時間相依的概率地震危險性分析方法研究及應用

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

時間相依的概率地震危險性分析方法研究及應用

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

對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性進行了計算，并比較了時間獨立模型和不同時間相依模型的計算結果。

傳統的時間獨立（time-independent）的概率地震危險性分析（probabilistic seismic hazard analysis , PSHA）模型假設地震的發生服從泊松分布。但是許多斷層的地震活動性隨時間有較明顯的變化，如果使用泊松模型，可能會高估或低估一個時間段內的地震危險性. 故對這類斷層有必要使用時間相依（time-dependent）模型。

特征地震模型是當前PSHA中使用較多的模型。特征地震具有以下性質：復發間隔具有較強的周期性；震級一般為所在地震活動區的最大震級；震級不超過特征地震最大余震的地震服從泊松分布，震級在特征震級及其最大余震之間的地震缺失。

特征地震PSHA與傳統的PSHA的區別主要體現在兩個方面：特征地震的年發生率依靠建立特征地震的復發間隔模型得到；特征地震通常為大地震，故計算中需要考慮三維的震源模型。根據上述性質，特征地震的震級模型考慮為一個震級檔[Mμ-0.5, Mμ]，Mμ為所在斷層的震級上限。目前主要使用的特征地震活動性有對數正態分布模型、正態分布模型和布朗過程時間（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。相應的衰減關系選取使用地震破裂面距的衰減關系。破裂面大小根據矩震級的經驗關系得到。

使用不同的時間相依模型計算了郯廬斷裂莒縣-郯城段和山西交城斷裂的地震危險性，并同時間獨立模型進行了比較。研究結果如下。

（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年發生81/2級地震，最大余震7級。莒縣-郯城斷裂最近4次特征地震發生時間分別為：10000BP，6500BP，3500BP，1668AD。

表1　對數正態分布、正態分布和BPT模型在各計算時段的地震年發生率

（2）交城斷裂PSHA。郯廬斷裂的大地震離逝時間較短，時間相依的地震危險性較小，現實意義不大。因此，我們選取了大地震離逝時間較長的交城斷裂計算了不同模型的地震危險性，并做了比較。

交城斷裂的3次古地震事件的時間分別距今3.06 ka～3.53 ka、5.32 ka～6.14 ka、8.36 ka，震級在7～7.5。計算過程與（1）類似，計算出交城斷裂2015～2065 AD的特征地震年發生率。

研究得出結論：①特征地震模型在期望復發時間段早期的危險性低于時間獨立模型，接近期望復發時間及之后的危險性大于時間獨立模型，在一定程度上解決了時間獨立模型可能高估或低估大地震危險性的問題；②對數正態分布、正態分布和BPT模型的危險性在未到期望復發時間段時差別不大，接近期望復發時間及之后，三者差別較大. 超過期望復發時間后，正態分布的危險性迅速增大，對數正態分布和BPT模型始終差別不大；③郯廬斷裂莒縣—郯城段未來數百年發生特征地震的危險性都較低，而山西交城斷裂未來50年發生特征地震的危險性較高。