and its current seismic period after introducing the initial error Δ

根據(jù)式(7)，我們判斷1920年海原MS8.5地震不為主震，即該地震區(qū)當(dāng)前地震周期存在第4鎖固段； 當(dāng)其被加載至峰值強(qiáng)度點(diǎn)時(shí)，應(yīng)發(fā)生MS8.5標(biāo)志性地震。截止到2022年02月25日，該地震區(qū)CBS監(jiān)測(cè)值約為3.17×109J1/2，距臨界值3.35×109J1/2仍有一定距離。根據(jù)自1920年海原地震以來(lái)該地震區(qū)的地震活動(dòng)速率，在100年內(nèi)監(jiān)測(cè)值將達(dá)到臨界值，導(dǎo)致該標(biāo)志性地震的發(fā)生； 在其發(fā)生前，該地震區(qū)還將發(fā)生不超過(guò)MS7.8的預(yù)震。

3 研究區(qū)地震危險(xiǎn)性

3.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景

研究區(qū)位于甘肅省迭部縣東側(cè)白龍江上游地區(qū)。在地形地貌上，該地區(qū)處于西秦嶺山地、青藏高原和隴西黃土丘陵等地貌單元的交匯地帶，是中國(guó)地勢(shì)二級(jí)階梯向三級(jí)階梯的過(guò)渡區(qū)(圖1)。在地層巖性上，該地區(qū)主要發(fā)育志留系上統(tǒng)卓烏闊組砂質(zhì)板巖夾炭質(zhì)板巖、泥盆系古道嶺組頁(yè)巖夾泥質(zhì)灰?guī)r、石炭系泯河群厚層灰?guī)r夾頁(yè)巖及砂巖、二疊系中厚層灰?guī)r、三疊系下統(tǒng)灰?guī)r夾鈣質(zhì)砂巖及砂質(zhì)板巖和第四系多成因松散堆積物(黃斌等， 2009； 楊立鵬， 2019)。在地質(zhì)構(gòu)造上，研究區(qū)地處青藏高原向大陸內(nèi)部擴(kuò)展的前緣部位，位于白龍江復(fù)式背斜的核部，發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈并復(fù)雜的長(zhǎng)期構(gòu)造變形。該地區(qū)主要發(fā)育一組北西西向的活動(dòng)斷層帶，自西南往東北依次包含迭部-白龍江斷層、光蓋山-迭山斷層與臨潭-宕昌斷層(圖7)。這3條斷層位于西秦嶺北緣斷層與東昆侖斷層、塔藏?cái)鄬?圖5)形成的一個(gè)左階巖橋區(qū)，共同調(diào)節(jié)了其間的差異構(gòu)造變形，其活動(dòng)性質(zhì)均以逆沖為主兼具左旋走滑(袁道陽(yáng)等， 2004； 劉興旺等， 2015； 張波等， 2018)。

圖7 海原地震區(qū)內(nèi)斷層與MS≥6.6地震分布Fig. 7 Distribution of faults and MS≥6.6 earthquakes in the Haiyuan seismic zoneF1. 迭部-白龍江斷層； F2. 光蓋山-迭山斷層； F3. 臨潭-宕昌斷層； F4. 禮縣-羅家堡斷層； F5. 西秦嶺北緣斷層(F5-1. 鍋麻灘斷層，F(xiàn)5-2. 黃香溝斷層，F(xiàn)5-3. 漳縣斷層，F(xiàn)5-4. 武山斷層，F(xiàn)5-5. 天水?dāng)鄬?，F(xiàn)5-6. 寶雞斷層)； F6. 會(huì)寧-義崗斷層； F7. 馬銜山斷層； F8. 金城關(guān)斷層； F9. 云霧山 斷層； F10. 海原斷層； F11. 香山-天景山斷層； F12. 牛首山斷層； F13. 銀川-平羅斷層

