漠河北潛在震源區最大潛在地震發生概率評估

康 健王 卓黃 艷劉 雙孫海峰繆祥財

1）中國哈爾濱150090黑龍江省地震局

2）中國黑龍江163002大慶市地震局

漠河北潛在震源區最大潛在地震發生概率評估

康 健1）王 卓1）黃 艷1）劉 雙1）孫海峰1）繆祥財2）

1）中國哈爾濱150090黑龍江省地震局

2）中國黑龍江163002大慶市地震局

2011年10月14日中俄邊境漠河以北發生6.6級地震，為了真實反映該地震對于周邊地區的影響，進行潛在震源區劃分，并重新統計空間分布函數，采用地震危險性概率分析方法，利用G—R關系，預測漠河北潛在震源區未來100年7.0級地震發震概率為0.073，重現周期為1316年。

大興安嶺北部；潛在震源區；G—R關系；發震概率；重現周期

0 引言

以往認為東北地震區是弱震區，然而2010年中國地震局地質研究所在通河縣南樓村得到依蘭—舒蘭斷裂活動時代的分充證據，證實該斷裂為第四紀晚期活動斷裂，且1700年前曾經發生7.5級左右地震（閔偉等，2011）。大興安嶺地區是Ⅴ度地震設防區，設防程度不高，近年來地震活動水平明顯升高，發生多次4級以上地震，2011年10月14日俄中邊境漠河以北發生6.6級地震（發生在俄羅斯境內，與中國邊境直線距離70 km，以下簡稱漠河北地震），地震烈度達Ⅵ度，漠河地區震感明顯，哈爾濱市高層建筑物也普遍有感。此2次地震事件顛覆了以往對黑龍江乃至東北地區地震活動水平的認識，有必要對東北地震區地震活動水平重新審視，此次漠河北6.6級地震勢必影響到大興安嶺地區地震危險性分析。

地震預測雖然是世界性科學難題，但并非沒有出路，特別是在中長期預測方面還是取得了有意義的進展（陳運泰，2007）。目前，預測最大潛在地震概率評估模型較多，包括泊松模型（Possion model）、經驗模型（Empirical model）、布朗過程時間模型（Brownian Passage Time model）、韋伯模型（Weibull model）及時間可預測模型（Time-Predictable model）等（盛儉，2008）。因此，原則上應采用多種模型綜合評價活動斷層的長期地震危險性。但是，中國東北部地區弱活動斷層缺乏斷層活動性研究的定量資料，布朗過程時間模型和時間可預測模型的應用受到限制。泊松模型具有時間無記憶特點，即在給定時段內地震發生概率與以往發生的地震無關，適宜評價缺乏活動斷層定量資料且假定地震為隨機發生的弱活動斷層的地震危險性。因此，在估算弱活動斷層（段）未來較長期不同時段的發震概率時，普遍采用泊松模型（Cornell，1968）。

地震后進行潛在震源區劃分，對大興安嶺北部漠河地區的地震危險性分析及抗震設防結果將產生一定影響（周本剛，1997）。本文根據新劃分的潛在震源區參數重新統計空間分布函數，分配地震年平均發生率，采用地震危險性概率分析方法，利用G—R關系（朱金芳等，2005；盛儉，2008；康健，2016），得到漠河北潛在震源區7.0級地震的重現周期與發生概率。

1 東北地震區地震活動性

漠河北地區歷史地震及現代地震記錄稀少，不能滿足統計回歸要求。因此，采用地震動參數區劃圖（GB18306—2001）的做法，將東北地震區作為整體對象，利用古登堡—李克特震級—頻度關系（以下簡稱G—R關系），研究該區地震活動性參數規律。G—R參數不僅能反映發震地區地殼應力積累水平，還包含潛在地震強度信息，能定量刻畫本地區的地震活動水平（Wiemer et al，2000）。

東北地震統計區西部為內蒙大興安嶺褶皺系，東部為吉黑褶皺系。東北地震統計區淺源地震活動較弱，以中等強度地震活動為主要特征。截至2010年12月，東北地震統計區共發生M4.7以上地震69次（淺源地震），其中6.0—6.9級地震6次，5.0—5.9級地震39次，最大地震為1119年2月前郭6?級地震和1290年10月4日寧城6?級地震。東北地震統計區地震活動總體分布較為彌散，但沿松遼盆地、大興安嶺雅魯河斷裂、依蘭—伊通斷裂帶及遼西開原—赤峰斷裂一帶地震活動較為密集（圖1）。

東北地震區記載的最早地震為419年朝陽5?級地震。1900年之前僅有7次地震記錄，地震資料缺失嚴重，自1900年以來地震記錄比較完整，地震活動較為活躍，1920年以來地震活動較平穩（圖2）。

圖1 東北地震統計區震中分布Fig.1 Epicenter distribution in Northeast China earthquake zone

圖2 東北地震統計區M—T圖及應變釋放曲線Fig.2M—Tdiagram and strain relief curve in Northeast China earthquake zone

