董紹鵬 溫增平 任治坤 李正芳 高戰(zhàn)武

1）中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，活動(dòng)構(gòu)造與火山重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2）中國(guó)地震局地球物理研究所，北京 100081

3）中國(guó)地震災(zāi)害防御中心，北京 100029

引言

在地震區(qū)劃研究工作中，對(duì)潛在震源（簡(jiǎn)稱潛源）區(qū)的科學(xué)合理劃分是重要的基礎(chǔ)工作內(nèi)容。自從Cornell（1968）首次提出建立多個(gè)震源的工程場(chǎng)地概率地震危險(xiǎn)性分析方法（簡(jiǎn)稱PSHA）以來，PSHA 逐漸被接受，已成為全球主流的地震區(qū)劃通用方法。潛源劃分模型及地震活動(dòng)性參數(shù)確定是PSHA 研究中最關(guān)鍵的控制性因素，也是采用PSHA 編制地震區(qū)劃圖中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。不同國(guó)家PSHA 技術(shù)路線基本相同，但對(duì)于地震區(qū)劃研究中的具體實(shí)現(xiàn)途徑存在一定差異，其主要原因是在地震活動(dòng)性研究工作中，由于不同地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造和研究程度的不同，且相關(guān)資料完整性存在差異，需有針對(duì)性地對(duì)在地震危險(xiǎn)性和地震區(qū)劃中起數(shù)據(jù)輸入作用的地震活動(dòng)性模型及相應(yīng)的潛源模型進(jìn)行合理化調(diào)整。

我國(guó)針對(duì)陸域地區(qū)進(jìn)行了多次全國(guó)范圍的地震區(qū)劃研究工作，先后發(fā)布了5 版地震區(qū)劃圖（羅華春等，2016）。但隨著我國(guó)海域經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的不斷深入與國(guó)家戰(zhàn)略需求，對(duì)海域地區(qū)地震區(qū)劃需求越來越迫切（李小軍等，2020）。我國(guó)現(xiàn)行區(qū)劃圖潛源劃分原則主要基于陸域區(qū)域，對(duì)海域地區(qū)潛源劃分未進(jìn)行系統(tǒng)研究和分析。為此，研究我國(guó)海域地區(qū)地震區(qū)劃問題時(shí)，需歸納總結(jié)代表性國(guó)家地震區(qū)劃圖潛源劃分原則及采用的技術(shù)方法（包括陸域和海域），研究潛源劃分思路，借鑒經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)我國(guó)海域地區(qū)具體研究程度和資料完備情況進(jìn)行歸納總結(jié)后，進(jìn)一步基于我國(guó)海域地區(qū)地震地質(zhì)、地震活動(dòng)性、地球物理場(chǎng)特征等，提出適用于我國(guó)海域地區(qū)潛源模型的劃分原則和技術(shù)思路。

1 我國(guó)第五代地震區(qū)劃圖潛源劃分原則及方法

我國(guó)2014 年發(fā)布的第五代《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（簡(jiǎn)稱五代圖）中使用了PSHA，但進(jìn)行了一定改進(jìn)，簡(jiǎn)稱CPSHA。CPSHA 與國(guó)際常用的一般方法主要區(qū)別在于，綜合概率分析方法特別考慮了我國(guó)地震活動(dòng)分布特性-時(shí)空不均勻性（周本剛等，2013）。CPSHA 基于復(fù)雜多層級(jí)潛源區(qū)模型，對(duì)地震活動(dòng)性模型進(jìn)行了改進(jìn)。CPSHA 與PSHA 的主要差別在于多層次潛源區(qū)模型，即在地震帶中根據(jù)背景地震震級(jí)及頻度差異進(jìn)一步劃分出地震構(gòu)造區(qū)，然后在地震構(gòu)造區(qū)中劃分出潛源區(qū)（潘華等，2013）。編制第四代《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（簡(jiǎn)稱四代圖）時(shí)，綜合考慮了地震活動(dòng)的時(shí)空不均勻性及地震資料的完整性，采用了潛源區(qū)二級(jí)劃分模型（陶夏新，1992）。在五代圖中，為進(jìn)一步細(xì)化潛源區(qū)的劃分，引入了潛源區(qū)三級(jí)劃分方案（周本剛等，2013）。潛源區(qū)包括3 個(gè)層次（圖1）：地震區(qū)帶（一級(jí)源），地震構(gòu)造區(qū)（二級(jí)源），潛源區(qū)（三級(jí)源）。

五代圖的三級(jí)劃分方案是在四代圖二級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮地震帶內(nèi)背景地震不均一的問題，在二級(jí)劃分方案中的一級(jí)源和二級(jí)源劃分中間加上地震構(gòu)造區(qū)的劃分。因此在三級(jí)潛源區(qū)劃分模型中，3 個(gè)級(jí)別潛源在空間上呈疊置關(guān)系（圖1），最下層為地震區(qū)、帶（作為地震統(tǒng)計(jì)區(qū)），中間層為地震構(gòu)造帶（作為背景源），最上層為用于計(jì)算的潛源區(qū)，所有潛源均為面源（周本剛等，2013）。

圖1 五代圖三級(jí)潛源空間關(guān)系示意圖Fig. 1 Spatial relationship sketch map of three levels of potential seismic sources in 5th Version Seismic zonation map

基于陸域開展的大量活動(dòng)斷層填圖，在城市活斷層、重大工程地震安全性評(píng)價(jià)及諸多科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，并在陸域區(qū)劃基礎(chǔ)資料較豐富的情況下提出上述潛源劃分原則與方法，豐富的基礎(chǔ)資料可提供較準(zhǔn)確可靠的發(fā)震構(gòu)造體特征和結(jié)構(gòu)，可確定相應(yīng)的潛源形態(tài)和特征。相比之下，我國(guó)海域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，且探測(cè)較少，可用的地質(zhì)地球物理和地震資料普遍不足，適用于陸域的潛源劃分原則和方法并不適用于海域地區(qū)，需探索適用于我國(guó)海域潛源劃分的原則與方法。

