第２６卷第１期 防灾减灾学报 ＶｏｌＩ２６ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．，２０１０ ２０１０年３月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＤＩＳＡＳＴＥＲ ＰＲＥＶＥＮＴＩＯＮ ＡＮＤ ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ 地震活动性参数对地震动的影响 黄 河 （辽宁省地震局，辽宁沈阳 ｌ１００３４） 摘要：本文通过对目前我国地震危险性分析中的地震活动性参数不确定性的分析，揭示地震活动性参数不 确定的的影响因素，研究了地震活动性参数不确定性对地震动分析结果的影响程度，为工程场地地震危险 性分析结果的综合选取提供借鉴。 关键词：地震活动性参数；不确定性；地震动 中图分类号：Ｐ３１５．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—８５６５（２０１０）０１—２６—０５ ｂ）地震带（地震统计区）在所考虑的未来 ０ 引言 斯坦弗大学的Ｃｏｒｎｏｌｌ于１９６８年率先提出 时间段内，地震活动满足泊松分布，所以仅用 能够反映该时段地震活动水平的地震年平均发 生率ｖ一个参数就可以确定地震活动的时间和 频度特征； ｃ）地震带（地震统计区）内地震活动满足 空间不均匀分布，以潜在震源区及其地震活动 概率地震危险性分析方法的理论框架，在分析 中将工程场地周围的地震、地质及地震动衰减 的分析、研究结果，表达为相应的概率分布函 数，通过概率理论，得到工程场地的地震危险 性的描述。后来经过众多学者的研究与发展， 性参数来表述，潜在震源区内地震活动满足均 匀分布。 从上面可以看出，我国的地震危险性分析 实质上就是围绕地震带和潜在震源区划分及其 地震活动性参数的确定（主要是ｂ及 ）而展 开的，从而也说明了地震活动性参数直接影响 着地震危险性分析的结果。本文将以沈阳市某 该方法已成为世界范围内的地震危险性分析的 最常用的方法。我国现行地震安全性评价工作 使用的方法，是在上述基础上结合我国地震活 动时空不均匀性的特点，吸收我国地震中长期 预测的大量科研成果，经过对一些关键环节的 改进形成的，称为“考虑地震活动时空不均匀 性的概率地震危险性分析方法”，这一方法也是 工程场地地震危险性分析为例，分析地震活动 性参数不确定性对地震危险性分析计算结果的 国标ＧＢ１７７４１—２００５《工程场地地震安全性评 价》中规定使用的方法。 该方法有三个最基本的假定。 ａ）地震带（地震统计区）内地震震级服从 指数分布，所以仅用震级一频度关系系数ｂ值 一影响，其结果可为工程场地地震危险性分析结 果的综合选取提供借鉴。 １ 地震活动性参数的不确定性 ｂ和１Ｊ是地震危险性分析中所涉及的最重 要的二个地震活动性参数，目前由于所使用的 个参数就可以确定地震带（地震统计区）的 震级分布； 来稿日期：２００９．０９ 修订日期：２０１０．０１ 作者简介：黄河（１９６５一），男，辽宁省沈阳市人，１９８８年毕业于吉林大学，副研究员，主要从事地震活动性、工程地震研究工作 １期 黄河：地震活动性参数对地震动的影响 ２７ 确定方法、资料等因素，在其数值的确定过程 中存在较大的不确定性。 １．１ ｂ值的不确定性及其影响因素 该参数一般也是由历史地震的统计而得到 的，它必须能反映未来工程寿命所处地震活动 时段内的地震活跃水平。但我国各地地震资料 尤其是历史地震资料差异较大，而大多数地区 ４—４３／４地震资料只有在１９７０年以后才有记载， 故直接的统计方法对多数地区不适用，或所得 的结果不确定性较大，不能直接应用。