地球物理学进展  2015, Vol. 30 Issue (4): 1653-1659   PDF    
引用本文
秦四清, 李培, 薛雷, 吴晓娲, 杨百存. 地震区危险性等级确定方法. 地球物理学进展, 2015, 30(4): 1653-1659, doi: 10.6038/pg20150418  
QIN Si-qing, LI Pei, XUE Lei, WU Xiao-wa, YANG Bai-cun. The risk classification method of seismic zones. Progress in Geophysics(in Chinese), 2015, 30(4): 1653-1659, doi: 10.6038/pg20150418   
地震区危险性等级确定方法
秦四清, 李培, 薛雷, 吴晓娲, 杨百存    
中国科学院地质与地球物理研究所 中国科学院页岩气与地质工程重点实验室, 北京 100029
收稿日期: 2015-06-18 修回日期: 2015-07-28 .
基金项目：国家自然科学基金项目(41302233)资助.
作者简介：秦四清,1964年生,河北行唐人,中国科学院地质与地球物理研究所研究员,主要从事工程地质、非线性岩土力学与岩土工程类研究.目前科研兴趣:强震预测研究.(E-mail:qsqhope@mail.iggcas.ac.cn)
摘要：我们的研究表明,特定地震区每轮孕育周期主震事件震级值相差较小,因此可根据主震震级值确定地震区危险性等级.据此,对已划定的中国及其周边板内地震区、环太平洋地震带与欧亚地震带板间地震区,给出了某些地震区危险性等级评价结果,可供有关部门参考.
关键词： 地震区     孕育周期     主震     地震区危险性等级    
The risk classification method of seismic zones
QIN Si-qing, LI Pei, XUE Lei, WU Xiao-wa, YANG Bai-cun    
Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
Abstract: It is found from our previous studies that the main shock magnitude values of each seismogenic period are almost identical for a certain seismic zone. Therefore, the main shock magnitude value can be regarded as the seismic zone risk level. Accordingly, the risk level is evaluated for some seismic zones in China and its adjacent areas, the Circum-Pacific seismic belt and the Eurasian seismic belt. This research could be referenced by the department concerned.
Key words: seismic zone     seismogenic period     main shock     seismic zone risk level    
0 引言

地震危险性分析直接为国家重大工程项目提供设计参数，为抗震防灾工程决策提供科学依据，具有十分重要的研 究意义.本文所述地震区危险性等级是指某地震区能发生的最大地震震级，是地震危险性分析所需的重要参数.

目前，地震危险性分析主要有概率性和确定性两种方法(高孟潭，1986).Cornell(1968)是地震危险性概率分析方法的创立者，其提出的强震年超越概率和平均重现期概念及确定方法涉及到如下假定：(1)地震活动在空间上呈现非完全随机分布，未来强震发生在潜在震源区；(2)地震的发生在时间上符合泊松过程；(3)地震活动满足G-R关系；(4)场地地震动参数是震中距和震级的函数.后经国内外诸多学者(Merz and Cornell，1973；McGuire，1978；Basham and John，1989；沈建文与蔡长青，1997； Frankel et al.，2000，2002；Lapajne et al.，2003；Hagos et al.，2006；高孟潭等，2008；杨勇等，2008；徐伟进与高孟潭，2012；吴果，2014)的发展与改进，该方法广泛应用至今.

根据我们对强震孕育规律的认识，该方法存在以下不足：(1)对潜在震源区(地震区)的划分缺乏统一标准，常因人而异.对此，诸多学者(沈建文等，1992；陈汉尧与胡聿贤，1993；鄢家全，2005)提出了某些处理上述不确定性的改进方法，但仍未解决地震区定量划分的科学难题；(2)该方法涉及到余震序列的删除，但前人(Gardner and Knopoff，1974;Wang et al.，2010)提出的主震和余震判识方法科学依据不足；(3)其强震平均重现期概念模糊，不符合主震事件孕育的实际历时特征.秦四清等(2014a，b，c，d)的研究表明，对特定地震区，不同孕育周期历时差别较大，且多数地震区孕育周期历时呈缩短趋势.若采用强震发生率均匀分布的假定，将会低估其地震危险性，给工程建设带来安全隐患；(4)该方法仅能给出一定时间内发生强震的概率，仍不能明确给出地震区危险性等级.

