董紹鵬 溫增平 任治坤 李正芳 高戰(zhàn)武

1）中國地震局地質研究所，活動構造與火山重點實驗室，北京 100029

2）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

3）中國地震災害防御中心，北京 100029

引言

在地震區(qū)劃研究工作中，對潛在震源（簡稱潛源）區(qū)的科學合理劃分是重要的基礎工作內容。自從Cornell（1968）首次提出建立多個震源的工程場地概率地震危險性分析方法（簡稱PSHA）以來，PSHA 逐漸被接受，已成為全球主流的地震區(qū)劃通用方法。潛源劃分模型及地震活動性參數(shù)確定是PSHA 研究中最關鍵的控制性因素，也是采用PSHA 編制地震區(qū)劃圖中的關鍵技術環(huán)節(jié)。不同國家PSHA 技術路線基本相同，但對于地震區(qū)劃研究中的具體實現(xiàn)途徑存在一定差異，其主要原因是在地震活動性研究工作中，由于不同地區(qū)地震地質構造和研究程度的不同，且相關資料完整性存在差異，需有針對性地對在地震危險性和地震區(qū)劃中起數(shù)據(jù)輸入作用的地震活動性模型及相應的潛源模型進行合理化調整。

我國針對陸域地區(qū)進行了多次全國范圍的地震區(qū)劃研究工作，先后發(fā)布了5 版地震區(qū)劃圖（羅華春等，2016）。但隨著我國海域經(jīng)濟活動的不斷深入與國家戰(zhàn)略需求，對海域地區(qū)地震區(qū)劃需求越來越迫切（李小軍等，2020）。我國現(xiàn)行區(qū)劃圖潛源劃分原則主要基于陸域區(qū)域，對海域地區(qū)潛源劃分未進行系統(tǒng)研究和分析。為此，研究我國海域地區(qū)地震區(qū)劃問題時，需歸納總結代表性國家地震區(qū)劃圖潛源劃分原則及采用的技術方法（包括陸域和海域），研究潛源劃分思路，借鑒經(jīng)驗。針對我國海域地區(qū)具體研究程度和資料完備情況進行歸納總結后，進一步基于我國海域地區(qū)地震地質、地震活動性、地球物理場特征等，提出適用于我國海域地區(qū)潛源模型的劃分原則和技術思路。

1 我國第五代地震區(qū)劃圖潛源劃分原則及方法

我國2014 年發(fā)布的第五代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（簡稱五代圖）中使用了PSHA，但進行了一定改進，簡稱CPSHA。CPSHA 與國際常用的一般方法主要區(qū)別在于，綜合概率分析方法特別考慮了我國地震活動分布特性-時空不均勻性（周本剛等，2013）。CPSHA 基于復雜多層級潛源區(qū)模型，對地震活動性模型進行了改進。CPSHA 與PSHA 的主要差別在于多層次潛源區(qū)模型，即在地震帶中根據(jù)背景地震震級及頻度差異進一步劃分出地震構造區(qū)，然后在地震構造區(qū)中劃分出潛源區(qū)（潘華等，2013）。編制第四代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（簡稱四代圖）時，綜合考慮了地震活動的時空不均勻性及地震資料的完整性，采用了潛源區(qū)二級劃分模型（陶夏新，1992）。在五代圖中，為進一步細化潛源區(qū)的劃分，引入了潛源區(qū)三級劃分方案（周本剛等，2013）。潛源區(qū)包括3 個層次（圖1）：地震區(qū)帶（一級源），地震構造區(qū)（二級源），潛源區(qū)（三級源）。

五代圖的三級劃分方案是在四代圖二級劃分的基礎上，進一步考慮地震帶內背景地震不均一的問題，在二級劃分方案中的一級源和二級源劃分中間加上地震構造區(qū)的劃分。因此在三級潛源區(qū)劃分模型中，3 個級別潛源在空間上呈疊置關系（圖1），最下層為地震區(qū)、帶（作為地震統(tǒng)計區(qū)），中間層為地震構造帶（作為背景源），最上層為用于計算的潛源區(qū)，所有潛源均為面源（周本剛等，2013）。

圖1 五代圖三級潛源空間關系示意圖Fig. 1 Spatial relationship sketch map of three levels of potential seismic sources in 5th Version Seismic zonation map

基于陸域開展的大量活動斷層填圖，在城市活斷層、重大工程地震安全性評價及諸多科研項目的基礎上，并在陸域區(qū)劃基礎資料較豐富的情況下提出上述潛源劃分原則與方法，豐富的基礎資料可提供較準確可靠的發(fā)震構造體特征和結構，可確定相應的潛源形態(tài)和特征。相比之下，我國海域地質構造復雜，且探測較少，可用的地質地球物理和地震資料普遍不足，適用于陸域的潛源劃分原則和方法并不適用于海域地區(qū)，需探索適用于我國海域潛源劃分的原則與方法。

