李昌瓏， 高孟潭

(1. 中國地震局烏魯木齊中亞地震研究所，新疆 烏魯木齊 830011； 2.中國地震局地球物理研究所，北京 100081)

地震強地面運動能夠造成建筑物破壞，導致地震災害。開展概率地震危險性分析(Probabilistic Seismic Hazard Assessment, PSHA)[1]研究，產(chǎn)出地震危險性區(qū)劃圖，可作為建筑抗震設防的依據(jù)，有效減輕地震災害。南天山—帕米爾地區(qū)地處歐亞大陸中部，位于歐亞地震帶上，是構(gòu)造作用強烈的地區(qū)。該地區(qū)的地震危險性分析研究對提升抵御地震災害的能力、降低地震風險有重要的意義。

圖1 中亞地區(qū)50年超越概率10%的烈度分布圖[7]Fig.1 Seismic hazard map of Central Asia of intensity with 10% probability of exceedance in 50 years[7]

Danciu et al.[8]依托“中東地震模型(Earthquake Model of the Middle East, EMME)項目”對中東地區(qū)進行了PSHA研究，研究范圍包括從土耳其到巴基斯坦的廣大地區(qū)。該研究將斷層震源模型和面源模型的計算結(jié)果進行加權(quán)平均，產(chǎn)出了該地區(qū)50年超越概率10%的峰值加速度(PGA)分布圖(圖2)。

圖2 中東地區(qū)50年超越概率10%PGA的地震危險性圖[8]Fig.2 Seismic hazard map of the Middle East of PGA with 10% probability of exceedance in 50 years[8]

中國2015年發(fā)布了第5代《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[9]，對全國開展了PSHA研究，給出了全國重現(xiàn)期475年的地震動峰值加速度區(qū)劃圖。

南天山—帕米爾地區(qū)位于以上3個研究區(qū)域的交界部，不同研究對該地區(qū)給出的地震危險性結(jié)果有所差異。因此，有必要對該地區(qū)的地震危險性模型進行協(xié)調(diào)統(tǒng)一。該地區(qū)發(fā)育眾多大型的活動斷層，有必要考慮大地震斷層破裂面尺度對地震危險性的影響。針對上述問題，在已有研究的基礎上給出南天山—帕米爾地區(qū)考慮斷層震源模型的地震危險性結(jié)果。

1 南天山—帕米爾地區(qū)地震危險性模型協(xié)調(diào)統(tǒng)一研究

1.1 中亞、中東、中國的潛在震源區(qū)模型

中亞、中東和中國已有的地震危險性研究都對各自區(qū)域劃分了面源潛在震源區(qū)。其中，中亞模型[7]采用2級潛源劃分思路。將中亞地區(qū)劃分為10個地震帶，再在每個地震帶內(nèi)劃分潛在震源區(qū)，共劃分131個潛在震源區(qū)?？紤]的震級范圍從MS4.0～9.0。圖3為中亞的潛在震源區(qū)劃分(粗紅線為地震帶，細紅線為潛在震源區(qū))。

圖3 中亞潛在震源區(qū)劃分示意圖Fig.3 Seismogenic sources of Central Asia

中東地震模型[8]將中東地區(qū)的潛在震源區(qū)劃分為3個構(gòu)造類型：活動淺層地殼(Active Shallow Crust, ASC)、穩(wěn)定大陸地殼(Stable Continental Crust, SCC)、板內(nèi)俯沖帶(Subduction Intraslab, SI)。上述3個類型的震源區(qū)分別在中東地區(qū)劃分了213個、11個和6個。EMME的模型示意圖(圖4，白色區(qū)域為ASC，淺灰色區(qū)域為SCC，深色區(qū)域為SI)。

圖4 EMME模型示意圖Fig.4 Seismogenic sources of EMME model

中國潛在震源區(qū)模型采用地震統(tǒng)計區(qū)、地震構(gòu)造區(qū)、潛在震源區(qū)3級劃分[10]，將全國劃分為29個地震統(tǒng)計區(qū)(地震帶)、444個背景源(SBG)和1 199個構(gòu)造源(SST)。中國潛源模型如圖5所示。

圖5 中國潛在震源區(qū)劃分圖Fig.5 Seismogenic sources of China

1.2 潛源模型的協(xié)調(diào)統(tǒng)一

上述3個潛源劃分方案在南天山—帕米爾地區(qū)的潛源分布見圖6(圖中藍色邊框為中國模型，紅色邊框為中亞模型，黑色邊框為中東模型)。為了協(xié)調(diào)統(tǒng)一3個模型，采取以下方法：

