基于歷史地震烈度資料的地震危險性評估方法研究

劉靜偉

（中國地震局地質研究所，北京 100029）

我國社會的發展需求和近年來地震的震害特征表明，有必要對地震危險性評估方法和關鍵技術做深入的探索和分析，從而更加合理科學地評估地震危險性。文中剖析了國際上常用的幾種地震危險性分析方法及其應用，比較了中國和美國現行區劃圖中采用的方法及關鍵技術，分析討論了日本區劃圖采用的評估方法，說明了各種方法的先進性、優點和存在的不足。

本文嘗試利用歷史地震烈度資料進行地震危險性的評估（簡稱烈度方法）。該方法類似于地震危險性分析的經驗方法，關鍵在于建立地震烈度和平均重復周期的關系曲線，并將其應用于地震危險性的評估。

烈度方法的具體內容和步驟包括：①檢驗地震資料的完整性，選取合適的余震刪除模型去除余震，分析不同來源地震資料的精度和大震復發間隔，確定較完整且精度高的歷史地震烈度資料；②基于GIS技術，建立烈度資料數據庫；③ 分析研究區地震活動的時空分布特征，結合等震線特點、地質地理、人口等自然和社會因素劃分統計單元；④ 建立頻率－烈度關系曲線，確定地震危險性特征，即每個統計單元不同烈度的平均重復周期；⑤ 選擇合適的統計模型，評估未來一段時間的地震危險性。

選擇了華北地區作為本文的研究區。考慮地震資料的完整性、大震復發間隔的復合以及余震的刪除等步驟，建立了用于地震危險性評估的烈度資料數據庫，包括1484—2009年M地震和有史以來所有MS≥7地震的烈度資料。并分析了研究區地震活動的時空分布特征。

針對資料較少的單元，本文采取兩種方案進行頻率－烈度關系曲線參數的調整：一種是同一地震帶內使用統一的烈度衰減斜率；另一種是根據“就近原則”，采用距離最近的單元的烈度衰減斜率。通過頻率－烈度關系曲線的擬合情況和所得地震危險性評估結果的比較分析，認為同一地震帶內使用統一的烈度衰減斜率這一方法更加合理可靠。基于這種方案，得到了研究區的地震危險性評估結果。

另外，文中還檢驗了不同時段烈度資料對地震危險性評估結果的影響。通過對研究區地震活動趨勢的分析，選擇了上一活躍期（1484—1730年）的地震烈度資料，來評估華北地區的地震危險性。通過對研究區所跨越地震區帶的未來百年地震活動趨勢分析，以及兩個時段烈度資料的完整性、評估結果的可靠性、對未來地震活動水平的代表性等因素的對比分析，認為基于1484—2009年（包含了有史以來所有MS7以上大震）的烈度資料評估地震危險性更加合理可行。

最終得到了華北地區地震危險性的定量評估結果。研究區主要城市的烈度I≥Ⅷ的平均重復周期為：北京437年，天津416年，太原507年，西安350年，濟南756年，南京2 547年。這些城市的地震危險性，即在一般工程使用期50年內超越烈度I＝Ⅷ的概率為：北京11%，天津11%，太原9%，西安13%，濟南4%，南京2%。

結合華北地區的評估結果，檢驗了利用烈度資料評估地震危險性中的重要環節，得出如下結論：① 歷史大震對可靠單元的評估結果影響不大；② 利用烈度方法評估的活動斷裂區的地震危險性比其他地區高，這符合地質構造與地震活動性水平的相關關系；③烈度方法對地震記錄較完整地區的地震危險性評估結果是合理的。此外，根據一般工程通用的風險水準，估算了50年超越概率10%所對應的烈度分布，并根據烈度I與地震動峰值加速度PGA的對應關系，得到了相同水準下PGA的分布，且結果的總體趨勢與我國現行區劃圖相似，只是在華北平原和鄂爾多斯地塊內部，高值范圍有所擴大。

本文的評估結果以概率的形式表示，明確表達了在一段時間內，某地遭受超過某一給定水平的地震動至少發生一次的概率，具有現實指導意義。而且烈度資料綜合地反映了多種因素的影響，其使用在一定程度上可以更好地反映某一場點或地區的地震危險性。烈度方法可以作為地震危險性評估的一種選擇，尤其在歷史資料記載豐富的地區，具有較高的適用性，也可以為工程抗震設計提供參考。

地震危險性；地震烈度；頻率－烈度關系曲線；泊松分布；超越概率；地震動參數