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《中国地震局地质研究所》 2011年 博士论文
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基于历史地震烈度资料的地震危险性评估方法研究

刘静伟  
【摘要】:我国社会的发展需求和近年来地震的震害特征表明,有必要对地震危险性评估方法和关键技术做深入的探索和分析,从而更加合理科学的评估地震危险性。文中剖析了国际上常用的几种地震危险性分析方法及其应用,比较了中国和美国现行区划图中采用的方法及关键技术,分析讨论了日本区划图采用的评估方法,说明了各种方法的先进性、优点和存在的不足。 本文尝试利用历史地震烈度资料进行地震危险性的评估(简称烈度方法)。该方法类似于地震危险性分析的经验方法,关键在于建立地震烈度和平均重复周期的关系曲线,并将其应用于地震危险性的评估。 烈度方法的具体内容和步骤包括:①检验地震资料的完整性,选取合适的余震删除模型去除余震,分析不同来源地震资料的精度和大震复发间隔,确定较完整的且高精度的历史地震烈度资料;②基于GIS技术,建立烈度资料数据库;③分析研究区地震活动的时空分布特征,结合等震线特点、地质地理、人口等自然和社会因素划分统计单元;④建立频率-烈度关系曲线,确定地震危险性特征,即每个统计单元不同烈度的平均重复周期;⑤选择合适的统计模型,评估未来一段时间的地震危险性。 选择了华北地区作为本文的研究区。考虑地震资料的完整性、大震复发间隔的复合以及余震的删除等步骤,建立了用于地震危险性评估的烈度资料数据库,包括1484~2009年Ms≥4(3/4)级地震和有史以来所有Ms≥7级地震的烈度资料。并分析了研究区地震活动的时空分布特征。 针对资料较少的单元,本文采取两种方案进行频率-烈度关系曲线参数的调整:其一是同一地震带内使用统一的烈度衰减斜率;另一种是根据“就近原则”,采用距离最近的单元的烈度衰减斜率。通过频率-烈度关系曲线的拟合情况和所得地震危险性评估结果的比较分析,认为同一地震带内使用统一的烈度衰减斜率这一方法更加合理可靠。基于这种方案,得到了研究区的地震危险性评估结果。 另外,文中还检验了不同时段烈度资料对地震危险性评估结果的影响。通过对研究区地震活动趋势的分析,选择了上一活跃期(1484~1730年)的地震烈度资料,来评估华北地区的地震危险性。通过对研究区所跨越地震区带的未来百年地震活动趋势分析,以及两个时段烈度资料的完整性、评估结果的可靠性、对未来地震活动水平的代表性等因素的对比分析,认为基于1484~2009年(包含了有史以来所有Ms7级以上大震)的烈度资料评估地震危险性更加合理可行。 最终得到了华北地区地震危险性的定量评估结果。研究区主要城市的烈度I≥Ⅷ的平均重复周期为:北京437年,天津416年,太原507年,西安350年,济南756年,南京2547年;这些城市的地震危险性,即在一般工程使用期50年内超越烈度I =Ⅷ的概率为:北京11%,天津11%,太原9%,西安13%,济南4%,南京2%。 结合华北地区的评估结果,检验了利用烈度资料评估地震危险性中的重要环节,得出如下结论:①历史大震对可靠单元的评估结果影响不大;②利用烈度方法评估的活动断裂区的地震危险性比其他地区高,这符合地质构造与地震活动性水平的相关关系。③烈度方法对地震记录较完整地区的地震危险性评估结果是合理的。此外,根据一般工程通用的风险水准,估算了50年超越概率10%所对应的烈度分布,并根据烈度I与地震动峰值加速度PGA的对应关系,得到了相同水准下PGA的分布,且结果的总体趋势与我国现行区划图相似,只是在华北平原和鄂尔多斯地块内部,高值范围有所扩大。 本文的评估结果以概率的形势表示,明确表达了在一段时间内,某地遭受超过某一给定水平的地震动至少发生一次的概率,具有现实指导意义。而且烈度资料综合的反映了多种因素的影响,其使用在一定程度上可以更好的反映某一场点或地区的地震危险性。烈度方法可以作为地震危险性评估的一种选择,尤其在历史资料记载丰富的地区,具有较高的适用性,也可以为工程抗震设计提供参考。


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