在实际 工作中，一般可通过高震级档的地震年平均发 生率的确定，结合本地区地震活动的特点，对 震级～频度关系式的系数ｂ值，是确定地震 带震级概率函数的重要参数。ｂ值是根据实际 地震资料用统计回归的方法得出的，故所取资 料的空间范围是否恰当、时间段是否合适、所 取资料的完整程度如何，对于ｂ值的合理性有 极大影响。因此，地震安全性评价工作中在确 定ｂ值时，应对地震带内地震资料的完整性、 可靠性、代表性进行必要的论证和说明，并对 统计样本量以及结果的统计显著性进行必要的 检验。（卢寿德，２００６） 震级一频度关系可表示成下式： ｌｇＮ（ｍ）＝ａ－ｂｍ （１） 其中，Ｎ（ｍ）表示ｍ级以上的累积地震数 目。在实际使用时，震级ｍ取离散值，一般按 间隔Ａｍ将最小震级ｍ 以上震级分成ｎ档， ｍｉ取ｍ ＋（Ｉ一１）・Ａｍ≤ｍ＜ｍｍｍ＋ｉ・△ｍ震级区 间的下限值，ａ，ｂ为回归系数。 ｂ值的最直接获取方法是通过地震资料的 统计来得到，由于地震统计样对ｂ值估计有非 常重要的影响，在实际应用中，由于不同地区 历史地震记载详细程度不同、地震活动表现形 式不同、活动水平差异较大，故样本的选取通 常要针对具体情况，考虑地震带的未来活动趋 势，合理确定地震统计时段；另外还要考虑样 本的分布是否能反映整个地震带可能的地震发 生状况，对样本分布不理想的则可考虑采用小 震级档样本与大震级档样本联合进行统计回归， 但在回归的过程中要对不同震级档的可信时段 进行选择和论证，还要对样本进行一定的处理。 （潘华，２００６） 总之，在ｂ值的确定过程中，存在许多不 确定性，地震样本的统计时段及对地震样本的 处理是其最主要的两个因素。 １．２值的不确定性及其影响因素 ｕ一般也是针对整个地震带而言的，是指地 震带内大于等于某一特定震级地震的年发生次 数，反映了地震带内的地震活动水平。在现行 的地震危险性分析中，工程上所关心的最小地 震为Ｕ４级，故一般需要确定４。同ｂ值一样， Ｕ４值的确定过程中也存在着较大的不确定因素。 直接获得的Ｕ４进行调整，从而得到比较符合实 际的Ｕ４。 从上可知，在Ｕ４的确定过程中，存在许多 不确定性。地震样本的统计时段及对地震样本 的处理同样也是确定Ｕ４最主要的两个因素。由 于 与ｂ值二者本身具有明确的物理含义，并 且彼此是相互关联的，所以不能将二者孤立起 来而分别考虑。另外在实际工作中，Ｕ４与ｂ值 应对应相同的统计时段，以保证两个参数的协 调性。 ２地震活动性参数的选取 ｂ和Ｕ４是地震危险性分析中所涉及的最重 要的二个参数，其不确定性将直接影响着地震 动分析的结果。下面以沈阳市内某工程为例， 来说明这种影响及其程度。在具体计算之前， 首先确定地震危险性分析中主要的地震活动性 参数。 沈阳市处在华北地震区的郯庐地震带上， 区域范围内主要涉及华北地震区的郯庐地震带、 朝鲜半岛地震带及东北地震区。参照《中国地 震动参数区划图》（ＧＢ１８３０６—２００１）编制所使 用的地震区带划分方案，将郯庐地震带的震级 上限确定为８．５级，朝鲜半岛地震带的震级上 限确定为７．０级，东北地震区的震级上限确定 为７．０级。地震带的起算震级取为４．０级。 郯庐地震带是一条活动性很强的地震带， 区域范围内大部分潜在震源区均属郯庐地震带。 利用对该带的地震活动性研究结果，该带在 １８００年以来南北两段５－６．９级地震的频次相差 不多，可以认为１８００年以来５级以上地震的遗 漏较少。所以，１４８０年至２０００年取７．０级以上 地震，１８００年以来５．０级以上地震可信度较高， 防灾减灾学报 取５—６．９级，确定该带的ｂ值为０．６０２。对东北 地震区，参照区划图定为０．７３。同样朝鲜半岛 地震带的ｂ值取为０．７７６。 郯庐带自１４００年以来，已经历了两个地震 震年平均发生率时应扣除这段时间的影响，以 免低估未来的地震危险性。