地震危险性分析的确定性方法，是假定第四纪或有近代地壳活动证据的断层为可能震源，根据与其位置有关的历史地震震级和断层规模(长度和面积)进行回归分析，评估其未来最可能的发震震级(胥广银，1995).该方法存在的问题是，某地震区与历史地震相关的断层可能有多条，选择不同的断层分析可能得到不同结果，即有多解性；再者，断层规模与历史地震震级并非存在确定性的对应关系，其可靠性差.

综上，由于过去缺乏定量划分地震区的方法，且对强震孕育机制认识不清，地震危险性评价存在诸多难以解决的问题.基于秦四清等(2010a，b)提出的孕震断层多锁固段脆性破裂理论，可实现地震区定量划分，近5年我们先后完成了第3.3版《中国及周边地震区划分图》(图1)、第1.0版《环太平洋地震带地震区划分图》(秦四清等，2015a)(图2)与《欧亚地震带地震区划分图》(秦四清等，2015b)(图3).研究表明(秦四清等，2014d)，特定地震区每轮孕育周期主震事件震级值相差较小，可定义主震震级值为该区的危险性等级.

图 1 中国及其周边地震区划分图 (3.3版) Fig. 1 Division map of seismic zones in China and its adjacent areas (V3.3)Division map of seismic zones in the Circum-Pacific seismic belt (V1.0)

图 2 环太平洋地震带地震区划分图 (1.0版) Fig. 2

图 3 欧亚地震带板间地震区划分图 (1.0版) Fig. 3 Division map of interplate seismic zones in the Eurasian seismic belt (V1.0)
1 中国及其周边地震区划分图(3.3版)

与3.2版《中国及其周边地震区划分图》(秦四清等，2014f)比较，3.3版充分考虑了欧亚地震带板间和板内地震区的分界问题、以及历史强震震中位置的准确性对地震区划分的影响，消除了之前我们对某些地震区强震孕育过程分析的疑惑.需说明的是，在3.3版图件编制中，微调了聂荣-巴青-左贡、聂荣以北、当雄、于田、阿图什、玉树、库木巴彦、玛多-阿坝、海原、古浪、昌都、得荣、普洱、小江、下关-楚雄与通辽地震区边界，使得各地震区的分界更为合理；基于板内与板间地震区分界原则(秦四清等，2015b)，重新厘定了原墨脱地震区边界，并重命名为洛扎-林芝地震区.

此外，我们修订了中国历史地震目录某些参数(表1).以1924年7月12日MS 7.25级地震归属问题为例，按美国国家地震信息中心(NEIC)测定值，该震发生在昆仑山口西地震区；按顾功叙等(1983)给出的参数，该震发生在若羌地震区.从强震孕育周期界定和主震事件判识角度，我们认为1924年7月12日大震不应发生在若羌地震区.图4示出了按NEIC对该震震中参数测定值(其他参数均采用中国地震台网地震目录)，昆仑山口西地震区第1孕育周期标志性地震事件之间的力学联系.经误差修正，根据1924年MS 7.25级双震发生前的CBS值，可较准确地连续预测到1973年7月14日西藏尼玛北部MS 7.3级地震与2001年11 月14日昆仑山口西MS 8.1级地震的临界CBS值.据此，我们认为1924年MS 7.25级地震归属昆仑山口西地震区合理.

表 1 中国历史地震目录某些参数修订结果 Table 1 The revised result of some earthquake parameters of the China historical earthquake catalogue

图 4 昆仑山口西地震区1924.7.3-2013.7.17之间CBS值与时间关系
(数据分析时选用ML≥4.8级地震事件,横坐标对应的时间减去3000年为实际年份,误差修正已被考虑) Fig. 4 Temporal distribution of CBS in the period from 3 July 1924 to 17 July 2013 for the seismic zone of the west of Kunlun mountain pass
(The earthquake events with ML≥4.8 are selected for data analysis.The real time is the value on the horizontal axis minus 3000 years.The error correction is also considered.)

