漠河北潜在震源区最大潜在地震发生概率评估

康 健王 卓黄 艳刘 双孙海峰缪祥财

1）中国哈尔滨150090黑龙江省地震局

2）中国黑龙江163002大庆市地震局

漠河北潜在震源区最大潜在地震发生概率评估

康 健1）王 卓1）黄 艳1）刘 双1）孙海峰1）缪祥财2）

1）中国哈尔滨150090黑龙江省地震局

2）中国黑龙江163002大庆市地震局

2011年10月14日中俄边境漠河以北发生6.6级地震，为了真实反映该地震对于周边地区的影响，进行潜在震源区划分，并重新统计空间分布函数，采用地震危险性概率分析方法，利用G—R关系，预测漠河北潜在震源区未来100年7.0级地震发震概率为0.073，重现周期为1316年。

大兴安岭北部；潜在震源区；G—R关系；发震概率；重现周期

0 引言

以往认为东北地震区是弱震区，然而2010年中国地震局地质研究所在通河县南楼村得到依兰—舒兰断裂活动时代的分充证据，证实该断裂为第四纪晚期活动断裂，且1700年前曾经发生7.5级左右地震（闵伟等，2011）。大兴安岭地区是Ⅴ度地震设防区，设防程度不高，近年来地震活动水平明显升高，发生多次4级以上地震，2011年10月14日俄中边境漠河以北发生6.6级地震（发生在俄罗斯境内，与中国边境直线距离70 km，以下简称漠河北地震），地震烈度达Ⅵ度，漠河地区震感明显，哈尔滨市高层建筑物也普遍有感。此2次地震事件颠覆了以往对黑龙江乃至东北地区地震活动水平的认识，有必要对东北地震区地震活动水平重新审视，此次漠河北6.6级地震势必影响到大兴安岭地区地震危险性分析。

地震预测虽然是世界性科学难题，但并非没有出路，特别是在中长期预测方面还是取得了有意义的进展（陈运泰，2007）。目前，预测最大潜在地震概率评估模型较多，包括泊松模型（Possion model）、经验模型（Empirical model）、布朗过程时间模型（Brownian Passage Time model）、韦伯模型（Weibull model）及时间可预测模型（Time-Predictable model）等（盛俭，2008）。因此，原则上应采用多种模型综合评价活动断层的长期地震危险性。但是，中国东北部地区弱活动断层缺乏断层活动性研究的定量资料，布朗过程时间模型和时间可预测模型的应用受到限制。泊松模型具有时间无记忆特点，即在给定时段内地震发生概率与以往发生的地震无关，适宜评价缺乏活动断层定量资料且假定地震为随机发生的弱活动断层的地震危险性。因此，在估算弱活动断层（段）未来较长期不同时段的发震概率时，普遍采用泊松模型（Cornell，1968）。

地震后进行潜在震源区划分，对大兴安岭北部漠河地区的地震危险性分析及抗震设防结果将产生一定影响（周本刚，1997）。本文根据新划分的潜在震源区参数重新统计空间分布函数，分配地震年平均发生率，采用地震危险性概率分析方法，利用G—R关系（朱金芳等，2005；盛俭，2008；康健，2016），得到漠河北潜在震源区7.0级地震的重现周期与发生概率。

1 东北地震区地震活动性

漠河北地区历史地震及现代地震记录稀少，不能满足统计回归要求。因此，采用地震动参数区划图（GB18306—2001）的做法，将东北地震区作为整体对象，利用古登堡—李克特震级—频度关系（以下简称G—R关系），研究该区地震活动性参数规律。G—R参数不仅能反映发震地区地壳应力积累水平，还包含潜在地震强度信息，能定量刻画本地区的地震活动水平（Wiemer et al，2000）。

东北地震统计区西部为内蒙大兴安岭褶皱系，东部为吉黑褶皱系。东北地震统计区浅源地震活动较弱，以中等强度地震活动为主要特征。截至2010年12月，东北地震统计区共发生M4.7以上地震69次（浅源地震），其中6.0—6.9级地震6次，5.0—5.9级地震39次，最大地震为1119年2月前郭6¾级地震和1290年10月4日宁城6¾级地震。东北地震统计区地震活动总体分布较为弥散，但沿松辽盆地、大兴安岭雅鲁河断裂、依兰—伊通断裂带及辽西开原—赤峰断裂一带地震活动较为密集（图1）。

