活断层定量资料在大震年发生率评定中的应用

大震年发生率的评定在地震区划中是一项非常重要的工作。但由于大震复发行为的复杂性,目前尚未建立合理的大震复发模型。本文通过美国地震区划图的截断G—R关系模型和特征地震模型组成的混合模型,利用活断层地质定量资料（滑动速率、古地震等）评定了大震的年发生率。结合我国的地震构造环境特征和资料的精细程度,将以上方法加以修正,并选择典型断裂进行了计算,同时还把计算结果与我国第三代、第四代地震区划图进行了比较和分析。     

地震危险性分析中的二项式模型

围绕对地震活动时间和空间不确定性的不同认识和处理方法,分析了地震区划中现有的确定性方法和概率分析方法的不足.分析、总结了地震之间相互关系随时间、空间和震级的变化特征,认为时间和空间不确定性是相互联系、相互制约的,并用最多地震数来反映这种变化特征,进而推导出二项式模型.二项式模型能够反映不同程度的时间和空间不确定性认识.分析了二项式模型与确定性方法和概率分析方法中泊松模型的异、同之处,指出确定性方法和泊松模型分别是二项式模型的两个极限,在时间和空间不确定程度极小和很大两种情况下,二项式模型分别趋近于确定性方法和泊松模型.给出了一种估算隐含概率的方法,具体分析了1977年全国烈度区划图中华北地区5个高烈度区隐含概率的上限值.      

用逻辑树方法估计地震年发生率的不确定性

逻辑树方法可用于定量评定震级-频度关系,推断低震级地震年发生率时产生的不确定性．这些不确定性因素包括:震级-频度关系对自相似性的偏离;不同的拟合方法;确定年平均发生率的方法;拟合时的震级步长; 起算震级及震级误差等．本文以鲜水河震源区为例,研究强地震序列外推地震危险性评定所需要的4级以上地震年发生率时可能产生的不确定性．敏感性分析表明,同一种拟合方法中最敏感的因子是确定年发生率的方法,其次是震级步长和起算震级,震级误差影响相对较小． 逻辑树评定震级-频度关系不确定性的步骤为: ① 根据研究区已有资料和认识建立表述震级-频度关系不确定性的逻辑树;② 计算所有末端分支的震级-频度关系;③ 分析各不确定性因子的敏感性,修正逻辑树的结构和调整初始权重;④ 再计算末端分支的震级-频度关系,计算每一震级档的余累积分布函数; ⑤ 给定分位数,求得与此分位水准相应的地震年频数． 本文以80％和20％的分位水准,得到鲜水河震源区4级地震（不含余震）的年频数为0.643 0,而与分位数50％相应的年频数为0.631 8,两者十分接近．      

地震区划中混合地震模型研究——以祁连山为例

以祁连山为研究区,以上限震级７．５和８．０的潜源为特征地震段,利用滑动速率法分别计算上述每个潜源中７．０～７．４级,７．５～７．９级地震的复发间隔。特征地震选用ＮＢ模型条件概率和ＮＢ累积概率模型,中强震采用中国地震区划图（１９９０）的分档泊松模型,组成混合地震模型,用中国西部椭圆地震衰减公式,计算了未来５０ａ,超越概率为１０％的地震烈度。计算结果认为累积概率模型当地震离逝时间长而潜源面积小时影响大,面积大的潜源应进一步考虑潜源的稀释问题     

郯庐断裂带中段全新世活断层的特征滑动行为与特征地震

郯庐断裂带中段全新世活断层由３个独立的破裂段组成。从各破裂段的运动性质、位移分布看，断层的运动属特征地震型滑动。地震活动以强震活动为主，强震具有周期性原地重复发生的特点，且其强度基本相同；中强地震缺失或很少发生；ｂ值在高震级范围内具低ｂ值的非线性关系。这些特点正是特征地震的典型表现．根据郯庐断裂带中段活断层全新世以来的活动特点看，未来该区仍然以特征地震方式活动．按郯庐带的强震复发间隔和各段的最新一次活动时代推算，未来一段时期内新沂－宿迁段复发大震的可能性较大，安丘段次之，莒县－郯城段复发大震的可能性则很小。     

华南地区中强地震重复特征初步分析

运用时间相依的布朗过程时间模型和泊松模型,分别计算了炉霍潜源和道孚潜源7.0≤M<7.5和7.5≤M<8.0震级档未来50a的发震概率,并将其与根据中国地震动参数区划图(2001)潜在震源区划分综合方案且运用分档泊松模型所得的计算结果进行对比分析。结果表明:①应用地震矩率方法得到的各断裂段特征化地震复发间隔,无论是BPT模型或泊松模型所得到的炉霍和道孚潜源在7.0≤M<7.5震级档的发震概率计算结果,均远大于根据中国地震动参数区划图(2001)潜在震源区划分综合方案所得的计算结果;②对于使用同样的由地震矩率方法得到的各断裂段特征化地震复发间隔数据,BPT模型和泊松模型所得的计算结果也不相同。     