由此可见，历史地震目录的精度，尤其是大地震事件参数的精度，不仅影响地震区划，而且影响大震孕育过程分析.建议有关部门不断提高监测数据精度，且对某些历史地震目录参数进行修订和完善.

2 地震区危险性等级确定方法

对特定地震区，地震区危险性等级为主震事件震级.据此，我们确定了中国及其周边、环太平洋地震带与欧亚地震带某些地震区的危险性等级(表 2).以丽江地震区(秦四清等，2014c)为例，该地震区已至少经历4个完整的孕育周期，每轮周期主震震级值介于M 6.75与7.1级之间，故可定义丽江地震区为MS 7.0级左右地震危险区.再以伊斯兰堡-加德满都地震区为例，该地震区已至少经历3个完整的孕育周期，每轮周期主震事件震级值依次为MS 8.3、MS 8.6与MS 8.3级，故可定义伊斯兰堡-加德满都地震区为MS 8.3~8.6级地震危险区.

表 2 某些板内与板间地震区危险性等级 Table 2 The risk level of some interplate and intraplate seismic zones

对某些地震区，某一孕育周期可能会发生单主震或多主震事件，可定义其为单主震型或多主震型地震危险区.以中缅边境地震区I为例，该地震区在第1孕育周期发生了MS 7.3、7.4级双主震事件，可定义该区为MS 7.3、7.4级双主震型地震危险区.再以贝鲁特-耶路撒冷地震区为例，该区已至少经历5个完整的孕育周期，前3轮周期主震事件震级值均为M 8.0级，后两轮周期主震事件均为3次M 7.7级地震.因此，可定义该区为MW 8.0级单主震型或MW 7.7级三主震型地震危险区.

对于当前孕育周期主震事件已发生但余震活动尚未结束的地震区，地震区危险性等级可参考主震事件震级值确定.以汶川地震区为例，当前孕育周期的主震事件——2008年5月12日汶川MW 7.9级地震已发生，目前处于余震活动期，可初定该区为MW 7.9级左右地震危险区.再以苏门答腊地震区为例，2004年12月26日北苏门答腊西海岸MW 9.1级地震，是该区当前孕育周期的主震事件，目前处于余震活动期.因此，可初定该区为MW 9.1级左右地震危险区.

3 结 论

本文基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论，提出了根据地震区主震事件震级值确定地震区危险性等级的方法，给出了中国及其周边、环太平洋地震带与欧亚地震带某些地震区危险性等级评价结果，可供有关部门参考.