2 主流國家陸域潛源劃分原則及方法

目前全球多個國家開展了地震區(qū)劃研究工作，尤其是地震危險性相對較高的發(fā)達國家，以美國、日本、新西蘭等最為典型，最具代表性。為確定和了解現(xiàn)今世界潛源劃分主要技術思路和依據(jù)，需對主流國家方案進行深入了解和分析。

2.1 美國

目前最新版美國地震區(qū)劃圖是2018 年出版的地震區(qū)劃圖（簡稱2018 版區(qū)劃圖，Petersen 等，2020），相對于2014 年出版的地震區(qū)劃圖（簡稱2014 版區(qū)劃圖，Petersen 等，2014），其潛源劃分原則和方法與2014 版區(qū)劃圖無變化。美國地震區(qū)劃圖采用的概率地震危險性分析方法具有的重要特點為采用多種形式的震源區(qū)模型，得到多種地震活動性模型，以表示不同地區(qū)地震活動性，進而應用到概率地震危險性計算中（潘華等，2017）。美國潛源劃分較復雜，大致有5 類震源區(qū)：網(wǎng)格地震活動性源、背景震源區(qū)、特殊地震活動區(qū)、剪切形變震源區(qū)、斷層源或斷層源區(qū)（潘華等，2009；吳果，2014）。針對美國地震地質構造及地震活動特點，2014 版區(qū)劃圖潛源模型將美國分為兩部分（中東部和西部）分別進行潛源劃分，并各自采用不同的劃分原則和方法。

2.1.1 美國中東部地區(qū)潛源模型

美國中東部地區(qū)地塊較穩(wěn)定，活動斷裂較少，地震活動穩(wěn)定，鮮有中強地震發(fā)生。美國中東部地區(qū)概率地震危險性圖使用的數(shù)據(jù)主要來自于：①記錄過去地震速率和模式的地震目錄；②已確定的斷裂及相關孕震能力的滑動速率和史前地震地質研究結果；③穩(wěn)定大陸地區(qū)的地震動模型研究。大致存在2 種震源模型：基于地震活動性的本底源模型和基于斷層的震源模型。

自1996 年，美國地震區(qū)劃圖均使用了基于地震活動性的有一定變化的地震潛源背景模型（Frankel 等，1996，2002；Petersen 等，2008b；潘華等，2009）。地震活動性采用的地震數(shù)據(jù)主要來自于隨機分布在整個區(qū)域上的地震和與已知斷裂不相關的大地震?；诘卣鸹顒有缘牡卣饾撛幢尘澳Ｐ图僭O未來的大地震（矩震級Mw≥2.7 級）在以前地震附近成核。2014 版區(qū)劃圖將之前區(qū)劃圖中使用的體波震級（Mblg≥3.0 級）轉換為矩震級。為進行地震危險性計算，基于地震活動的背景潛源模型是以0.1°×0.1°格網(wǎng)中心為連接點的虛擬斷裂相關震源幾何展布模型。

2014 版區(qū)劃圖使用地震活動性本底源模型得到的地震速率背景值計算少震或無震地區(qū)潛在地震活動性。地震區(qū)劃圖和其他均一化區(qū)劃模型（Coppersmith 等，2012）被用于發(fā)展最大震級模型。

2014 版區(qū)劃圖根據(jù)Coppersmith 等（2012）建立的模型工作基礎，建立了中東部基于斷裂的潛源（圖2）。與斷裂潛源相關的震源幾何特征是以填圖獲得的斷裂或虛擬斷裂形態(tài)確定。如果是后者，1 條垂直斷裂破裂形成的地震震級是由斷裂長度根據(jù)經(jīng)驗公式（Wells 等，1994）計算獲得。

圖2 美國中東部地區(qū)基于斷裂的潛源分布（Petersen 等，2014）Fig. 2 Potential Seismic sources distribution map on the base of faults in Middle and East America（Petersen et al，2014）

2.1.2 美國西部地區(qū)潛源模型

2014 版區(qū)劃圖中對美國西部潛源模型與之前版本的美國地震區(qū)劃圖中的西部潛源模型類似（Frankel 等，1996，2002；Petersen 等，2008b；Petersen 等，2014），主要基于地震活動性背景潛源和斷裂潛源。區(qū)劃圖中對未識別或不明確的斷裂（基于地震活動性的背景潛源模型）使用歷史地震活動（網(wǎng)格化且空間光滑化）估計地震危險性。另外，該模型使用了地質和大地測量數(shù)據(jù)估算斷裂滑動速率，這種方法為估算斷裂滑動速率提供了更大的不確定性。基于此，2014 版區(qū)劃圖綜合使用了地質學方法和大地測量學方法獲得的斷裂滑動速率評估地震危險性（Petersen 等，2014）。