2 主流國(guó)家陸域潛源劃分原則及方法

目前全球多個(gè)國(guó)家開展了地震區(qū)劃研究工作，尤其是地震危險(xiǎn)性相對(duì)較高的發(fā)達(dá)國(guó)家，以美國(guó)、日本、新西蘭等最為典型，最具代表性。為確定和了解現(xiàn)今世界潛源劃分主要技術(shù)思路和依據(jù)，需對(duì)主流國(guó)家方案進(jìn)行深入了解和分析。

2.1 美國(guó)

目前最新版美國(guó)地震區(qū)劃圖是2018 年出版的地震區(qū)劃圖（簡(jiǎn)稱2018 版區(qū)劃圖，Petersen 等，2020），相對(duì)于2014 年出版的地震區(qū)劃圖（簡(jiǎn)稱2014 版區(qū)劃圖，Petersen 等，2014），其潛源劃分原則和方法與2014 版區(qū)劃圖無(wú)變化。美國(guó)地震區(qū)劃圖采用的概率地震危險(xiǎn)性分析方法具有的重要特點(diǎn)為采用多種形式的震源區(qū)模型，得到多種地震活動(dòng)性模型，以表示不同地區(qū)地震活動(dòng)性，進(jìn)而應(yīng)用到概率地震危險(xiǎn)性計(jì)算中（潘華等，2017）。美國(guó)潛源劃分較復(fù)雜，大致有5 類震源區(qū)：網(wǎng)格地震活動(dòng)性源、背景震源區(qū)、特殊地震活動(dòng)區(qū)、剪切形變震源區(qū)、斷層源或斷層源區(qū)（潘華等，2009；吳果，2014）。針對(duì)美國(guó)地震地質(zhì)構(gòu)造及地震活動(dòng)特點(diǎn)，2014 版區(qū)劃圖潛源模型將美國(guó)分為兩部分（中東部和西部）分別進(jìn)行潛源劃分，并各自采用不同的劃分原則和方法。

2.1.1 美國(guó)中東部地區(qū)潛源模型

美國(guó)中東部地區(qū)地塊較穩(wěn)定，活動(dòng)斷裂較少，地震活動(dòng)穩(wěn)定，鮮有中強(qiáng)地震發(fā)生。美國(guó)中東部地區(qū)概率地震危險(xiǎn)性圖使用的數(shù)據(jù)主要來自于：①記錄過去地震速率和模式的地震目錄；②已確定的斷裂及相關(guān)孕震能力的滑動(dòng)速率和史前地震地質(zhì)研究結(jié)果；③穩(wěn)定大陸地區(qū)的地震動(dòng)模型研究。大致存在2 種震源模型：基于地震活動(dòng)性的本底源模型和基于斷層的震源模型。

自1996 年，美國(guó)地震區(qū)劃圖均使用了基于地震活動(dòng)性的有一定變化的地震潛源背景模型（Frankel 等，1996，2002；Petersen 等，2008b；潘華等，2009）。地震活動(dòng)性采用的地震數(shù)據(jù)主要來自于隨機(jī)分布在整個(gè)區(qū)域上的地震和與已知斷裂不相關(guān)的大地震?；诘卣鸹顒?dòng)性的地震潛源背景模型假設(shè)未來的大地震（矩震級(jí)Mw≥2.7 級(jí)）在以前地震附近成核。2014 版區(qū)劃圖將之前區(qū)劃圖中使用的體波震級(jí)（Mblg≥3.0 級(jí)）轉(zhuǎn)換為矩震級(jí)。為進(jìn)行地震危險(xiǎn)性計(jì)算，基于地震活動(dòng)的背景潛源模型是以0.1°×0.1°格網(wǎng)中心為連接點(diǎn)的虛擬斷裂相關(guān)震源幾何展布模型。

2014 版區(qū)劃圖使用地震活動(dòng)性本底源模型得到的地震速率背景值計(jì)算少震或無(wú)震地區(qū)潛在地震活動(dòng)性。地震區(qū)劃圖和其他均一化區(qū)劃模型（Coppersmith 等，2012）被用于發(fā)展最大震級(jí)模型。

2014 版區(qū)劃圖根據(jù)Coppersmith 等（2012）建立的模型工作基礎(chǔ)，建立了中東部基于斷裂的潛源（圖2）。與斷裂潛源相關(guān)的震源幾何特征是以填圖獲得的斷裂或虛擬斷裂形態(tài)確定。如果是后者，1 條垂直斷裂破裂形成的地震震級(jí)是由斷裂長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式（Wells 等，1994）計(jì)算獲得。

圖2 美國(guó)中東部地區(qū)基于斷裂的潛源分布（Petersen 等，2014）Fig. 2 Potential Seismic sources distribution map on the base of faults in Middle and East America（Petersen et al，2014）

2.1.2 美國(guó)西部地區(qū)潛源模型

2014 版區(qū)劃圖中對(duì)美國(guó)西部潛源模型與之前版本的美國(guó)地震區(qū)劃圖中的西部潛源模型類似（Frankel 等，1996，2002；Petersen 等，2008b；Petersen 等，2014），主要基于地震活動(dòng)性背景潛源和斷裂潛源。區(qū)劃圖中對(duì)未識(shí)別或不明確的斷裂（基于地震活動(dòng)性的背景潛源模型）使用歷史地震活動(dòng)（網(wǎng)格化且空間光滑化）估計(jì)地震危險(xiǎn)性。另外，該模型使用了地質(zhì)和大地測(cè)量數(shù)據(jù)估算斷裂滑動(dòng)速率，這種方法為估算斷裂滑動(dòng)速率提供了更大的不確定性。基于此，2014 版區(qū)劃圖綜合使用了地質(zhì)學(xué)方法和大地測(cè)量學(xué)方法獲得的斷裂滑動(dòng)速率評(píng)估地震危險(xiǎn)性（Petersen 等，2014）。