致 谢 感谢国家自然科学基金资助项目(编号：41302233)对研究工作的资金支持.
参考文献
[1] Basham P W, John A.1989.Problems of seismic hazard estimation in regions with few large earthquakes: Examples from eastern Canada. Tectonophysics, 167(2-4):187-199, doi:10.1016/0040-1951(89)90069-3.
[2] Chen H Y,Hu Y X.1993.A rational comprehension of experts' opinions in analysis of uncertainty of seismic risk.North China earthquake sciences (in Chinese),11(3):1-8.
[3] Cornell C A. 1968. Engineering Seismic Risk Analysis. BSSA,58(5).
[4] Frankel A D,Mueiler C,Barnhard T,et al.2000.USGS national seismic hazard maps.Earthquake Spectra,16:1-20.
[5] Frankel A D,Petersen M D,Mueller C S,et al.2002. Documentation for the 2002 update of the National Seismic Hazard Maps: U.S. Geological Survey Open-File Report 02-420, 39 p.
[6] Gao M T,Xiao H P,Yan W M,et al.2008.The importance of seismic zonation in moderate earthquake area and the recent technical progress.Technology for earthquake disaster prevention (in Chinese),3(1):1-7.
[7] Gardner J K, Knopoff L. 1974. Is the sequence of earthqukes in Southern California, with aftershocks removed, Poissonian? BSSA, 64(5):1363-1367.
[8] Gao M T.1986.An outline of the analytic methods foe seismic risk assessment. Recent Developments in World Seismology (in Chinese),1986(11):10-13.
[9] Gu G X,Lin T H,Shi Z L,et al.1983. The Earthquake Catalog in China(B.C.1831-A.D.1969) (in chinese).Beijing: Science Press.
[10] Hagos L,Arvidsson R,Roberts R.2006.Application of the spatially smoothed seismicity and Monte Carlo Methods toestimate the seismic hazard of Eritrea and the surroundingregion.Natural Hazards,39(3):395-418.
[11] Lapajne J K, Matnikar B S,Zupancic P.2003.Probabilistic seimic hazard assessment methodology for distributed seismicity.Bull Seism Soc Amer.93(6):2502-2515.
[12] Merz H,Cornell C A. 1973.Seismic risk analysis based on a quadratic magnitude-frequency law. Bull.Seismol.Soc.Am.63(6):1999-2006, doi:10.1016/0148-9062(74)90731-1.
[13] McGuire R K. 1978.Seismic ground motion parameter relations. Journal of Geotech Engineering Division,ASCE 104(4):481-490,doi:10.1016/0148-9062(78)91030-6.
[14] Qin S Q,Xu X W,Hu P,et al. 2010a. Brittle failure mechanism of multiple locked patches in a seismogenic fault system and exploration on a new way for earthquake prediction. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese),53(4):1001-1014, doi:10.3969/j.issn.0001-5733.2010.04.025.
[15] Qin S Q,Xue L,Wang Y Y,et al. 2010b. Further verifications on the brittle failure theory of multiple locked patches along a seismogenic fault system and discussions on some science issues. Progress in Geophysic (in Chinese),25(3):749-758,doi:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.03.002.
[16] Qin S Q, Xue L, Huang X, et al. 2011. A forward prediction of strong earthquakes in the Xinjiang and its border regions, the Inner Mongolia region, and certain regions of east China, south China and Taiwan.Progress in Geophysic (in chinese), 26(1):21-31, doi:10.3969/j.issn.1004-2903.2011.01.002.
[17] Qin S Q, Li G L, Xue L, et al. 2013a. Reanalysis of the future earthquake situation for some seismic zones in the region of Southwest China. Progress in Geophysic (in Chinese), 28(5): 2407-2432, doi:10.6038/pg20130521.
