右江地震帶潛在震源區空間分布函數不確定性對地震危險性的影響

張忠利

(廣西壯族自治區地震局，廣西南寧 530022)

0 引言

目前，我國地震動參數區劃和重大工程場地地震安全性評價工程中采用的方法為“綜合概率地震危險性分析方法”，該方法是在 Cornell(1968)提出的概率地震危險性分析方法的基礎上發展而來的。我國的綜合概率地震危險性分析方法主要特點是，強調地震活動時間空間分布的不均勻性和地震預測成果，將地震活動性參數分成兩步進行分析，即首先根據地震構造條件和地震活動特點劃分地震帶，確定地震帶的地震活動水平(Muz、v4和b值);然后根據未來發生破壞性地震的可能性在地震帶內劃分潛在震源區，分別確定不同震級檔空間分布函數fi，mj，將地震帶內的地震年平均發生率分配到各潛在震源區［1］。眾所周知，地震帶劃分、地震帶活動性參數確定、潛在震源區劃分、潛在震源區參數確定都存在一定的不確定性，并對地震危險性分析結果起著關鍵的作用。胡聿賢等［2］回顧了國內外地震危險性分析方法中不確定性分析方法，并指出這種不確定性分為隨機、模糊及知識不完備性三類。高玉峰等［3］研究了地震危險性分析過程中涉及到的各種不確定性因素并給出了其對地震危險性分析結果的影響程度和校正方法。潘華［4］重點研究了地震統計區劃分、地震統計區參數b值不確定性對地震危險性分析的影響程度和空間分布函數對地震活動參數不確定性在不同區域發生的變化規律。黃瑋瓊［5］著重研究了地震統計時段不唯一性產生的地震活動性參數的不確定性對城鎮地震危險性的影響，給出了中國大陸分區50年不同超越概率水平下地震烈度和峰值加速度平均變化值。黃河［6］總結了地震活動性參數不確定性的影響因素，給出了不確定性對對地震動分析結果的影響程度。謝卓娟［7］探討了郯廬地震的b值與V4的不確定性對地震危險性分析結果的影響程度和規律性。

地震帶劃分、地震帶活動性參數確定、潛在震源區劃分的不確定性最終可通過潛在震源區空間分布函數傳遞到各震級檔發震能力的不確定性，同時潛在震源區空間分布函數本身的不確定性更放大了發震能力的不確定性。目前，確定潛在震源區空間分布函數常規作法是:選取一些與地震活動的時間和空間特征相關的因子，采用經驗判斷的方法進行量化，先單因子歸一后等權相加，再多因子歸一的辦法得到。在這種方法中，因子的選取存在著一定的主觀性，因子的量化受到地震研究資料的限制，因子之間的關系無主次性。近年來國內一些學者對這種常規作法進行了一些有效的改進。如雷建成［8］選取了幾個反應西南地震活動的時間和空間特征的因子，采用統計分析的方法對因子進行了量化，另外在多因子歸一時進行了加權處理。李慶武［9］對地震地質資料不足的渤海地區，利用貝葉斯判別準則，提出了一種根據地震活動確定潛在震源區空間分布的方法，并初步證明了此方法的可行性。齊玉妍［10］采用斷裂長度與震級經驗關系估計的方法對河北地震潛在震源區的地質因子進行了量化，并引入了應用最大似然法、貝葉斯預測法和地震活動度方法確定潛在震源區的因子，確定潛在震源區空間分布函數。雖然潛在震源區空間分布函數的確定方法有了較大的進步，但對地震地質研究難度較大，地震活動資料較缺乏的地區，震源區空間分布函數的不確定性仍然很大。因此，本文以右江地震帶為研究對象，采用新編地震動區劃圖地震區帶與潛在震源區劃分方案及相應地震活動參數，通過將空間分布函數增加一定范圍，計算對50年超越概率63%、10%、2%水準下自由基巖峰值加速度，討論右江地震帶其不確定性對地震危險性分析結果的影響程度和規律，為工程場地地震危險性分析結果的綜合提供借鑒，有助于提高右江地震帶工程場地地震危險性分析結果的可靠性。