2014 版區(qū)劃圖綜合使用地震率數(shù)據(jù)和地震震級(jí)-頻率分布估算在任何特定地點(diǎn)的地震速率。背景地震活動(dòng)中，2014 版區(qū)劃圖考慮Mw5.0 級(jí)至最大震級(jí)（通過全球和區(qū)域地震目錄）的分布曲線，表明最大值可達(dá)Mw7.5。對(duì)于多數(shù)斷裂潛源，考慮的地震震級(jí)范圍從Mw6.5 至斷裂的最大預(yù)期地震震級(jí)（通過斷裂長(zhǎng)度或斷裂面面積推算得到）。

2.2 歐洲地區(qū)

目前歐洲地區(qū)最新的地震危險(xiǎn)性模型是歐盟組織實(shí)施“2013 年版歐洲地區(qū)地震危險(xiǎn)性模型”過程中設(shè)立的“歐洲地震危險(xiǎn)性統(tǒng)一化工程”，該模型僅給出總體方法，具體的地震危險(xiǎn)性分析由歐洲各國(guó)確定。在該項(xiàng)目中使用的數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)圖件使用的震源模型中，歐洲大陸及鄰海被劃分為6 個(gè)不同的地震構(gòu)造區(qū)：穩(wěn)定大陸區(qū)、洋殼區(qū)、活動(dòng)的淺層地殼區(qū)、俯沖帶、無(wú)俯沖作用的深源地震區(qū)和活動(dòng)火山或地?zé)?巖漿作用區(qū)。厘定出來的1 128 條活動(dòng)斷層按照平均滑動(dòng)速率進(jìn)一步劃分為7 類活動(dòng)斷層（Basili 等，2013；Woessner 等，2015），作為劃分和定義主要潛源的重要依據(jù)和基礎(chǔ)。2013 年版歐洲地區(qū)地震危險(xiǎn)性模型共使用3 種潛源模型：地區(qū)源模型、地震活動(dòng)性-斷裂模型、斷裂-背景源模型，3 種模型分別在最終結(jié)果中占據(jù)一定比例權(quán)重（Woessner 等，2015），如圖3 所示。圖4 中黃色標(biāo)示了地震潛源模型邏輯分支，綠色區(qū)塊標(biāo)示了最大震級(jí)模型邏輯分支，黑色實(shí)線下方的數(shù)字代表權(quán)重，構(gòu)造區(qū)塊并不是邏輯分支，但是分別確定了所采用的地震動(dòng)預(yù)測(cè)方程（ground motion prediction equations（GMPEs）。地區(qū)源模型是經(jīng)典的區(qū)域源模型（Cornell，1968），被用于反映穩(wěn)定歐洲大陸地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造背景及相關(guān)的地震復(fù)發(fā)速率，主要強(qiáng)調(diào)過去的地震活動(dòng)性。地震活動(dòng)速率主要依據(jù)觀測(cè)到的地震活動(dòng)和每個(gè)區(qū)域源中均一化分布的地震活動(dòng)確定。斷裂-背景源模型是結(jié)合了背景地震活動(dòng)性和活動(dòng)斷裂的混合模型。每條活動(dòng)斷裂的地震活動(dòng)速率是通過觀察到的長(zhǎng)期地質(zhì)活動(dòng)速率決定的。活動(dòng)斷裂僅在歐洲中南部有相對(duì)可靠的數(shù)據(jù)。在無(wú)斷裂數(shù)據(jù)的地區(qū)，主要保留了地區(qū)源模型。地震活動(dòng)性-斷裂模型是基于所有地震活動(dòng)數(shù)據(jù)的內(nèi)核光滑模型。地震密度和活動(dòng)斷裂的累積地震矩通過最佳優(yōu)化內(nèi)核對(duì)地震活動(dòng)進(jìn)行空間上的光滑。

圖3 2013 年版歐洲地區(qū)地震危險(xiǎn)性模型采用的潛源數(shù)據(jù)示意圖Fig. 3 Sketch diagram of four potential seismic sources

圖4 歐洲地區(qū)地震危險(xiǎn)性統(tǒng)一化工程（SHARE）邏輯樹Fig. 4 The logic tree of Seismic Hazard Harmonization in Europe (SHARE)

除地殼地震活動(dòng)性，2013 年版歐洲地區(qū)地震危險(xiǎn)性模型對(duì)俯沖帶地震活動(dòng)性進(jìn)行了單獨(dú)處理，將塞浦路斯弧、希臘弧和卡拉布里亞弧各自作為復(fù)雜斷裂震源。羅馬尼亞地區(qū)的板內(nèi)地震活動(dòng)性和深部地震活動(dòng)被作為不同深度的區(qū)域震源。

2.3 新西蘭

新西蘭位于太平洋西南部，地理位置處于世界兩大構(gòu)造板塊（北西側(cè)為澳大利亞板塊，西南側(cè)為太平洋板塊）之間，位于環(huán)太平洋地震帶上，是太平洋板塊與印度-澳大利亞大陸板塊相撞后俯沖到地幔的強(qiáng)烈熱壓區(qū)，該俯沖潛入過程為火山活動(dòng)提供了充足能量。該區(qū)域地質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)相對(duì)活躍。新西蘭國(guó)家地震危險(xiǎn)性模型采用的方法是以概率地震危險(xiǎn)性為基礎(chǔ)模型建立的方法，主要包括以下方面：通過地質(zhì)資料和歷史地震資料確定潛源位置和每個(gè)潛源可能發(fā)生地震的震級(jí)和頻度；確定潛源在整個(gè)區(qū)域內(nèi)每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)產(chǎn)生的地震動(dòng)。