东北地震区记载的最早地震为419年朝阳5½级地震。1900年之前仅有7次地震记录，地震资料缺失严重，自1900年以来地震记录比较完整，地震活动较为活跃，1920年以来地震活动较平稳（图2）。

图1 东北地震统计区震中分布Fig.1 Epicenter distribution in Northeast China earthquake zone

图2 东北地震统计区M—T图及应变释放曲线Fig.2M—Tdiagram and strain relief curve in Northeast China earthquake zone

根据潘华等（2013）的研究结果，东北地震统计区地震活动性参数为：b=1.0，v4=5.0（v为地震年发生率），据此绘制不同时段地震发生率理论计算结果图件，与实际地震发生率（表1）进行对比（图3），结果可以看出，理论地震发生率在小震级段和中强震级段，均不低于1920年、1970年以来的地震活动水平；在强震级段，比1900年以来的地震活动水平略保守，考虑到东北地震统计区内划分较多7级以上潜在震源区，缺乏7级以上地震记录，且地震记载时间短，因此，适当在强震段取略保守的结果是可以接受的。

图3 东北地震统计区各时段实际与理论结果对比Fig.3 Comparison of actual statistics and theoretical results in different time periods in Northeast China earthquake zone

表1 东北地震统计区不同时段地震年平均发生率vTable 1 Average annual incidence rate of different time periods in Northeast China earthquake zone

2 地震发生概率统计方法

2.1 漠河北潜在震源区划分

潜在震源区参数是统计潜源年平均发生率的必要条件，在新一代中国地震动参数区划图（第5代图）的潜在震源区划分方案中，漠河北潜在震源区并未划分，这是因为，东北地震区统计时间截至2010年底，而漠河北6.6级地震在统计后发生。据本专题研究最新成果，漠河北潜在震源区划分结果如下：长度79 km，宽度49 km，面积1 971 km2，采用五边形划分，与中国边境最近距离18 km；潜在震源区主要方向为NNW向；震级上限为7.0级；可靠程度等级为A级（图4）。

图4 漠河北潜在震源区划分结果Fig.4 The division of potential source zone of northern Mohe

2.2 地震空间分布函数

Cornell（1968）最早提出地震危险性概率分析方法的理论框架，发展至今，成为世界范围内地震危险性分析的常用概率方法。在中国现行地震安全性评价中，结合我国地震活动时空的不均一性特点，吸收地震中长期预测的大量科研成果，对关键环节进行改进，形成“考虑地震时空不均一性的概率地震危险性分析方法”（简写为CPSHA），被广泛采用。其突出特点为：以考虑地震统计区未来地震活动水平趋势预测的地震活动性参数，反映地震活动的时间不均匀性；以潜在震源区划分及地震活动性差异来反映地震活动的空间不均匀性。因此，根据地震统计区及潜在震源区的地震活动性参数，即可得到潜在震源区各震级档的地震复发间隔（年发生率），地震带内mj震级档震级年平均发生率可表示为

式中，β=b×ln10,muz为震级上限，在地震带震级—频度关系式中，累计频度趋于0的震级极限值，其中u是up简写，代表上限，z代表地震带。Δm为震级分档间隔，文中为0.5，mj的定义是从起算震级m0到潜在震源区震级上限mu若干档中第j档的中心震级。地震统计区地震活动不均匀性由潜在震源区分布及与震级有关常数、地震空间分布函数fl,mj来表征。fl,mj的物理含意是，一次震级为mj±1/2Δm的地震落在第l个潜在震源区的概率，作为震级的条件概率，反映地震带内地震强度空间分布的非均匀性（胡聿贤，1999；卢寿德，2006）。对指定震级档的fl,mj，在地震带内归一化，fl,mj采用统计方法综合确定，即

式中NS为潜在震源区总数。

基于该原理，根据“新一代中国地震动参数区划图地震活动性参数确定工作报告”（潘华等，2013)，统计了东北地震区各潜源面积，结合新增的漠河北潜在震源区参数。东北地震区总面积不变，但7.0级以下各个震级档潜在震源区面积增加1 971 km2，按此面积重新分配地震区各震级档的空间分布函数，结果显示，震级档越低空间分布函数越小，详见表2。

表2 漠河北潜在震源区空间分布函数Table 2 Spatial distribution function of potential source zone of northern Mohe

