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摘 要 ：以中国东部近海海域（25～41°N,117～126°E）为研究区域,基于区域地震构造背景和地震活跃水平等资料划分地震构造单元,依次采用基于地震目录的圆形高斯光滑模型和断层导向性的椭圆光滑模型的地震活动参数评价方法,计算各网格点的地震发生率.并利用网格源的地震危险性概率评价方法,由不同输入地震目录得到该区域50年超越概率10%的加速度峰值区划结果.

关 键 词 ：东部近海海域；地震构造单元；空间光滑；地震危险性评价

中图分类号：P3159文献标识码：A文章编号：1000-0666（2013）03-0342-10

0引言

目前我国地震区划的技术方法是划分潜在震源区的地震危险性概率分析方法（高孟潭,卢寿德,2006）.该方法最关键的技术环节是根据地震地质构造和历史地震活动性,划分潜在震源区和确定地震活动性参数,要求研究区域内地震地质构造清晰（胡聿贤,1999）.但对于地震构造研究还不够深入或地震活动具有弥漫性的地区,采用该方法评价地震危险性势必会带来较大的不确定性.

1995年,由于当时对美国中东部地震潜源了解很有限,Frankel（1995）以地震目录作为唯一输入数据,先将研究区域网格化,在每个网格内统计地震活动率,再将累计地震活动率用圆形高斯光滑函数处理,最后以点源模型评价地震危险性.如此处理将潜源简化为小方格单元简单易行,因此在世界各国地震危险性分析中得到了广泛应用（Lapajne et al,2003；Pelaez Montilla et al,2002；杨勇等,2008）.圆形空间光滑模型符合普遍认同的原地复发原理,即未来中强震发生在历史地震附近.它的优点是在保持地震数目不变的情况下,以相关距离抵消了地震地位误差,又充分体现了地震活动的空间非均一性.但是在地震活动模型中仅体现原地复发原理还不够,因为未来地震活动的空间分布往往与构造断裂有一定的空间相关性,这就需要在建立地震空间光滑模型时需要考虑到相关地震构造因素.于是Lapajne等（2003）对该方法进行了改进,采用断层导向性的椭圆光滑方法,使评价地震活动性参数更加合理.

我国拥有广阔的大陆架,含有较为丰富的油气资源.自20世纪80年代以来,我国海洋石油探测和开发速度加快,在渤海、黄海、东海和南海等海域已建成100余座海上石油平台,今后5年还将建设100余座海上石油平台,海洋石油已成为我国重要的原油生产基地（刘光鼎,2007）.除了海上石油平台和海底输油（气）管道工程外,在海域及滨海地区其他建设工程的种类和数量也越来越多,如海底通讯设施、跨海大桥、人工岛、港口码头、核电站等.我国海域历史上曾发生过7级或7级以上的地震,近期的中强地震活动也较频繁（汪素云等,1990；彭艳菊等,2008）.因此,海域的一些重大工程同样面临遭受较大的地震风险.

中国地震局先后编制了满足一般建设工程抗震设防要求的《中国地震烈度区划图（1990）》、《中国地震动参数区划图（2001）》.同时对各种大型建设工程,如高层建筑、大桥、大坝、核电厂及新的开发区等,已发展了不同类别的工程场地设计地震动参数的确定方法,并形成相关的技术规范和法规.但由于对海域地区地震构造信息掌握有限等客观原因的制约,海域内的地震区划研究尚属空白.因此,在目前掌握的有限资料情况下,如何进行有效的海域地震动区划研究,在海洋工程的建设中显得非常急迫.

1地震研究136卷第3期张力方等：空间光滑活动模型在东部海域地震危险性评价中的应用本文以我国东海海域为研究对象,建立地震构造单元,依次采用基于地震目录的圆形光滑和断层导向性的椭圆光滑的地震活动模型,计算各网格点的地震发生率.选取合适的地震动衰减关系,利用网格源的地震危险性概率评价方法,尝试给出该地区地震区划结果,探索适合于海域地区的地震危险性性评估和震动区划研究工作方法.

1总体评价方法介绍

首先根据区域地震构造背景和地震活跃水平等信息划分地震构造单元,确定各地震构造单元内的地震活动性参数,如主要断层性质、断层方位角及其权重、b值、震级上下限等.接着进行二阶的高斯空间光滑处理,采用基于地震目录的圆形高斯光滑过程,对网格内直接统计得到的地震发生率进行处理.再以建立的地震构造单元为基础,利用该区内主导断裂的性质、断层方位角及震级—破裂长度关系等建立断层导向性的椭圆光滑模型,进行二次光滑处理,得到网格点的地震年平均发生率.最后采用适当的地震动衰减关系,计算该区域地震危险性结果（PGA）.