在2000 年新西蘭地震危險(xiǎn)性圖的基礎(chǔ)上（Stirling 等，2002），Stirling 等（2012）采用優(yōu)化后的方法，綜合更新的地震、地質(zhì)、大地測(cè)量、地球物理等方面數(shù)據(jù)，完成了2010 年版新西蘭地震危險(xiǎn)性圖，相比于2000 年版危險(xiǎn)性圖新增了超過200 條岸上及海底斷裂信息，特別是考慮了2010 年9 月4 日Mw7.1 級(jí)Darfield 地震和2011 年2 月22 日Mw6.2 級(jí)Christchurch 地震的影響。

2010 年版新西蘭地震危險(xiǎn)性圖采用的概率性地震危險(xiǎn)性分析方法主要遵循以下原則：①使用地質(zhì)數(shù)據(jù)和歷史地震記錄確定潛源位置及由潛源產(chǎn)生的地震可能的震級(jí)和頻度；②估計(jì)覆蓋整個(gè)區(qū)域每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)上震源產(chǎn)生的地震動(dòng)。

潛源模型使用斷裂震源的規(guī)模和滑動(dòng)速率推測(cè)每個(gè)震源特征地震（震級(jí)和頻率），歷史地震活動(dòng)的空間分布數(shù)據(jù)被用于擬合古登堡-里科特震級(jí)-頻率函數(shù)（Gutenberg 等，1944），建立地震活動(dòng)性的空間分布模型。這 2 種震源模型綜合提供了新西蘭地區(qū)震級(jí)-頻率分布，在構(gòu)建斷裂潛源和分布式潛源模型時(shí)，主要為模型提供了平均或更可靠的模型參數(shù)，采取的技術(shù)路線基本與之前的新西蘭地震危險(xiǎn)性圖一致。

新西蘭地震區(qū)劃模型潛源模型主要分為斷裂潛源模型和分布式地震潛源模型：

（1）斷裂潛源模型

所有斷裂潛源根據(jù)構(gòu)造環(huán)境劃分為12 個(gè)非俯沖帶構(gòu)造域和2 個(gè)俯沖帶相關(guān)的構(gòu)造域。每個(gè)構(gòu)造域被用于計(jì)算各自獨(dú)立的地震活動(dòng)性空間分布模型，所有斷裂潛源均被模擬為離散化的斷面，并被指定了總體傾角和滑動(dòng)方向。斷裂傾角主要是根據(jù)地震反射剖面或根據(jù)地表露頭、地質(zhì)調(diào)查、地貌學(xué)研究（如褶皺形態(tài)）及類似構(gòu)造環(huán)境下的斷裂幾何形態(tài)推測(cè)得到。斷裂面底界是通過地震活動(dòng)分布深度數(shù)據(jù)獲得，大多數(shù)斷裂底界深度范圍為10～20 km。

為簡(jiǎn)化斷裂潛源模型，2010 年版新西蘭地震危險(xiǎn)性圖使用了特征地震或最大震級(jí)模型估計(jì)每條斷裂最大可能地震。地震震級(jí)小于最大震級(jí)的地震事件通過分布式潛源模型實(shí)現(xiàn)。針對(duì)不同斷裂類型及位置所處的構(gòu)造環(huán)境的不同，使用3 個(gè)不同的回歸公式擬合斷裂面面積、斷裂長(zhǎng)度和破裂面寬度與矩震級(jí)的關(guān)系。復(fù)發(fā)周期根據(jù)矩震級(jí)確定的每次地震位錯(cuò)量除以斷裂滑動(dòng)速率確定。如果獲得的復(fù)發(fā)周期與古地震研究結(jié)果相差較大，則通過將斷裂分段或多條斷裂級(jí)聯(lián)破裂的方式調(diào)整斷裂長(zhǎng)度。

（2）分布式地震潛源模型

除根據(jù)斷裂潛源情況確定地殼斷裂和俯沖帶斷裂上發(fā)生的強(qiáng)震（Mw7～Mw7.9）和巨震（Mw≥8）的位置、震級(jí)和頻度外，2010 年版新西蘭地震危險(xiǎn)性圖假設(shè)未填圖和未知斷裂上發(fā)生中強(qiáng)地震（Mw5 級(jí)至區(qū)域上設(shè)定的最大震級(jí)地震，如2010 年9 月4 日Mw7.1 級(jí)Darfield 地震），這種潛源被稱為分布式地震潛源。

為保證b值計(jì)算有足夠的地震數(shù)據(jù)參與，將16 個(gè)地殼帶歸并為5 個(gè)相似類型的區(qū)域。a值計(jì)算在0.1°×0.1°的網(wǎng)格上在5 個(gè)深度范圍（10、30、50、70、90 km）內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。在2010 年版新西蘭地震危險(xiǎn)性圖中，利用以下光滑模型：① 50 km 高斯模型；②Stock 等（2002）提出的改進(jìn)型高斯模型；③基于地震密度的改進(jìn)型模型（Werner 等，2011）。對(duì)比分析以上模型后，發(fā)現(xiàn)50 km 高斯內(nèi)核明顯效果更好，因此選擇了該內(nèi)核計(jì)算a值。另外，計(jì)算b值時(shí)也使用了該內(nèi)核。

每個(gè)區(qū)帶被指定的最大震級(jí)在2010 年版新西蘭地震危險(xiǎn)性圖中也有修改，除Taupo 火山帶（最大震級(jí)被指定為6.5 級(jí)）外，其他區(qū)帶使用了統(tǒng)一的最大震級(jí)（7.2 級(jí)）。

3 東南亞海域地區(qū)潛源劃分方案

全球進(jìn)行大規(guī)模、大范圍海域地區(qū)區(qū)劃工作是2004 年M9.2 級(jí)蘇門答臘-安達(dá)曼地震海嘯發(fā)生后，在美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的指導(dǎo)下完成了東南亞地區(qū)區(qū)劃工作（Petersen 等，2008a），這是我國(guó)進(jìn)行海域地區(qū)地震區(qū)劃工作可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