2014 版區(qū)劃圖綜合使用地震率數(shù)據(jù)和地震震級-頻率分布估算在任何特定地點的地震速率。背景地震活動中，2014 版區(qū)劃圖考慮Mw5.0 級至最大震級（通過全球和區(qū)域地震目錄）的分布曲線，表明最大值可達Mw7.5。對于多數(shù)斷裂潛源，考慮的地震震級范圍從Mw6.5 至斷裂的最大預期地震震級（通過斷裂長度或斷裂面面積推算得到）。

2.2 歐洲地區(qū)

目前歐洲地區(qū)最新的地震危險性模型是歐盟組織實施“2013 年版歐洲地區(qū)地震危險性模型”過程中設立的“歐洲地震危險性統(tǒng)一化工程”，該模型僅給出總體方法，具體的地震危險性分析由歐洲各國確定。在該項目中使用的數(shù)據(jù)庫和相關圖件使用的震源模型中，歐洲大陸及鄰海被劃分為6 個不同的地震構造區(qū)：穩(wěn)定大陸區(qū)、洋殼區(qū)、活動的淺層地殼區(qū)、俯沖帶、無俯沖作用的深源地震區(qū)和活動火山或地熱/巖漿作用區(qū)。厘定出來的1 128 條活動斷層按照平均滑動速率進一步劃分為7 類活動斷層（Basili 等，2013；Woessner 等，2015），作為劃分和定義主要潛源的重要依據(jù)和基礎。2013 年版歐洲地區(qū)地震危險性模型共使用3 種潛源模型：地區(qū)源模型、地震活動性-斷裂模型、斷裂-背景源模型，3 種模型分別在最終結果中占據(jù)一定比例權重（Woessner 等，2015），如圖3 所示。圖4 中黃色標示了地震潛源模型邏輯分支，綠色區(qū)塊標示了最大震級模型邏輯分支，黑色實線下方的數(shù)字代表權重，構造區(qū)塊并不是邏輯分支，但是分別確定了所采用的地震動預測方程（ground motion prediction equations（GMPEs）。地區(qū)源模型是經(jīng)典的區(qū)域源模型（Cornell，1968），被用于反映穩(wěn)定歐洲大陸地區(qū)地質構造背景及相關的地震復發(fā)速率，主要強調過去的地震活動性。地震活動速率主要依據(jù)觀測到的地震活動和每個區(qū)域源中均一化分布的地震活動確定。斷裂-背景源模型是結合了背景地震活動性和活動斷裂的混合模型。每條活動斷裂的地震活動速率是通過觀察到的長期地質活動速率決定的?；顒訑嗔褍H在歐洲中南部有相對可靠的數(shù)據(jù)。在無斷裂數(shù)據(jù)的地區(qū)，主要保留了地區(qū)源模型。地震活動性-斷裂模型是基于所有地震活動數(shù)據(jù)的內核光滑模型。地震密度和活動斷裂的累積地震矩通過最佳優(yōu)化內核對地震活動進行空間上的光滑。

圖3 2013 年版歐洲地區(qū)地震危險性模型采用的潛源數(shù)據(jù)示意圖Fig. 3 Sketch diagram of four potential seismic sources

圖4 歐洲地區(qū)地震危險性統(tǒng)一化工程（SHARE）邏輯樹Fig. 4 The logic tree of Seismic Hazard Harmonization in Europe (SHARE)

除地殼地震活動性，2013 年版歐洲地區(qū)地震危險性模型對俯沖帶地震活動性進行了單獨處理，將塞浦路斯弧、希臘弧和卡拉布里亞弧各自作為復雜斷裂震源。羅馬尼亞地區(qū)的板內地震活動性和深部地震活動被作為不同深度的區(qū)域震源。

2.3 新西蘭

新西蘭位于太平洋西南部，地理位置處于世界兩大構造板塊（北西側為澳大利亞板塊，西南側為太平洋板塊）之間，位于環(huán)太平洋地震帶上，是太平洋板塊與印度-澳大利亞大陸板塊相撞后俯沖到地幔的強烈熱壓區(qū)，該俯沖潛入過程為火山活動提供了充足能量。該區(qū)域地質活動強烈，地震活動相對活躍。新西蘭國家地震危險性模型采用的方法是以概率地震危險性為基礎模型建立的方法，主要包括以下方面：通過地質資料和歷史地震資料確定潛源位置和每個潛源可能發(fā)生地震的震級和頻度；確定潛源在整個區(qū)域內每個網(wǎng)格點產(chǎn)生的地震動。

