时间相依的概率地震危险性分析方法研究及应用

李昌珑 徐伟进 吴 健 高孟潭（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

时间相依的概率地震危险性分析方法研究及应用

李昌珑 徐伟进 吴 健 高孟潭
（中国地震局地球物理研究所，北京 100081）

对使用不同模型的郯庐断裂带莒县-郯城段和山西交城断裂的地震危险性进行了计算，并比较了时间独立模型和不同时间相依模型的计算结果。

传统的时间独立（time-independent）的概率地震危险性分析（probabilistic seismic hazard analysis , PSHA）模型假设地震的发生服从泊松分布。但是许多断层的地震活动性随时间有较明显的变化，如果使用泊松模型，可能会高估或低估一个时间段内的地震危险性. 故对这类断层有必要使用时间相依（time-dependent）模型。

特征地震模型是当前PSHA中使用较多的模型。特征地震具有以下性质：复发间隔具有较强的周期性；震级一般为所在地震活动区的最大震级；震级不超过特征地震最大余震的地震服从泊松分布，震级在特征震级及其最大余震之间的地震缺失。

特征地震PSHA与传统的PSHA的区别主要体现在两个方面：特征地震的年发生率依靠建立特征地震的复发间隔模型得到；特征地震通常为大地震，故计算中需要考虑三维的震源模型。根据上述性质，特征地震的震级模型考虑为一个震级档[Mμ-0.5, Mμ]，Mμ为所在断层的震级上限。目前主要使用的特征地震活动性有对数正态分布模型、正态分布模型和布朗过程时间（BPT）模型。另外，特征地震通常为大地震，考虑基于潜在破裂面源的震源模型。相应的衰减关系选取使用地震破裂面距的衰减关系。破裂面大小根据矩震级的经验关系得到。

使用不同的时间相依模型计算了郯庐断裂莒县-郯城段和山西交城断裂的地震危险性，并同时间独立模型进行了比较。研究结果如下。

（1） 郯庐断裂莒县-郯城段PSHA。郯庐断裂莒县-郯城段曾于公元1668年发生81/2级地震，最大余震7级。莒县-郯城断裂最近4次特征地震发生时间分别为：10000BP，6500BP，3500BP，1668AD。

表1　对数正态分布、正态分布和BPT模型在各计算时段的地震年发生率

（2）交城断裂PSHA。郯庐断裂的大地震离逝时间较短，时间相依的地震危险性较小，现实意义不大。因此，我们选取了大地震离逝时间较长的交城断裂计算了不同模型的地震危险性，并做了比较。

交城断裂的3次古地震事件的时间分别距今3.06 ka～3.53 ka、5.32 ka～6.14 ka、8.36 ka，震级在7～7.5。计算过程与（1）类似，计算出交城断裂2015～2065 AD的特征地震年发生率。

研究得出结论：①特征地震模型在期望复发时间段早期的危险性低于时间独立模型，接近期望复发时间及之后的危险性大于时间独立模型，在一定程度上解决了时间独立模型可能高估或低估大地震危险性的问题；②对数正态分布、正态分布和BPT模型的危险性在未到期望复发时间段时差别不大，接近期望复发时间及之后，三者差别较大. 超过期望复发时间后，正态分布的危险性迅速增大，对数正态分布和BPT模型始终差别不大；③郯庐断裂莒县—郯城段未来数百年发生特征地震的危险性都较低，而山西交城断裂未来50年发生特征地震的危险性较高。