新一代《中国地震动参数区划图》(GB18306—2015)于2016年6月1日起正式实施,是新中国历史上第五代区划图(罗华春等,2016)。新中国第一代地震区划图是李善邦为首的地震学家在1957年完成的,确切地说应该是地震烈度分布图,该图首次论述中国各地区地震危险性;第二代地震区划图于1977年完成,首次引入地震趋势性分析概念,采用有明确时间期限的地震烈度区划方法,首次考虑场地效应,提供平均场地地震烈度值;第三代地震区划图于1990年完成,首次以超越概率形式定义地震基本烈度概念;第四代地震区划图于2001年完成,首次以地震动参数为指标、提供与场地特性相关的反应谱特征周期,并首次提供不同类型场地特征周期调整方法(李小军等,2013)。
新一代地震动参数区划图(以下简称第五代区划图)的编制主要依据近几年中国基础研究的重大进展、关键技术的发展、国家地震监测基础设施和基础性工作成效及国际地震区划进展等,以人为本,将抗倒塌作为编图的基本准则(林功丁等,2016)。新一代区划图在潜在震源区划分、地震活动性参数和衰减关系等方面有了新的变化,最终导致区划结果发生变化。本文着重由此3方面入手,研究河北省地震动参数区划图的变化和最终结果。
地震动区划图的变化从本质上反映了研究地区地震孕震环境的变化,为地震预测或研究提供了重要的参考依据,与地震预测或研究起到了互相佐证的关系。
1 第五代区划图特点 1.1 三级潜源划分方案第五代区划图突破性采用3级潜源划分方案,第1次增加地震构造区概念,凸显了地震带内不同区段构造活动和地震活动的差异性,更加注重高震级潜源的判识,这些原因使第五代区划图中高震级潜在震源区数量明显增加。
河北省位于华北地震区,根据历史地震和构造分布,华北地震区划分为华北平原地震带和汾渭地震带,新一代区划图在地震带基础上进行3级划分,划分出构造区。华北平原地震带在3级划分中细分为华北平原北部、华北平原中部和华北平原南部3个地震构造区;汾渭地震带划分出晋冀蒙、晋中南、太行山和渭河4个地震构造区。各构造区参数和范围详见表 1和图 1、图 2。
活动断层探测逐步开展,产生大量新成果,对断裂有了新的认识,新的观测技术不断发展,产生了一系列研究成果(吴忠良等,1994)。在此基础上,潜在震源区划分及参数随之发生变化(高孟潭,2006)。汾渭地震带和华北平原地震带中对河北省有重大影响的潜在震源区变化见表 2。
表 2显示,对河北省有影响的潜在震源区在原有基础上增加5个(周本刚等,2013),且部分潜在震源区震级上限有所提高,无震级上限变小的潜在震源区。潜源划分的变化和潜源参数变化均由地震动峰值加速度PGA变大导致,增加了河北省的地震危险性。
1.3 地震活动性参数变化由于资料和认识水平的局限性,第四代区划图地震区、带面积大,影响地震活动性参数的合理统计和表达,明显稀释了地震危险性。
五代图提出更加符合中国地震分布和活动特点的地震活动性模型,提出三级划分原则:首先划分了地震统计区,在地震统计区的基础上添加背景源和构造源,背景源是表征构造地震意外的地震活动,主要与中小地震活动相关;构造源主要表征构造地震,构造背景清晰的地震,主要体现为中强地震活动;由此,地震统计区内的地震就有构造源的中强地震活动和背景源的中小地震活动共同表现(潘华等,2013)。
地震统计区地震活动水平,主要由b值和年发生率ν4体现,受地震资料完整性、统计时段、统计方法等因素影响。b值是地震统计区震级频度关系(G—R关系)的系数,决定了地震统计区地震震级的概率分布。b值偏低的主要原因是,拟合G—R关系时,地震样本数据中的历史地震数据起主要控制作用,该部分数据在中低震级段大多完整性不佳,而在重现期长的高震级段却可能存在发生率偏高的问题,两方面共同导致b值偏低。
