潘 華 高孟潭 謝富仁

1）中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

2）中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所，北京 100085

引言

新版《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》編制中采用了我國(guó)特有的CPSHA概率地震危險(xiǎn)性分析方法，與1990年版《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖》和2001年版《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》編制采用概率地震危險(xiǎn)性分析方法相比，新版地震區(qū)劃圖提出了三級(jí)潛在震源區(qū)劃分方案2全國(guó)地震區(qū)劃圖編制地震帶與潛在震源區(qū)劃分工作組，2010. 中國(guó)及鄰區(qū)地震區(qū)帶和潛在震源區(qū)劃分工作報(bào)告.，以更加細(xì)致地表述我國(guó)地震活動(dòng)的空間不均勻性特征，并構(gòu)建了相應(yīng)的地震活動(dòng)性模型3全國(guó)地震區(qū)劃圖編制地震活動(dòng)性參數(shù)確定工作組，2011. 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖地震活動(dòng)性參數(shù)確定工作報(bào)告.。本文將重點(diǎn)介紹新版地震區(qū)劃圖基于三級(jí)潛在震源區(qū)劃分的地震活動(dòng)性模型及其相應(yīng)的地震活動(dòng)性參數(shù)的確定思路，為更好地認(rèn)識(shí)與理解新版地震區(qū)劃圖提供參考。

1 CPSHA方法及其地震活動(dòng)性模型

概率地震危險(xiǎn)性分析（PSHA）的基本思路是，首先建立區(qū)域地震活動(dòng)性概率模型，然后依據(jù)特定的地震動(dòng)預(yù)測(cè)模型，評(píng)價(jià)區(qū)域地震活動(dòng)對(duì)場(chǎng)點(diǎn)產(chǎn)生的地震動(dòng)水平的概率分布特征，從而確定具有概率含義的地震危險(xiǎn)性曲線。

在地震活動(dòng)性模型構(gòu)建時(shí)，首先在場(chǎng)點(diǎn)周圍根據(jù)地震構(gòu)造條件鑒定出所有在未來可能發(fā)生地震的地區(qū)，然后從影響場(chǎng)點(diǎn)地震危險(xiǎn)性的地震位置、震級(jí)大小和頻度等方面，來描述這些可能發(fā)生地震的地區(qū)在地震活動(dòng)性上的概率特征，從而得到地震活動(dòng)性概率模型。

1.1 PSHA方法的地震活動(dòng)性模型

PSHA方法中以潛在震源區(qū)來表征未來可能發(fā)生地震的地區(qū)，區(qū)域地震活動(dòng)被劃分到各個(gè)潛在震源區(qū)中。根據(jù)場(chǎng)點(diǎn)周圍所有潛在震源區(qū)的地震活動(dòng)性模型，綜合構(gòu)建出區(qū)域的地震活動(dòng)性模型。

經(jīng)典的PSHA方法潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性模型通常滿足3個(gè)基本假定：潛在震源區(qū)地震震級(jí)分布滿足截?cái)嗟腉—R關(guān)系；潛在震源區(qū)內(nèi)各點(diǎn)地震分布滿足均勻分布；潛在震源區(qū)的地震發(fā)生滿足泊松分布（Cornell C.A., 1968）。

1.2 中國(guó)CPSHA方法及其對(duì)地震活動(dòng)性模型的改進(jìn)

中國(guó)地震活動(dòng)以板內(nèi)地震活動(dòng)為主，在空間上表現(xiàn)出多個(gè)層次的不均勻性1全國(guó)地震區(qū)劃圖編制地震活動(dòng)性參數(shù)確定工作組，2011. 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖地震活動(dòng)性參數(shù)確定工作報(bào)告.，既有地震成帶分布的較大尺度不均勻性，也有地震帶內(nèi)與活動(dòng)構(gòu)造分段等中小尺度地震構(gòu)造條件相關(guān)的次級(jí)地震活動(dòng)不均勻性，而這種不均勻性對(duì)局部地震危險(xiǎn)性的控制是非常顯著的。為更細(xì)致地反映地震活動(dòng)的不均勻性，潛在震源區(qū)的尺度不能太大，以與中小尺度地震構(gòu)造條件匹配，但在這樣的地震構(gòu)造條件下，可發(fā)生地震的震級(jí)范圍較窄，較大地震的重現(xiàn)期也相對(duì)較長(zhǎng)，不能滿足G—R分布、泊松分布等統(tǒng)計(jì)假定。因此，經(jīng)典的PSHA方法在我國(guó)的應(yīng)用存在不適應(yīng)的問題。

我國(guó)在編制具有概率含義的“中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖（1990）”（簡(jiǎn)稱“三代圖”）時(shí)，在PSHA方法的主要技術(shù)框架下，重點(diǎn)對(duì)地震活動(dòng)性模型進(jìn)行了改進(jìn)，提出了兩級(jí)潛在震源區(qū)方案，以細(xì)致地刻畫地震活動(dòng)空間不均勻性（國(guó)家地震局，1996）。該方法稱為考慮地震活動(dòng)時(shí)空不均勻性的概率地震危險(xiǎn)性分析方法（簡(jiǎn)稱CPSHA方法）。該方法成功地應(yīng)用于我國(guó)三代圖的編制工作，并成為概率地震危險(xiǎn)性分析的主要方法。2001年編制的“中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（2001）”（簡(jiǎn)稱“四代圖”），沿用了CPSHA方法（胡聿賢，2001）。

