時(shí)間相依的概率地震危險(xiǎn)性分析方法研究及應(yīng)用

李昌瓏 徐偉進(jìn) 吳 健 高孟潭（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081）

時(shí)間相依的概率地震危險(xiǎn)性分析方法研究及應(yīng)用

李昌瓏 徐偉進(jìn) 吳 健 高孟潭
（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081）

對(duì)使用不同模型的郯廬斷裂帶莒縣-郯城段和山西交城斷裂的地震危險(xiǎn)性進(jìn)行了計(jì)算，并比較了時(shí)間獨(dú)立模型和不同時(shí)間相依模型的計(jì)算結(jié)果。

傳統(tǒng)的時(shí)間獨(dú)立（time-independent）的概率地震危險(xiǎn)性分析（probabilistic seismic hazard analysis , PSHA）模型假設(shè)地震的發(fā)生服從泊松分布。但是許多斷層的地震活動(dòng)性隨時(shí)間有較明顯的變化，如果使用泊松模型，可能會(huì)高估或低估一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的地震危險(xiǎn)性. 故對(duì)這類斷層有必要使用時(shí)間相依（time-dependent）模型。

特征地震模型是當(dāng)前PSHA中使用較多的模型。特征地震具有以下性質(zhì)：復(fù)發(fā)間隔具有較強(qiáng)的周期性；震級(jí)一般為所在地震活動(dòng)區(qū)的最大震級(jí)；震級(jí)不超過(guò)特征地震最大余震的地震服從泊松分布，震級(jí)在特征震級(jí)及其最大余震之間的地震缺失。

特征地震PSHA與傳統(tǒng)的PSHA的區(qū)別主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：特征地震的年發(fā)生率依靠建立特征地震的復(fù)發(fā)間隔模型得到；特征地震通常為大地震，故計(jì)算中需要考慮三維的震源模型。根據(jù)上述性質(zhì)，特征地震的震級(jí)模型考慮為一個(gè)震級(jí)檔[Mμ-0.5, Mμ]，Mμ為所在斷層的震級(jí)上限。目前主要使用的特征地震活動(dòng)性有對(duì)數(shù)正態(tài)分布模型、正態(tài)分布模型和布朗過(guò)程時(shí)間（BPT）模型。另外，特征地震通常為大地震，考慮基于潛在破裂面源的震源模型。相應(yīng)的衰減關(guān)系選取使用地震破裂面距的衰減關(guān)系。破裂面大小根據(jù)矩震級(jí)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系得到。

使用不同的時(shí)間相依模型計(jì)算了郯廬斷裂莒縣-郯城段和山西交城斷裂的地震危險(xiǎn)性，并同時(shí)間獨(dú)立模型進(jìn)行了比較。研究結(jié)果如下。

（1） 郯廬斷裂莒縣-郯城段PSHA。郯廬斷裂莒縣-郯城段曾于公元1668年發(fā)生81/2級(jí)地震，最大余震7級(jí)。莒縣-郯城斷裂最近4次特征地震發(fā)生時(shí)間分別為：10000BP，6500BP，3500BP，1668AD。

表1　對(duì)數(shù)正態(tài)分布、正態(tài)分布和BPT模型在各計(jì)算時(shí)段的地震年發(fā)生率

（2）交城斷裂PSHA。郯廬斷裂的大地震離逝時(shí)間較短，時(shí)間相依的地震危險(xiǎn)性較小，現(xiàn)實(shí)意義不大。因此，我們選取了大地震離逝時(shí)間較長(zhǎng)的交城斷裂計(jì)算了不同模型的地震危險(xiǎn)性，并做了比較。

交城斷裂的3次古地震事件的時(shí)間分別距今3.06 ka～3.53 ka、5.32 ka～6.14 ka、8.36 ka，震級(jí)在7～7.5。計(jì)算過(guò)程與（1）類似，計(jì)算出交城斷裂2015～2065 AD的特征地震年發(fā)生率。

研究得出結(jié)論：①特征地震模型在期望復(fù)發(fā)時(shí)間段早期的危險(xiǎn)性低于時(shí)間獨(dú)立模型，接近期望復(fù)發(fā)時(shí)間及之后的危險(xiǎn)性大于時(shí)間獨(dú)立模型，在一定程度上解決了時(shí)間獨(dú)立模型可能高估或低估大地震危險(xiǎn)性的問(wèn)題；②對(duì)數(shù)正態(tài)分布、正態(tài)分布和BPT模型的危險(xiǎn)性在未到期望復(fù)發(fā)時(shí)間段時(shí)差別不大，接近期望復(fù)發(fā)時(shí)間及之后，三者差別較大. 超過(guò)期望復(fù)發(fā)時(shí)間后，正態(tài)分布的危險(xiǎn)性迅速增大，對(duì)數(shù)正態(tài)分布和BPT模型始終差別不大；③郯廬斷裂莒縣—郯城段未來(lái)數(shù)百年發(fā)生特征地震的危險(xiǎn)性都較低，而山西交城斷裂未來(lái)50年發(fā)生特征地震的危險(xiǎn)性較高。