設(shè)定地震確定方法研究

吳 健

設(shè)定地震確定方法研究

吳 健

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

概率地震危險(xiǎn)性分析方法目前廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地震動參數(shù)確定工作中，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠全面地表現(xiàn)場點(diǎn)周邊所有可能的地震對于場點(diǎn)的地震動影響。但同時(shí)也帶來一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即地震概念的缺失，簡單說就是沒有一個(gè)地震能夠產(chǎn)生概率地震危險(xiǎn)性分析方法得到的反應(yīng)譜。這導(dǎo)致一些需要考慮與地震相關(guān)地震動特性的工作難以開展。因此，需要在概率地震危險(xiǎn)性分析方法的理論框架下和具體的地震構(gòu)造環(huán)境中，識別出能夠體現(xiàn)區(qū)域地震構(gòu)造特點(diǎn)并具有構(gòu)造含義的設(shè)定地震，來確定與地震相關(guān)的一系列地震動參數(shù)，用于后續(xù)的定性或定量的分析工作。

本文的目的是在我國的地震危險(xiǎn)性分析方法的理論框架下，系統(tǒng)分析概率地震危險(xiǎn)性分析方法和工程結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)分析原理，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于設(shè)定地震確定方法的已有研究成果，建立適合我國方法體系和工程應(yīng)用目的的基于概率地震危險(xiǎn)性分析方法的設(shè)定地震參數(shù)的確定原則和計(jì)算方法，使得到的設(shè)定地震參數(shù)能夠用于工程結(jié)構(gòu)等對象的最不利地震反應(yīng)分析，并分析地震活動性參數(shù)和地震動離散等因素對設(shè)定地震參數(shù)的不確定性影響。在此基礎(chǔ)上，研究分析與我國新一代地震動參數(shù)區(qū)劃圖相匹配的設(shè)定地震參數(shù)分布特征，服務(wù)于工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防與地震反應(yīng)分析、地震災(zāi)害損失預(yù)測、工程場地地基失效評價(jià)、地震地質(zhì)災(zāi)害評價(jià)與防治、地震預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)等工作。

為達(dá)到上述目的，本文系統(tǒng)分析了我國現(xiàn)有概率地震危險(xiǎn)性分析方法理論體系、地震構(gòu)造模型構(gòu)建方法及地震動參數(shù)計(jì)算方法，以及工程結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析原理及常見工程結(jié)構(gòu)的彈性及彈塑性動力反應(yīng)特征，提出基于我國的概率地震危險(xiǎn)性分析方法的設(shè)定地震參數(shù)確定一般性原則，并提出了適用于設(shè)定地震參數(shù)確定和今后復(fù)雜地震構(gòu)造模型及衰減關(guān)系模型的完整的地震活動性空間離散－衰減關(guān)系逐點(diǎn)校正算法。為考慮地震動參數(shù)的不確定性對于設(shè)定地震參數(shù)確定的影響，本文從理論分析、案例分析和地震動離散分析3個(gè)方面開展工作，提出了概率地震危險(xiǎn)性分析算法中對衰減關(guān)系不確定校正的原則和方法。為考慮地震活動性參數(shù)的不確定性對于設(shè)定地震參數(shù)確定的影響，本文計(jì)算分析了4代圖5套潛在震源區(qū)方案在華北地震區(qū)接近1.6萬個(gè)場點(diǎn)上4個(gè)超越概率水平下4個(gè)反應(yīng)譜值的總體設(shè)定地震參數(shù)，并進(jìn)行了不確定性分析，同時(shí)驗(yàn)證了提出的設(shè)定地震確定原則與計(jì)算方法的合理性。在此基礎(chǔ)上，基于5代圖潛在震源區(qū)劃分方案、地震活動性參數(shù)方案和衰減關(guān)系模型，計(jì)算了全國大陸地區(qū)接近11萬個(gè)場點(diǎn)上4個(gè)超越概率水平下4個(gè)反應(yīng)譜值的總體設(shè)定地震和基于構(gòu)造設(shè)定地震參數(shù)，并對這些設(shè)定地震參數(shù)的分布特征和影響因素進(jìn)行了分析。基于全新數(shù)據(jù)得到的全國范圍內(nèi)的設(shè)定地震參數(shù)與新一代全國地震動參數(shù)區(qū)劃圖計(jì)算方案完全匹配，能夠滿足今后10年內(nèi)的防震減災(zāi)相關(guān)工作的需求。

在上述工作的基礎(chǔ)上，本文在以下4個(gè)主要方面獲得了新的成果和認(rèn)識：

（1）首次提出了在我國概率地震危險(xiǎn)性分析理論框架下，考慮地震動參數(shù)不確定性、工程結(jié)構(gòu)彈性及彈塑性動力反應(yīng)特性、工程結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析目的要求的設(shè)定地震確定原則和計(jì)算方法。根據(jù)該原則，設(shè)定地震分為總體設(shè)定地震和基于構(gòu)造的設(shè)定地震兩種，總體設(shè)定地震用于描述整個(gè)地震環(huán)境對場址的地震危險(xiǎn)性影響特征，基于構(gòu)造的設(shè)定地震描述特定地震構(gòu)造對場址的地震危險(xiǎn)性影響特征。

（2）首次同時(shí)在理論分析、案例分析和地震動離散分析3個(gè)方面系統(tǒng)分析了概率地震危險(xiǎn)性分析方法中衰減關(guān)系不確定性校正范圍對地震危險(xiǎn)性評價(jià)結(jié)果的影響特征，并明確建議計(jì)算較低超越概率（年超越概率≤10－4）地震動參數(shù)時(shí)，地震動不確定性校正范圍應(yīng)≥4倍標(biāo)準(zhǔn)差。

（3）在全面分析概率地震危險(xiǎn)性分析原理的基礎(chǔ)上，首次完整系統(tǒng)地提出了地震活動性空間離散－衰減關(guān)系不確定性逐點(diǎn)校正的概率地震危險(xiǎn)性分析算法，并通過與經(jīng)典的CPSHA90算法的比較分析，認(rèn)為新算法能夠滿足設(shè)定地震參數(shù)確定和今后采用復(fù)雜地震構(gòu)造模型及衰減關(guān)系模型進(jìn)行概率地震危險(xiǎn)性分析時(shí)的需要。

（4）首次給出了我國大陸地區(qū)4個(gè)主要反應(yīng)譜值在4個(gè)不同超越概率水平下的設(shè)定地震參數(shù)分布圖，并分析了分布特征及主要影響因素。該項(xiàng)工作完全基于全新的地震活動性模型和地震動衰減關(guān)系模型，與新一代全國地震動參數(shù)區(qū)劃圖所依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參數(shù)模型完全一致，能夠滿足今后10年時(shí)間內(nèi)一般建設(shè)工程和重大建設(shè)工程及各類規(guī)劃對于設(shè)定地震參數(shù)的一般性需求。

設(shè)定地震；概率地震危險(xiǎn)性分析方法；不確定性；工程結(jié)構(gòu)動力特性；地震動離散特征

（作者電子信箱，吳健：wujian＠cea－igp.ac.cn）

P315.9；

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10.3969／j.issn.0235－4975.2014.02.010