1 研究區概述

右江地震帶是新編中國地震動參數區劃圖新劃分出來的一個地震帶。主要包括廣西西部、越南北部、貴州西南、云南一小部分，大地構造主體屬華南加里東褶皺帶。新生代以來，該區大部分處于相對隆起狀態，以斷裂和斷塊活動為主，斷裂構造以北西向為主，次為北東向，少數斷裂在第四紀晚期仍有活動。與周邊的華南沿海地震帶、鮮水河－滇東地震帶、滇西南地震帶相比，該地震帶活動較弱，為中強地震活動區。以5 級左右中強地震為主，且頻度較低。截至2013年12月，該地震統計區共記錄到M4.7 級以上地震54 次，均為淺源地震，其中 6.0～ 6.9 級地震 1 次(1875年6月8日貴州羅甸 6 級地震)，5.0～ 5.9級地震26 次。最早地震記載始于1526年，1860年之前，地震缺失較多，1860年后M5 級以上地震記錄才基本完整，M≥5.0 級地震發生較為平穩，1970年以來 4 級以上地震記錄較全［11］。

本文采用新編地震動區劃圖潛在震源區劃分方案，地震帶內共劃分5個二級潛在震源區、29個三級潛在震源區，包括 5.0 級 2個，5.5 級15個，6.0 級 11個，6.5 級 3個，7.0 級 3個。三級潛在震源區大部分為北西向，部分為北東向(北北東向)。與現行地震動參數區劃圖潛在震源區劃分綜合方案比較，首先是新編地震動區劃圖采用了潛在震源區三級劃分方案，其次是潛在震源區的數量和震級上限均有明顯的增加，具體變化如圖1所示。

2 空間分布函數的不確定性分析

2.1 計算方案

為了分析不同震級上限潛在震源區不同級檔空間分析函數fi，mi對地震危險性分析結果的影響程度，分別將富寧、德保、百色、平果潛在震源區空間分布函數fi，mj(i =1，2，3，4，mj=4.0，5.0，5.5，6.0，6.5)分別增加 25%、50%，共形成 28個調整方案。表1為4個潛在震源區未作調整時的空間分布函數及方向性函數。將每一種方案作為潛在震源區活動性參數，以相同的潛在震潛區劃分方案、地震帶活動參數和地震動衰減關系，采用考慮地震活動時空分布不均勻特性的概率危險性分析方法(CPSHA)計算研究區內的地震峰值加速度。地震帶震級上限Muz取7.0，年平均發生率v4取2.5，b值取1.04，平均震源深度取12km，衰減關系采用編制《中國地震動參數區劃圖》(GB18306—2001)所使用的中國東部地區加速度衰減關系。需要特別說明的是:在對某一潛在震源區某個震級檔空間分析函數增加時，將其它潛在震源區相應震級檔空間分布函數等比例縮小，以保證該震級檔空間分布函數的歸一性。

2.2 計算結果

圖1 右江地震帶及其鄰區新編地震動區劃圖(a)與現行地震動區劃圖(b)潛在震源區劃分方案對比Fig.1 Comparison of potential seismic source zone of the updated of seismic zoning map(a)and the present seismic zoning map(b)in Youjiang seismic belt and its adjacent belt

表1 潛在震源區空間分布函數Tab.1 Spatial distribution function in potential seismic source zone

表2 不同計算方案下富寧潛在震源區控制點地震動峰值加速度 /galTab.2 The PGA of potential seismic source zone in Funing under different calculation schemes

根據前面所確定的潛在震源區、地震活動性參數及地震烈度衰減關系，利用考慮地震活動時空分布不均勻特性的概率危險性分析方法(CPSHA)，在右江地震帶中部(經度:105.2°～107.8°E，緯度:22.2°～ 24.8°N)，以 0.2° × 0.2°為間距選取196個計算控制點，計算出不同方案控制點處小震(50年超越概率63%)、中震(50年超越概率10%)、大震(50年超越概率2%)的自由基巖峰值加速度。圖2中給出空間分布函數未做調整時中震的地震動峰值加速度，表2～5 給出部分控制點(ST1－ST12)的不同方案的對比結果，表2中“f(4.0)↑25%”代表某一潛在震源區4.0～4.9 震級檔空間分布函數值增加25%。為了便于分析各震級檔空間分析函數變化對地震動峰值的影響，引入系數k = ai，mj/a0，ai，mj表示第i個潛在震源區第mj震級檔增加25%或50%時得到的地震動峰值加速度，a0表示潛在震源區參數未做調整時得到的地震動峰值加速度。圖3中給出不同潛在震源區不同震級檔空間分布函數增加25%時，對3個設防水準地震動峰值加速度影響超過3%的等值線，圖4中給出不同潛在震源區不同震級檔空間分布函數增加50%時，對3個設防水準地震動峰值加速度影響超過5%的等值線。圖中“f(4.0)↑25%→PGA↑3%”表示某一潛在震級區4.0～5.0 震級檔增加25%對震動峰值加速度增加值大于3%。