根據潘華等（2013）的研究結果，東北地震統計區地震活動性參數為：b=1.0，v4=5.0（v為地震年發生率），據此繪制不同時段地震發生率理論計算結果圖件，與實際地震發生率（表1）進行對比（圖3），結果可以看出，理論地震發生率在小震級段和中強震級段，均不低于1920年、1970年以來的地震活動水平；在強震級段，比1900年以來的地震活動水平略保守，考慮到東北地震統計區內劃分較多7級以上潛在震源區，缺乏7級以上地震記錄，且地震記載時間短，因此，適當在強震段取略保守的結果是可以接受的。

圖3 東北地震統計區各時段實際與理論結果對比Fig.3 Comparison of actual statistics and theoretical results in different time periods in Northeast China earthquake zone

表1 東北地震統計區不同時段地震年平均發生率vTable 1 Average annual incidence rate of different time periods in Northeast China earthquake zone

2 地震發生概率統計方法

2.1 漠河北潛在震源區劃分

潛在震源區參數是統計潛源年平均發生率的必要條件，在新一代中國地震動參數區劃圖（第5代圖）的潛在震源區劃分方案中，漠河北潛在震源區并未劃分，這是因為，東北地震區統計時間截至2010年底，而漠河北6.6級地震在統計后發生。據本專題研究最新成果，漠河北潛在震源區劃分結果如下：長度79 km，寬度49 km，面積1 971 km2，采用五邊形劃分，與中國邊境最近距離18 km；潛在震源區主要方向為NNW向；震級上限為7.0級；可靠程度等級為A級（圖4）。

圖4 漠河北潛在震源區劃分結果Fig.4 The division of potential source zone of northern Mohe

2.2 地震空間分布函數

Cornell（1968）最早提出地震危險性概率分析方法的理論框架，發展至今，成為世界范圍內地震危險性分析的常用概率方法。在中國現行地震安全性評價中，結合我國地震活動時空的不均一性特點，吸收地震中長期預測的大量科研成果，對關鍵環節進行改進，形成“考慮地震時空不均一性的概率地震危險性分析方法”（簡寫為CPSHA），被廣泛采用。其突出特點為：以考慮地震統計區未來地震活動水平趨勢預測的地震活動性參數，反映地震活動的時間不均勻性；以潛在震源區劃分及地震活動性差異來反映地震活動的空間不均勻性。因此，根據地震統計區及潛在震源區的地震活動性參數，即可得到潛在震源區各震級檔的地震復發間隔（年發生率），地震帶內mj震級檔震級年平均發生率可表示為

式中，β=b×ln10,muz為震級上限，在地震帶震級—頻度關系式中，累計頻度趨于0的震級極限值，其中u是up簡寫，代表上限，z代表地震帶。Δm為震級分檔間隔，文中為0.5，mj的定義是從起算震級m0到潛在震源區震級上限mu若干檔中第j檔的中心震級。地震統計區地震活動不均勻性由潛在震源區分布及與震級有關常數、地震空間分布函數fl,mj來表征。fl,mj的物理含意是，一次震級為mj±1/2Δm的地震落在第l個潛在震源區的概率，作為震級的條件概率，反映地震帶內地震強度空間分布的非均勻性（胡聿賢，1999；盧壽德，2006）。對指定震級檔的fl,mj，在地震帶內歸一化，fl,mj采用統計方法綜合確定，即

式中NS為潛在震源區總數。

基于該原理，根據“新一代中國地震動參數區劃圖地震活動性參數確定工作報告”（潘華等，2013)，統計了東北地震區各潛源面積，結合新增的漠河北潛在震源區參數。東北地震區總面積不變，但7.0級以下各個震級檔潛在震源區面積增加1 971 km2，按此面積重新分配地震區各震級檔的空間分布函數，結果顯示，震級檔越低空間分布函數越小，詳見表2。

表2 漠河北潛在震源區空間分布函數Table 2 Spatial distribution function of potential source zone of northern Mohe

3 最大潛在地震發震概率評估

3.1 潛在震源區年平均發生率及復發間隔

CPSHA方法在地震活動性模型構建時，采用地震統計區和潛在震源區組合來共同表征在未來可能發生地震的地區。區域未來地震活動被劃分到各個地震統計區中，在統計區內又繼續劃分到各個潛在震源區內。地震統計區主要反映地震活動的總體特征；潛在震源區主要反映地震活動在空間上的差異分布。CPSHA 方法使得概率地震危險性分析方法能夠更好地，同時也更加靈活地刻畫和表征地震活動的空間不均勻性（冉洪流，2006）。