3.2 海原地震區(qū)標(biāo)志性地震的震中位置判定

欲科學(xué)評(píng)估研究區(qū)地震危險(xiǎn)性，首先需準(zhǔn)確把握海原地震區(qū)的地震趨勢(shì)。根據(jù)上述海原地震區(qū)地震趨勢(shì)分析，可知在該地震區(qū)未來(lái)標(biāo)志性地震前，還將發(fā)生不超過(guò)MS7.8的預(yù)震。鑒于預(yù)震震級(jí)較小且其震中距研究區(qū)較遠(yuǎn)，我們僅考慮最不利情況，即標(biāo)志性地震發(fā)生造成的研究區(qū)地震危險(xiǎn)性。正如以上分析所指出的，在未來(lái)100年內(nèi)，MS8.5標(biāo)志性地震應(yīng)發(fā)生，這給出了該地震的時(shí)間和震級(jí)要素； 為滿足烈度計(jì)算要求，還需判定其震中位置。為此，基于海原地震區(qū)內(nèi)活動(dòng)斷層的地震活動(dòng)特征、發(fā)震潛力與展布特征，以下將研判標(biāo)志性地震的潛在發(fā)震斷層和震中位置。

基于以前大量震例研究(秦四清等， 2016a， 2016b，2016c； 楊百存等， 2017b)，并通過(guò)類(lèi)比推斷，我們認(rèn)為在海原地震區(qū)內(nèi)未來(lái)標(biāo)志性地震的發(fā)震斷層需滿足：(1)曾發(fā)生MS≥6.6地震； (2)發(fā)震潛力不小于MS8.5。從圖7可看出，多條斷層均發(fā)生過(guò)MS≥6.6地震，包括迭部-白龍江斷層(F1)、臨潭-宕昌斷層(F3)、禮縣-羅家堡斷層(F4)、西秦嶺北緣斷層(F5)、會(huì)寧-義崗斷層(F6)、馬銜山斷層(F7)、金城關(guān)斷層(F8)、云霧山斷層(F9)、海原斷層(F10)、香山-天景山斷層(F11)、牛首山斷層(F12)、銀川-平羅斷層(F13)。在斷層發(fā)震潛力評(píng)估方面，目前通常采用適用于特定區(qū)域活動(dòng)斷層的地震震級(jí)-斷層破裂長(zhǎng)度經(jīng)驗(yàn)公式，估算斷層潛在地震的最大震級(jí)(宋龍伯等， 1987； 冉洪流， 2011)。震級(jí)M與斷層破裂長(zhǎng)度L的關(guān)系一般可表示為：

M=A+BlgL

(8)

式中：A和B為回歸系數(shù)?；诤Ｔ卣饏^(qū)地震資料(表2)，經(jīng)回歸分析得到：

表2 海原地震區(qū)某些MS≥7.0地震及其發(fā)震斷層破裂長(zhǎng)度Table 2 Some MS≥7.0 earthquakes and their rupture lengths along seismogenic faults in the Haiyuan seismic zone

MS=3.52+2.16lgL(R=0.84)

(9)

式中：R為相關(guān)系數(shù)。

據(jù)式(9)可評(píng)估海原地震區(qū)內(nèi)活動(dòng)斷層的發(fā)震潛力，具體步驟是：(1)根據(jù)待評(píng)估斷層發(fā)生的MS≥5.5地震，計(jì)算總破裂長(zhǎng)度； (2)把剩余斷層長(zhǎng)度作為未破裂長(zhǎng)度，并假定某次地震發(fā)生時(shí)相應(yīng)斷層按此長(zhǎng)度破裂，這樣可給出該地震的最大震級(jí)，反之亦然。把海原地震區(qū)下一次標(biāo)志性地震的震級(jí)MS8.5代入式(9)可知，所需發(fā)震斷層的未破裂長(zhǎng)度應(yīng)超過(guò)200km。按上述步驟的計(jì)算分析表明，在上述活動(dòng)斷層(F1、F3-F13)中，未破裂長(zhǎng)度超過(guò)200km的僅有臨潭-宕昌斷層(F3)和西秦嶺北緣斷層(F5)，即這兩條斷層為海原地震區(qū)標(biāo)志性地震的潛在發(fā)震斷層。

