中國東部中強地震潛在震源區(qū)地震復發(fā)概率分布[1]

李姜一 周本剛

?

中國東部中強地震潛在震源區(qū)地震復發(fā)概率分布[1]

李姜一 周本剛

（中國地震局地質(zhì)研究所，北京100029）

本文對中國大陸東部102個中強潛在震源區(qū)內(nèi)1500a以來5—6級地震的復發(fā)間隔進行了統(tǒng)計分析，得到了中強地震復發(fā)間隔不僅受潛源內(nèi)斷層活動性影響，還與發(fā)震構(gòu)造是否交匯及鄰區(qū)構(gòu)造活動等因素有一定關(guān)系。中強地震復發(fā)間隔大致滿足指數(shù)分布，通過給出的概率模型可以計算出研究區(qū)內(nèi)各潛在震源區(qū)未來一定時間內(nèi)的發(fā)震概率，為地震危險性分析提供一些基礎(chǔ)資料。

潛在震源區(qū) 中強地震 復發(fā)間隔 概率模型

引言

我國地震活動的空間分布具有明顯的不均一性，大致以東經(jīng)105°為界，東部地區(qū)的地震活動性總體弱于西部。許多地區(qū)，如華南塊體內(nèi)部、華北塊體南部等，地震活動以中強地震為主，相應的潛在震源區(qū)震級上限為5.5—6.5級。因此，中強地震活動性分析對我國東部的地震危險性評價具有重要意義。

地震復發(fā)間隔是獲得地震危險性分析年平均發(fā)生率的重要參數(shù)，地震復發(fā)間隔分布特征是地震活動性研究的一個重要方向。傳統(tǒng)做法是通過統(tǒng)計各潛在震源區(qū)的歷史地震資料得到相應的復發(fā)間隔。這種方法得出的地震復發(fā)間隔與潛在震源區(qū)的劃分有很大關(guān)系。中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）在第四代區(qū)劃圖潛在震源區(qū)劃分成果的基礎(chǔ)上，采用了三級劃分的方法，充分考慮了地震活動空間的非均勻性，并加強了東部地區(qū)中強地震發(fā)震構(gòu)造判識（周本剛等，2013），從而降低了潛在震源區(qū)內(nèi)地震復發(fā)間隔估計的不確定性。本文選取中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）編制過程中采用的中國東部中強地震潛在震源區(qū)，對其內(nèi)5—6級地震進行了統(tǒng)計，嘗試給出相應的地震復發(fā)概率分布，為潛在震源區(qū)地震活動性參數(shù)評估提供一些基礎(chǔ)資料。

1 資料選取

根據(jù)中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）劃分的地震區(qū)帶的活動性，本文選取中國大陸東部具有中強地震潛在震源區(qū)的地震帶進行研究，包括郯廬地震帶、華北平原地震帶、長江中游地震帶、蘇北南黃海地震帶、右江地震帶和華南沿海地震帶，大致在105°—125°E，20°—45°N范圍。如圖1所示，研究區(qū)地震活動在空間上分布不均勻，地震活動大致呈彌漫性、成叢性的特點（高孟潭等，2008），地震資料選自中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306-2015）編圖的地震目錄。

在我國根據(jù)地震發(fā)生的年代將其劃分為歷史地震（公元1900年以前）和現(xiàn)代地震。根據(jù)誤差分析理論，歷史地震的誤差為1/4震級單位；現(xiàn)代地震則為0.1震級單位。對于震中精度的不確定性，按《中國近代地震目錄》、《中國歷史強震目錄》上給出的震中精度分類：1類≤10km、2類≤25km、3類≤50km、4類≤100km、5類＞100km。本文包含102個中強地震，其中1類精度8個，2類精度37個，3類精度31個，4類精度9個，5類精度1個，沒有精度記載的地震共16個，具體見表1。