圖2 控制點50年超越概率10地震動峰值加速度Fig.2 The PGA of sit under the exceedance probability of 10% in 50 years

表3 不同計算方案下德保潛在震源區控制點地震動峰值加速度 /galTab.3 The PGA of potential seismic source zone in Debao under different calculation schemes

表4 不同計算方案下百色潛在震源區控制點地震動峰值加速度 /galTab.4 The PGA of potential seismic source zone in Baise under different calculation schemes

表5 不同計算方案下平果潛在震源區控制點地震動峰值加速度 /galTab.5 The PGA of potential seismic source zone in Pingguo under different calculation schemes

圖3 不同潛在震源區空間分布增加25%對地震動峰值加速度的影響Fig.3 Influence of potential seismic source zone spatial distribution functions(increased by 25%)on PGA

圖4 不同潛在震源區空間分布增加50%對地震動峰值加速度的影響Fig.4 Influence of potential seismic source zone spatial distribution functions(increased by 50%)on PGA

從各種計算方案得到的控制點地震動峰值加速度的變化情況可以看出:

(1)各潛在震源區不同震級檔空間分布函數分別增加25%時，4.0～5.0 震級檔的增加使潛在震源區及其鄰區小震峰值加速度增加超過3%，增加最大幅度為5%;5.5 級潛在震源區的4.0～5.0 震級檔，6.0 級潛在震源區的 5.5～ 6.0 震級檔，6.5 級潛在震源區的 5.5～ 6.0、6.0～ 6.5 震級檔，7.0 級潛在震源區 6.0～ 6.5、6.5～ 7.0 震級檔的增加使震源區及其鄰區中震峰值加速度增加超過3%，增加最大幅度為6%;6.0 級、6.5 級、7.0 級潛在震源區最高震級檔使潛在震源區及其鄰區的大震峰值加速度增加超過3%，增加最大幅度為5%。

(2)各潛在震源區不同震級檔空間分布函數分別增加50%時，4.0～5.0 震級檔和6.0 級潛在震源區5.5～6.0 震級檔的增加使潛在震源區及其鄰區小震峰值加速度增加超過5%，增加最大幅度為11%;5.5 級潛在震源區的4.0～5.0 震級檔，6.0 級潛在震源區的 5.5～6.0 震級檔，6.5 級潛在震源區的 5.5～6.0、6.0～6.5 震級檔，7.0級潛在震源區 6.0～6.5、6.5～7.0 震級檔的增加使震源區及其鄰區中震峰值加速度增加超過5% ，增加最大幅度為 15%;6.0 級、6.5 級、7.0 級潛在震源區最高震級檔和6.5 級潛在震源區5.5～6.0 震級檔的增加對潛在震源區及其鄰區大震峰值加速度增加超過5%，增加最大幅度為12%。

(3)值得注意的是，各種震級上限潛在震源區5.0～5.5 震級檔和7.0 級潛在震源區5.5～6.0 震級檔空間分析函數對研究區內計算場點的小震、中震、大震的影響均較小，即使空間分布函數增加50%時，地震動峰值增加最大值也小于5%。

3 結論

本文選取右江地震帶中部作為研究對象，分析了右江地震帶潛在震源區空間分布函數不確定性對地震危險性的影響，從計算結果來看:右江地震帶內計算控制點所在的潛在震源區低震級檔空間分布函數的不確定性對小震峰值加速度具有一定的影響;高震級檔空間分布函數的不確定性對大震和中震峰值加速度具有一定的影響;中間震級檔空間分析函數的不確定性對場地的小震、中震、大震峰值加速度的影響均較小。該研究成果可為工程場地地震危險性分析結果的綜合選取提供借鑒，有助于提高右江地震帶工程場地地震危險性分析結果的可靠性。

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