以4級以上地震年平均發生率為例，也就是說地震區（帶）內所有潛在震源區年平均發生率的總和就是這個地震區（帶）本身的年平均發生率v4，而每個潛在震源區的空間分布函數就是劃分地震區（帶）年平均發生率的依據。漠河北潛在震源區年平均發生率v漠河北需要上一級的東北地震區的年平均發生率v通過各震級檔空間分布函數分配得到。本文由表2可知，漠河北潛在震源區M6.5—6.9震級檔的空間分布函數f漠河北，M6.5—6.9=0.0702。由上述給出的震級概率密度分布函數關系式（1）、東北地震統計區的b值（b=1.0）及M4.0以上地震年平均發生率（v4=5.0），可得出：東北地震區M6.5以上地震的年平均發生率v6.5=0.0158；M7.0以上地震的年平均發生率v7.0=0.005。因此，可以得到東北地震區M6.5—6.9震級檔的年平均發生率為v6.5—6.9=0.0108（v6.5-v7.0）。利用表2空間分布函數結果，可得

其中，vm是漠河北潛在震源區M6.5—7.0震級檔年平均發生率；vz是東北地震區M6.5—7.0震級檔年平均發生率；fm為漠河北潛在震源區M6.5—6.9震級檔的空間分布函數。最終得到漠河北潛在震源區M6.5—6.9震級檔年平均發生率v漠河北，M6.5—6.9=0.00076。即漠河北潛在震源區7.0級地震的年平均發生率為0.000 76，由公式（4）可知漠河北潛在震源區7.0級地震的復發間隔是1 316年。

其中，R為復發間隔，v為年平均發生率。

3.2 最大潛在地震發震概率

假設地震符合泊松分布，這里給出的概率值為條件概率，條件概率的定義為

由漠河北潛在震源區最大潛在地震年平均發生率v漠河北，M6.5—6.9=0.00076及公式（6），得到最大潛在地震（MS7.0）的發震概率：50年為0.037；100年為0.073；200年為0.141。采用泊松模型方法計算，見表3。

表3 漠河北潛在震源區地震危險性評價結果Table 3 Seismic risk assessment results of potential source zone of northern Mohe

4 結束語

經過分析，漠河北潛在震源區MS7.0地震復發間隔1 316年，100年發生7.0級地震概率為0.073，距中國邊境最近僅18 km，影響較大，對該潛在震源區進行地震危險性評價，不僅能提高民眾地震意識，對于大興安嶺地區的抗震設防結果也將產生較大的影響。該評價結果不僅反映了東北北部尤其是大興安嶺北部地區的地震活動情況，而且體現了該地區的地震危險性，對漠河地區的抗震設防將起到積極作用。

陳運泰.地震預測——進展、困難與前景[J].地震地磁觀測與研究，2007，28（2）：1-24.

胡聿賢.地震安全性評價技術教程[M].北京：地震出版社，1999.

康健，韋慶海，張立忱，等.大慶斷褶帶最大潛在地震發生概率評估[J].震災防御技術，2016，11（3）：573-581.

盧壽德.工程場地地震安全性評價GB 17741—2005[S].北京：中國標準出版社，2006.

閔偉，焦德成，周本剛，等.依蘭—伊通斷裂全新世活動的新發現及其意義[J].地震地質，2011，（1）：141-150.

潘華，高孟潭，謝富仁.新版地震區劃圖地震活動性模型與參數確定[J].震災防御技術，2013，8（1）：11-23.

冉洪流.時間相依模型與泊松模型計算結果的對比分析——以道孚及爐霍潛源為例[J].震災防御技術，2006，1（3）：245-250.

盛儉.長春市近斷層地震動場預測 [D].吉林大學，2008：95-102.

周本剛.劃分潛在震源區的地震地質規則研究[J].中國地震，1997，13（3）：241-252.

朱金芳，黃宗林，徐錫偉，等.福州市活斷層探測與地震危險性評價[J].中國地震，2005，21（1）：2-15.

Cornell C A.Engineering seismic risk analysis[J].Bulletin of the Seismological Society of America, 1968, 58: 1 583-1 606.

Wiemer S,Wyss M.Minimum Magnitude of Completeness in Earthquake Catalogs: Examples from Alaska, the Western United States andJapan[J].Bullet of the Seismological Society of America, 2000, 90（4）：859-869.

Assessment of the causative probability of the largest potential earthquake in Mohe north potential source zone

Kang Jian1），Wang Zhuo1），Huang Yan1），Liu Shuang1），Sun Haifeng1）and Miu Xiangcai2）
1)Earthquake Administration of Heilongjiang Province,Harbin150090,China
2)Earthquake Administration of Daqing City,Heilongjiang Province163002 ,China

AnMS6.6 magnitude earthquake occurred in the north of Mohe County, border between China and Russia, on October 14, 2011.To disclose the impact of this earthquake on the surrounding region, the potential seismic source zone was redevised and its spatial distribution function was recounted.A new predicted result was given by using the seismic risk probability analysis method and the G—R relationship.The new result shows that, in the next 100 years, the earthquake occurrence probability ofMS7.0, in the north of Mohe County, is 0.073 and the recurrence period is 1 316.

northern Da Hinggan Mountains，potential source zone，G—R relationship，causative probability，recurrence period

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.006

康健（1980—），男，遼寧丹東人，碩士，工程師，主要從事地震工程研究工作

黑龍江省地震局一般性科研課題項目（編號：201401）；中國地震局地震行業科研專項（編號：1521044025）

本文收到日期：2015-11-25