右江地震带潜在震源区空间分布函数不确定性对地震危险性的影响

张忠利

(广西壮族自治区地震局，广西南宁 530022)

0 引言

目前，我国地震动参数区划和重大工程场地地震安全性评价工程中采用的方法为“综合概率地震危险性分析方法”，该方法是在 Cornell(1968)提出的概率地震危险性分析方法的基础上发展而来的。我国的综合概率地震危险性分析方法主要特点是，强调地震活动时间空间分布的不均匀性和地震预测成果，将地震活动性参数分成两步进行分析，即首先根据地震构造条件和地震活动特点划分地震带，确定地震带的地震活动水平(Muz、v4和b值);然后根据未来发生破坏性地震的可能性在地震带内划分潜在震源区，分别确定不同震级档空间分布函数fi，mj，将地震带内的地震年平均发生率分配到各潜在震源区［1］。众所周知，地震带划分、地震带活动性参数确定、潜在震源区划分、潜在震源区参数确定都存在一定的不确定性，并对地震危险性分析结果起着关键的作用。胡聿贤等［2］回顾了国内外地震危险性分析方法中不确定性分析方法，并指出这种不确定性分为随机、模糊及知识不完备性三类。高玉峰等［3］研究了地震危险性分析过程中涉及到的各种不确定性因素并给出了其对地震危险性分析结果的影响程度和校正方法。潘华［4］重点研究了地震统计区划分、地震统计区参数b值不确定性对地震危险性分析的影响程度和空间分布函数对地震活动参数不确定性在不同区域发生的变化规律。黄玮琼［5］着重研究了地震统计时段不唯一性产生的地震活动性参数的不确定性对城镇地震危险性的影响，给出了中国大陆分区50年不同超越概率水平下地震烈度和峰值加速度平均变化值。黄河［6］总结了地震活动性参数不确定性的影响因素，给出了不确定性对对地震动分析结果的影响程度。谢卓娟［7］探讨了郯庐地震的b值与V4的不确定性对地震危险性分析结果的影响程度和规律性。

地震带划分、地震带活动性参数确定、潜在震源区划分的不确定性最终可通过潜在震源区空间分布函数传递到各震级档发震能力的不确定性，同时潜在震源区空间分布函数本身的不确定性更放大了发震能力的不确定性。目前，确定潜在震源区空间分布函数常规作法是:选取一些与地震活动的时间和空间特征相关的因子，采用经验判断的方法进行量化，先单因子归一后等权相加，再多因子归一的办法得到。在这种方法中，因子的选取存在着一定的主观性，因子的量化受到地震研究资料的限制，因子之间的关系无主次性。近年来国内一些学者对这种常规作法进行了一些有效的改进。如雷建成［8］选取了几个反应西南地震活动的时间和空间特征的因子，采用统计分析的方法对因子进行了量化，另外在多因子归一时进行了加权处理。李庆武［9］对地震地质资料不足的渤海地区，利用贝叶斯判别准则，提出了一种根据地震活动确定潜在震源区空间分布的方法，并初步证明了此方法的可行性。齐玉妍［10］采用断裂长度与震级经验关系估计的方法对河北地震潜在震源区的地质因子进行了量化，并引入了应用最大似然法、贝叶斯预测法和地震活动度方法确定潜在震源区的因子，确定潜在震源区空间分布函数。虽然潜在震源区空间分布函数的确定方法有了较大的进步，但对地震地质研究难度较大，地震活动资料较缺乏的地区，震源区空间分布函数的不确定性仍然很大。因此，本文以右江地震带为研究对象，采用新编地震动区划图地震区带与潜在震源区划分方案及相应地震活动参数，通过将空间分布函数增加一定范围，计算对50年超越概率63%、10%、2%水准下自由基岩峰值加速度，讨论右江地震带其不确定性对地震危险性分析结果的影响程度和规律，为工程场地地震危险性分析结果的综合提供借鉴，有助于提高右江地震带工程场地地震危险性分析结果的可靠性。

