发震构造特性在潜在震源区中的应用研究
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摘要
本文在简要回顾与总结我国当前潜在震源区划分的基本理论与划分方法，以及对潜在震源区划分的一些基本问题进行讨论后，指出对发震构造及其特性研究是合理划分潜在震源区和确定潜在震源区地震活动性参数中重要的科学基础。发震构造特性本身及其应用于潜在震源区研究方面仍需不断深入。
当前，活动断裂和发震构造的鉴定时限仍是一个没有很好解决的问题，而构造运动的阶段性与重复性的认识是确定鉴定时限的科学基础。本文通过对中国大陆各区晚第四纪以来的构造变形与断裂活动性演变的综合分析，得出中国大陆在中更新世末期经历共和运动后，在晚更新世晚期又发生了一次广泛的构造变动事件(龙街构造变动事件)的认识。经过这次构造变动事件以后至今，中国大陆各地的总体构造活动性质与活动强度没有明显的改变。这次构造变动事件的发生时间在中国大陆基本具有一致性，主体地区(西部、华北、东北)发生在距今3万年左右；但华南沿海则提前至距今4.5～5万年。对于一般工程场地的地震安全性评价，可分别采用上述时限以来有过活动的断裂作为活动断裂鉴定的时限标准。但对于特别重大的工程，如核动力工程和大型水电工程等，从安全性的保守角度考虑，应仍以共和运动的发生时间(距今10～15万年)作为其鉴定的标准为宜。对于鉴定出的活动断裂，在没有否定证据的情况下，应将其考虑为潜在的发震构造。
中国大陆板内发震构造的大地震复发行为具有多样复杂的特性。本文对准周期特征地震复发行为、时间可预报行为和级联破裂行为的潜在震源区划分与地震危险性分析进行了探讨，提出了运用活动断裂上述破裂行为参数，采用时间相依模型，融入当前我国地震危险性分析框架的处理方法，并结合具体实例同采用四代图综合方案参数作了对比分析。地震危险性分析对比表明，采用考虑活动断裂复发行为参数与采用四代图综合方案参数的计算结果存在明显差异，本文提供的算例中，在潜在震源区内部及边界附近区域，在50年超越概率10％的情况下，考虑特征地震特性的地震峰值加速度(PGA)与采用四代图综合方案参数的差别可达8-70％；考虑频度不足因子时，前者的结果低8-9％左右；考虑时间可预报行为时，二者的差别为20％左右；考虑级联特性时，不仅PGA的分布有一定的差别，而且PGA值的差别可呈倍数关系。差异的大小与具体潜在震源区内活动断裂上大地震离逝时间的长短和复发时间概率模型参数的大小有很大的关系。因此，在地震危险性分析中考虑活动断裂的破裂行为是十分必要的。
发展构造特性在潜在展源区中的应用研究
地震在潜在震源区内各处的发生概率是不均匀的。通过中国大陆上54条独立的发震
断裂(段)上强震分布规律的统计分析，发现对于与发震构造规模相匹配的最高震级档的
地震来说，它们沿发震构造分布是非均匀的，其概率密度P(x)可用下面的公式表述:
夕(x)=1 .ol25e却(一3.226x’)
公式中x代表地震震中到断裂(段)中心的距离与断裂(段)半长度的比值。该模型适用
于沿单个发震构造划分的潜在震源区，用来修正其最高震级档的地震发生的概率密度。由
于统计数据主要以走滑断裂为主，因此，该非均匀模型应用于沿走滑断裂划分的潜在震源
区较为适宜。计算结果表明，采用非均匀模型对地震危险性分析具有一定的影响，对高震
级档年发生率较高的潜在震源区有明显的影响。在本文的算例中，对于汤阴潜在震源区，
在50年超越概率10%和2%情况下，在潜在震源区内部与边界附近，采用非均匀模型所获
得的PGA与采用均匀模型得到的PGA差别可以达到7~9%。而对于道孚潜在震源区，两种
模型计算结果的差别较小，即使在50年超越概率2%的水平下，PGA的差别仅为3一5%。
结果差异性大小与潜在震源区高震级档的年均发生率大小和超越概率水平的高低有关，一
般年均发生率越大，结果差别越大;超越概率水平越低，结果差异也越大。
GPS观测技术延伸了我们研究发震构造的能力。由于它反映了发震构造(或者说潜在
震源区)的整体变形特征，使得我们增加了一个从把握总体累积应变能的角度来评估地震带
地震活动趋势和潜在震源区参数的手段。本文以山西地震带中段为例，应用GPS观测数据，
采用均匀弹性体变形模型，计算了变形单元的主应变速率参数，引入地壳变形累积地震矩率
计算方法，建立了地震带内地震活动趋势和潜在震源区内大震复发间隔的估计方法。结果表
明，目前山西地震带中段的地震矩累积速率为4.47x 10’Nmyr.I，低于强活跃期的地震矩释
放速率，但大大高于目前的平均地震矩释放速率，所以，目前仍处于构造变形累积阶段。未
来地震活动应比目前有所增强，未来100年内地震矩的累积相当于一个7级地震.该地震活
动趋势估计结果与前人采用历史地震资料分析的结果一致。采用构造变形累积地震矩率来估
计两个潜在震源区内大震复发间隔与采用活断层方法获得的估计结果十分相近，说明对于符
合特征地震复发行为的潜在震源区采用该方法估算大震的复发间隔有其合理性。由此推论，
只要潜在震源区内形变监测点布设合理，有足够的观测时段，那么采用该方法来进行潜在震
源区内大震的发震概率估计是可行的，特
Through a brief review of the principles and methodology in determining potential earthquake source in China, as well as discussions on some related essential problems, it is concluded out that studies of the characteristics of seismogenic structure play an important role in delineation of potential earthquake source and in determination of its parameters of seismic activity. More attention should be paid to deeper and further studies on the characteristics of seismogenic structure itself and its application in the future.