在2000 年新西蘭地震危險性圖的基礎上（Stirling 等，2002），Stirling 等（2012）采用優(yōu)化后的方法，綜合更新的地震、地質、大地測量、地球物理等方面數(shù)據(jù)，完成了2010 年版新西蘭地震危險性圖，相比于2000 年版危險性圖新增了超過200 條岸上及海底斷裂信息，特別是考慮了2010 年9 月4 日Mw7.1 級Darfield 地震和2011 年2 月22 日Mw6.2 級Christchurch 地震的影響。

2010 年版新西蘭地震危險性圖采用的概率性地震危險性分析方法主要遵循以下原則：①使用地質數(shù)據(jù)和歷史地震記錄確定潛源位置及由潛源產(chǎn)生的地震可能的震級和頻度；②估計覆蓋整個區(qū)域每個格網(wǎng)點上震源產(chǎn)生的地震動。

潛源模型使用斷裂震源的規(guī)模和滑動速率推測每個震源特征地震（震級和頻率），歷史地震活動的空間分布數(shù)據(jù)被用于擬合古登堡-里科特震級-頻率函數(shù)（Gutenberg 等，1944），建立地震活動性的空間分布模型。這 2 種震源模型綜合提供了新西蘭地區(qū)震級-頻率分布，在構建斷裂潛源和分布式潛源模型時，主要為模型提供了平均或更可靠的模型參數(shù)，采取的技術路線基本與之前的新西蘭地震危險性圖一致。

新西蘭地震區(qū)劃模型潛源模型主要分為斷裂潛源模型和分布式地震潛源模型：

（1）斷裂潛源模型

所有斷裂潛源根據(jù)構造環(huán)境劃分為12 個非俯沖帶構造域和2 個俯沖帶相關的構造域。每個構造域被用于計算各自獨立的地震活動性空間分布模型，所有斷裂潛源均被模擬為離散化的斷面，并被指定了總體傾角和滑動方向。斷裂傾角主要是根據(jù)地震反射剖面或根據(jù)地表露頭、地質調查、地貌學研究（如褶皺形態(tài)）及類似構造環(huán)境下的斷裂幾何形態(tài)推測得到。斷裂面底界是通過地震活動分布深度數(shù)據(jù)獲得，大多數(shù)斷裂底界深度范圍為10～20 km。

為簡化斷裂潛源模型，2010 年版新西蘭地震危險性圖使用了特征地震或最大震級模型估計每條斷裂最大可能地震。地震震級小于最大震級的地震事件通過分布式潛源模型實現(xiàn)。針對不同斷裂類型及位置所處的構造環(huán)境的不同，使用3 個不同的回歸公式擬合斷裂面面積、斷裂長度和破裂面寬度與矩震級的關系。復發(fā)周期根據(jù)矩震級確定的每次地震位錯量除以斷裂滑動速率確定。如果獲得的復發(fā)周期與古地震研究結果相差較大，則通過將斷裂分段或多條斷裂級聯(lián)破裂的方式調整斷裂長度。

（2）分布式地震潛源模型

除根據(jù)斷裂潛源情況確定地殼斷裂和俯沖帶斷裂上發(fā)生的強震（Mw7～Mw7.9）和巨震（Mw≥8）的位置、震級和頻度外，2010 年版新西蘭地震危險性圖假設未填圖和未知斷裂上發(fā)生中強地震（Mw5 級至區(qū)域上設定的最大震級地震，如2010 年9 月4 日Mw7.1 級Darfield 地震），這種潛源被稱為分布式地震潛源。

為保證b值計算有足夠的地震數(shù)據(jù)參與，將16 個地殼帶歸并為5 個相似類型的區(qū)域。a值計算在0.1°×0.1°的網(wǎng)格上在5 個深度范圍（10、30、50、70、90 km）內進行計算。在2010 年版新西蘭地震危險性圖中，利用以下光滑模型：① 50 km 高斯模型；②Stock 等（2002）提出的改進型高斯模型；③基于地震密度的改進型模型（Werner 等，2011）。對比分析以上模型后，發(fā)現(xiàn)50 km 高斯內核明顯效果更好，因此選擇了該內核計算a值。另外，計算b值時也使用了該內核。

每個區(qū)帶被指定的最大震級在2010 年版新西蘭地震危險性圖中也有修改，除Taupo 火山帶（最大震級被指定為6.5 級）外，其他區(qū)帶使用了統(tǒng)一的最大震級（7.2 級）。

3 東南亞海域地區(qū)潛源劃分方案

全球進行大規(guī)模、大范圍海域地區(qū)區(qū)劃工作是2004 年M9.2 級蘇門答臘-安達曼地震海嘯發(fā)生后，在美國地質調查局的指導下完成了東南亞地區(qū)區(qū)劃工作（Petersen 等，2008a），這是我國進行海域地區(qū)地震區(qū)劃工作可借鑒的經(jīng)驗。