混合地震模型的建立及其科学意义

利用中国西部古地震和历史地震资料建立了特征地震模型并与分档泊松模型结合组成混合地震模型。研究了青藏高原东南缘的重要地震带鲜水河－小江断裂地区的地震危险性,并与1990年出版的中国地震区划图结果进行了比较,表明在1786年曾经发生过73／4级地震的康定地区（离浙时间为213a,地震复地周期为320a）的地震概率大于后,Ⅷ度区面积同样是前大于后。这说明地震离逝时间与地震复发周期关系对地震危险性计算是有影响的,特征地震与混合地震模型的引入解决了泊松模型无记忆性的缺陷,使计算的结果更科学、合理。     

鲜水河断裂带北西段不同破裂源强震震级（M≥67）及复发间隔研究

鲜水河断裂带是四川西部一条晚第四纪强烈左旋走滑活动的构造带，历史上发生多次强震. 它与西北侧的甘孜—玉树断裂带一起，构成青藏高原东部的侧向滑移构造系统中的川滇活动地块的北边界——羌塘地块的东北边界. 鲜水河断裂带北西段可以分成4个段落，每一段落均可作为一个独立的基本破裂单元而发生地震破裂，亦有可能发生不同尺度的多段联合瞧裂. 对鲜水河断裂带北西段不同尺度破裂的震级及复发间隔进行研究. 根据该地区的地质、地球物理、测量及地震等方面的资料，结合我国强震复发的特点，分析了拉分盆地内部的滑动速率分布，以确定各段落的等效长度和倾向宽度，从而建立适合我国大陆走滑断裂的面波震级与断裂发震面积的关系式；进而运用地震矩方法，考虑断层之间的相互作用，结合专家意见建立了该段的矩平衡断裂破裂模型；最后，给出了鲜水河断裂带北西段各破裂源特征化地震的复发间隔、震级大小和不确定性，以及他与中小地震的联合震级分布. 结果表明，鲜水河断裂带北西段较易发生单段破裂，复发间隔在100～150年左右.     

震源耦合的等效物理模型

本文提出了考虑各潜在震源相互耦合的等效物理模型，系统地建立了通过拟合各潜在震源地震序列来确定不同时间段内活断层形速率的方法，给出了预报各潜在震源未来一定年限内发生震级在不同震级段的概率模型。     

鲜水河断裂带北西段不同破裂源强震震级（M≥67）及复发间隔研究

鲜水河断裂带是四川西部一条晚第四纪强烈左旋走滑活动的构造带，历史上发生多次强震. 它与西北侧的甘孜—玉树断裂带一起，构成青藏高原东部的侧向滑移构造系统中的川滇活动地块的北边界——羌塘地块的东北边界. 鲜水河断裂带北西段可以分成4个段落，每一段落均可作为一个独立的基本破裂单元而发生地震破裂，亦有可能发生不同尺度的多段联合瞧裂. 对鲜水河断裂带北西段不同尺度破裂的震级及复发间隔进行研究. 根据该地区的地质、地球物理、测量及地震等方面的资料，结合我国强震复发的特点，分析了拉分盆地内部的滑动速率分布，以确定各段落的等效长度和倾向宽度，从而建立适合我国大陆走滑断裂的面波震级与断裂发震面积的关系式；进而运用地震矩方法，考虑断层之间的相互作用，结合专家意见建立了该段的矩平衡断裂破裂模型；最后，给出了鲜水河断裂带北西段各破裂源特征化地震的复发间隔、震级大小和不确定性，以及他与中小地震的联合震级分布. 结果表明，鲜水河断裂带北西段较易发生单段破裂，复发间隔在100～150年左右.     