Formulation of the time limit of identifying active fault and seismogenic structures must be based both on the scientific and engineering safety considerations. Since the time limit is still an unsolved issue, detailed studies on this issue was performed in this paper based on discuss on the widely tectonic events in China continent since late Quaternary. It is pointed out at the first time in this paper that the so-called "Longjie" tectonic event, which occurred in the late stage of Late Pleistocene, exist not only in southwestern China, but also in overall China continent. This tectonic deformation in overall China continent entered a new stage after this event, and the general tectonic properties and active level have changed little since then. Moreover, the occurrence time of this event remains a little different in different regions, in which the major event occurred in about 30,000 years B.P. in western, northeastern and north China, but about 45,000 to 50,000 years B.P. in southern coastal China. In s
eismic hazard assessment for general engineering sites, it is applicable to take the time limit mentioned above as the time base for identifying active faults and related seismogenic structures. However, for particularly important engineering sites, such as those of nuclear powers and large hydropowes, it is necessary to take 100,000 to 150,000 years B.P. as the time base in safety consideration.
The recurrence behavior of the large earthquakes on seismogenic structure in the intraplate of China continent is very complicated. On the base of study of quasi-periodical characteristic behavior, time predictable behavior, and cascade behavior of the earthquake recurrence along active faults, a comprehensive method is proposed to apply above recurrence models in the current seismic risk analysis framework in China. The results of this study are somewhat different from that of applying the parameters of the potential earthquake sources for newly published Seismic Motion Map of China. For example, under the consideration of quasi-periodical characteristic model, the PGA(peak ground acceleration) value with 10% probability of exceedance in 50 years of this study is about 8% to 70% in difference to that of newly published Seismic Motion Map of China. Under the consideration of low frequency factor, the PGA value is about 8% to 9% lower. Under the consideration of time predictable model, the PGA value differenc
e can vary about 20%. Under the consideration of cascade model, the distribution of PGA value changes in certain degree, and the difference of the PGA value varies largely. The amount of above varieties is closely
related with the characteristics of earthquake recurrence on active fault. Therefore, it is critical to take earthquake recurrence behavior of seismogenic fault into consideration in seismic risk analysis..