CPSHA方法在地震活動(dòng)性模型構(gòu)建時(shí)，采用地震統(tǒng)計(jì)區(qū)和潛在震源區(qū)組合來共同表征在未來可能發(fā)生地震的地區(qū)。區(qū)域未來地震活動(dòng)被劃分到各個(gè)地震統(tǒng)計(jì)區(qū)中，在統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)又繼續(xù)劃分到各個(gè)潛在震源區(qū)內(nèi)。以地震統(tǒng)計(jì)區(qū)來表述地震活動(dòng)在較大尺度（地震帶或多個(gè)地震帶）上空間不均勻性，以潛在震源區(qū)來表述局部地震構(gòu)造條件差異導(dǎo)致的較小尺度的地震活動(dòng)空間不均勻性。在地震統(tǒng)計(jì)區(qū)上，主要反映地震活動(dòng)的總體特征，如地震活動(dòng)的震級(jí)分布、頻數(shù)分布特征；在潛在震源區(qū)上，主要反映地震活動(dòng)在空間上的差異分布。CPSHA方法使得概率地震危險(xiǎn)性分析方法能夠更好地，同時(shí)也更加靈活地刻畫和表征地震活動(dòng)的空間不均勻性。

CPSHA方法地震活動(dòng)性模型滿足三個(gè)基本假定：①在地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)，地震活動(dòng)的震級(jí)分布滿足截?cái)嗟腉—R關(guān)系；②地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)地震發(fā)生滿足泊松分布；③地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)在不同潛在震源區(qū)之間為不均勻分布，而在潛在震源區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)則滿足均勻分布（盧壽德，2006）。

CPSHA方法地震活動(dòng)性模型與經(jīng)典PSHA方法的主要差別，也是其重要的特征，就是CPSHA方法中的地震活動(dòng)性模型是建立在地震統(tǒng)計(jì)區(qū)與潛在震源區(qū)構(gòu)成的層次性組合潛在震源區(qū)模型上，一個(gè)組合源一套參數(shù)。

2 新版區(qū)劃圖地震活動(dòng)性模型

新版“中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖”（簡(jiǎn)稱“五代圖”）編制中，繼續(xù)沿用了適用于我國(guó)地震活動(dòng)特點(diǎn)的CPSHA概率地震危險(xiǎn)性分析方法，但是對(duì)潛在震源區(qū)模型進(jìn)行了改進(jìn)。

2.1 三級(jí)潛在震源區(qū)模型

CPSHA方法中采用層次性組合的潛在震源區(qū)，在編制三代圖、四代圖時(shí)，均采用了二級(jí)潛在震源區(qū)方案，即地震統(tǒng)計(jì)區(qū)（地震帶）與潛在震源區(qū)。在近 20年的應(yīng)用中，也發(fā)現(xiàn)二級(jí)潛在震源區(qū)模型尚存在一些缺陷。

二級(jí)劃分中的潛在震源區(qū)主要依據(jù)地震構(gòu)造和地震活動(dòng)密集等標(biāo)志劃分，對(duì)構(gòu)造控制的地震活動(dòng)性反映較好。我國(guó)地震活動(dòng)性研究成果表明，不同震級(jí)段地震活動(dòng)的空間分布特征表現(xiàn)出較大的差異，強(qiáng)震受斷裂構(gòu)造控制較為明顯，而中小地震活動(dòng)分布較為彌散，發(fā)震構(gòu)造標(biāo)志并不清晰。因此，對(duì)于一些地震構(gòu)造認(rèn)識(shí)較為模糊的地震活動(dòng)，尤其是中等強(qiáng)度地震活動(dòng)，由于難于確定和明確劃分相關(guān)的潛在震源區(qū)，地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)時(shí)往往對(duì)這部分地震活動(dòng)的地震危險(xiǎn)性估計(jì)不足，在一些活動(dòng)構(gòu)造不發(fā)育地區(qū)或中強(qiáng)地震活動(dòng)區(qū)，問題表現(xiàn)得更加突出。此外，我國(guó)地震活動(dòng)在地震帶內(nèi)部不同的段落和部位，還表現(xiàn)出中小地震活動(dòng)水平和強(qiáng)度分區(qū)、分段的差異，現(xiàn)有的二級(jí)劃分過于注重局部構(gòu)造條件（如：活動(dòng)斷裂）的差異，而對(duì)地震帶內(nèi)部關(guān)聯(lián)于更大尺度地震構(gòu)造單元或背景的分區(qū)、分段性地震活動(dòng)性的差異，表征得不夠充分。

針對(duì)上述不足，為合理考慮不同震級(jí)段地震活動(dòng)空間分布特征的差異，重視中強(qiáng)地震活動(dòng)的地震危險(xiǎn)性影響，在五代圖編制中在二級(jí)潛在震源區(qū)模型的基礎(chǔ)上，提出三級(jí)潛在震源區(qū)模型，以更好地表述地震活動(dòng)的空間不均勻性。