西秦嶺北緣斷層(F5)西起臨夏以西，向東經(jīng)漳縣、武山、天水至寶雞，全長(zhǎng)約440km。該斷層由6條規(guī)模不等呈左行階排列的斷層段組成，總體走向280°～310°，傾向不一，傾角40°～80°，具左旋走滑兼逆沖性質(zhì)。這6條次級(jí)斷層從西往東分別是鍋麻灘斷層(F5-1)、黃香溝斷層(F5-2)、漳縣斷層(F5-3)、武山斷層(F5-4)、天水?dāng)鄬?F5-5)與寶雞斷層(F5-6)。相鄰次級(jí)斷層之間存在5個(gè)拉張階區(qū)，分別是蓮麓階區(qū)、漳縣階區(qū)、鴛鴦鎮(zhèn)階區(qū)、溫家套階區(qū)與北道階區(qū)(邵延秀等， 2011)?？紤]到次級(jí)斷層之間的階區(qū)，尤其是較大階區(qū)，更易承受應(yīng)力集中發(fā)震，我們預(yù)判海原地震區(qū)下一次MS8.5標(biāo)志性地震極有可能發(fā)生在西秦嶺北緣斷層的鴛鴦鎮(zhèn)階區(qū)處，震中位置為北緯34.79°、東經(jīng)104.71°。

3.3 海原地震區(qū)標(biāo)志性地震產(chǎn)生的地震烈度

地震危險(xiǎn)性評(píng)估常涉及到地震烈度衰減關(guān)系，其可根據(jù)歷史地震等震線數(shù)據(jù)經(jīng)回歸計(jì)算得到。常用的烈度衰減模型分為點(diǎn)源模型(Cornell， 1968)與長(zhǎng)短軸橢圓模型(陳達(dá)生等， 1989)兩類(lèi)。鑒于目前尚難以明確地震區(qū)未來(lái)大地震的發(fā)震構(gòu)造破裂方向和準(zhǔn)確的破裂尺度，本文擬采用簡(jiǎn)單易用的點(diǎn)源模型估算地震烈度衰減關(guān)系。汪素云等(2000)指出，Chandra(1979)基于點(diǎn)源模型提出的烈度衰減關(guān)系適用于我國(guó)西部地區(qū)，故本文予以采用； 此關(guān)系可寫(xiě)為：

I=0.514+1.5M-0.006 59R-2.014lg(R+10)

(R<300km)

(10)

式中：I為地震烈度；M為震級(jí)；R為震中距。

根據(jù)式(10)，若該MS8.5標(biāo)志性地震發(fā)生在臨潭-宕昌斷層中段斷層彎折處，研究區(qū)的地震烈度約9度； 若該MS8.5標(biāo)志性地震發(fā)生在西秦嶺北緣斷層的鴛鴦鎮(zhèn)階區(qū)上，研究區(qū)的地震烈度約8度。

4 討 論

地震危險(xiǎn)性評(píng)估是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工作，此工作涉及的地震時(shí)空強(qiáng)三要素預(yù)測(cè)值、震源模型、地震烈度衰減模型等都會(huì)給評(píng)估結(jié)果帶來(lái)一定的非確定性，導(dǎo)致理論與實(shí)際的誤差。從傳統(tǒng)評(píng)估方法的應(yīng)用效果看，在給定年限內(nèi)，預(yù)判的地震震級(jí)和震中位置與實(shí)際結(jié)果相差較大，是誤差的主要來(lái)源。由于這些方法未基于地震機(jī)制和規(guī)律，往往嚴(yán)重低估震級(jí)和地震危險(xiǎn)性，從而造成不可彌補(bǔ)的損失。例如，在2008年汶川MS8.1地震發(fā)生前，當(dāng)時(shí)沿用的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)(中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編寫(xiě)組， 2001)給出沿龍門(mén)山斷層帶茂縣和汶川縣的抗震設(shè)防烈度為7度； 胡先明(2007)運(yùn)用傳統(tǒng)地震危險(xiǎn)性分析方法評(píng)估了龍門(mén)山斷層帶的地震危險(xiǎn)性，認(rèn)為“茂縣-汶川和北川-太平一帶分別為7.0級(jí)和6.5級(jí)潛在震源區(qū)”。然而， 2008年汶川MS8.1地震的發(fā)生，造成的茂縣和汶川縣烈度分別為8～10度和8～11度(Chen et al.，2019)，這表明傳統(tǒng)方法嚴(yán)重低估了沿龍門(mén)山斷層帶的地震危險(xiǎn)性。