1 研究区概述

右江地震带是新编中国地震动参数区划图新划分出来的一个地震带。主要包括广西西部、越南北部、贵州西南、云南一小部分，大地构造主体属华南加里东褶皱带。新生代以来，该区大部分处于相对隆起状态，以断裂和断块活动为主，断裂构造以北西向为主，次为北东向，少数断裂在第四纪晚期仍有活动。与周边的华南沿海地震带、鲜水河－滇东地震带、滇西南地震带相比，该地震带活动较弱，为中强地震活动区。以5 级左右中强地震为主，且频度较低。截至2013年12月，该地震统计区共记录到M4.7 级以上地震54 次，均为浅源地震，其中 6.0～ 6.9 级地震 1 次(1875年6月8日贵州罗甸 6 级地震)，5.0～ 5.9级地震26 次。最早地震记载始于1526年，1860年之前，地震缺失较多，1860年后M5 级以上地震记录才基本完整，M≥5.0 级地震发生较为平稳，1970年以来 4 级以上地震记录较全［11］。

本文采用新编地震动区划图潜在震源区划分方案，地震带内共划分5个二级潜在震源区、29个三级潜在震源区，包括 5.0 级 2个，5.5 级15个，6.0 级 11个，6.5 级 3个，7.0 级 3个。三级潜在震源区大部分为北西向，部分为北东向(北北东向)。与现行地震动参数区划图潜在震源区划分综合方案比较，首先是新编地震动区划图采用了潜在震源区三级划分方案，其次是潜在震源区的数量和震级上限均有明显的增加，具体变化如图1所示。

2 空间分布函数的不确定性分析

2.1 计算方案

为了分析不同震级上限潜在震源区不同级档空间分析函数fi，mi对地震危险性分析结果的影响程度，分别将富宁、德保、百色、平果潜在震源区空间分布函数fi，mj(i =1，2，3，4，mj=4.0，5.0，5.5，6.0，6.5)分别增加 25%、50%，共形成 28个调整方案。表1为4个潜在震源区未作调整时的空间分布函数及方向性函数。将每一种方案作为潜在震源区活动性参数，以相同的潜在震潜区划分方案、地震带活动参数和地震动衰减关系，采用考虑地震活动时空分布不均匀特性的概率危险性分析方法(CPSHA)计算研究区内的地震峰值加速度。地震带震级上限Muz取7.0，年平均发生率v4取2.5，b值取1.04，平均震源深度取12km，衰减关系采用编制《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)所使用的中国东部地区加速度衰减关系。需要特别说明的是:在对某一潜在震源区某个震级档空间分析函数增加时，将其它潜在震源区相应震级档空间分布函数等比例缩小，以保证该震级档空间分布函数的归一性。

2.2 计算结果

图1 右江地震带及其邻区新编地震动区划图(a)与现行地震动区划图(b)潜在震源区划分方案对比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 潜在震源区空间分布函数Tab.1 Spatial distribution function in potential seismic source zone

表2 不同计算方案下富宁潜在震源区控制点地震动峰值加速度 /galTab.2 The PGA of potential seismic source zone in Funing under different calculation schemes

根据前面所确定的潜在震源区、地震活动性参数及地震烈度衰减关系，利用考虑地震活动时空分布不均匀特性的概率危险性分析方法(CPSHA)，在右江地震带中部(经度:105.2°～107.8°E，纬度:22.2°～ 24.8°N)，以 0.2° × 0.2°为间距选取196个计算控制点，计算出不同方案控制点处小震(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%)的自由基岩峰值加速度。图2中给出空间分布函数未做调整时中震的地震动峰值加速度，表2～5 给出部分控制点(ST1－ST12)的不同方案的对比结果，表2中“f(4.0)↑25%”代表某一潜在震源区4.0～4.9 震级档空间分布函数值增加25%。为了便于分析各震级档空间分析函数变化对地震动峰值的影响，引入系数k = ai，mj/a0，ai，mj表示第i个潜在震源区第mj震级档增加25%或50%时得到的地震动峰值加速度，a0表示潜在震源区参数未做调整时得到的地震动峰值加速度。图3中给出不同潜在震源区不同震级档空间分布函数增加25%时，对3个设防水准地震动峰值加速度影响超过3%的等值线，图4中给出不同潜在震源区不同震级档空间分布函数增加50%时，对3个设防水准地震动峰值加速度影响超过5%的等值线。图中“f(4.0)↑25%→PGA↑3%”表示某一潜在震级区4.0～5.0 震级档增加25%对震动峰值加速度增加值大于3%。

图2 控制点50年超越概率10地震动峰值加速度Fig.2 The PGA of sit under the exceedance probability of 10% in 50 years

表3 不同计算方案下德保潜在震源区控制点地震动峰值加速度 /galTab.3 The PGA of potential seismic source zone in Debao under different calculation schemes