三級(jí)潛在震源區(qū)模型由地震統(tǒng)計(jì)區(qū)、背景地震活動(dòng)潛在震源區(qū)（簡(jiǎn)稱背景源）和構(gòu)造潛在震源區(qū)（簡(jiǎn)稱構(gòu)造源）構(gòu)成。地震統(tǒng)計(jì)區(qū)根據(jù)地震活動(dòng)大尺度分區(qū)分帶的特征確定，通?；诘卣饚Щ蚨鄠€(gè)地震帶的聯(lián)合來劃分；背景源重點(diǎn)依據(jù)地震區(qū)帶中不同部分和段落在地震構(gòu)造背景上的差異，及其對(duì)地震活動(dòng)性的影響確定，通常以中等尺度的地震構(gòu)造分區(qū)或多個(gè)地震構(gòu)造分區(qū)的聯(lián)合來劃分；構(gòu)造源重點(diǎn)依據(jù)局部構(gòu)造條件及地震活動(dòng)分布特征確定，通?；诨顒?dòng)構(gòu)造或多條活動(dòng)構(gòu)造的聯(lián)合、深部地球物理場(chǎng)的特征、地震條帶或其他密集分布特征等局部地震構(gòu)造表現(xiàn)來劃分。地震統(tǒng)計(jì)區(qū)用以反映地震活動(dòng)的總體統(tǒng)計(jì)特征；背景源用以反映不同地震構(gòu)造環(huán)境中中小震級(jí)地震活動(dòng)特征的差異；構(gòu)造源用以反映局部構(gòu)造相關(guān)的地震活動(dòng)特征。地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)性的不均勻性，由構(gòu)造源上的中強(qiáng)地震活動(dòng)性和背景源上中小地震活動(dòng)性共同表現(xiàn)出來。

2.2 基于三級(jí)潛在震源區(qū)劃分的地震活動(dòng)性模型

三級(jí)潛在震源區(qū)劃分中，首先劃分地震統(tǒng)計(jì)區(qū)，在地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)劃分背景源，在背景源內(nèi)再根據(jù)局部構(gòu)造條件劃分構(gòu)造源。背景源的震級(jí)上限小于其所包含的構(gòu)造源的震級(jí)上限，是只能發(fā)生中小震級(jí)地震的背景性潛在震源區(qū)，構(gòu)造源上則能夠發(fā)生不超過其震級(jí)上限的各震級(jí)地震，但對(duì)于中小地震活動(dòng)，在構(gòu)造源上相對(duì)于背景源空間分布更加密集，以反映構(gòu)造對(duì)地震活動(dòng)的控制。

三級(jí)潛在震源區(qū)模型依然采用CPSHA地震活動(dòng)性模型的三個(gè)基本假定（參見上面的1.2節(jié)），但在地震活動(dòng)性的空間分布不均勻性的表述上內(nèi)涵更加豐富。在中小震級(jí)段，地震活動(dòng)的空間不均勻性由構(gòu)造源和背景源共同表達(dá)，這點(diǎn)與二級(jí)潛在震源區(qū)模型不同。而在中強(qiáng)震級(jí)段，地震活動(dòng)的空間不均勻性僅由構(gòu)造源表達(dá)。

3 地震活動(dòng)性模型概率表達(dá)與地震危險(xiǎn)性計(jì)算

根據(jù)CPSHA地震活動(dòng)性模型的假定①，地震統(tǒng)計(jì)區(qū)震級(jí)分布滿足截?cái)嗟腉—R關(guān)系。將震級(jí)離散化為Nm個(gè)震級(jí)檔， mj為第j個(gè)震級(jí)檔的中心值，為震級(jí)間隔。可推導(dǎo)得到地震統(tǒng)計(jì)區(qū)的震級(jí)分布 P ( mj)為：

式中，ln10bβ=，b為地震統(tǒng)計(jì)區(qū)G—R關(guān)系的系數(shù)；0m為震級(jí)下限；uzm為地震統(tǒng)計(jì)區(qū)震級(jí)上限。

根據(jù)CPSHA地震活動(dòng)性模型假定②，地震統(tǒng)計(jì)區(qū)單位時(shí)段內(nèi)地震發(fā)生次數(shù)滿足泊松分布。令地震統(tǒng)計(jì)區(qū)年0m級(jí)以上地震發(fā)生次數(shù)滿足年均值為0υ的泊松分布，則有：

根據(jù)CPSHA地震活動(dòng)性模型假定③，地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)各潛在震源區(qū)發(fā)生 mj震級(jí)檔地震的概率滿足不均勻分布，而潛在震源區(qū)內(nèi)各點(diǎn)發(fā)生 mj震級(jí)檔地震的概率滿足均勻分布，兩者共同決定地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)發(fā)生地震的概率。令地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi) mj檔地震發(fā)生在第 i個(gè)潛在震源區(qū)上的概率為 fi,mj，第i個(gè)潛在震源區(qū)的面積為 Ai，則有：

由上述CPSHA地震活動(dòng)性模型的表達(dá)，結(jié)合地震動(dòng)預(yù)測(cè)的概率分布，便可綜合得到場(chǎng)點(diǎn)地震危險(xiǎn)性計(jì)算公式（潘華，2000）。

第k個(gè)地震統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)的第i個(gè)潛在震源區(qū)內(nèi)隨機(jī)發(fā)生的1次震級(jí)為jm、位置為（x, y）的地震，在場(chǎng)點(diǎn)造成Aa≥的概率為：