2 地震復發(fā)間隔的統(tǒng)計和分析

2.1 地震復發(fā)間隔的統(tǒng)計

很多學者對中國東部地區(qū)早期地震記錄進行過研究（楊智嫻等，1991；黃瑋瓊等，1994；盛菊琴等，2007），認為我國東部大致從1484年以來4.7級以上地震記錄完整。本文考慮到早期地震記錄的完整性，統(tǒng)計研究區(qū)102個潛在震源區(qū)內(nèi)1500a以來發(fā)生的中強地震（5≤S≤6）共計190個，刪除前余震后獲得102個中強地震、57個地震復發(fā)間隔數(shù)據(jù)（表1）。剔除余震的方法參考了前人所作的工作（Keilis-Borok等，1986；馬秀芳等，1991；盛菊琴等，2007），將2a中潛在震源區(qū)內(nèi)震級較大的地震視為主震，距主震前發(fā)震時間間隔1a之內(nèi)的地震視為前震，主震后發(fā)生2a內(nèi)的地震視為余震。

在統(tǒng)計過程中，針對個別潛在震源區(qū)的邊界與其發(fā)震構(gòu)造展布不協(xié)調(diào)的情況，對其邊界進行了適當?shù)男薷模薷暮蟮臐撛谡鹪磪^(qū)分布如圖1所示。

2.2 地震復發(fā)間隔的分析

本文共獲得了57個復發(fā)間隔數(shù)據(jù)（表1），按100a的步長進行統(tǒng)計。利用SPSS軟件對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行常見函數(shù)的擬合，結(jié)果列于表2。

表2 地震復發(fā)間隔的模型擬合優(yōu)度檢驗及參數(shù)估計表
Table 2 Model test summary and parameters estimates of recurrent intervals

表2中為復發(fā)間隔，為概率密度，是整個模型的整體檢驗，2作為決定系數(shù)其大小反映了回歸方程能夠解釋的響應變量總的變差的比例，其值越大，回歸方程的擬合程度越高。從表2可以看出，盡管平方函數(shù)擬合的2值最大，但是其標準差較大，故本文認為線性函數(shù)和指數(shù)函數(shù)的擬合效果較好。圖2為潛在震源區(qū)地震復發(fā)間隔的概率分布及兩種模型的擬合曲線。對于兩個模型的校正2值：線性模型2=0.910，指數(shù)模型2=0.918，擬合最好的是指數(shù)模型。方差分析結(jié)果：線性模型值為30.258，顯著水平0.012；指數(shù)模型值為33.687，顯著水平為0.01。通過以上數(shù)據(jù)判定最佳模型為指數(shù)模型。

對潛在震源區(qū)內(nèi)斷層活動性進行統(tǒng)計分類可知：a類潛在震源區(qū)其平均地震復發(fā)間隔為142a；b類潛在震源區(qū)其平均地震復發(fā)間隔為157a；c類潛在震源區(qū)其平均地震復發(fā)間隔為237a。由此可見，潛在震源區(qū)內(nèi)斷層活動性越強烈，其中強地震復發(fā)間隔越短。若潛在震源區(qū)內(nèi)有交匯的發(fā)震構(gòu)造，其地震復發(fā)間隔相對較小，如濰坊、昌黎、荊門等潛在震源區(qū)。而瀘西、宣威、六盤水等潛在震源區(qū)雖然只有早-中更新世活動斷層，但是受西側(cè)構(gòu)造活動區(qū)影響，中強地震復發(fā)間隔也較小。

3 概率模型及應用

3.1 概率模型

通過擬合可以得出統(tǒng)計數(shù)據(jù)服從指數(shù)分布的概率密度函數(shù)為：

()=0.619e-0.006T（1）

其中為每個潛在震源區(qū)內(nèi)的中強地震復發(fā)間隔。通過式（1）可得出相應的概率分布函數(shù)：

式（2）中為地震發(fā)生所在潛在震源區(qū)的地震復發(fā)間隔。

利用上式的概率分布函數(shù)計算地震復發(fā)的條件概率應該滿足：

3.2 應用

通過該模型可以計算出研究區(qū)內(nèi)各潛在震源區(qū)未來一定時間內(nèi)的地震危險性，如營口潛在震源區(qū)，最近1次中強地震發(fā)生在1975年，未來100a發(fā)生5—6級地震的概率為56.57%；而宜興潛在震源區(qū)于1839年發(fā)生5級地震，未來100a發(fā)生5—6級地震的概率為79.61%。