表4 不同计算方案下百色潜在震源区控制点地震动峰值加速度 /galTab.4 The PGA of potential seismic source zone in Baise under different calculation schemes

表5 不同计算方案下平果潜在震源区控制点地震动峰值加速度 /galTab.5 The PGA of potential seismic source zone in Pingguo under different calculation schemes

图3 不同潜在震源区空间分布增加25%对地震动峰值加速度的影响Fig.3 Influence of potential seismic source zone spatial distribution functions(increased by 25%)on PGA

图4 不同潜在震源区空间分布增加50%对地震动峰值加速度的影响Fig.4 Influence of potential seismic source zone spatial distribution functions(increased by 50%)on PGA

从各种计算方案得到的控制点地震动峰值加速度的变化情况可以看出:

(1)各潜在震源区不同震级档空间分布函数分别增加25%时，4.0～5.0 震级档的增加使潜在震源区及其邻区小震峰值加速度增加超过3%，增加最大幅度为5%;5.5 级潜在震源区的4.0～5.0 震级档，6.0 级潜在震源区的 5.5～ 6.0 震级档，6.5 级潜在震源区的 5.5～ 6.0、6.0～ 6.5 震级档，7.0 级潜在震源区 6.0～ 6.5、6.5～ 7.0 震级档的增加使震源区及其邻区中震峰值加速度增加超过3%，增加最大幅度为6%;6.0 级、6.5 级、7.0 级潜在震源区最高震级档使潜在震源区及其邻区的大震峰值加速度增加超过3%，增加最大幅度为5%。

(2)各潜在震源区不同震级档空间分布函数分别增加50%时，4.0～5.0 震级档和6.0 级潜在震源区5.5～6.0 震级档的增加使潜在震源区及其邻区小震峰值加速度增加超过5%，增加最大幅度为11%;5.5 级潜在震源区的4.0～5.0 震级档，6.0 级潜在震源区的 5.5～6.0 震级档，6.5 级潜在震源区的 5.5～6.0、6.0～6.5 震级档，7.0级潜在震源区 6.0～6.5、6.5～7.0 震级档的增加使震源区及其邻区中震峰值加速度增加超过5% ，增加最大幅度为 15%;6.0 级、6.5 级、7.0 级潜在震源区最高震级档和6.5 级潜在震源区5.5～6.0 震级档的增加对潜在震源区及其邻区大震峰值加速度增加超过5%，增加最大幅度为12%。

(3)值得注意的是，各种震级上限潜在震源区5.0～5.5 震级档和7.0 级潜在震源区5.5～6.0 震级档空间分析函数对研究区内计算场点的小震、中震、大震的影响均较小，即使空间分布函数增加50%时，地震动峰值增加最大值也小于5%。

3 结论

本文选取右江地震带中部作为研究对象，分析了右江地震带潜在震源区空间分布函数不确定性对地震危险性的影响，从计算结果来看:右江地震带内计算控制点所在的潜在震源区低震级档空间分布函数的不确定性对小震峰值加速度具有一定的影响;高震级档空间分布函数的不确定性对大震和中震峰值加速度具有一定的影响;中间震级档空间分析函数的不确定性对场地的小震、中震、大震峰值加速度的影响均较小。该研究成果可为工程场地地震危险性分析结果的综合选取提供借鉴，有助于提高右江地震带工程场地地震危险性分析结果的可靠性。

［1］胡聿贤.地震安全性评价技术教程［M］.北京:地震出版社，1999.

［2］胡聿贤，陈汉尧.关于地震危险性估计中不确定性的统一分析［J］.地震学报，1994，16(4):511－518.

［3］高玉峰，谢康和，曾国熙，等.地震危险性概率分析中不确定性因素的研究［J］.浙江大学学报，1998，32(5):590 – 596.

［4］潘华.概率地震危险性分析中参数不确定性研究［D］.中国地震局地球物理研究所，2000.

［5］黄玮琼，吴宣.地震活动性参数不确定性对城镇危险性估计的影响［J］.地震学报，2003，25(6):615－620.

［6］黄河.地震活动性参数对地震动的影响［J］.防灾减灾学报，2010，26(1):26－30.

［7］谢卓娟，吕悦军，兰景岩，等.b 值和V4的统计分析及其不确定性对地震危险性分析结果的影响研究［J］.地震研究，2013，36(1):86－92.

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［11］全国地震区划图编制地震活动性参数确定工作组.中国地震动参数区划图地震活动性参数确定工作报告［R］.北京，2011.