東南亞地區(qū)存在與俯沖于印度尼西亞和菲律賓群島之下俯沖過程相關(guān)的高地震危險(xiǎn)性地區(qū)和與包含馬來西亞半島在內(nèi)的廣大穩(wěn)定地區(qū)的中低地震危險(xiǎn)性地區(qū)。印度尼西亞島鏈以廣泛分布的火山活動(dòng)、巽他和緬甸塊體與下伏的印度和澳大利亞塊體之間相對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)致的廣泛地震活動(dòng)為特點(diǎn)。在該地區(qū)，逆沖、走滑和正斷各種震源機(jī)制均有報(bào)道。巽他俯沖帶形成了向下俯沖的印度和澳大利亞板塊相關(guān)的逆沖地震，板內(nèi)正斷層相關(guān)地震和印度及澳大利亞板塊內(nèi)部的逆斷層相關(guān)地震。其中與印度和澳大利亞板塊俯沖相關(guān)的地震可深達(dá)數(shù)百千米，其上覆蓋的巽他和緬甸板塊相關(guān)的地震活動(dòng)多為位于中上地殼30 km 深度范圍內(nèi)的淺震。

3.1 地震目錄和背景地震模型

已發(fā)生的地震位置和發(fā)震速率的地震目錄被用于估算未來地震活動(dòng)，利用過去發(fā)生地震的位置和頻率-震級(jí)分布曲線，可估計(jì)未來決定地震危險(xiǎn)性的大震發(fā)生位置和發(fā)震頻率。在世界上大多地區(qū)，地震記錄均太短，不足以覆蓋包含少有的大震發(fā)生周期的完整周期。在東南亞地震區(qū)劃圖研究工作中（Petersen 等，2007），使用儀器記錄的地震目錄包含以下數(shù)據(jù)來源：①IASPEI 大陸地震目錄（Engdahl 等，2002）；②由Engdahl 等（1998）匯編并更新的地震記錄；③USGS/NEIC 初始確定的震中在線目錄（http://neic.usgs.gov）；④國(guó)際地震中心在線地震目錄（http://www.isc.ac.uk）。

模型中的背景地震活動(dòng)包括未進(jìn)行斷裂填圖地區(qū)的隨機(jī)地震和斷裂填圖地區(qū)的更小震級(jí)地震活動(dòng)，背景地震模型主要基于上述地震目錄數(shù)據(jù)。背景地震活動(dòng)主要分為通過空間網(wǎng)格平滑后的地震矩釋放速率網(wǎng)格模型和覆蓋廣大巽他板塊的穩(wěn)定低地震矩釋放速率的背景地震帶。背景地震來源是基于始于1964 年的去叢集化地震目錄（去除非獨(dú)立地震事件），模型解釋了相對(duì)小震附近發(fā)生的更大地震。模型中的網(wǎng)格化地震活動(dòng)主要基于位于5 個(gè)深度區(qū)間（淺部0～50 km，中部50～100 km 和100～150 km，深部150～200 km 和200～250 km）的地震數(shù)據(jù)（圖5）。M5.0～M7.0 指數(shù)截?cái)嘈颓€數(shù)據(jù)或古登堡-里科特震級(jí)-頻度分布被用于模擬每個(gè)網(wǎng)格或地區(qū)中不同震級(jí)地震的地震矩釋放速率。震級(jí)-速率分布曲線參數(shù)（每個(gè)網(wǎng)格中的地區(qū)b值和a值）是用最大似然法計(jì)算獲得。采用50 km 校正距離的二維高斯平滑因子，對(duì)光滑地震活動(dòng)模型中模擬得到的每個(gè)網(wǎng)格地震速率進(jìn)行平滑，這個(gè)過程揭示了經(jīng)緯度格網(wǎng)中每隔0.1°劃分的格網(wǎng)點(diǎn)中震級(jí)-頻度分布結(jié)果。

圖5 1964—2005 年間震源深度為50～200 km 的地震分布圖Fig. 5 Map of epicenters of earthquakes having focal depths between 50 km and 200 km for the period 1964—2005

3.2 巽他板塊及巽他俯沖帶

巽他板塊內(nèi)的地震太稀疏，導(dǎo)致無(wú)法形成任何可將巽他板塊劃分為更小次級(jí)構(gòu)造單元的線性構(gòu)造線，GPS 數(shù)據(jù)在該區(qū)域內(nèi)無(wú)法探測(cè)到明顯的變形跡象（Rangin 等，1999）。在穩(wěn)定的巽他板塊內(nèi)觀察到的最大地震為M5.8 級(jí)?？紤]美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在2008 年地震區(qū)劃圖中對(duì)構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)的處理方法，將穩(wěn)定地區(qū)的最大發(fā)震能力定為M7.0 級(jí)。該震級(jí)值主要參考了世界其他地區(qū)典型板塊內(nèi)部構(gòu)造靜止區(qū)，主要為構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)內(nèi)發(fā)生的最大地震中間震級(jí)值。計(jì)算獲得的b值為1.08，但由于較低的地震活動(dòng)率，該值具有很大不確定性。根據(jù)區(qū)域條件限制，該地區(qū)b值被取為1。光滑地震活動(dòng)模型中最主要的問題是僅有36 年的地震記錄可使用，與斷裂上的地震復(fù)發(fā)周期相比非常短。這種短的地震記錄可能無(wú)法代表地區(qū)未來所有可能發(fā)生的地震。第2種模型（即背景帶模型）被用于補(bǔ)償短的歷史地震記錄。背景帶模型假設(shè)整個(gè)地區(qū)存在由廣泛區(qū)域歷史地震活動(dòng)數(shù)據(jù)確定的穩(wěn)定地震矩釋放速率決定的隨機(jī)地震事件。這 2 種地震模型在地震危險(xiǎn)性分析中各占50%權(quán)重。為更好地進(jìn)行地震危險(xiǎn)性分析，根據(jù)地質(zhì)和地球物理背景條件的差異，巽他俯沖帶被劃分為4 個(gè)主要區(qū)段：緬甸段、北蘇門答臘-安達(dá)曼段、南蘇門答臘段和爪哇段?；诿總€(gè)區(qū)段背景進(jìn)行破裂分段，確定相關(guān)的地震危險(xiǎn)性參數(shù)。

