基于历史地震烈度资料的地震危险性评估方法研究

刘静伟

（中国地震局地质研究所，北京 100029）

我国社会的发展需求和近年来地震的震害特征表明，有必要对地震危险性评估方法和关键技术做深入的探索和分析，从而更加合理科学地评估地震危险性。文中剖析了国际上常用的几种地震危险性分析方法及其应用，比较了中国和美国现行区划图中采用的方法及关键技术，分析讨论了日本区划图采用的评估方法，说明了各种方法的先进性、优点和存在的不足。

本文尝试利用历史地震烈度资料进行地震危险性的评估（简称烈度方法）。该方法类似于地震危险性分析的经验方法，关键在于建立地震烈度和平均重复周期的关系曲线，并将其应用于地震危险性的评估。

烈度方法的具体内容和步骤包括：①检验地震资料的完整性，选取合适的余震删除模型去除余震，分析不同来源地震资料的精度和大震复发间隔，确定较完整且精度高的历史地震烈度资料；②基于GIS技术，建立烈度资料数据库；③ 分析研究区地震活动的时空分布特征，结合等震线特点、地质地理、人口等自然和社会因素划分统计单元；④ 建立频率－烈度关系曲线，确定地震危险性特征，即每个统计单元不同烈度的平均重复周期；⑤ 选择合适的统计模型，评估未来一段时间的地震危险性。

选择了华北地区作为本文的研究区。考虑地震资料的完整性、大震复发间隔的复合以及余震的删除等步骤，建立了用于地震危险性评估的烈度资料数据库，包括1484—2009年M地震和有史以来所有MS≥7地震的烈度资料。并分析了研究区地震活动的时空分布特征。

针对资料较少的单元，本文采取两种方案进行频率－烈度关系曲线参数的调整：一种是同一地震带内使用统一的烈度衰减斜率；另一种是根据“就近原则”，采用距离最近的单元的烈度衰减斜率。通过频率－烈度关系曲线的拟合情况和所得地震危险性评估结果的比较分析，认为同一地震带内使用统一的烈度衰减斜率这一方法更加合理可靠。基于这种方案，得到了研究区的地震危险性评估结果。

另外，文中还检验了不同时段烈度资料对地震危险性评估结果的影响。通过对研究区地震活动趋势的分析，选择了上一活跃期（1484—1730年）的地震烈度资料，来评估华北地区的地震危险性。通过对研究区所跨越地震区带的未来百年地震活动趋势分析，以及两个时段烈度资料的完整性、评估结果的可靠性、对未来地震活动水平的代表性等因素的对比分析，认为基于1484—2009年（包含了有史以来所有MS7以上大震）的烈度资料评估地震危险性更加合理可行。

最终得到了华北地区地震危险性的定量评估结果。研究区主要城市的烈度I≥Ⅷ的平均重复周期为：北京437年，天津416年，太原507年，西安350年，济南756年，南京2 547年。这些城市的地震危险性，即在一般工程使用期50年内超越烈度I＝Ⅷ的概率为：北京11%，天津11%，太原9%，西安13%，济南4%，南京2%。

结合华北地区的评估结果，检验了利用烈度资料评估地震危险性中的重要环节，得出如下结论：① 历史大震对可靠单元的评估结果影响不大；② 利用烈度方法评估的活动断裂区的地震危险性比其他地区高，这符合地质构造与地震活动性水平的相关关系；③烈度方法对地震记录较完整地区的地震危险性评估结果是合理的。此外，根据一般工程通用的风险水准，估算了50年超越概率10%所对应的烈度分布，并根据烈度I与地震动峰值加速度PGA的对应关系，得到了相同水准下PGA的分布，且结果的总体趋势与我国现行区划图相似，只是在华北平原和鄂尔多斯地块内部，高值范围有所扩大。

本文的评估结果以概率的形式表示，明确表达了在一段时间内，某地遭受超过某一给定水平的地震动至少发生一次的概率，具有现实指导意义。而且烈度资料综合地反映了多种因素的影响，其使用在一定程度上可以更好地反映某一场点或地区的地震危险性。烈度方法可以作为地震危险性评估的一种选择，尤其在历史资料记载丰富的地区，具有较高的适用性，也可以为工程抗震设计提供参考。

地震危险性；地震烈度；频率－烈度关系曲线；泊松分布；超越概率；地震动参数