[18] Qin S Q, Li G L, Xue L, et al. 2013b. A Reanalysis of the future earthquake situation for some seismic zones in the Xinjiang region and its border areas.Progress in Geophysic, 28(5): 2376-2391,doi:10.6038/pg20130519.
[19] Qin S Q, Li G L, Xue L, et al. 2013c. Analysis of the future earthquake situation for some seismic zones in the east China and south China. Progress in Geophysic (in Chinese), 28(5): 2392-2406,doi:10.6038/pg20130520.
[20] Qin S Q, Xue L, Li G L, et al. 2013d. Reanalysis of the future earthquake situation for some seismic zones in the Sichuan and Yunnan regions. Progress in Geophysic (in Chinese), 28(4): 1849-1859, doi:10.6038/pg20130426.
[21] Qin S Q,Li G L,Xue L,et al. 2014a. Analysis of the future earthquake situation for some seismic zones in the northeast China,north China and Taiwan. Progress in Geophysic (in Chinese), 29(2):0535-0554,doi:10.6038/pg20140210.
[22] Qin S Q,Li G L,Xue L,et al. 2014b. Analysis of the future earthquake situation for some seismic zones in the northwest China and Tibet.Progress in Geophys (in Chinese),29(3):1046-1067, doi:10.6038/pg20140308.
[23] Qin S Q,Li P,Xue L,et al. 2014c. Analysis of the future earthquake situation for some seismic zones in the east China,south China and southwest China.Progress in Geophysic (in Chinese),29(3):1033-1045, doi:10.6038/pg20140307.
[24] Qin S Q,Li P,Xue L,et al. 2014d. The definition of seismogenic period of strong earthquakes for some seismic zones in southwest China.Progress in Geophysic (in Chinese),29(4):1526-1540, doi:10.6038/pg20140407.
[25] Qin S Q,Xue L,Li G L,et al. 2014e. The verification of prospective prediction for the Lushan MS7.0 earthquake on 20 April 2013 and an analysis on future earthquake situation. Progress in Geophysic (in Chinese),29(1):0141-0147,doi:10.6038/pg20140118.
[26] Qin S Q,Li P,Xue L,et al. 2014f. Proposition on amending some seismic parameters of the China historical earthquake catalogue. Progress in Geophys (in Chinese),29(6):2534-2537,doi:10.6038/pg20140609.
[27] Qin S Q,Li P,Xue L,et al. 2015a. A prospective prediction of great earthquakes for the Circum-Pacific seismic belt.Progress in Geophys (in Chinese),30(2):540-558,doi: 10.6038/pg20150210.
[28] Qin S Q,Li P,Xue L,et al. 2015b. A prospective prediction of major earthquakes for the Eurasian seismic belt(I):Interplate seismogenic zones.Progress in Geophys (in Chinese),30(3):1124-1140,doi: 10.6038/pg20150317.
[29] Shen J W, Cai C Q.1997.Seismic hazard analysis and earthquake resistant level. Earthquake engineering and engineering viberation (in Chinese),17(2):27-36,doi:10.13197/j.eeev.1997.02.005.
[30] Shen J W, Zhuang K Y, Cai C Q.1992.Uncertainties in seismic hazard analysis and the relative countermeasures.Earthquake research in China (in Chinese),8(4):12-15.
[31] Study album of strong earthquakes in Sichuan. 1988.Batang 7.2 earthquake in 1870. Earthquake research in Sichuan (in Chinese),1988(04):1-11.
[32] Xu G Y.1995. Review of seismic hazard analysis method. Recent Developments in World Seismology (in Chinese),1995(08):26-30.