3.3 地殼斷裂源

長(zhǎng)期滑動(dòng)速率和對(duì)地震規(guī)模的估計(jì)限定了地震危險(xiǎn)性分析中地殼斷裂的大震級(jí)地震速率，被調(diào)查斷裂的長(zhǎng)度和由地震活動(dòng)確定的下延斷裂面寬度多被用于估算斷裂上所發(fā)生的最大地震震級(jí)（Wells 等，1994）?；赪ells 等（1994）的經(jīng)驗(yàn)公式，利用破裂面積或破裂面長(zhǎng)度可確定斷裂或斷裂的不同分段上的發(fā)震震級(jí)。同時(shí)，計(jì)算斷裂震源造成的地震危險(xiǎn)性分析時(shí)，確定特征地震的震級(jí)和古登堡-里科特分布的量大震級(jí)時(shí)增加了不確定性。另外，在對(duì)北部東南亞斷裂的特征斷裂或最大震級(jí)計(jì)算中，使用了特征地震模型和古登堡-里科特震級(jí)-頻率分布各自50%的權(quán)重。與美國(guó)地震區(qū)劃圖相同（Frankel 等，2002），對(duì)震級(jí)的分布采用了正態(tài)分布模型，使用了±0.12 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算震級(jí)的隨機(jī)不確定性。對(duì)于蘇門答臘斷裂，還采用了2 個(gè)特征地震模型（古登堡-里科特模型和浮動(dòng)M7.9 破裂模型）的等權(quán)重組合。

4 我國(guó)海域地區(qū)潛源劃分現(xiàn)狀和面臨的問題

長(zhǎng)期以來，我國(guó)都非常重視防災(zāi)減災(zāi)研究工作。但由于經(jīng)濟(jì)活動(dòng)需求及客觀研究條件的限制，以前的大量研究工作主要聚焦陸域工程，針對(duì)海域地震，特別是對(duì)指導(dǎo)海域工程規(guī)劃、開發(fā)、建設(shè)的海域地震區(qū)劃問題的研究投入程度不夠，成果較少。受限于缺乏系統(tǒng)的技術(shù)儲(chǔ)備和關(guān)鍵技術(shù)存在的問題，我國(guó)至今仍未系統(tǒng)開展海域地震區(qū)劃工作，與現(xiàn)今我國(guó)海域地區(qū)日漸密集的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的強(qiáng)烈需求形成沖突。

我國(guó)海域地震危險(xiǎn)性同時(shí)受大陸架內(nèi)板內(nèi)活動(dòng)斷裂帶和海域地區(qū)板間俯沖帶地震活動(dòng)的共同影響，海域地震活動(dòng)特征既有別于陸內(nèi)板內(nèi)地震活動(dòng)，又有別于海域俯沖帶板間地震活動(dòng)，需進(jìn)行專門研究分析。同時(shí)，以往的區(qū)劃研究工作均是基于陸域地區(qū)的研究。我國(guó)海域地區(qū)相比陸域地區(qū)，地質(zhì)、地球物理資料缺乏，特別是活動(dòng)斷裂資料基本空白。因此適用于陸內(nèi)板內(nèi)地區(qū)將活動(dòng)斷裂作為劃分潛源依據(jù)的模型不適用于海域地區(qū)。同時(shí)，由于海域地區(qū)地震臺(tái)站稀疏，地震監(jiān)測(cè)能力更弱，地震定位精度更差，各海域間存在相對(duì)差異。與陸域地區(qū)相比，海域地區(qū)具有完全不同的地震地質(zhì)構(gòu)造背景及地質(zhì)、地球物理、地震資料研究程度和可靠性差異。因此，應(yīng)用于陸域地區(qū)的潛源劃分原則不能應(yīng)用于海域地區(qū)。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局指導(dǎo)完成的東南亞地震區(qū)劃工作對(duì)蘇門答臘俯沖帶和爪哇俯沖帶的考慮過于簡(jiǎn)略，對(duì)于地震活動(dòng)性模型的建立原則僅依據(jù)美國(guó)地震地質(zhì)背景條件，對(duì)我國(guó)海域地區(qū)潛源劃分具有一定參考作用。

李小軍（2006）很早就關(guān)注了我國(guó)海域地區(qū)區(qū)劃研究工作，曾以春曉氣田群開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目地震安全性評(píng)價(jià)工作為依據(jù)，針對(duì)我國(guó)海域地區(qū)區(qū)劃問題，對(duì)潛源劃分、地震動(dòng)衰減關(guān)系、場(chǎng)地地震反應(yīng)等關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行深入研究，為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《海域地震區(qū)劃關(guān)鍵技術(shù)研究》的申請(qǐng)和實(shí)施（李小軍等，2020）提供了基礎(chǔ)。

中國(guó)海域大地構(gòu)造演化過程與歐亞板塊、太平洋板塊和印度板塊間的相互作用直接相關(guān)，中國(guó)海域現(xiàn)代形態(tài)和特征的形成主要取決于晚漸新世以來菲律賓板塊在歐亞板塊邊緣的俯沖及伴隨的中國(guó)東部沉降（劉光鼎，1990）。

5 我國(guó)海域地區(qū)潛源劃分原則

5.1 我國(guó)海域地區(qū)地震地質(zhì)背景分析

我國(guó)近海位于中國(guó)大陸東部和南部，包括渤海、黃海、東海、南海和臺(tái)灣以東的菲律賓海一隅五大海域。基于對(duì)中國(guó)海域及鄰區(qū)大地構(gòu)造屬性、構(gòu)造演化、歷史地震活動(dòng)、地球物理場(chǎng)等的分析，五大海域各自具備不同的地震地質(zhì)構(gòu)造特征。