東南亞地區(qū)存在與俯沖于印度尼西亞和菲律賓群島之下俯沖過程相關的高地震危險性地區(qū)和與包含馬來西亞半島在內的廣大穩(wěn)定地區(qū)的中低地震危險性地區(qū)。印度尼西亞島鏈以廣泛分布的火山活動、巽他和緬甸塊體與下伏的印度和澳大利亞塊體之間相對滑動導致的廣泛地震活動為特點。在該地區(qū)，逆沖、走滑和正斷各種震源機制均有報道。巽他俯沖帶形成了向下俯沖的印度和澳大利亞板塊相關的逆沖地震，板內正斷層相關地震和印度及澳大利亞板塊內部的逆斷層相關地震。其中與印度和澳大利亞板塊俯沖相關的地震可深達數(shù)百千米，其上覆蓋的巽他和緬甸板塊相關的地震活動多為位于中上地殼30 km 深度范圍內的淺震。

3.1 地震目錄和背景地震模型

已發(fā)生的地震位置和發(fā)震速率的地震目錄被用于估算未來地震活動，利用過去發(fā)生地震的位置和頻率-震級分布曲線，可估計未來決定地震危險性的大震發(fā)生位置和發(fā)震頻率。在世界上大多地區(qū)，地震記錄均太短，不足以覆蓋包含少有的大震發(fā)生周期的完整周期。在東南亞地震區(qū)劃圖研究工作中（Petersen 等，2007），使用儀器記錄的地震目錄包含以下數(shù)據(jù)來源：①IASPEI 大陸地震目錄（Engdahl 等，2002）；②由Engdahl 等（1998）匯編并更新的地震記錄；③USGS/NEIC 初始確定的震中在線目錄（http://neic.usgs.gov）；④國際地震中心在線地震目錄（http://www.isc.ac.uk）。

模型中的背景地震活動包括未進行斷裂填圖地區(qū)的隨機地震和斷裂填圖地區(qū)的更小震級地震活動，背景地震模型主要基于上述地震目錄數(shù)據(jù)。背景地震活動主要分為通過空間網(wǎng)格平滑后的地震矩釋放速率網(wǎng)格模型和覆蓋廣大巽他板塊的穩(wěn)定低地震矩釋放速率的背景地震帶。背景地震來源是基于始于1964 年的去叢集化地震目錄（去除非獨立地震事件），模型解釋了相對小震附近發(fā)生的更大地震。模型中的網(wǎng)格化地震活動主要基于位于5 個深度區(qū)間（淺部0～50 km，中部50～100 km 和100～150 km，深部150～200 km 和200～250 km）的地震數(shù)據(jù)（圖5）。M5.0～M7.0 指數(shù)截斷型曲線數(shù)據(jù)或古登堡-里科特震級-頻度分布被用于模擬每個網(wǎng)格或地區(qū)中不同震級地震的地震矩釋放速率。震級-速率分布曲線參數(shù)（每個網(wǎng)格中的地區(qū)b值和a值）是用最大似然法計算獲得。采用50 km 校正距離的二維高斯平滑因子，對光滑地震活動模型中模擬得到的每個網(wǎng)格地震速率進行平滑，這個過程揭示了經(jīng)緯度格網(wǎng)中每隔0.1°劃分的格網(wǎng)點中震級-頻度分布結果。

圖5 1964—2005 年間震源深度為50～200 km 的地震分布圖Fig. 5 Map of epicenters of earthquakes having focal depths between 50 km and 200 km for the period 1964—2005

3.2 巽他板塊及巽他俯沖帶

巽他板塊內的地震太稀疏，導致無法形成任何可將巽他板塊劃分為更小次級構造單元的線性構造線，GPS 數(shù)據(jù)在該區(qū)域內無法探測到明顯的變形跡象（Rangin 等，1999）。在穩(wěn)定的巽他板塊內觀察到的最大地震為M5.8 級。考慮美國地質調查局在2008 年地震區(qū)劃圖中對構造穩(wěn)定地區(qū)的處理方法，將穩(wěn)定地區(qū)的最大發(fā)震能力定為M7.0 級。該震級值主要參考了世界其他地區(qū)典型板塊內部構造靜止區(qū)，主要為構造穩(wěn)定區(qū)內發(fā)生的最大地震中間震級值。計算獲得的b值為1.08，但由于較低的地震活動率，該值具有很大不確定性。根據(jù)區(qū)域條件限制，該地區(qū)b值被取為1。光滑地震活動模型中最主要的問題是僅有36 年的地震記錄可使用，與斷裂上的地震復發(fā)周期相比非常短。這種短的地震記錄可能無法代表地區(qū)未來所有可能發(fā)生的地震。第2種模型（即背景帶模型）被用于補償短的歷史地震記錄。背景帶模型假設整個地區(qū)存在由廣泛區(qū)域歷史地震活動數(shù)據(jù)確定的穩(wěn)定地震矩釋放速率決定的隨機地震事件。這 2 種地震模型在地震危險性分析中各占50%權重。為更好地進行地震危險性分析，根據(jù)地質和地球物理背景條件的差異，巽他俯沖帶被劃分為4 個主要區(qū)段：緬甸段、北蘇門答臘-安達曼段、南蘇門答臘段和爪哇段?；诿總€區(qū)段背景進行破裂分段，確定相關的地震危險性參數(shù)。