即

綜合式（3-1）、式（3-3）、式（3-4）可得場(chǎng)點(diǎn)地震動(dòng)參數(shù)A超越給定值a的年超越概率為：

4 新版地震區(qū)劃圖地震活動(dòng)性參數(shù)確定

由式（3-8）可知，CPSHA方法中地震活動(dòng)性參數(shù)主要包括地震統(tǒng)計(jì)區(qū)的b值與v值（通常為M4級(jí)以上地震年平均發(fā)生率υ4）以及各潛在震源區(qū)的空間分布函數(shù)新版地震區(qū)劃圖潛在震源區(qū)方案共包括29個(gè)地震統(tǒng)計(jì)區(qū)，77個(gè)背景源，1199個(gè)構(gòu)造源，本節(jié)將簡(jiǎn)單介紹本次新版地震區(qū)劃圖編制中地震活動(dòng)性參數(shù)確定的基本思路。

4.1 地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)

4.1.1 關(guān)注的幾個(gè)問題

（1）b值與4υ估計(jì)偏低

在當(dāng)前的安評(píng)工作中，地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)b值與4υ存在估值不合理問題。表1給出了幾個(gè)較為典型的地震統(tǒng)計(jì)區(qū)（均為地震資料相對(duì)較為豐富，歷代地震區(qū)劃圖劃分方案變化較小的地震統(tǒng)計(jì)區(qū)）在安評(píng)工作中常用參數(shù)方案中的4υ值與1950年或1970年以來實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的比較。由表1可見，方案中4υ值明顯偏低，有些地震統(tǒng)計(jì)區(qū)低估達(dá)到數(shù)倍，未能反映出地震統(tǒng)計(jì)區(qū)已經(jīng)表現(xiàn)出的地震危險(xiǎn)性。

表1 典型地震統(tǒng)計(jì)區(qū)4υ值方案與實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果比較Table 1 Comparison of 4υ values from different methods to the practical values in some typical seismic zones of China

b值也存在估計(jì)值偏小的情況，筆者對(duì)三代圖和四代圖所用各地震統(tǒng)計(jì)區(qū)b值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，50%以上取值小于0.7，70—80%取值小于0.8，甚至有將近20%的地震統(tǒng)計(jì)區(qū)取值小于0.6。根據(jù)對(duì)國(guó)際上30多個(gè)國(guó)家地震區(qū)劃工作的調(diào)研1，目前較常見的做法是取b值0.8左右，穩(wěn)定地區(qū)b值更大，以新版美國(guó)國(guó)家地震危險(xiǎn)性區(qū)劃圖為典型（Petersen等，2008）?，F(xiàn)代儀器記錄地震的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也反映出b值較大，通常也在0.8—1.0之間。

4υ估計(jì)偏低導(dǎo)致地震總量估計(jì)不足，加上大量的潛在震源區(qū)新區(qū)的劃分，必然造成地震活動(dòng)性水平被低估；小b值導(dǎo)致對(duì)中強(qiáng)地震危險(xiǎn)性估計(jì)不足而過高估計(jì)大震危險(xiǎn)性。這兩方面的問題對(duì)于五代圖的結(jié)果都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

（2）統(tǒng)計(jì)方法局限性

當(dāng)前地震統(tǒng)計(jì)區(qū)活動(dòng)性參數(shù)的確定，多依賴于統(tǒng)計(jì)方法，關(guān)心統(tǒng)計(jì)相關(guān)性多過關(guān)心樣本的代表性。實(shí)際上統(tǒng)計(jì)擬合方法只能給出所有樣本點(diǎn)分布的最優(yōu)估計(jì)值，只是在統(tǒng)計(jì)上的最優(yōu)分布，而且所有樣本點(diǎn)在擬合中是同等看待的，但是這些樣本點(diǎn)的價(jià)值是不一致的，其中只有少數(shù)的樣本所代表的地震活動(dòng)水平是可靠的，因此，統(tǒng)計(jì)擬合的結(jié)果并不一定能夠反映地震活動(dòng)的實(shí)際水平，在大多數(shù)情況下統(tǒng)計(jì)結(jié)果為歷史地震樣本控制，導(dǎo)致b值偏小，中小地震估計(jì)不足。

（3）儀器記錄資料的充分利用

我國(guó)現(xiàn)代地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)始于20世紀(jì)50年代，從70年代開始形成具有小震監(jiān)測(cè)能力的區(qū)域性地震臺(tái)網(wǎng)，1990年以來，我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力大幅提高，小震記錄數(shù)量劇增。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的積累，我國(guó)的現(xiàn)代儀器記錄地震資料，已經(jīng)能夠反映我國(guó)地震活動(dòng)的基本特征，是歷史地震資料的非常重要的補(bǔ)充。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，盡管現(xiàn)代儀器記錄的地震資料時(shí)間較短，但相對(duì)于歷史時(shí)期，現(xiàn)代中強(qiáng)地震記載到的年平均發(fā)生率卻高出許多。1900年以來M6級(jí)以上地震的年平均發(fā)生率達(dá)到7.97，而1900年以前，僅為0.059，即使擴(kuò)展至1500年—1900年間，M6級(jí)以上地震的年平均發(fā)生率也只有0.45，可見，歷史上中強(qiáng)地震的資料缺失是非常嚴(yán)重的。以往工作中，對(duì)我國(guó)近半個(gè)世紀(jì)以來積累的大量?jī)x器記錄資料發(fā)掘利用不夠充分，現(xiàn)代儀器記錄資料通常取為個(gè)別樣本點(diǎn)，而忽略了其中頻度分布的大量信息。在本次區(qū)劃圖編制工作中，重視了對(duì)這部分資料所包含信息的充分發(fā)掘。在地震活動(dòng)性參數(shù)年平均發(fā)生率評(píng)價(jià)時(shí)，通過研究地震統(tǒng)計(jì)區(qū)近半個(gè)世紀(jì)地震年頻數(shù)的分布特征，以分布擬合方法求取年平均發(fā)生率，使得儀器記錄資料不再局限為個(gè)別樣本點(diǎn)，而是以現(xiàn)代地震活動(dòng)表現(xiàn)來為未來地震活動(dòng)的水平評(píng)估提供重要信息。