以前與本文研究區(qū)有關(guān)的地震危險(xiǎn)性評(píng)估，多針對(duì)單條斷層進(jìn)行。例如，邵延秀等(2014)采用震級(jí)-頻度關(guān)系、震級(jí)-平均位移公式和斷層滑動(dòng)法得出迭部-白龍江斷層的潛在最大震級(jí)為M7.5，平均復(fù)發(fā)周期為2950年，光蓋山-迭山斷層的潛在最大震級(jí)為M7.0，平均復(fù)發(fā)周期為6757年； 劉方斌等(2018)分析了臨潭-宕昌斷層及其附近地區(qū)的靜態(tài)庫(kù)侖應(yīng)力變化，認(rèn)為該斷層岷縣段、西段和中段處于應(yīng)力累積階段，未來(lái)發(fā)生強(qiáng)震的可能性較小。然而，馬瑾(1999)認(rèn)為，地震不僅與發(fā)震斷層有關(guān)，還應(yīng)考慮其他斷層的影響； 吳曉媧等(2021)指出，在同一個(gè)地震區(qū)和同一輪地震周期，無(wú)論斷層還是地震，均具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)。因此，僅利用經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)方法估計(jì)特定斷層的發(fā)震潛力和復(fù)發(fā)周期幾無(wú)價(jià)值。

根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范，本文研究區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度。在當(dāng)時(shí)未掌握地震機(jī)制和規(guī)律的背景下，該規(guī)范應(yīng)未考慮到海原地震區(qū)未來(lái)發(fā)生MS8.5地震的風(fēng)險(xiǎn)，故難免給出較低的烈度參數(shù)。

毋容置疑，地震危險(xiǎn)性評(píng)估須以可靠的地震區(qū)地震物理預(yù)測(cè)為前提，而我們提出的鎖固段脆性破裂理論和地震區(qū)劃分方法則為之鋪平了道路。對(duì)本文研究區(qū)涉及的海原地震區(qū)而言，根據(jù)該理論，我們認(rèn)為在未來(lái)100年內(nèi)MS8.5標(biāo)志性地震應(yīng)發(fā)生，只不過(guò)震中位置的判定仍存在一定的非確定性。如上所述，此非確定性會(huì)在一定程度上影響研究區(qū)地震烈度計(jì)算結(jié)果的可靠性。盡管如此，從本文研究結(jié)果看，無(wú)論其發(fā)生在臨潭-宕昌斷層中段，還是西秦嶺北緣斷層鴛鴦鎮(zhèn)階區(qū)，研究區(qū)的烈度均不低于8度； 為確保“百年大計(jì)”的白龍江引水工程代古寺水庫(kù)水源樞紐安全，我們建議宜提高其抗震設(shè)防烈度。

5 結(jié) 論

運(yùn)用地震危險(xiǎn)性評(píng)估新方法的基本原理，我們分析了代古寺水庫(kù)及其周?chē)貐^(qū)(研究區(qū))的地震危險(xiǎn)性。該研究區(qū)位于海原地震區(qū)，未來(lái)100年內(nèi)該研究區(qū)的地震危險(xiǎn)性主要源于海原地震區(qū)的下一次標(biāo)志性地震。根據(jù)海原地震區(qū)斷層地震活動(dòng)、發(fā)震潛力與空間展布特征，我們預(yù)判該標(biāo)志性地震極有可能發(fā)生在臨潭-宕昌斷層中段或西秦嶺北緣斷層鴛鴦鎮(zhèn)階區(qū)。應(yīng)用地震烈度衰減關(guān)系，考慮不同震中位置，我們分別計(jì)算了海原地震區(qū)下一次標(biāo)志性地震產(chǎn)生的地震烈度。為確?！鞍倌甏笥?jì)”的白龍江引水工程代古寺水庫(kù)水源樞紐安全，我們建議該研究區(qū)的抗震設(shè)防烈度不宜低于8度。