在脫貧攻堅進程中，除了改善農(nóng)民的經(jīng)濟條件外，基層村委會（社區(qū)）還應該引導樹立以愛情為基礎的擇偶觀。現(xiàn)階段，農(nóng)村女青年過分看重男方的經(jīng)濟條件，而忽略了婚姻締結(jié)的重要紐帶——愛情。在過于物化和商品化擇偶觀的沖擊下，往往會因為婚姻雙方缺乏同甘同苦的奮斗目標，以至于在婚姻生活中遇到一點挫折就會分手或者離婚。因此，建議采用講座、板報、文娛節(jié)目等形式在各村（社區(qū)）宣傳正確的擇偶觀和愛情觀，樹立社會主義農(nóng)村婚姻新風尚。

圖6 3個潛源劃分方案在南天山—帕米爾地區(qū)的潛源分布示意圖Fig.6 Seismogenic sources of the three models in South Tienshan—Pamir Area

(1) 刪除重疊潛源

在潛源重疊區(qū)域僅保留1家模型的潛源劃分。根據(jù)數(shù)據(jù)來源豐富優(yōu)先原則，保留潛源數(shù)據(jù)最詳細、劃分依據(jù)最充分的潛源。刪除重疊后的研究區(qū)域潛源劃分(圖7)。

圖7 刪除重疊后的潛源劃分示意圖Fig.7 Seimogenic sources after deleting overlapped ones

(2) 拼合形狀

刪除整塊重疊的潛在震源區(qū)后，繼續(xù)微調(diào)部分潛源的邊界，消除各潛源之間的縫隙和局部重疊，使各潛源無重疊、無縫隙地拼合于地表(圖8，黑色框為南天山—帕米爾地區(qū))。

圖8 拼合形狀后的潛源劃分示意圖Fig.8 Seimogenic sources after sewing edges

(3) 調(diào)整地震活動性參數(shù)

EMCA和EMME模型中各震源區(qū)的地震活動性參數(shù)為G-R關系[11]中的a值和b值。拼合形狀使一些震源區(qū)的面積發(fā)生了變化。對于這些震源區(qū)，調(diào)整后的a值a′按照(1)式計算：

(1)

式中，a為調(diào)整前的a值，S和S′分別為調(diào)整前后的面積。對于面積變化的潛源，調(diào)整后的地震發(fā)生率p′，

(2)

式中，p為調(diào)整前地震發(fā)生率，S和S′分別為調(diào)整前后的面積。

圖9 協(xié)調(diào)統(tǒng)一后的研究區(qū)域潛源劃分圖Fig.9 Seimogenic sources after harmonization in the study area

1.3 協(xié)調(diào)統(tǒng)一模型的地震危險性計算

使用協(xié)調(diào)統(tǒng)一后的潛源模型計算南天山—帕米爾地區(qū)的概率地震危險性。其中面源使用的地震動衰減關系模型為俞言祥等[12]提出的5代圖新疆分區(qū)衰減關系模型，衰減關系，

lgY=A+BM+Clg(R+DeEM).

(3)

式中，Y為地震動參數(shù)，M為震級，R為震中距，A、B、C、D、E為衰減系數(shù)。

對帕米爾中深源使用的地震動衰減關系參照EMME模型[8]，使用Zhao et al.[13]、Youngs et al.[14]、Atkinson and Boore[15]和Akkar et al.[16]4種衰減關系各取25%權(quán)重的地震動衰減關系方案。

使用上述衰減關系計算南天山—帕米爾地區(qū)50年超越概率10%的PGA分布(圖10)，由圖10可見，南天山西段是研究區(qū)域內(nèi)地震危險性較高的地區(qū)。

2 南天山—帕米爾斷層潛在震源區(qū)模型的建立

2.1 斷層源模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定

南天山—帕米爾地區(qū)的主要活動斷層分布如圖11所示。本文中建立的斷層潛在震源區(qū)模型基于斷層線的位置，參數(shù)包括傾角、震源深度范圍、破裂長寬比、震級上限、b值、滑動速率等。國內(nèi)部分的斷層及其結(jié)構(gòu)參數(shù)、滑動速率等數(shù)據(jù)來自《新疆及鄰區(qū)地震構(gòu)造圖》[17]，國外部分來自中東地震模型[8]。在研究區(qū)域內(nèi)共建立了165個斷層潛在震源區(qū)。由于有明確發(fā)震斷層的地震通常MS≥6.5，本文中設定斷層源的起算震級為MS6.5。MS6.5以下的地震仍計入面源的地震活動性參數(shù)。

圖11 南天山—帕米爾斷層分布示意圖Fig.11 Faults distribution in South Tianshan—Pamir area

斷層面的范圍根據(jù)斷層線、傾角和震源深度范圍確定。斷層源的b值選取斷層所在地震帶的b值。使用Anderson and Luco[18]提出的斷層滑動速率和地震發(fā)生率的關系式計算斷層源的地震活動性,

(4)

式中，M為震級上限，d為滑動速率，b為G-R關系[16]中的b值，μ為剪切模量，S為斷層面面積，M0為M級地震的地震矩。用該式可得到M級地震的復發(fā)周期T，進一步可計算得到G-R關系中的a值，