3.3 地殼斷裂源

長期滑動速率和對地震規(guī)模的估計限定了地震危險性分析中地殼斷裂的大震級地震速率，被調查斷裂的長度和由地震活動確定的下延斷裂面寬度多被用于估算斷裂上所發(fā)生的最大地震震級（Wells 等，1994）?；赪ells 等（1994）的經(jīng)驗公式，利用破裂面積或破裂面長度可確定斷裂或斷裂的不同分段上的發(fā)震震級。同時，計算斷裂震源造成的地震危險性分析時，確定特征地震的震級和古登堡-里科特分布的量大震級時增加了不確定性。另外，在對北部東南亞斷裂的特征斷裂或最大震級計算中，使用了特征地震模型和古登堡-里科特震級-頻率分布各自50%的權重。與美國地震區(qū)劃圖相同（Frankel 等，2002），對震級的分布采用了正態(tài)分布模型，使用了±0.12 個標準差計算震級的隨機不確定性。對于蘇門答臘斷裂，還采用了2 個特征地震模型（古登堡-里科特模型和浮動M7.9 破裂模型）的等權重組合。

4 我國海域地區(qū)潛源劃分現(xiàn)狀和面臨的問題

長期以來，我國都非常重視防災減災研究工作。但由于經(jīng)濟活動需求及客觀研究條件的限制，以前的大量研究工作主要聚焦陸域工程，針對海域地震，特別是對指導海域工程規(guī)劃、開發(fā)、建設的海域地震區(qū)劃問題的研究投入程度不夠，成果較少。受限于缺乏系統(tǒng)的技術儲備和關鍵技術存在的問題，我國至今仍未系統(tǒng)開展海域地震區(qū)劃工作，與現(xiàn)今我國海域地區(qū)日漸密集的經(jīng)濟活動的強烈需求形成沖突。

我國海域地震危險性同時受大陸架內板內活動斷裂帶和海域地區(qū)板間俯沖帶地震活動的共同影響，海域地震活動特征既有別于陸內板內地震活動，又有別于海域俯沖帶板間地震活動，需進行專門研究分析。同時，以往的區(qū)劃研究工作均是基于陸域地區(qū)的研究。我國海域地區(qū)相比陸域地區(qū)，地質、地球物理資料缺乏，特別是活動斷裂資料基本空白。因此適用于陸內板內地區(qū)將活動斷裂作為劃分潛源依據(jù)的模型不適用于海域地區(qū)。同時，由于海域地區(qū)地震臺站稀疏，地震監(jiān)測能力更弱，地震定位精度更差，各海域間存在相對差異。與陸域地區(qū)相比，海域地區(qū)具有完全不同的地震地質構造背景及地質、地球物理、地震資料研究程度和可靠性差異。因此，應用于陸域地區(qū)的潛源劃分原則不能應用于海域地區(qū)。美國地質調查局指導完成的東南亞地震區(qū)劃工作對蘇門答臘俯沖帶和爪哇俯沖帶的考慮過于簡略，對于地震活動性模型的建立原則僅依據(jù)美國地震地質背景條件，對我國海域地區(qū)潛源劃分具有一定參考作用。

李小軍（2006）很早就關注了我國海域地區(qū)區(qū)劃研究工作，曾以春曉氣田群開發(fā)建設項目地震安全性評價工作為依據(jù)，針對我國海域地區(qū)區(qū)劃問題，對潛源劃分、地震動衰減關系、場地地震反應等關鍵科學問題進行深入研究，為國家重點研發(fā)計劃項目《海域地震區(qū)劃關鍵技術研究》的申請和實施（李小軍等，2020）提供了基礎。

中國海域大地構造演化過程與歐亞板塊、太平洋板塊和印度板塊間的相互作用直接相關，中國海域現(xiàn)代形態(tài)和特征的形成主要取決于晚漸新世以來菲律賓板塊在歐亞板塊邊緣的俯沖及伴隨的中國東部沉降（劉光鼎，1990）。

5 我國海域地區(qū)潛源劃分原則

5.1 我國海域地區(qū)地震地質背景分析

我國近海位于中國大陸東部和南部，包括渤海、黃海、東海、南海和臺灣以東的菲律賓海一隅五大海域?；趯χ袊Ｓ蚣班弲^(qū)大地構造屬性、構造演化、歷史地震活動、地球物理場等的分析，五大海域各自具備不同的地震地質構造特征。