Earthquake hazard in Marmara Region, Turkey

Earthquake hazard in the Marmara Region, Turkey has been investigated using time-independent probabilistic (simple Poissonian) and time-dependent probabilistic (renewal) models. The study culminated in hazard maps of the Marmara Region depicting peak ground acceleration (PGA) and spectral accelerations (SA)'s at 0.2 and 1 s periods corresponding to 10 and 2% probabilities of exceedance in 50 yrs. The historical seismicity, the tectonic models and the known slip rates along the faults constitute the main data used in the assignment. Based on recent findings it has been possible to provide a fault segmentation model for the Marmara Sea. For the main Marmara Fault this model essentially identifies fault segments for different structural, tectonic and geometrical features and historical earthquake occurrences. The damage distribution and pattern of the historical earthquakes have been carefully correlated with this fault segmentation model. The inter-event time period between characteristic earthquakes in these segments is consistently estimated by dividing the seismic slip estimated from the earthquake catalog by the GPS-derived slip rate of 22±3 mm/yr. The remaining segments in the eastern and southern Marmara region are also identified using recent geological, geophysical studies and historical earthquakes. The model assumes that seismic energy along the segments is released by characteristic earthquakes. For the probabilistic studies characteristic earthquake based recurrence relationships are used. Assuming normal distribution of inter-arrival times of characteristic earthquakes, the ‘mean recurrence time’, ‘covariance’ and the ‘time since last earthquake’ are developed for each segment. For the renewal model, the conditional probability for each fault segment is calculated from the mean recurrence interval of the characteristic earthquake, the elapsed time since the last major earthquake and the exposure period. The probabilities are conditional since they change as a function of the time elapsed since the last earthquake. For the background earthquake activity, a spatially smoothed seismicity is determined for each cell of a grid composed of cells of size 0.005°×0.005°. The ground motions are determined for soft rock (NEHRP B/C boundary) conditions. Western US-based attenuation relationships are utilized, since they show a good correlation with the attenuation characteristics of ground motion in the Marmara region. The possibility, that an event ruptures several fault segments (i.e. cascading), is also taken into account and investigated by two possible models of cascading. Differences between Poissonian and renewal models, and also the effect of cascading have been discussed with the help of PGA ratio maps.     

青藏高原东北缘断层系统的大地震迁移概率及断层滑动速度的分段特征

青藏高原东北缘是青藏高原隆升、生长及变形前缘.区域地震活动频繁,且地震在其主要断层带之间时空迁移.为了研究区域大地震在主要断层带之间的迁移规律与概率,以及主要断层带大地震破裂的时空分布特征,本文建立了青藏高原东北缘地区的三维黏弹塑性有限元模型,模拟了区域断层系统的地震循环,得到了人工合成的万年时间尺度的地震目录.根据模拟的地震目录,并结合古地震数据,计算分析了大地震(MW≥7)在研究区各个主要断层带之间的迁移概率,探讨了黏度、高程、统计时间长度等因素对大地震在各主要断层带之间的迁移概率和大地震在各主要断层带上的发生概率的影响,并且初步调查了海原断层带和香山天景山断层带的大地震破裂时空分布特征.研究结果显示:继区域最近两次大地震(1920年海原断层带上的M8.5海原大地震和1927年香山天景山断层带上的M8古浪大地震)之后,下一次大地震(MW≥7)发生在海原断层上的概率最大,约为51%～81%;其次是在香山天景山断层上,概率约为9%～37%.模型结果显示,不同的青藏高原中下地壳上地幔黏度大小,对大地震在各个断层带之间的迁移规律和迁移概率的影响较小;而研究区的高程载荷对地震迁移则有显著的影响:高程载荷易于使得海原断层地震活动减弱及香山天景山断层的地震活动增强.研究结果也显示了青藏高原东北缘地区主要断层带的地震活动与断层滑动速率分布的分段性显著;大地震在断层带上的破裂位置并不固定,呈现不均匀性;并暗示了断层几何形状对地震活动、断层滑动速率分布与大地震破裂位置的控制作用.     

2015年尼泊尔强震序列对中国大陆的应力影响

基于2015年尼泊尔地震序列的破裂模型及均匀弹性半空间模型,计算了该地震序列传递到中国西藏境内发生在定日县地震和聂拉木县地震的应力.2015年尼泊尔地震序列导致定日县地震和聂拉木地震节面和滑动方向的库仑应力增加(2~3)×103 Pa和(2.4~3.1)×105 Pa,表明这两个地震受到尼泊尔地震序列的触发.其次,我们计算了2015年尼泊尔地震序列在中国大陆及其附近主要活动断层上产生的库仑应力变化.喜马拉雅主山前逆冲断裂和青藏高原内部的拉张正断层上的库仑应力有较大的增加,而青藏高原的走滑断裂,如阿尔金断裂、东昆仑断裂、玉树玛曲断裂、班公错断裂西部、嘉黎断裂的库仑应力有较大的降低.天山南北两侧的断裂库仑应力降低.而华北及东北、华南地区的库仑应力变化几乎可以忽略不计.最后,计算了该地震序列造成的水平应力变化.水平面应力在2015年尼泊尔地震序列北向(青藏高原大部和新疆区域)增加(拉张),而在地震序列东侧的西藏南部和川滇地区南部降低(压缩),在华北和东北仅有少许增加,在华南地区有少许降低.在中国西部,主压应力表现为以2015年地震序列为圆心的向外辐射状,而主张应力方向与同心圆切线方向大体一致.水平主压应力方向在东北地区为北东向,在华北地区为北东东向,在华南地区为南东东向.这种模式与现今构造应力场方向相似,表现了2015尼泊尔地震序列所代表的印度板块和欧亚板块的碰撞是中国大陆构造变形的主要动力来源.     