(5)

2.2 斷層源模型地震危險性算法

斷層源模型的地震危險性算法與面源算法類似，也包括潛源離散化、讀取場點距離參數(shù)、根據(jù)衰減關系計算地震動、積分計算概率地震危險性等步驟[19]。與面源模型不同的是，讀取場點距離參數(shù)為斷層破裂距Rrup，即場點到斷層破裂面的最短距離[20]。為讀取Rrup，需要對離散化后的每個子源根據(jù)所計算的震級生成地震破裂面。

關于破裂面面積的確定，耿冠世和俞言祥[21]對中國西部大地震的震級和破裂面尺度的關系進行了研究，選取的地震包括2003年中俄蒙交界的MS7.9地震、2001年昆侖山口西MS8.1地震等。該研究表明中國西部大地震的震級-破裂面尺度的關系與Wells and Coppersmith[22]提出的震級-破裂面尺度經(jīng)驗關系接近。因此，本文中使用Wells and Coppersmith經(jīng)驗關系計算破裂面面積，再進一步根據(jù)破裂面長寬比計算破裂面的長和寬。

斷層震源模型地震危險性計算使用地震動衰減關系應為以Rrup為距離參數(shù)的衰減關系。參照中東地震模型的斷層源計算方法，選取Akkar et al.[16]、Akkar and Cagnan[23]、Chiou and Youngs[24]、Zhao et al.[13]4種衰減關系各25%權(quán)重。

研究區(qū)面源和斷層源的潛源分布(圖12)。在進行面源和斷層源結(jié)合地震危險性計算時，對內(nèi)部有斷層源分布的構(gòu)造類面源(SST)，其震級上限調(diào)整為MS6.5。即MS≤6.5的地震發(fā)生率不變，MS≥6.5的地震只存在于斷層源，地震活動性參數(shù)根據(jù)(4)式和(5)式計算。

圖12 面源和斷層源疊加的潛源分布示意圖Fig.12 Seismoginic sources with both areas and fault sources

2.3 斷層源結(jié)合面源模型的地震危險性計算

使用面源和斷層源疊加的模型繪制研究區(qū)50年10%超越概率的PGA分布圖(圖13)，使用斷層源模型后，研究區(qū)內(nèi)地震危險性最高的地區(qū)為吉爾吉斯—烏茲別克斯坦交界地區(qū)。

圖13 面源和斷層源疊加模型的50年10%超越概率PGA分布圖Fig.13 Seismic hazard map of PGA with 10% probability of exceedance in 50 years using area andfault source model

3 斷層源模型與面源模型的比較

為比較圖10和圖13的地震危險性結(jié)果，繪制出斷層源面源疊加模型-面源模型(圖14，顯示圖10和圖13地震危險性結(jié)果的差值)。由圖14可見，使用斷層源模型后，帕米爾和帕米爾高原幾條主要斷裂附近的地震危險性有所降低。喜馬拉雅地震帶、南天山北坡和中亞地區(qū)的地震危險性有所升高。其余地區(qū)的2種模型計算結(jié)果接近。

圖14 斷層源面源疊加模型—面源模型Fig.14 Fault source surface superposition model—surface source model

4 結(jié)論和討論

分析中亞—中東地震危險性模型和中國模型在南天山—帕米爾地區(qū)的模型特點，重新劃分了面源潛在震源區(qū)并重新確定了新潛源的地震活動性參數(shù)。使用南天山—帕米爾地區(qū)的斷層資料建立了斷層震源模型，計算了斷層震源的地震活動性參數(shù)。將面源和斷層源結(jié)合，使用協(xié)調(diào)后的模型計算了該地區(qū)的地震危險性。得出如下結(jié)論：

(1) 使用面源模型時，南天山西段是南天山—帕米爾地震危險性較高的地區(qū)。

(2) 使用斷層源疊加面源模型時，吉爾吉斯—烏茲別克斯坦交界地區(qū)是研究區(qū)內(nèi)地震危險性最高的地區(qū)。

(3) 使用斷層源模型后，帕米爾和帕米爾高原幾條主要斷裂附近的地震危險性有所降低。喜馬拉雅地震帶、南天山北坡和中亞地區(qū)的地震危險性有所升高。其余地區(qū)的2種模型計算結(jié)果接近。

(4) 使用面源和斷層源的地震危險性計算比較結(jié)果表明，使用斷層震源的地震危險性分析能夠表現(xiàn)大地震在近斷層處地震動顯著增大的特征。

本文中使用斷層源和面源疊加模型計算的地震危險性結(jié)果在帕米爾—帕米爾地區(qū)比單純使用面源模型的結(jié)果偏小，說明使用斷層滑動速率估算的地震活動性同真實的地震活動性之間仍存在差異。斷層滑動速率與地震活動性之間的更精確的內(nèi)在聯(lián)系還需進一步研究。