渤海屬于陸內(nèi)海（塔金璐，2014），位于華北地塊，地殼性質(zhì)屬于典型的陸殼，地震影響主要來源于本海區(qū)內(nèi)的地震活動(dòng)，同時(shí)又受周邊陸地地震活動(dòng)的影響。渤海地區(qū)第四紀(jì)以來斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈，有繼承活動(dòng)斷裂，也有新生斷裂。歷史上渤海地區(qū)共發(fā)生過4 次M≥7 級(jí)地震，尤其是北西向北京-蓬萊斷裂帶、北東（偏北）向營(yíng)口-濰坊斷裂帶和北東向廟西北-黃河口斷裂帶交匯區(qū)附近構(gòu)造活動(dòng)最強(qiáng)烈，發(fā)生過3 次7 級(jí)及以上地震。

黃海屬于陸架海，位于華北地塊和揚(yáng)子地塊，地殼性質(zhì)屬于典型的陸殼，地震影響主要來源于本海區(qū)內(nèi)的地震活動(dòng)。南黃海位于華北新構(gòu)造區(qū)東南部，華北新構(gòu)造區(qū)與華南新構(gòu)造區(qū)在這區(qū)間的分界線是北西向新鄉(xiāng)-溧陽(yáng)斷裂帶，向東南可延伸至杭州灣。GPS 測(cè)量研究結(jié)果表明，華北新構(gòu)造區(qū)的速度矢量（5～8 mm/a）較華南新構(gòu)造區(qū)（8～10 mm/a）小。華南新構(gòu)造區(qū)向東南滑動(dòng)較華北新構(gòu)造區(qū)快，因此形成的局部拉張應(yīng)力場(chǎng)對(duì)南黃海地區(qū)地震活動(dòng)起不容忽視的作用。

東海屬于陸緣海（孟祥君等，2009），位于華南地塊，并發(fā)育沖繩海槽盆地，地殼性質(zhì)屬于陸殼和過渡性地殼，地震活動(dòng)主要受琉球海溝俯沖帶控制。東海地區(qū)除沖繩海槽盆地的斷裂和東海盆地東緣的西湖-基隆斷裂及部分北西向斷裂外，其他斷裂第四紀(jì)活動(dòng)不明顯。同時(shí)由于菲律賓海板塊向西俯沖已抵達(dá)在沖繩海槽盆地和釣魚島隆起帶下面，形成了深100～200 km 的中源大震帶，發(fā)生過多次7 級(jí)以上地震，最大地震7.8 級(jí)，構(gòu)成該地段雙層震源的下層。

南海屬于邊緣海，地殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在陸殼、洋殼和過渡性地殼，地震活動(dòng)受周邊區(qū)域性大斷裂和板塊俯沖帶影響。南海及周邊大陸地區(qū)處于歐亞板塊、太平洋-菲律賓海板塊、印度-澳大利亞板塊3 個(gè)巨型巖石圈板塊交接處，在復(fù)雜的應(yīng)力作用下，成為世界上罕有的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)。海盆各部分地質(zhì)構(gòu)造、地震活動(dòng)差異較大，以北部陸架區(qū)和東部海盆區(qū)地震活動(dòng)較強(qiáng)，西部和南部地震活動(dòng)較弱。北部陸架區(qū)地殼性質(zhì)為陸殼，地震活動(dòng)強(qiáng)烈，尤其是各盆地邊緣地帶，往往發(fā)生7 級(jí)以上地震。東部海盆區(qū)發(fā)育有馬尼拉海溝，為典型的洋殼，地震活動(dòng)強(qiáng)烈。

位于臺(tái)灣以東的菲律賓海為菲律賓海板塊的地殼部分，發(fā)育典型的洋殼，受菲律賓海板塊向歐亞板塊俯沖、碰撞作用，地震活動(dòng)強(qiáng)烈，是環(huán)太平洋地震帶地震活動(dòng)最強(qiáng)烈的地區(qū)。

可以看到，我國(guó)海域地區(qū)地震地質(zhì)條件復(fù)雜多變，地殼性質(zhì)從陸殼到過渡性地殼到洋殼性質(zhì)均存在。而洋殼和陸殼對(duì)應(yīng)的孕震、發(fā)震構(gòu)造和機(jī)制存在明顯差異。因此，針對(duì)我國(guó)極復(fù)雜的海洋地震地質(zhì)環(huán)境，考慮海域地震區(qū)劃問題時(shí)，需將板間震源和板內(nèi)震源分別進(jìn)行考慮。