朝鲜地震带自１４００ 年以来最早的地震记载为１４１３年，用该带的震 级一频度关系式和相应的时间长度（扣除１７１８ 年一１９１６年无地震记录时段），求得该带４．０级 活动期，且第二活动期的地震活动水平明显高 于第一活动期。从该带地震活动性可以得到， 自１８５５年以来，５级以上地震遗漏的可能性较 以上地震的年平均发生率为０．７６，考虑到朝鲜 地震带本地震活动期内地震活动水平虽然低于 其它时段小，因此，从安全角度考虑，应当使 用在活动期内（１８５５一现在）的地震资料来确 上一个活动期，但在本活动期内地震活动仍有 增加的可能，因此，以长期平均值代替朝鲜地 定年平均发生率，使其与未来地震活动趋势相 震带的年平均发生率，不致于降低本活动期的 对应，以反映地震活动的时空不均匀性。考虑 地震活动水平。 到ｌ９００年以来７级以上地震的实际发生过２ 对于东北地震区的值，由于该区自１８５５年 次，使用郯庐带的ｂ值和７级以上地震的实际 以来共发生ＭｓＩ＞４ ３／４级地震５次，ＭｓＩ＞６级 发生率，根据Ｖ４＝ｂ（Ｍ一４）×Ｕ＾．，反推出相应的 地震２次，根据Ｕ４＝ｂ（Ｍ一４）ｘＭ，经调整得到 Ｕ４级以上地震的年平均发生率。经调整，郯庐 该地震区年平均发生率为１．５２。 带Ｕ４级以上地震年平均发生率取为１．７８。 朝鲜地震带自１４００年以来，经历了两个地 ３地震活动性参数的不确定性对地震动 震活动期，第一活动期的地震活动水平略高于 的影响 第二活动期。由于１７１８年至１９１６年间的地震 下面针对郯庐带的ｂ值及Ｕ４，计算其变化 记录资料很少或者没有，所以，确定该带的地 对地震危险性分析结果的影响。在计算过程中 表１ 基岩加速度反应谱（ｃｍ／ｓ ） Ｓａｆｃｍ ‘ 三ＥＥ 』ｒ｝ ／，～ ｝ 一 ‘— Ｉ；：： ｉ＼ ．＼ 、 。＋ ｝ ｉ ＼’１＼ｒ ＼ｊ ｌ ｌｌ 、＼＼ 图１ 场地基岩加速度超越概率曲线及反应谱曲线 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｌ期 黄河：地震活动性参数对地震动的影响 表２不同地震活动性参数所对应的基岩加速度反应谱（ｃｍ／ｓ ） ．＝ｒ ｝一 三｝ 胃籍 ＝三爿皇 ，一＿＿十吲 ｉ ／ 】一一 ！ 、 ｛ 、 鞘 ＼＼ ｛｛ Ｔ 叶 一 ４ 弋 ＼ 士： 一一 １ｒ 一十 土 ｉ一 ｂ值减少５０％，１Ｊ不变 ａ（ｃｍ／ｓ‘ ＋ ｂ值增大５Ｏ％，ｕ不变 ＝＿』一 ¨¨ ，— 、一 ｆ—叶十 十 ＼ 十 一 —‘ ｒ 崇 ： —— — 辞 ＼ 工 ： ＿＼ＩＮ． ／ 、 、 、 一 ＝：。圭 ｛ 斗 ￡ ｛＼ ＼ ： ＝ ＝ 、一 ¨ ｌ一 ＼一 ｉ ＼ Ｊ Ｉ— ｔ十 『 Ｌ — ＋＿Ⅲ ｉ ＼ ： ； ｌ 洲 ａｆｃｍ／ｓ‘ ｛ ＝工上 一 ｛ Ⅲ＿ｌ、 — ＃ 一 ｂ值不变，１Ｊ减少５０％ ｂ值不变，１Ｊ增大５０％ 一 ｌ｝ ＿ｌ¨｝ｒ 丰ｔ・： ｛＝ 一 卜 — 件 卜｛ Ｌ＝ｇ Ｅ王 ，／——’’— Ｎ Ｉ、、 一一 ＼ 、 — ｛—Ｌｎ －＿＿ ７， 平： ＼ 《 Ｌ』 ｝ ， ！ ＼ ｔ 、 一 ｛ ＼ ｉＩ ＾ ｛ —＿＼—— 王 ＼７Ｌ ｝ １｛ ＼ ＼ｆ 、 Ｈ ＼ ＼ ＿Ｊ 卜［二 —＃ ＿、 蔫 ＿＿十 ｝—Ｉ二亡 ｌＬ＿＿一Ｌ Ｉｌ ｝ｋ ｂ值减少２５％，１Ｊ减少２５％ ｂ值减少２５％，１Ｊ增加２５％ 图２场地基岩加速度反应谱曲线随地震活动性参数变化情况 Ｆｉｇ．２ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｆｏｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｅｉｓｍｉｃｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ３０ 防灾减灾学报 ２６卷 所用的衰减关系为中国东部的地震加速度衰减 关系，潜在震源区的划分采用中国地震动参数 区划图推荐的综合方案。按照上述确定的参数， 进行了场地的地震危险性分析，场地５Ｏ年 地震危险性程度增大。 通过上面的计算分析，可得到如下结论： （１）当４不变时：地震危险性分析的结果 随着ｂ值的减小而增大； ６３％、１Ｏ％和２％超越概率水平的基岩峰值加速 度分别为２６ｅｒａ／ｓ２、８５ｃｒｎ／ｓ２和１６０ｅｒａ／ｓ２，具 体结果见表１及图１。表２及图２为不同的ｂ 值及Ｕ４的计算结果。 （２）当ｂ值不变时：地震危险性分析的结 果随着４值的减小而减小； （３）当ｂ值减小４增大时：地震危险性分 析的结果增大； （４）当４减小ｂ值增大时：地震危险性分 ４分析与结论 析的结果减小。 从上面的计算结果中可以看出，虽然不同 参考文献： 地震活动性参数所得到的基岩加速度反应谱曲 ［１］卢寿德等，ＧＢ１７７４１—２０ｏ５《工程场地地震安全性评价》 线的形状基本一致，但基岩峰值加速度及不同 ［Ｓ］宣贯教材，中国标准出版社，２００６． 周期所对应的谱值相差还是比较明显的，即地 ［２］潘华，李金臣。地震统计区地震活动性参数ｂ值及４不确 定性研究［Ｊ］，震灾防御技术，１（３）２１８－２２４，２００６． 震活动性参数的不确定性对地震危险性分析的 ［３］黄玮琼，吴宣。地震危险性分析中几个重要环节的关联性 结果影响较大。从Ｖ 与ｂ值的物理含义可知： ［Ｊ］，地震学报，２８（３），２６９—２７６，２００６． Ｖ 增大相当于大震增加，地震危险性程度增 ［４］黄玮琼，吴宣。统计时段对地震活动性参数估计的影响 大；同样ｂ值的减小也相应与大震的比例增加， ［Ｊ］，地震学报，２３（６），５８８—５９５，２００１． ＴＨＥ ＩＮＦＬＵＥＮＣＥ ＯＦ ＳＥＩＳＭＩＣＩＴＹ ＰＡＲＡＭＥＴＥＲＳ ＴＯ ＳＥＩＳＭＩＣ ＭＯＴＩＯＮ ＨＵＡＮＧ Ｈｅ （Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００３４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｏ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ’Ｓ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｄ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｉｓｋ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅ ｒｅｖｅｌａｔｉｏｎ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｅｖｅａｌｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｔｏ ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｉｓ ｒｅｓｕｌｔ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｉｓｋ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖｉｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ；ｓｅｉｓｍｉｃ ｍｏｔｉｏｎ