历史大地震断层滑动模型的建立及其对同震数值计算的影响——以1920年宁夏海原MS8.5大地震为例

大地震的发生会引起区域位移场和应力场发生变化,进而改变区域内及临近断层的应力状态和地震活动性.目前,研究学者可据已有的断层滑动模型来计算分析大地震同震应力变化,同时采用库仑应力触发理论来进一步分析震后余震分布和断层危险性.然而,历史上曾经发生过不少大地震,例如,1920年的海原M_S8.5大地震,是全球范围内少见的特大地震之一.局限于无确切的地震台站地震波等资料,前人在研究历史地震的影响时往往给出一些简单的断层滑动模型,将断层面上错动量视为均匀分布.为更准确地了解历史地震对后续地震的影响,基于前人研究和一般地震滑动形态分布规律及地震反射剖面等资料,以海原M_S8.5大地震为例,探讨了如何建立海原大地震断层滑动模型,并分别搭建了简单断层滑动模型和复杂断层滑动模型的全球同震横向不均匀并行椭球型地球模型.通过对海原M_S8.5地震的同震位移场和应力场的计算,发现采用复杂断层滑动模型比简单断层滑动模型地表位错分布更切合实际.同时,进一步计算和分析了此次大地震对青藏高原东北缘近100年历史地震和周围断层的应力触发作用,得出断层滑动模型对同震计算结果的影响集中在发震断层附近而对远场影响较小.     

Theoretical and quantitative analyses of the fault slip rate uncertainties from single event and erosion of the accumulated offset

Fault slip rate is one of the most important subjects in active tectonics research, which reveals the activity and seismic potential of a fault. Due to the improvement of dating precision with the development of dating methods, Holocene geological markers, even the young markers of thousands or hundreds of years old, are widely used in fault slip rate calculation. Usually, uncertainties from a single event and erosion of the accumulated offsets are involved in fault slip rate determination. Two types of uncertainties are related to a single event; the first is the time elapsed since the latest (the most recent) event; the second is the period since the formation of the geological marker to the occurrence of the first event. High‐slip‐rate faults are more sensitive to these uncertainties than low‐slip‐rate faults. In this study, we studied quantitatively the effects of a single event on fault slip rate following the three classic earthquake models: the characteristic earthquake, uniform slip and variable slip models. We suggest that the erosion of the accumulated offset–lateral erosion on a strike‐slip fault, should also be considered in fault slip estimation. Therefore, we propose a differential method to obtain a reliable fault slip rate. In the differential method, the slip rate is the ratio of offset differentials and corresponding age differentials between the older and younger terraces along strike‐slip faults. This kind of differential method could avoid the uncertainties from the first and latest events, as well as that from the lateral erosion. By applying the differential method, we got the revised slip rates of ∼5–10 mm/year on the Altyn Tagh and Kunlun faults. These low slip rates could fit previous geodetic and geological fault slip rates and shortening rates as well as the millennial recurrence intervals of strong earthquakes along the major segments of these faults.     

鲜水河断裂带上特征地震的初步研究

特征地震是大地震原地重复的重要表现形式.现有资料的初步研究表明,鲜水河断裂带上大地震属特征地震模式,其地震破裂长度、同震位错量以及断层错动方式,在原地保持较长时间的一致性.由于大地震屡屡在原地重复发生,沿断裂特定地段累积位错分布与一次地震的位错相一致,从而导致断层滑动速率的同步变化.本文以1973年炉霍地震为例,研究了鲜水河断裂的特征地震现象.该段的地震活动属特征地震模式,不服从古登堡-里克特的线性震级频度关系.特征地震不仅对断错地貌、滑动速率有重要的影响,由于这种地震模式是以特定震级的大地震为主导,几乎没有中等震级地震发生,这对地震活动性研究也具有重要的意义.      