5.2 我國(guó)海域地區(qū)潛源劃分原則

根據(jù)前文對(duì)我國(guó)海域地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造背景的總結(jié)分析可知，我國(guó)海域地區(qū)板塊地質(zhì)屬性復(fù)雜，既有陸殼性質(zhì)為主的渤海，又有洋殼性質(zhì)為主的菲律賓海。陸殼和洋殼的發(fā)震構(gòu)造和地震活動(dòng)特征完全不同。陸殼地區(qū)大量潛源區(qū)以有發(fā)震能力的活動(dòng)斷裂為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)，所處的位置主要位于陸殼內(nèi)部各級(jí)次塊體交界部位，發(fā)震構(gòu)造基本分布在深度＜30 km 的中上地殼地區(qū)，相較于洋殼地區(qū)發(fā)震能力弱，發(fā)震能力多在M8 級(jí)以下。地震復(fù)發(fā)間隔相較于俯沖帶地震大，多為百年以上，甚至可達(dá)千年或萬(wàn)年（Grützner 等，2017）。而屬于洋殼的海域地區(qū)潛源以俯沖帶地震為基本類型，地震復(fù)發(fā)間隔相對(duì)較短，多為數(shù)百年，甚至可短至27 年（Rikitake，1976），且發(fā)震能力強(qiáng)，甚至有的俯沖帶具備超過M9 級(jí)地震的發(fā)震能力，如2011 年3 月11號(hào)日本東北地震、2004 年印尼M9.2 級(jí)大地震等。沿俯沖帶分布有淺源（震源深度0～70 km）、中源（震源深度70～300 km）甚至深源（震源深度＞300 km）地震，現(xiàn)今報(bào)道的最深俯沖帶大震是2015 年發(fā)生在小笠原群島西側(cè)Mw7.9 級(jí)地震，震源深度達(dá)670 km（Zhao 等，2017）。板間地震造成的破壞形式多以次生地震災(zāi)害為主要特征，以2006 年12 月24 日Mw9.0 印尼大地震引發(fā)的巨型地震海嘯為典型代表（Stein 等，2005）。板內(nèi)地震與板間地震不僅在孕震發(fā)震模式上存在明顯差別，在場(chǎng)地土層反應(yīng)、地震動(dòng)衰減關(guān)系等地震區(qū)劃的關(guān)鍵技術(shù)問題上均有完全不同的特點(diǎn)（李小軍，2006）。因此，在對(duì)我國(guó)海域地區(qū)進(jìn)行潛源劃分時(shí)，需區(qū)分板間潛源和板內(nèi)潛源，并相應(yīng)地采取2 種不同的震源活動(dòng)性參數(shù)確定方法、地震動(dòng)衰減模型及場(chǎng)地地震土層反應(yīng)模型，進(jìn)而按照概率地震危險(xiǎn)性分析最終整合計(jì)算評(píng)價(jià)整體的地震危險(xiǎn)性。對(duì)陸殼陸域地區(qū)的區(qū)劃工作，我國(guó)已進(jìn)行大量研究，形成了較成熟有效的工作思路和方法，五代圖代表了我國(guó)陸域地區(qū)區(qū)劃的最新研究水平。而對(duì)于洋殼俯沖帶地震潛源的劃分，目前我國(guó)海域地區(qū)地質(zhì)基礎(chǔ)研究較薄弱，獲取地質(zhì)資料基本僅能依靠海洋鉆探、地震剖面反演等手段，具有精度低、周期長(zhǎng)、成本和技術(shù)難度高等缺點(diǎn)。然而由于活動(dòng)構(gòu)造是距今10～12 萬(wàn)年以來仍然活動(dòng)的斷裂，斷裂斷錯(cuò)幅度小，因此判定活動(dòng)斷裂對(duì)探測(cè)精度要求高，這直接導(dǎo)致海域地區(qū)發(fā)震活動(dòng)構(gòu)造的研究基本空白，與陸域地區(qū)完全不同。同時(shí)，相比陸域地區(qū)，海域地區(qū)受地理?xiàng)l件所限，地震臺(tái)站數(shù)量稀少，儀器精度較低，導(dǎo)致海域地區(qū)地震數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量相對(duì)較差。因此，對(duì)海域地區(qū)的潛源劃分需采取新的原則，這是目前國(guó)際上較通用的方法，如美國(guó)地震區(qū)劃圖根據(jù)東西部地震地質(zhì)條件的巨大差異，對(duì)東西部潛源劃分采取了完全不同的劃分原則和方法，最后利用概率地震危險(xiǎn)性分析方法對(duì)兩部分潛源進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算，獲得最終的地震動(dòng)參數(shù)結(jié)果分布圖。

綜合考慮以上原則，我國(guó)海域地區(qū)潛源劃分可考慮以下原則：

（1）潛源劃分主要分為兩類潛源：斷裂式潛源和分布式潛源。斷裂式潛源的主要發(fā)震對(duì)象是活動(dòng)斷裂及俯沖帶斷裂。分布式潛源假設(shè)資料不明地區(qū)及未知斷裂上也會(huì)發(fā)生中強(qiáng)地震（Mw5 級(jí)至區(qū)域上設(shè)定最大震級(jí)地震），這種潛源稱為分布式地震潛源。

（2）根據(jù)所在地區(qū)地殼性質(zhì)，將陸殼和洋殼地區(qū)斷裂式潛源分開考慮，邊緣海地區(qū)主要作為陸殼考慮。分別采取不同的潛源劃分原則和思路，以陸域中上地殼的活動(dòng)斷裂為淺部潛源和代表洋殼板塊邊緣的俯沖帶地震帶為主的深部震源分別為代表，形成“雙層震源”模型基礎(chǔ)。

（3）陸域地區(qū)潛源劃分以五代圖潛源劃分方案為基礎(chǔ)，按照五代圖潛源劃分思路，并結(jié)合近期更新的地質(zhì)、地球物理、地震學(xué)資料，進(jìn)一步合理化調(diào)整。

（4）充分搜集整理海域地區(qū)地質(zhì)、地球物理、地震等相關(guān)資料，并利用層析成像、地震精定位等研究成果，建立洋殼地區(qū)俯沖帶三維形態(tài)，綜合確定俯沖帶分段模型。在此基礎(chǔ)上結(jié)合地震活動(dòng)性研究成果，確定俯沖帶各段最大發(fā)震震級(jí)、發(fā)震周期、發(fā)震深度等地震活動(dòng)參數(shù)，進(jìn)而劃定潛源區(qū)及相應(yīng)活動(dòng)性參數(shù)，完成潛源劃分。

（5）分布式潛源主要基于地震學(xué)資料，以現(xiàn)有地震資料中發(fā)震構(gòu)造不明的中強(qiáng)震及成帶狀分布的小震分布作為分布式潛源劃分依據(jù)。在保證足夠地震數(shù)據(jù)參與計(jì)算的前提下，根據(jù)地震地質(zhì)背景環(huán)境的不同劃分不同區(qū)帶，并擬合相應(yīng)的地震區(qū)域古登堡-里科特震級(jí)-頻率函數(shù)（Gutenberg 等，1944），計(jì)算相應(yīng)的a值和b值，建立地震活動(dòng)性空間分布模型，并以此作為劃分地震潛源的依據(jù)和基礎(chǔ)。

目前對(duì)于海域區(qū)劃的研究較少，以上提出的潛源劃分原則仍有研究的空間。