3 最大潜在地震发震概率评估

3.1 潜在震源区年平均发生率及复发间隔

CPSHA方法在地震活动性模型构建时，采用地震统计区和潜在震源区组合来共同表征在未来可能发生地震的地区。区域未来地震活动被划分到各个地震统计区中，在统计区内又继续划分到各个潜在震源区内。地震统计区主要反映地震活动的总体特征；潜在震源区主要反映地震活动在空间上的差异分布。CPSHA 方法使得概率地震危险性分析方法能够更好地，同时也更加灵活地刻画和表征地震活动的空间不均匀性（冉洪流，2006）。

以4级以上地震年平均发生率为例，也就是说地震区（带）内所有潜在震源区年平均发生率的总和就是这个地震区（带）本身的年平均发生率v4，而每个潜在震源区的空间分布函数就是划分地震区（带）年平均发生率的依据。漠河北潜在震源区年平均发生率v漠河北需要上一级的东北地震区的年平均发生率v通过各震级档空间分布函数分配得到。本文由表2可知，漠河北潜在震源区M6.5—6.9震级档的空间分布函数f漠河北，M6.5—6.9=0.0702。由上述给出的震级概率密度分布函数关系式（1）、东北地震统计区的b值（b=1.0）及M4.0以上地震年平均发生率（v4=5.0），可得出：东北地震区M6.5以上地震的年平均发生率v6.5=0.0158；M7.0以上地震的年平均发生率v7.0=0.005。因此，可以得到东北地震区M6.5—6.9震级档的年平均发生率为v6.5—6.9=0.0108（v6.5-v7.0）。利用表2空间分布函数结果，可得

其中，vm是漠河北潜在震源区M6.5—7.0震级档年平均发生率；vz是东北地震区M6.5—7.0震级档年平均发生率；fm为漠河北潜在震源区M6.5—6.9震级档的空间分布函数。最终得到漠河北潜在震源区M6.5—6.9震级档年平均发生率v漠河北，M6.5—6.9=0.00076。即漠河北潜在震源区7.0级地震的年平均发生率为0.000 76，由公式（4）可知漠河北潜在震源区7.0级地震的复发间隔是1 316年。

其中，R为复发间隔，v为年平均发生率。

3.2 最大潜在地震发震概率

假设地震符合泊松分布，这里给出的概率值为条件概率，条件概率的定义为

由漠河北潜在震源区最大潜在地震年平均发生率v漠河北，M6.5—6.9=0.00076及公式（6），得到最大潜在地震（MS7.0）的发震概率：50年为0.037；100年为0.073；200年为0.141。采用泊松模型方法计算，见表3。

表3 漠河北潜在震源区地震危险性评价结果Table 3 Seismic risk assessment results of potential source zone of northern Mohe

4 结束语

经过分析，漠河北潜在震源区MS7.0地震复发间隔1 316年，100年发生7.0级地震概率为0.073，距中国边境最近仅18 km，影响较大，对该潜在震源区进行地震危险性评价，不仅能提高民众地震意识，对于大兴安岭地区的抗震设防结果也将产生较大的影响。该评价结果不仅反映了东北北部尤其是大兴安岭北部地区的地震活动情况，而且体现了该地区的地震危险性，对漠河地区的抗震设防将起到积极作用。

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Assessment of the causative probability of the largest potential earthquake in Mohe north potential source zone

Kang Jian1），Wang Zhuo1），Huang Yan1），Liu Shuang1），Sun Haifeng1）and Miu Xiangcai2）
1)Earthquake Administration of Heilongjiang Province,Harbin150090,China
2)Earthquake Administration of Daqing City,Heilongjiang Province163002 ,China

AnMS6.6 magnitude earthquake occurred in the north of Mohe County, border between China and Russia, on October 14, 2011.To disclose the impact of this earthquake on the surrounding region, the potential seismic source zone was redevised and its spatial distribution function was recounted.A new predicted result was given by using the seismic risk probability analysis method and the G—R relationship.The new result shows that, in the next 100 years, the earthquake occurrence probability ofMS7.0, in the north of Mohe County, is 0.073 and the recurrence period is 1 316.

northern Da Hinggan Mountains，potential source zone，G—R relationship，causative probability，recurrence period

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.006

康健（1980—），男，辽宁丹东人，硕士，工程师，主要从事地震工程研究工作

黑龙江省地震局一般性科研课题项目（编号：201401）；中国地震局地震行业科研专项（编号：1521044025）

本文收到日期：2015-11-25