渤海屬于陸內海（塔金璐，2014），位于華北地塊，地殼性質屬于典型的陸殼，地震影響主要來源于本海區(qū)內的地震活動，同時又受周邊陸地地震活動的影響。渤海地區(qū)第四紀以來斷裂活動強烈，有繼承活動斷裂，也有新生斷裂。歷史上渤海地區(qū)共發(fā)生過4 次M≥7 級地震，尤其是北西向北京-蓬萊斷裂帶、北東（偏北）向營口-濰坊斷裂帶和北東向廟西北-黃河口斷裂帶交匯區(qū)附近構造活動最強烈，發(fā)生過3 次7 級及以上地震。

黃海屬于陸架海，位于華北地塊和揚子地塊，地殼性質屬于典型的陸殼，地震影響主要來源于本海區(qū)內的地震活動。南黃海位于華北新構造區(qū)東南部，華北新構造區(qū)與華南新構造區(qū)在這區(qū)間的分界線是北西向新鄉(xiāng)-溧陽斷裂帶，向東南可延伸至杭州灣。GPS 測量研究結果表明，華北新構造區(qū)的速度矢量（5～8 mm/a）較華南新構造區(qū)（8～10 mm/a）小。華南新構造區(qū)向東南滑動較華北新構造區(qū)快，因此形成的局部拉張應力場對南黃海地區(qū)地震活動起不容忽視的作用。

東海屬于陸緣海（孟祥君等，2009），位于華南地塊，并發(fā)育沖繩海槽盆地，地殼性質屬于陸殼和過渡性地殼，地震活動主要受琉球海溝俯沖帶控制。東海地區(qū)除沖繩海槽盆地的斷裂和東海盆地東緣的西湖-基隆斷裂及部分北西向斷裂外，其他斷裂第四紀活動不明顯。同時由于菲律賓海板塊向西俯沖已抵達在沖繩海槽盆地和釣魚島隆起帶下面，形成了深100～200 km 的中源大震帶，發(fā)生過多次7 級以上地震，最大地震7.8 級，構成該地段雙層震源的下層。

南海屬于邊緣海，地殼結構復雜，存在陸殼、洋殼和過渡性地殼，地震活動受周邊區(qū)域性大斷裂和板塊俯沖帶影響。南海及周邊大陸地區(qū)處于歐亞板塊、太平洋-菲律賓海板塊、印度-澳大利亞板塊3 個巨型巖石圈板塊交接處，在復雜的應力作用下，成為世界上罕有的復雜構造區(qū)。海盆各部分地質構造、地震活動差異較大，以北部陸架區(qū)和東部海盆區(qū)地震活動較強，西部和南部地震活動較弱。北部陸架區(qū)地殼性質為陸殼，地震活動強烈，尤其是各盆地邊緣地帶，往往發(fā)生7 級以上地震。東部海盆區(qū)發(fā)育有馬尼拉海溝，為典型的洋殼，地震活動強烈。

位于臺灣以東的菲律賓海為菲律賓海板塊的地殼部分，發(fā)育典型的洋殼，受菲律賓海板塊向歐亞板塊俯沖、碰撞作用，地震活動強烈，是環(huán)太平洋地震帶地震活動最強烈的地區(qū)。

可以看到，我國海域地區(qū)地震地質條件復雜多變，地殼性質從陸殼到過渡性地殼到洋殼性質均存在。而洋殼和陸殼對應的孕震、發(fā)震構造和機制存在明顯差異。因此，針對我國極復雜的海洋地震地質環(huán)境，考慮海域地震區(qū)劃問題時，需將板間震源和板內震源分別進行考慮。