（4）大震級(jí)地震發(fā)生率控制

我國(guó)可靠的地震記載歷史相對(duì)于大震級(jí)地震的重現(xiàn)期顯得過于短暫，因此，難以合理地統(tǒng)計(jì)得到大震級(jí)地震的發(fā)生率。而本次區(qū)劃圖提出的抗倒塌的概念，又與大震危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)密切相關(guān)，因此，合理地評(píng)估大震發(fā)生率，是本次工作的一個(gè)重要問題。

本次工作采用了多種地質(zhì)評(píng)價(jià)方法，盡最大可能對(duì)大震級(jí)地震的重現(xiàn)期進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為大震發(fā)生率評(píng)價(jià)的參考。重點(diǎn)針對(duì)青藏高原、新疆、華北地區(qū)，共收集到130條斷裂的243個(gè)斷裂段的分段、長(zhǎng)度和滑動(dòng)速率資料；共收集161個(gè)斷裂（段）的古地震數(shù)據(jù)。

4.1.2 地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)確定原則

新版地震區(qū)劃圖在地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)的確定中，遵循了3個(gè)重要原則：①重視資料不完備性和認(rèn)識(shí)不確定性；②客觀反映地震活動(dòng)水平與特征；③統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的綜合分析。

1 全國(guó)地震區(qū)劃圖編制地震活動(dòng)性參數(shù)確定工作組，2011. 中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖地震活動(dòng)性參數(shù)確定工作報(bào)告.

（1）充分認(rèn)識(shí)歷史地震資料不完備性和認(rèn)識(shí)不確定性

盡管我國(guó)地震記載時(shí)間較長(zhǎng)，但真正可用于統(tǒng)計(jì)分析的資料并不多，時(shí)間跨度也不夠長(zhǎng)。我國(guó)的東部、華北、華南等地區(qū)，大致有500年的地震資料較為可靠，而西部及東北地區(qū)，可用資料的時(shí)間長(zhǎng)度只有100年左右，在這樣的資料基礎(chǔ)上，對(duì)地震活動(dòng)特征和活動(dòng)水平的認(rèn)識(shí)必然存在較大的不確定性，例如：對(duì)地震活動(dòng)期劃分（活躍與平靜）；對(duì)未來地震活動(dòng)趨勢(shì)評(píng)價(jià)；對(duì)未來地震活動(dòng)年平均發(fā)生率的統(tǒng)計(jì)；對(duì)資料可信時(shí)段、可信震級(jí)段的判斷；地震活動(dòng)性參數(shù)分析與計(jì)算方法等等，因此，在參數(shù)確定中，需要認(rèn)識(shí)我國(guó)地震資料不充分、不完備的現(xiàn)狀，充分發(fā)掘?qū)Φ卣鸹顒?dòng)性認(rèn)識(shí)的不確定性并加以合理處理。

（2）客觀反映地震活動(dòng)水平與特征

我國(guó)地震資料盡管存在各種局限，但是，其對(duì)我國(guó)地震活動(dòng)空間分布、時(shí)間起伏、強(qiáng)弱分布等宏觀特點(diǎn)的反映，還是具有重要的價(jià)值，是地震活動(dòng)性參數(shù)確定的重要參考。充分利用我國(guó)地震資料反映出的我國(guó)地震活動(dòng)的客觀特點(diǎn)，重點(diǎn)在于兩個(gè)方面：一是已表現(xiàn)出的地震活動(dòng)特征應(yīng)反映；二是已表現(xiàn)出的地震活動(dòng)水平不能低估。例如：地震帶地震活動(dòng)在時(shí)間上的起伏特征；地震帶地震活動(dòng)的強(qiáng)度分布特征；歷史上已經(jīng)發(fā)生過的最大地震；大震的復(fù)發(fā)特征；可信時(shí)段地震頻度特征；現(xiàn)代儀器記錄的 4級(jí)以上地震活動(dòng)水平；1970年以來地震年頻數(shù)的分布特征等等。本次工作尤其對(duì)現(xiàn)代儀器記錄的4級(jí)以上地震活動(dòng)水平以及近半個(gè)世紀(jì)以來地震年頻數(shù)的分布特征給予了充分的重視，并在參數(shù)確定中加以利用。

（3）統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的綜合分析

統(tǒng)計(jì)擬合結(jié)果只能給出統(tǒng)計(jì)最優(yōu)結(jié)果，少數(shù)可信樣本點(diǎn)難以控制擬合結(jié)果，如果不加分析，很可能得出不合理的參數(shù)。因此，新版區(qū)劃圖工作中，采取在多方案統(tǒng)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上，綜合分析實(shí)際地震活動(dòng)特征與水平，依地震活動(dòng)特征、有限的可靠樣本點(diǎn)修正統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得到相對(duì)合理的參數(shù)值。