新一代区划图针对b值和ν4采用了多方案统计分析计算,又根据地震活动性特征进行调整,调整的原则是不低估已经认识到的地震危险性,同时对未来地震危险性给予合理保守的考虑,更加客观地体现b值和ν4。新一代区划图与四代图给出的b值和年发生率ν4明显发生变化,见表 3,可见二者均显著变大,更加符合中国的地震环境。
衰减关系的建立需要当地强震观测数据进行回归,中国强震观测数据近几年得到快速积累,但是中国大部分地区仍不足以用强震数据直接回归得到地震动参数衰减关系,因此新一代地震区划图仍采用转换方法建立中国分区地震动衰减关系(俞言祥,2013)。
新一代区划图建立地震动衰减关系所依据的基础资料增加,数据的数量和质量均有较大提高;在统计分析方法上采用1种新的分步回归方法,使回归分析过程更加稳定,且更加合理反映了大震近场饱和特征(俞言祥,2016);新一代区划图衰减关系还吸收了国际上按地震构造活动强弱分区的最新做法,并参考中国地震烈度衰减分区特征,使地震动衰减分区更加合理。
2 新一代区划图河北变化综合以上新一代区划图变化,河北地区峰值加速度PGA和特征周期Tg均有所变化(图 3),具体数值见表 4,表现为:①地震烈度Ⅵ度区(0.05 g)面积为76 500 km2,占河北省国土面积的40.9%;②地震烈度Ⅶ度区(0.01 g和0.15 g)面积为96 400 km2,占河北省国土面积的51.5%;③地震烈度Ⅷ度区(0.20 g和0.30 g)面积为14 200 km2,占河北省国土面积的7.6%。
新一代区划图峰值加速度PGA无降低变化的地区,提高的县区和县级市有43个,不变的有95个(魏艳旭等,2016),其中:①PGA提高的地级市有3个,分别是:唐山市由0.20 g变为0.30 g,邢台市由0.10 g变为0.15 g,张家口市由0.10 g变为0.15 g;②由0.20 g提高到0.30 g的县区和县级市共3个,包含:三河市、大厂回族自治县、丰南区;③由0.15 g提高到0.20 g的县区和县级市共2个,包含:磁县、临漳县;④由0.10 g提高到0.15 g的县区和县级市共20个,包含:深州市、辛集市、沙河市、武安市、定兴县、青县、肃宁县、献县、新河县、柏乡县、隆尧县、内丘县、巨鹿县、任县、邢台县、南和县、永年县、魏县、万全县、怀安县;⑤由0.05 g提高到0.10 g的县区和县级市共16个,包含:正定县、无极县、鹿泉市、灵寿县、井陉县、平山县、元氏县、饶阳县、泊头市、冀州市、南宫市、南皮县、东光县、吴桥县、尚义县、青龙满族自治县;⑥由不设防提高到0.05 g设防县区和县级市共2个,包含:康保县、沽源县。
2.2 特征周期Tg变化新一代区划图中特征周期Tg发生变化,具体变化为:①地级市变化,其中唐山市、邯郸市、张家口市由0.35 s提高到0.40 s,邢台市由原来的0.40 s降低为0.35 s;②县区和县级市变化,其中丰南市、晋州市、蔚县、丰润县、香河县、滦县、磁县、康保县、万全县、怀安县、宣化县、怀来县、涿鹿县由0.35 s变为0.40 s,沽源县由0.35 s提高到0.45 s,丰田县、乐亭县、唐海县、馆陶县、赤城县、兴隆县、迁西县由0.40 s变为0.45 s,沙河市、献县、内丘县、巨鹿县、邢台县、永年县由0.40 s降低为0.35 s。
3 结束语新一代区划图在编制过程中采用最新的观测资料、最新的研究成果,部分参数有所调整。河北省地震动峰值加速度参数得到提高,取消了不设防地区,提高了该省抗震设防能力,对确保人民生命财产安全具有重大作用;新一代区划图特征周期有升有降,客观反映了该省场地条件;考虑了罕遇地震作用(张合等,2017),将抗倒塌作为变图的基本准则,更加科学,体现了以人为本的精神,为全面提高河北省防震减灾能力提供了科学依据和法律保障。
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