[33] Xu W J,Gao M T.2012. Seismic hazard estimate using spatially smoothed seismicity model as spatial distribution function. Acta seismologica sinica (in Chinese),34(4):526-536.
[34] Wang Q, Jackson D D, Zhuang J. 2010. Are spontaneous earthquakes stationary in California?. J.Geophys.Res, 115,B08310,doi:101029/2009JB007031.
[35] Wu G.2014.Case study of probabilistic seismic hazard analysis metnod based on multi-model. Master's Thesis (in Chinese).
[36] Wu X G, Cai C X.1992.The neotectonic activity along the central segment of Jinshajiang fault zone and the epicentral derermination of Batang M 6.5 earthquake.Journal of seismological research, 15(4):401-410.
[37] Yan J Q.2005.Confusion and hope in seismic risk analysis. Recent Developments in World Seismology (in Chinese),318(6):14-24.
[38] Yang Y,Shi B P,Sun L.2008. Seismic hazard estimation based on the distributed seismicity in northern China. Acta seismologica sinica (in Chinese),30(2):198-208.
[39] 陈汉尧,胡聿贤.1993.地震危险性不确定性分析中专家意见的合理综合.华北地震科学,11(3):1-8.
[40] 高孟潭,肖和平,燕为民,等. 2008. 中强地震活动地区地震区划重要性及关键技术进展.《震灾防御技术》,3(1):1-7.
[41] 高孟潭. 1986. 地震危险性分析方法概述.国际地震动态,1986(11):10-13.
[42] 顾功叙,林庭煌,时振梁,等. 1983.中国地震目录: 公元前 1831--公元 1969 年. 北京:科学出版社.
[43] 秦四清,徐锡伟,胡平等. 2010a. 孕震断层的多锁固段脆性破裂机制与地震预测新方法的探索. 地球物理学报, 53(4):1001-1014, doi:10.3969/j.issn.0001-5733.2010.04.025.
[44] 秦四清,薛 雷,王媛媛,等. 2010b. 对孕震断层多锁固段脆性破裂理论的进一步验证及有关科学问题的讨论. 地球物理学进展,25(3):749-758, doi:10.3969/j.issn.1004-2903.2010.03.002.
[45] 秦四清, 薛雷, 黄鑫, 等.2011. 新疆与其边境地区、内蒙古地区及华东、华南与台湾部分地区未来强震预测.地球物理学进展, 26(1): 21-31,doi:10.3969/j.issn.1004-2903.2011.01.002.
[46] 秦四清,李国梁,薛雷,等. 2013a. 中国西南地区某些地震区未来震情研判. 地球物理学进展,28(5): 2407-2432, doi:10.6038/pg20130521.
[47] 秦四清, 李国梁, 薛雷, 等.2013b.中国新疆及邻区某些地震区未来震情研判.地球物理学进展, 28(5): 2376-2391, doi:10.6038/pg20130519.
[48] 秦四清, 李国梁, 薛雷, 等. 2013c. 华南与华东某些地震区地震趋势分析.地球物理学进展, 28(5): 2392-2406, doi:10.6038/pg20130520.
[49] 秦四清, 薛雷, 李国梁, 等. 2013d. 川滇地区某些地震区未来震情研判. 地球物理学进展, 28(4): 1849-1859, doi:10.6038/pg20130426.
[50] 秦四清,李国梁,薛雷,等. 2014a. 东北、华北与台湾地区某些地震区地震趋势分析. 地球物理学进展,29(2):535-554,doi:10.6038/pg20140210.
[51] 秦四清,李国梁,薛雷,等. 2014b. 西北与西藏地区某些地震区地震趋势分析.地球物理学进展, 29(3):1046-1067, doi:10.6038/pg20140308.
[52] 秦四清,李培,薛雷,等. 2014c. 华东、华南与西南地区某些地震区地震趋势分析. 地球物理学进展,29(3):1033-1045,doi:10.6038/pg20140307.
[53] 秦四清,李培,薛雷,等. 2014d. 中国西南地区某些地震区强震孕育周期界定.地球物理学进展,29(4):1526-1540, doi:10.6038/pg20140407.
[54] 秦四清,薛雷,李国梁,等.2014e. 四川省芦山“4·20”7.0级地震的前瞻性预测验证及震后趋势分析. 地球物理学进展,29(1):0141-0147,doi:10.6038/pg20140118.
[55] 秦四清,李培,薛雷,等. 2014f. 中国历史地震目录某些地震参数修订建议.地球物理进展,29(6): 2534-2537:doi: 10.6038/pg20140609.
[56] 秦四清,李培,薛雷,等.2015a.环太平洋地震带巨震预测. 地球物理学进展,30(2):540-558,doi:10.6038/pg20150210.
[57] 秦四清,李培,薛雷,等.2015b. 欧亚地震带大震预测 (I):板间地震区. 地球物理学进展,30(3):1124-1140,doi:10.6038/pg20150317.
[58] 沈建文,蔡长青.1997.地震危险性分析与抗震设防标准的确定.地震工程与工程振动.17(2):27-36,doi:10.13197/j.eeev.1997.02.005.
[59] 沈建文,庄坤元,蔡长青.1992.地震危险性分析的不确定性及其对策.中国地震,8(4):12-15.
[60] 四川强震考察专辑. 1988. 1870年巴塘7.2级地震. 四川地震,1988(04): 1-11.
[61] 胥广银.1995.地震危险性分析方法的回顾.国际地震动态,1995(08):26-30.
[62] 徐伟进,高孟潭,2012.以空间光滑的地震活动性模型为空间分布函数的地震危险性分析方法. 地震学报, 34(4):526-536.
[63] 杨勇,史宝平,孙亮. 2008. 基于华北区域地震活动性分布的地震危险性评价模型.地震学报,30(2):198—208.
[64] 鄢家全.2005.地震危险性分析的困惑与希望.国际地震动态,318(6):14-24.
[65] 吴果.2014.基于多模型的概率地震危险性分析方法实例研究.硕士学位论文.
[66] 伍先国,蔡长星.1992.金沙江断裂带新活动和巴塘6.5级地震震中的确定.地震研究,15(4):401-410.