4.1.3 地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)確定方法

圖1給出了新版區(qū)劃圖地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)確定的方法框圖，該方法遵循了上述基本原則，大致包含以下2個(gè)主要步驟：

（1）多方案統(tǒng)計(jì)計(jì)算

該方法強(qiáng)調(diào)對(duì)認(rèn)識(shí)不確定性的充分反映。其目的是在有限資料的基礎(chǔ)上，充分發(fā)掘有價(jià)值的信息，克服樣本資料的不完備性可能導(dǎo)致的認(rèn)識(shí)偏差。為此，根據(jù)統(tǒng)計(jì)樣本類型、統(tǒng)計(jì)時(shí)段和震級(jí)段的不同選取方案、不同統(tǒng)計(jì)方法等幾個(gè)方面，構(gòu)建了大量的統(tǒng)計(jì)計(jì)算方案，并對(duì)大量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，作為參數(shù)確定的基礎(chǔ)。

（2）依地震活動(dòng)特征和水平確定參數(shù)

在多方案計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，確定b值與4υ的估計(jì)值（均值或75%—85%分位數(shù)值），再根據(jù)地震活動(dòng)性特征進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的原則是不低估已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的地震危險(xiǎn)性，同時(shí)對(duì)未來地震危險(xiǎn)性給予合理保守的考慮。重點(diǎn)參照和反映的地震活動(dòng)特征包括：①1970年（或1950年）以來M4級(jí)以上地震的活動(dòng)水平；②1970年（或1950年）以來M4級(jí)以上地震年頻度泊松擬合均值；③中強(qiáng)地震可信時(shí)段地震活動(dòng)水平；④大震級(jí)地震重現(xiàn)期與可信時(shí)段強(qiáng)震發(fā)生率。⑤未來地震活動(dòng)趨勢(shì)分析結(jié)果。

圖1 五代圖地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)確定流程圖Fig. 1 Flowchart of determination of seismic activity values in the 5th generation of the Seismic Hazard Map of China

4.1.4 地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)結(jié)果

本次區(qū)劃圖大部分地震統(tǒng)計(jì)區(qū)依上述方法完成估計(jì)，每個(gè)地震統(tǒng)計(jì)區(qū)采用數(shù)十個(gè)統(tǒng)計(jì)方案。個(gè)別地震統(tǒng)計(jì)區(qū)由于資料缺失，采用了類比方法，如：鄂爾多斯、東海、南海、阿拉善等。表2給出了本次區(qū)劃圖確定的地震統(tǒng)計(jì)區(qū)b值與4υ。

表2 新版區(qū)劃圖地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)Table 2 Seismic activity values of the seismic regions in newseismic hazard map

續(xù)表

從表2可以知道，新版區(qū)劃圖確定的地震統(tǒng)計(jì)區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)b值均大于0.7，其中76%超過0.8。

對(duì)比表2與表1可知，本次區(qū)劃圖得到的幾個(gè)典型地震統(tǒng)計(jì)區(qū)4υ結(jié)果與1950年或1970年以來實(shí)際資料統(tǒng)計(jì)的M4級(jí)以上地震實(shí)際年平均發(fā)生率結(jié)果較為一致，說明確定的參數(shù)能夠反映地震統(tǒng)計(jì)區(qū)已經(jīng)表現(xiàn)出來的地震活動(dòng)水平。

根據(jù)本次確定的地震活動(dòng)性參數(shù)b值和4υ結(jié)果估算全國(guó)M≥4級(jí)地震年平均400多個(gè)。根據(jù)實(shí)際地震資料的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)范圍內(nèi)：1970年以來M≥4.0級(jí)地震平均每年420多個(gè)。理論估算結(jié)果能夠反映我國(guó)實(shí)際的地震活動(dòng)水平。

4.2 潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)確定

4.2.1 關(guān)注的幾個(gè)問題

（1）背景潛在震源區(qū)的作用

在以往的方法中采用本底源表述潛在震源區(qū)之外遺漏的地震危險(xiǎn)性，發(fā)生率偏低，在計(jì)算中幾乎沒有影響。新版區(qū)劃圖中，劃分的背景源將重點(diǎn)表征構(gòu)造源以外地震活動(dòng)的水平，注重給予沒有識(shí)別出發(fā)震構(gòu)造的地區(qū)以一定的地震危險(xiǎn)性背景，在缺乏資料或認(rèn)識(shí)空白地區(qū)給予本底性控制，同時(shí)主要用于控制中等強(qiáng)度地震危險(xiǎn)性，這類地震活動(dòng)往往具有發(fā)震構(gòu)造不清晰，地震活動(dòng)呈彌散性的特征。

（2）因子分辨率與計(jì)算震級(jí)檔的協(xié)調(diào)