A statistical analysis was performed to study earthquake distribution along 54 active faults (segments) in China. It is found that the probability density of earthquake distribution along the seismogenic faults can be stated as
p(x) = 1.0125exp(-3.226x2)
This model is suitable for the potential earthquake source with single seismogenic structure, and can be utilized to correct the probability density of maximum earthquake occurrence. The utilization of inhomogeneous model has certain effect on seismic risk analysis, especially for the potential earthquake source with a high magnitude and high reoccurrence rate. Taking Tangyin potential earthquake source as an example, with 10%
当前，活动断裂和发震构造的鉴定时限仍是一个没有很好解决的问题，而构造运动的阶段性与重复性的认识是确定鉴定时限的科学基础。本文通过对中国大陆各区晚第四纪以来的构造变形与断裂活动性演变的综合分析，得出中国大陆在中更新世末期经历共和运动后，在晚更新世晚期又发生了一次广泛的构造变动事件(龙街构造变动事件)的认识。经过这次构造变动事件以后至今，中国大陆各地的总体构造活动性质与活动强度没有明显的改变。这次构造变动事件的发生时间在中国大陆基本具有一致性，主体地区(西部、华北、东北)发生在距今3万年左右；但华南沿海则提前至距今4.5～5万年。对于一般工程场地的地震安全性评价，可分别采用上述时限以来有过活动的断裂作为活动断裂鉴定的时限标准。但对于特别重大的工程，如核动力工程和大型水电工程等，从安全性的保守角度考虑，应仍以共和运动的发生时间(距今10～15万年)作为其鉴定的标准为宜。对于鉴定出的活动断裂，在没有否定证据的情况下，应将其考虑为潜在的发震构造。
中国大陆板内发震构造的大地震复发行为具有多样复杂的特性。本文对准周期特征地震复发行为、时间可预报行为和级联破裂行为的潜在震源区划分与地震危险性分析进行了探讨，提出了运用活动断裂上述破裂行为参数，采用时间相依模型，融入当前我国地震危险性分析框架的处理方法，并结合具体实例同采用四代图综合方案参数作了对比分析。地震危险性分析对比表明，采用考虑活动断裂复发行为参数与采用四代图综合方案参数的计算结果存在明显差异，本文提供的算例中，在潜在震源区内部及边界附近区域，在50年超越概率10％的情况下，考虑特征地震特性的地震峰值加速度(PGA)与采用四代图综合方案参数的差别可达8-70％；考虑频度不足因子时，前者的结果低8-9％左右；考虑时间可预报行为时，二者的差别为20％左右；考虑级联特性时，不仅PGA的分布有一定的差别，而且PGA值的差别可呈倍数关系。差异的大小与具体潜在震源区内活动断裂上大地震离逝时间的长短和复发时间概率模型参数的大小有很大的关系。因此，在地震危险性分析中考虑活动断裂的破裂行为是十分必要的。
发展构造特性在潜在展源区中的应用研究
地震在潜在震源区内各处的发生概率是不均匀的。通过中国大陆上54条独立的发震
断裂(段)上强震分布规律的统计分析，发现对于与发震构造规模相匹配的最高震级档的
地震来说，它们沿发震构造分布是非均匀的，其概率密度P(x)可用下面的公式表述:
夕(x)=1 .ol25e却(一3.226x’)
公式中x代表地震震中到断裂(段)中心的距离与断裂(段)半长度的比值。该模型适用
于沿单个发震构造划分的潜在震源区，用来修正其最高震级档的地震发生的概率密度。由
于统计数据主要以走滑断裂为主，因此，该非均匀模型应用于沿走滑断裂划分的潜在震源
区较为适宜。计算结果表明，采用非均匀模型对地震危险性分析具有一定的影响，对高震
级档年发生率较高的潜在震源区有明显的影响。在本文的算例中，对于汤阴潜在震源区，
在50年超越概率10%和2%情况下，在潜在震源区内部与边界附近，采用非均匀模型所获
得的PGA与采用均匀模型得到的PGA差别可以达到7~9%。而对于道孚潜在震源区，两种
模型计算结果的差别较小，即使在50年超越概率2%的水平下，PGA的差别仅为3一5%。
结果差异性大小与潜在震源区高震级档的年均发生率大小和超越概率水平的高低有关，一
般年均发生率越大，结果差别越大;超越概率水平越低，结果差异也越大。
GPS观测技术延伸了我们研究发震构造的能力。由于它反映了发震构造(或者说潜在
震源区)的整体变形特征，使得我们增加了一个从把握总体累积应变能的角度来评估地震带
地震活动趋势和潜在震源区参数的手段。本文以山西地震带中段为例，应用GPS观测数据，
采用均匀弹性体变形模型，计算了变形单元的主应变速率参数，引入地壳变形累积地震矩率
计算方法，建立了地震带内地震活动趋势和潜在震源区内大震复发间隔的估计方法。结果表
明，目前山西地震带中段的地震矩累积速率为4.47x 10’Nmyr.I，低于强活跃期的地震矩释
放速率，但大大高于目前的平均地震矩释放速率，所以，目前仍处于构造变形累积阶段。未
来地震活动应比目前有所增强，未来100年内地震矩的累积相当于一个7级地震.该地震活
动趋势估计结果与前人采用历史地震资料分析的结果一致。采用构造变形累积地震矩率来估
计两个潜在震源区内大震复发间隔与采用活断层方法获得的估计结果十分相近，说明对于符
合特征地震复发行为的潜在震源区采用该方法估算大震的复发间隔有其合理性。由此推论，
只要潜在震源区内形变监测点布设合理，有足够的观测时段，那么采用该方法来进行潜在震
源区内大震的发震概率估计是可行的，特
Through a brief review of the principles and methodology in determining potential earthquake source in China, as well as discussions on some related essential problems, it is concluded out that studies of the characteristics of seismogenic structure play an important role in delineation of potential earthquake source and in determination of its parameters of seismic activity. More attention should be paid to deeper and further studies on the characteristics of seismogenic structure itself and its application in the future.