2空间光滑方法121圆形空间光滑Frankel（1995）,王健（2001）,张力方等（2007）研究认为未来地震多发生在已发生地震的周围,笔者根据此规律建立高斯圆形模型.Gauss函数在一定程度上反映地震的空间不均匀性,又比较符合地震发生的随机性和震中定位误差的不确定性,一般取震中定位误差e作为圆形高斯光滑半径r.首先对研究区进行网格划分,在每个网格内统计地震个数,采用Gauss空间光滑函数对每个格点的地震年发生率nj（m0）在空间上进行光滑处理,光滑增量值标记为（Frankel,1995）n～i（m0）等于∑1jnj（m0）eΔ2ij/c21∑1jeΔ2ij/c2（1）其中,Δij为第i个网格中点至第j个网格中点的距离,c为相关距离,一般取第i个网格周围3c距离内网格的数据来计算n～i（m0）,nj（m0）是直接从地震目录统计得到网格内的地震数目.

目前我国地震资料的记录精度还不高,历史文献记录的地震资料、现代仪器记录的地震事件都存在不同的定位误差.采用高斯空间光滑函数对每个网格内的地震数目在空间上进行光滑处理,可以有效抵消这种误差.其中相关距离取决于所采用地震目录的震中定位误差,本文取r等于3c≈e,e为地震目录最大定位误差.

根据光滑模型的基本假设（Frankel,1995）,经过光滑处理的地震活动率基本反映了未来中强地震（M≥50）活动的格局.据我国实际情况,胥广银和金严（1998）认为采用30级以上地震也基本反映这一特征,且本研究区域未来百年主要受50～60级地震的影响（彭艳菊等,2008）,所以利用现代中小震地震评价地震危险性是很有意义的. 22断层导向性的椭圆空间光滑

根据Lapajne等（2003）,王健（2001）,张力方等（2007）研究,小震活动密集区和中强震原地复发都受到其相关断裂的影响,即便是弥散性地震活动也与地震构造具有一定的关联性,地震往往优势分布于断层展布方向.虽然目前尚无法准确掌握两者的对应关系,但我们可以用一种简化模型——椭圆光滑模型,近似反应这种特征.利用回归分析得到的震级与破裂尺度之间的经验关系,统计得到地震构造单元内影响地震活动的主要断层类型及其走向等参数,确立椭圆光滑模型的相关参数.在对地震发生率的圆形光滑处理基础上,采用椭圆空间光滑函数对各网格点的地震年发生率nj（m0）进行二次光滑处理,光滑增量值标记为n～i（m0）（Lapajne et al,2003）,可表示为n～i（m0）等于∑1jnj（m0）e-1/2δ→TijVTRVδ→ij1∑1je-1/2δ→TijVTRVδ→ij（2）该函数在一定程度上考虑了地震构造对发震的影响,又较符合地震发生的随机性.其中,R等于11σ210

0111τ2,V等于cosα1-sinα

sinα1cosα,δ→ij为第i个网格到第j个网格的距离,T为转置运算符,σ为椭圆长半轴,τ为短半轴,相当于圆形光滑模型的相关距离c,椭圆的长轴方向σ为相关距离,短轴方向τ为相关距离,并且定义断层与正东方向的逆时针夹角为断层的方位角α.

根据地震构造量化模型和华北地区震级—破裂长度关系lg（L）等于a+bmu（Wells,Coppersmith,1994）,可以得到椭圆模型的长半轴σ和短半轴τ与破裂长度成比例关系：σ等于kL（k≥1）,τ等于ωL（ω<1）.这一方法明确了光滑中相关距离、平滑半径选取的物理意义,并将断层因素引进光滑函数中,使光滑后的地震空间分布更趋合理,物理意义也更加明确.根据每个网格节点所处的地震构造区,选取相应的构造模型参数（主要断层类型、断层权重、断层走向α、椭圆σ、τ等几何参数）,依据式（2）在圆形空间光滑处理的基础上,进一步对各震级档的年发生率进行处理,最后得到起算震级的年发生率.

利用相对完整的输入地震目录,在网格内统计大于起始震级m0的地震个数nj（m0）,并采用该网格所处的构造单元的椭圆光滑模型对其进行空间光滑处理得到n～i（m0）,进而可以由其统计时段得到大于起始震级m0地震发生率v～i（m0）.由于在地震危险性计算中一般只考虑M≥4地震的影响,故将由不同时段、不同起始震级m0的输入目录光滑后得到的发生率v～i（m0）标准化v～4为结果,再根据双截断GR震级分布关系得到各震级档的发生率.

23震级分布关系

在本文的网格源地震危险性概率评价方法中,两个基本假设为地震事件服从泊松分布和震级指数分布,即地震事件在空间和时间上随机独立发生,我们对所涉及的地震目录删除前、余震,再进行统计分析得到地震活动性参数（b,v等）,其中地震频度（或发生率）是概率方法重要数据.最常用的关系是GR复发公式,是地震频度的对数与震级规模的线性关系.通常所说的单截断的GR关系,即限定震级下限为m0,则大于m0的复发关系为n（m）等于n（m0）·10-b（m-m0）,m>m0,（3）由Co