Probability of earthquake recurrence with nonuniform stress rates and time-dependent failure

Current methods for calculation of long-term probabilities for the recurrence of large earthquakes on specific fault segments are based upon models of the faulting process that implicitly assume constant stress rates during the interval separating earthquakes and instantaneous failure at a critical stress threshold. However, observations indicate that the process of stress recovery following an earthquake involves rate variations at all time scales in addition to stress steps caused by nearby earthquakes. Additionally, the existence of foreshocks, aftershocks and possible precursory processes suggest that there may be significant time dependence of the earthquake nucleation process. A method for determining the conditional probabilities for earthquake occurrence under conditions of irregular stressing is developed that could be useful at all time scales including those pertinent to short-and intermediate-term prediction. Used with models for earthquake occurrence at a stress threshold, the addition of variable stressing introduces a simple scaling of the conditional probabilities by stress level and stress rate. A model for the time-dependent nucleation of earthquake slip has been proposed recently that is based upon laboratory observations of fault strength. This failure criterion results in large but relatively short duration changes in the probability of earthquake recurrence particularly following stress steps. Applied to populations of earthquakes the models predicts a 1/t decay of seismicity following stress steps as observed for aftershocks and for frequency of foreshock-mainshock pairs. The model suggests that variations of seismicity rates of small earthquakes in the nucleation zone of the expected earthquake directly indicate variations in probability of recurrence of the large earthquake.     

2008年和2014年于田地震对周边断层发震概率的影响

大震后区域静态库仑应力变化直接影响地震活动性速率的变化、主震断层外余震和即将失稳断层的发震概率的变化.利用滑移速率和状态相依赖的摩擦定律,结合2008年3月21日于田地震前后的地震活动性水平,定量计算了2008年于田地震后该地区周边断层发震概率的变化,着重解释了2014年于田地震发震的可能根源.此外,本文还对库仑应力明显变化的周边三条断层进行了发震概率的定量计算.贡嘎错断裂中段、贡嘎错断裂西南段和康西瓦断裂中段分别经历了发震概率先降后升、先升后升和先降后降两个阶段,充分显示了库仑应力的细微变化造成的周边断层的危险性的变化.这三条断裂发生7.0级以上地震的发震概率超越95%均需要500年左右;贡嘎错断裂西南段发生中强地震的可能性较大,而康西瓦断裂中段活跃度较低.     

中国甘肃昌马断裂带及其现代活动

昌马断裂带是是青藏高原北部一条活动强烈的左旋走滑断裂带。它表现为重力、航磁、地壳厚度的综合异常梯度带，属于断面陡、切割深的超岩石圈断裂。昌马断裂带由１２条长４公里至１８公里不等的不连续的主断层和４条次级断层组成，可划分为东、中、西三大段落。断裂的水平位移和滑动速率具有分段性，全新世以来，东、中、西三段的左旋水平滑动速率分别为４．１毫米／年，２．６毫米／年和１．５毫米／年。北东东、北北西和北西西三个方向断层的位移具有分级特征，不同级别的位移具有良好的同步性。全新世以来北东东、北北西和北西西三个方向断层的水平滑动速率分别为４．１毫米／年、３．８毫米／年和２．７毫米／年。白垩纪以来，昌马断裂呈天平式运动，显示了枢纽断裂运动特征，枢纽轴位于断裂中段。昌马地震震源破裂性质及其反映的震源应力场与地震破裂带的破裂性质及其反映的构造应力场不一致。昌马地震震源机制解反映了北北西～南南东挤压，作用应力近于水平的震源应力场；昌马地震破裂带的变形组合反映了东北～南西挤压的构造应力场。昌马地震破裂带长１２０公里，分为东部正走滑段、中部逆走滑段和西部尾端破裂段，显示了多个水平位移峰值。全新世以来，沿昌马断裂发生了６次强震事件，强震复发     

基于特大地震发生率的川滇地区地震危险性预测新模型

川滇地区是我国地震危险性较高的地区之一.本文基于对特大强震的风险性考虑,使用全球地震模型OpenQuake软件,建立了川滇地区地震危险性预测新模型.首先根据构造特征划分多个震源分区,并整理出这些震源分区内断层活动特征与滑动速率;基于震源分区和断层模型,使用GPS应变率转换成的锥形古登堡-里克特关系作为整个区域的地震积累率,并允许超过历史最大震级的特大地震的出现,结合活动断层滑动速率所积累的地震发生率,给出震源分区内断层地震源和背景地震源的地震发生率的比率分配关系;在活动断层分段上,保留了大型断裂或其主要部分,没有根据小的阶区来对断层进行详细分段,以便分配特大地震发生率;并使用地震率平滑方法分配背景地震发生率.最后在OpenQuake中加入地震动预测方程,计算出了川滇地区的PGA分布图,为区域地震危险性提供科学依据.