4 結(jié)論與討論

本文對中國大陸東部中強潛在震源區(qū)內(nèi)5—6級地震復發(fā)間隔進行了統(tǒng)計分析，得出中強地震復發(fā)間隔大致滿足指數(shù)分布（圖2），從圖中可以看出，本文給出的模型低估了200—400a的中強地震復發(fā)間隔，而高估了0—200a的復發(fā)周期。通過構(gòu)建研究區(qū)的概率模型（圖3），可以計算出研究區(qū)內(nèi)各潛在震源區(qū)未來一定時間內(nèi)的地震危險性。

對地震復發(fā)間隔分析可以看出，潛在震源區(qū)內(nèi)斷層活動性對中強地震復發(fā)間隔有一定影響，斷層活動性越強烈，中強地震復發(fā)間隔越短，而且復發(fā)間隔還受發(fā)震構(gòu)造是否交匯及鄰區(qū)構(gòu)造活動等因素的影響。

但是對于5—6級地震活動為主的地區(qū)，地震地質(zhì)構(gòu)造不清晰，對于潛在震源區(qū)的劃分及其內(nèi)部地震復發(fā)間隔的確定仍存在很大的不確定性（鄢家全等，1996；彭艷菊等，2011）。而且本文只對潛在震源區(qū)內(nèi)部中強地震進行統(tǒng)計，并沒有考慮各潛在震源區(qū)面積的影響。今后還需對潛在震源區(qū)面積與中強地震復發(fā)間隔的關(guān)系作進一步研究。

致謝：感謝匿名審稿人和編輯部在百忙之中為作者提供了寶貴的意見和建議，使本文得以改進和完善。

高孟潭，肖和平，燕為民等，2008．中強地震活動地區(qū)地震區(qū)劃重要性及關(guān)鍵技術(shù)進展．震災防御技術(shù)，3（1）：1—7.

黃瑋瓊，李文香，曹學鋒，1994．中國大陸地震資料完整性研究之一——以華北地區(qū)為例．地震學報，16（3）：273—280．

馬秀芳，傅麗萍，1991．爆發(fā)余震與強震關(guān)系的統(tǒng)計檢驗．地震學報，13（3）：273—280．

彭艷菊，張力方，呂悅軍，謝卓娟，2011．中強地震活動區(qū)地震年平均發(fā)生率確定方法的比較．中國地震，27（4）：376—385．

盛菊琴，馬禾青，任學梅，趙衛(wèi)明，2007．基于區(qū)域地震活動頻次對比的余震刪除方法．地震，27（1）：85—94.

鄢家全，賈素娟，1996．我國東北和華北地區(qū)中強地震潛在震源區(qū)的劃分原則與方法．中國地震，12（2）：173—194.

楊智嫻，閔子群，張四昌，1991．初論中國部分地區(qū)歷史地震記錄的完好性. 東北地震研究，7（1）：68—76.

周本剛，陳國星，高戰(zhàn)武，周慶，李姜一，2013．新地震區(qū)劃圖潛在震源區(qū)劃分的主要技術(shù)特色．震災防御技術(shù)，8（2）：113—124.

Keilis-Borok V.I. and Kossobokov V.G., 1986. Time of increased probability for the great earthquakes of the world. In: Conputational Seismology, 1(19):48-58.

Recurrence Interval Probability Distribution of Moderate-strong Earthquakes in Potential Seismic Source of East China

Li Jiangyi and Zhou Bengang

(Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China)

The statistical analysis is performed to study the recurrence interval of earthquake (5≤≤6) since 1500a, which occurred in moderate-strong potential seismic source in the east of the update of National Seismic Zoning Map of China. We found that the recurrence interval of moderate-strong earthquakes depend on not only fault activity, but also whether seismogenic structures across or structural activities nearby. In the statistical analysis, the recurrence interval of moderate-strong earthquakes is of approximately exponential distribution. We then define the probability model to calculate the probability of earthquake occurrence in potential seismic source in the future, which can provide the basic data to seismic risk analysis of the zone.

Potential seismic source; Moderate-strong earthquakes; Recurrence interval; Probability model

李姜一，周本剛，2016．中國東部中強地震潛在震源區(qū)地震復發(fā)概率分布．震災防御技術(shù)，11（1）：1—10．

doi：10.11899/zzfy20160101