5.2 我國海域地區(qū)潛源劃分原則

根據(jù)前文對我國海域地區(qū)地震地質構造背景的總結分析可知，我國海域地區(qū)板塊地質屬性復雜，既有陸殼性質為主的渤海，又有洋殼性質為主的菲律賓海。陸殼和洋殼的發(fā)震構造和地震活動特征完全不同。陸殼地區(qū)大量潛源區(qū)以有發(fā)震能力的活動斷裂為主要劃分依據(jù)，所處的位置主要位于陸殼內部各級次塊體交界部位，發(fā)震構造基本分布在深度＜30 km 的中上地殼地區(qū)，相較于洋殼地區(qū)發(fā)震能力弱，發(fā)震能力多在M8 級以下。地震復發(fā)間隔相較于俯沖帶地震大，多為百年以上，甚至可達千年或萬年（Grützner 等，2017）。而屬于洋殼的海域地區(qū)潛源以俯沖帶地震為基本類型，地震復發(fā)間隔相對較短，多為數(shù)百年，甚至可短至27 年（Rikitake，1976），且發(fā)震能力強，甚至有的俯沖帶具備超過M9 級地震的發(fā)震能力，如2011 年3 月11號日本東北地震、2004 年印尼M9.2 級大地震等。沿俯沖帶分布有淺源（震源深度0～70 km）、中源（震源深度70～300 km）甚至深源（震源深度＞300 km）地震，現(xiàn)今報道的最深俯沖帶大震是2015 年發(fā)生在小笠原群島西側Mw7.9 級地震，震源深度達670 km（Zhao 等，2017）。板間地震造成的破壞形式多以次生地震災害為主要特征，以2006 年12 月24 日Mw9.0 印尼大地震引發(fā)的巨型地震海嘯為典型代表（Stein 等，2005）。板內地震與板間地震不僅在孕震發(fā)震模式上存在明顯差別，在場地土層反應、地震動衰減關系等地震區(qū)劃的關鍵技術問題上均有完全不同的特點（李小軍，2006）。因此，在對我國海域地區(qū)進行潛源劃分時，需區(qū)分板間潛源和板內潛源，并相應地采取2 種不同的震源活動性參數(shù)確定方法、地震動衰減模型及場地地震土層反應模型，進而按照概率地震危險性分析最終整合計算評價整體的地震危險性。對陸殼陸域地區(qū)的區(qū)劃工作，我國已進行大量研究，形成了較成熟有效的工作思路和方法，五代圖代表了我國陸域地區(qū)區(qū)劃的最新研究水平。而對于洋殼俯沖帶地震潛源的劃分，目前我國海域地區(qū)地質基礎研究較薄弱，獲取地質資料基本僅能依靠海洋鉆探、地震剖面反演等手段，具有精度低、周期長、成本和技術難度高等缺點。然而由于活動構造是距今10～12 萬年以來仍然活動的斷裂，斷裂斷錯幅度小，因此判定活動斷裂對探測精度要求高，這直接導致海域地區(qū)發(fā)震活動構造的研究基本空白，與陸域地區(qū)完全不同。同時，相比陸域地區(qū)，海域地區(qū)受地理條件所限，地震臺站數(shù)量稀少，儀器精度較低，導致海域地區(qū)地震數(shù)據(jù)數(shù)量和質量相對較差。因此，對海域地區(qū)的潛源劃分需采取新的原則，這是目前國際上較通用的方法，如美國地震區(qū)劃圖根據(jù)東西部地震地質條件的巨大差異，對東西部潛源劃分采取了完全不同的劃分原則和方法，最后利用概率地震危險性分析方法對兩部分潛源進行統(tǒng)一計算，獲得最終的地震動參數(shù)結果分布圖。

綜合考慮以上原則，我國海域地區(qū)潛源劃分可考慮以下原則：

（1）潛源劃分主要分為兩類潛源：斷裂式潛源和分布式潛源。斷裂式潛源的主要發(fā)震對象是活動斷裂及俯沖帶斷裂。分布式潛源假設資料不明地區(qū)及未知斷裂上也會發(fā)生中強地震（Mw5 級至區(qū)域上設定最大震級地震），這種潛源稱為分布式地震潛源。

（2）根據(jù)所在地區(qū)地殼性質，將陸殼和洋殼地區(qū)斷裂式潛源分開考慮，邊緣海地區(qū)主要作為陸殼考慮。分別采取不同的潛源劃分原則和思路，以陸域中上地殼的活動斷裂為淺部潛源和代表洋殼板塊邊緣的俯沖帶地震帶為主的深部震源分別為代表，形成“雙層震源”模型基礎。

（3）陸域地區(qū)潛源劃分以五代圖潛源劃分方案為基礎，按照五代圖潛源劃分思路，并結合近期更新的地質、地球物理、地震學資料，進一步合理化調整。

（4）充分搜集整理海域地區(qū)地質、地球物理、地震等相關資料，并利用層析成像、地震精定位等研究成果，建立洋殼地區(qū)俯沖帶三維形態(tài)，綜合確定俯沖帶分段模型。在此基礎上結合地震活動性研究成果，確定俯沖帶各段最大發(fā)震震級、發(fā)震周期、發(fā)震深度等地震活動參數(shù)，進而劃定潛源區(qū)及相應活動性參數(shù)，完成潛源劃分。

（5）分布式潛源主要基于地震學資料，以現(xiàn)有地震資料中發(fā)震構造不明的中強震及成帶狀分布的小震分布作為分布式潛源劃分依據(jù)。在保證足夠地震數(shù)據(jù)參與計算的前提下，根據(jù)地震地質背景環(huán)境的不同劃分不同區(qū)帶，并擬合相應的地震區(qū)域古登堡-里科特震級-頻率函數(shù)（Gutenberg 等，1944），計算相應的a值和b值，建立地震活動性空間分布模型，并以此作為劃分地震潛源的依據(jù)和基礎。

目前對于海域區(qū)劃的研究較少，以上提出的潛源劃分原則仍有研究的空間。