空間分布函數(shù)是潛在震源區(qū)重要的地震活動(dòng)性參數(shù)，用于反映潛在震源區(qū)各震級(jí)檔相對(duì)其它潛源的活動(dòng)性強(qiáng)弱，直接控制潛源所在地區(qū)的地震危險(xiǎn)性。三代圖和四代圖對(duì)空間分布函數(shù)均采用多因子綜合評(píng)價(jià)方法來確定，新版地震區(qū)劃圖也采用該方法?？臻g分布函數(shù)是分震級(jí)檔表達(dá)的，其震級(jí)分檔主要取決于因子分辨能力。三代圖分6檔，四代圖分7檔，小震級(jí)段（4.0—5.5級(jí)）分檔跨1.0或1.5震級(jí)單位，大震級(jí)段（7.5級(jí)以上）分檔跨1.0震級(jí)單位，中間震級(jí)段（5.5—7.5級(jí)）分檔間隔0.5震級(jí)單位。在實(shí)際應(yīng)用中存在兩難悖論，大多數(shù)因子對(duì)震級(jí)的分辨率是達(dá)不到0.5震級(jí)單位的，但是在危險(xiǎn)性計(jì)算中，則希望震級(jí)間隔越小越好，以充分體現(xiàn)不同震級(jí)產(chǎn)生地震動(dòng)及其特征的差異，實(shí)際計(jì)算取用的震級(jí)間隔通常為0.1或0.2個(gè)震級(jí)單位。這樣的處理在中小震級(jí)段影響不大，但在高震級(jí)段影響不容忽視。在高震級(jí)段，7.5級(jí)、8.0級(jí)、8.5級(jí)的地震產(chǎn)生的地震動(dòng)大小及其特征的差異較大，而采用同樣的空間分布函數(shù)值，將對(duì)地震危險(xiǎn)性的評(píng)價(jià)產(chǎn)生較大影響，這對(duì)編制考慮“抗倒塌”概念的區(qū)劃圖是不利的。

（3）高震級(jí)檔的控制

潛在震源區(qū)高震級(jí)檔發(fā)生率的合理控制，對(duì)于合理評(píng)價(jià)其地震危險(xiǎn)性，滿足新區(qū)劃圖考慮“抗倒塌”的編圖需要也是非常重要。本次編圖應(yīng)用多種地質(zhì)方法估算斷裂的大震級(jí)發(fā)生率，并在空間分布函數(shù)確定中加以反映。

4.2.2 潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)確定

在CPSHA方法潛在震源區(qū)模型中，包含背景源和構(gòu)造源兩類潛在震源區(qū)。潛在震源區(qū)地震活動(dòng)性參數(shù)均包括：震級(jí)上限、空間分布函數(shù)以及方向性函數(shù)。震級(jí)上限在潛在震源區(qū)劃分時(shí)已經(jīng)根據(jù)局部構(gòu)造條件和歷史地震活動(dòng)確定，方向性函數(shù)也根據(jù)構(gòu)造條件確定，這里重點(diǎn)討論潛在震源區(qū)空間分布函數(shù)的確定。

（1）空間分布函數(shù)采用兩級(jí)確定方案

本次區(qū)劃圖編制中，考慮到震級(jí)分檔中的兩難問題，采用了兩級(jí)震級(jí)分檔確定空間分布函數(shù)的方法。采用較寬的震級(jí)檔進(jìn)行因子的評(píng)判，采用較窄的震級(jí)檔進(jìn)一步區(qū)分不同震級(jí)間的差異，并盡量接近計(jì)算采用的震級(jí)間隔，由寬震級(jí)檔到窄震級(jí)檔的兩級(jí)評(píng)判和綜合，逐步得到各震級(jí)的空間分布函數(shù)。

寬震級(jí)檔取震級(jí)間隔1.0—1.5震級(jí)單位，進(jìn)行多因子綜合評(píng)判，基本滿足因子分辨率要求。窄震級(jí)檔取震級(jí)間隔0.2—0.3震級(jí)單位，以充分反映潛在震源區(qū)地震活動(dòng)的震級(jí)不均勻性分布特征，適應(yīng)計(jì)算的精度需要。

（2）多因子綜合評(píng)判

本次編圖采用多因子綜合評(píng)判方法，目的是盡可能地利用各種與地震活動(dòng)相關(guān)的因子包含的地震空間分布特征和水平的信息，根據(jù)它們?cè)跐撛谡鹪磪^(qū)內(nèi)所展示的狀況，以及它們與地震發(fā)生的相關(guān)程度，推斷不同空間位置上地震危險(xiǎn)程度的相對(duì)強(qiáng)弱差異（國(guó)家地震局，1996）。

選擇能夠從不同側(cè)面反映潛在震源區(qū)地震構(gòu)造條件特征及其表現(xiàn)差異的因素作為評(píng)價(jià)因子，通常地質(zhì)構(gòu)造條件、地震活動(dòng)特征是最為重要的因子，其次，能夠反映地震危險(xiǎn)性現(xiàn)有認(rèn)識(shí)的一些因子也被選擇作為綜合評(píng)價(jià)因子，例如：前人區(qū)劃研究的成果、中長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)性研究成果等等。

在總結(jié)分析前人成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合支撐項(xiàng)目研究成果，本次區(qū)劃圖編制中，選擇了地震危險(xiǎn)性認(rèn)識(shí)、地震活動(dòng)特征、地質(zhì)構(gòu)造特征、大震重現(xiàn)期、中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)等8個(gè)因子（22個(gè)因子條件），分別為：①地震活動(dòng)特征因子（A1）：反映單個(gè)潛在震源區(qū)地震活動(dòng)水平和特點(diǎn)；②區(qū)劃圖發(fā)生率因子（A2）：反映三代圖和四代圖多套潛在震源區(qū)方案分震級(jí)檔地震發(fā)生率；③地震構(gòu)造條件因子（B1）：反映潛在震源區(qū)新構(gòu)造背景、活動(dòng)斷裂規(guī)模及其活動(dòng)性等地質(zhì)條件；④地震活動(dòng)度因子（B21）：反映不同地區(qū)地震活動(dòng)強(qiáng)度與頻度綜合指標(biāo)；⑤網(wǎng)格活動(dòng)性因子（B22）：反映空間光滑的地震頻度分布特征；⑥大震發(fā)生率因子（C1）：反映大地震事件的復(fù)發(fā)周期；⑦中長(zhǎng)期危險(xiǎn)性因子（C2）：反映2020年前中長(zhǎng)期地震危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)結(jié)果；⑧離逝時(shí)間因子（C3）：反映基于離逝時(shí)間的地震危險(xiǎn)性概率預(yù)測(cè)結(jié)果。