Formulation of the time limit of identifying active fault and seismogenic structures must be based both on the scientific and engineering safety considerations. Since the time limit is still an unsolved issue, detailed studies on this issue was performed in this paper based on discuss on the widely tectonic events in China continent since late Quaternary. It is pointed out at the first time in this paper that the so-called "Longjie" tectonic event, which occurred in the late stage of Late Pleistocene, exist not only in southwestern China, but also in overall China continent. This tectonic deformation in overall China continent entered a new stage after this event, and the general tectonic properties and active level have changed little since then. Moreover, the occurrence time of this event remains a little different in different regions, in which the major event occurred in about 30,000 years B.P. in western, northeastern and north China, but about 45,000 to 50,000 years B.P. in southern coastal China. In s
eismic hazard assessment for general engineering sites, it is applicable to take the time limit mentioned above as the time base for identifying active faults and related seismogenic structures. However, for particularly important engineering sites, such as those of nuclear powers and large hydropowes, it is necessary to take 100,000 to 150,000 years B.P. as the time base in safety consideration.
The recurrence behavior of the large earthquakes on seismogenic structure in the intraplate of China continent is very complicated. On the base of study of quasi-periodical characteristic behavior, time predictable behavior, and cascade behavior of the earthquake recurrence along active faults, a comprehensive method is proposed to apply above recurrence models in the current seismic risk analysis framework in China. The results of this study are somewhat different from that of applying the parameters of the potential earthquake sources for newly published Seismic Motion Map of China. For example, under the consideration of quasi-periodical characteristic model, the PGA(peak ground acceleration) value with 10% probability of exceedance in 50 years of this study is about 8% to 70% in difference to that of newly published Seismic Motion Map of China. Under the consideration of low frequency factor, the PGA value is about 8% to 9% lower. Under the consideration of time predictable model, the PGA value differenc
e can vary about 20%. Under the consideration of cascade model, the distribution of PGA value changes in certain degree, and the difference of the PGA value varies largely. The amount of above varieties is closely
related with the characteristics of earthquake recurrence on active fault. Therefore, it is critical to take earthquake recurrence behavior of seismogenic fault into consideration in seismic risk analysis..
A statistical analysis was performed to study earthquake distribution along 54 active faults (segments) in China. It is found that the probability density of earthquake distribution along the seismogenic faults can be stated as
p(x) = 1.0125exp(-3.226x2)
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引文
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