（3）空間分布函數(shù)的確定

依據(jù)對(duì)寬震級(jí)檔的綜合評(píng)判結(jié)果，再依據(jù)潛在震源區(qū)內(nèi)震級(jí)分布特征、中強(qiáng)震重復(fù)特征、構(gòu)造特性、特征地震等基本屬性，確定潛在震源區(qū)各窄震級(jí)檔地震活動(dòng)水平的權(quán)重函數(shù)，據(jù)此確定各震級(jí)檔的空間分布函數(shù)。

5 結(jié)語

在概率地震危險(xiǎn)性分析中，地震活動(dòng)性模型決定了區(qū)域地震發(fā)生的危險(xiǎn)性，從而對(duì)場(chǎng)點(diǎn)的地震動(dòng)影響評(píng)價(jià)起著決定性作用。我國(guó)的概率地震危險(xiǎn)性分析方法（CPSHA）提出了多層次的潛在震源區(qū)模型，這是在經(jīng)典PSHA方法單層潛在震源區(qū)模型上的改進(jìn)與發(fā)展，其既能合理表述地震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)特征，又能靈活反映地震活動(dòng)的多層級(jí)空間不均勻性，從而更加合理地評(píng)估場(chǎng)點(diǎn)的地震危險(xiǎn)性。在新版地震區(qū)劃圖編制中，在以往二級(jí)潛在震源區(qū)劃分的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出三級(jí)潛在震源區(qū)模型，從而使得CPSHA方法能夠更加細(xì)致地刻畫我國(guó)地震活動(dòng)空間分布特征，也更加符合我國(guó)地震活動(dòng)的客觀實(shí)際，是對(duì)CPSHA方法的重要改進(jìn)。CPSHA方法的地震活動(dòng)性模型，就建立在三級(jí)潛在震源區(qū)模型上。

國(guó)際上也有采用多層震源區(qū)模型的，如美國(guó)地震危險(xiǎn)性圖（NSHM）采用的概率地震危險(xiǎn)性分析方法，也采用了多層地震源模型（Petersen等，2008；潘華等，2009），但是與CPSHA方法的層次潛在震源區(qū)模型相比，存在較大的差別。NSHM的概率方法中，地震源盡管在空間上是疊加的，但是分別代表不同地震源，每個(gè)地震源滿足不同的地震活動(dòng)性模型，背景源采用G—R關(guān)系模型，而其上疊加的斷層源反映大震震級(jí)段的活動(dòng)斷裂背景，滿足活動(dòng)斷裂上的G—R關(guān)系或特征分布模型或兩者的混合模型。此外，NSHM的概率方法中，地震活動(dòng)的空間不均勻性，采用網(wǎng)格上地震頻數(shù)的光滑分布來表征，重視儀器記錄資料，偏重地震活動(dòng)性的重演特征，對(duì)于儀器記錄時(shí)間較長(zhǎng)、儀器記錄資料較豐富、地震活動(dòng)監(jiān)測(cè)能力強(qiáng)且臺(tái)網(wǎng)覆蓋較廣的地區(qū)較為適用。CPSHA方法引入空間分布函數(shù)來表達(dá)空間分布的不均勻性，為充分利用地震、地質(zhì)、地球物理等資料的信息提供了一個(gè)方便和可行的途徑，同時(shí)也在一定程度上彌補(bǔ)了歷史地震資料和現(xiàn)代儀器記錄資料缺乏所可能導(dǎo)致的對(duì)地震活動(dòng)空間分布認(rèn)識(shí)的不足，更加適用于我國(guó)的地震環(huán)境。

新版區(qū)劃圖地震活動(dòng)性參數(shù)方案，是針對(duì)區(qū)劃圖編制確定，具有以下特點(diǎn)：

①適應(yīng)新的三級(jí)潛在震源區(qū)模型，采用新的參數(shù)確定技術(shù)理念與方法，充分考慮了“抗倒塌”概念區(qū)劃圖編圖的要求；②總結(jié)了多年來實(shí)踐中存在的問題，吸收了歷代區(qū)劃圖以及安評(píng)工作的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，參考了國(guó)外地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)工作的相關(guān)成果。

這套參數(shù)方案除了已應(yīng)用于區(qū)劃圖編制計(jì)算，目前業(yè)已作為推薦性的參數(shù)方案應(yīng)用于各省市大量重大工程地震安全性評(píng)價(jià)和地震小區(qū)劃工作。未來隨著在大量工程實(shí)踐中的應(yīng)用，該方案會(huì)進(jìn)一步得到檢驗(yàn)和不斷地改進(jìn)，并在防震減災(zāi)工作中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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