川西及邻近地区地震活动性模拟和断层间相互作用研究

本研究采用基于库仑破裂准则的地震活动性准静态模型,模拟计算了川西地区长达10000年的理论地震目录,通过对理论地震目录的分析发现川西地区M_s≥7.0强震在时间上表现出很强的随机性,与平均地震发生率为1/22.0年^－1（≈0.0454年^－1）的Poisson过程很相近, Poisson模型可能是川西地区开展长期（数10年）地震危险性计算中较为合适的模型.而单一断层M_s≥7.0强震的时间间隔分布与Poisson过程存在很大的差异,用Poisson模型估计单一构造上长期地震危险性可能是不合适的.通过分析模拟产生的长时间理论地震目录,逐一给出了川西地区主要断层的M_s≥7.0强震的时间间隔分布与平均M_s≥7.0强震的复现时间,并讨论了主要断层间强震活动的相互关联,计算出了强震在各断层间的转移概率.定量计算了研究区一断层的破裂产生的库仑应力在研究区其他断层面上的投影.从而为研究断层间的相互作用,研究一断层发生强震对其他断层发生强震危险性的影响提供了依据.本文为开展区域地震危险性分析研究提出了新的思想和途径.     

根据南加州的背景地震活动性估计地震危险性

通过分析南加州的历史地震活动性,找到了一种用6.5级或小于6.5级的背景地震活动性计算地震危险性的合理方法。该方法的基本假设是:未来地震在空间上将群集在4级或4级以上历史主震震中附近。通过分析加州去群集的地震目录,计算每个网格内的地震发生率,并对该发生率进行空间光滑处理,以预测未来地震的空间分布。为了寻找合适的空间光滑函数,我们研究了南加州地震震级与距离(r)的相关性,发现其遵循1/rμ幂次率关系,其中μ随着震级增大而增大。我们的研究结果表明,较大的地震在空间上比较小地震更群集。假设地震活动性遵从古登堡-里克特震级分布关系,我们计算了50年超越概率10%的地面峰值加速度。南加州大部分地区的峰值地面加速度值在0.25g至0.35g(g=10m/s2)之间。所得地震动水平一般比用全部震源模型(包括地质和大地测量资料)所得结果的一半还要小。我们还用蒙特卡罗方法计算了危险性图的总体不确定性,发现该地区大多数区域的变化系数为0.24±0.01。     

东北地震区小震资料完整性分析及其对地震活动性参数的影响研究

以东北地震区为例,基于G-R关系的震级·频度分布原理,研究了东北地震区最小完整性震级MC的时间分布特征和各时段的空间分布特征,统计了研究区内的地震活动性参数,探讨了小震资料完整性分析对地震活动性参数和地震危险性计算结果的影响.研究表明,对区域小震资料进行完整性分析,可以在低水平地震活动地区获得较准确的地震活动性参数,更好地反映了该区未来的地震活动趋势.本文的研究方法和结论可供地震资料完整性分析和地震活动性分析时参考.     

以空间光滑的地震活动性模型为空间分布函数的地震危险性分析方法

根据华北地区的地震目录,建立了4个空间光滑的地震活动性模型,并以这些模型为空间分布函数,将华北地震区每个地震带的地震年发生率分配到空间格点中,计算这一地区的地震危险性．结果表明,采用仪器记录地震计算得到的地震活动性模型和地震危险性结果能够反映华北地区现今的地震活动水平和地震危险性水平,符合人们对现今华北地区地震危险性的认识;采用历史破坏性地震（Mge;4.7）计算的地震活动性模型和地震危险性结果,较好地反映了华北地区中强地震活动区的地震危险性水平;以地震应变计算地震活动率,并根据点椭圆模型和线椭圆模型计算得到的地震活动性模型,能够较好地反映大地震的活动水平和空间构造特征．将根据4个模型计算得到的50年超越概率10%峰值加速度（PGA）分布加权平均,得到综合的华北地区PGA分布,并将该PGA分布与根据《中国地震动参数区划图》中综合潜源方案计算得到的50年超越概率10%的PGA分布做了比较,发现二者无本质差别,均能反映华北地震区的地震危险性水平．当然,二者也具有一定的差异:前者计算得到的符合PGAge;100 cm/s2条件的区域面积明显要比后者的大,而符合PGAge;250 cm/s2条件的区域面积则比后者的要小. 这主要是由于潜在震源区类型和空间分布函数不同造成的．      

基于蒙特卡洛方法的地震目录模拟及相符性检验——以汾渭地震带为例

人工地震目录模拟是改进现有地震目录不完备性、弥补大地震记录稀缺,以及完善地震学相关研究的有效途径之一。本文基于地震活动的泊松分布模型、古登堡-里克特震级-频度关系,利用能较逼真描述具有随机性质事物特点及物理实验过程的蒙特卡洛方法,模拟汾渭地震带未来30、50、100年等不同时长的地震目录,并对其进行统计检验。分析表明,模拟地震目录符合设定的地震活动性参数和泊松分布假设特征。依据模拟地震目录,对未来该区域地震趋势进行了分析,以期为地震危险性分析提供参考。     

基于密集台阵研究龙门山断裂带南段地震空段的地震活动性

2016年12月—2018年4月间布设于汶川、芦山地震之间地震空段的密集监测台阵(LmsSGA)提供了密集的观测数据.通过拾取地震走时、初始定位,计算地方震级,得到了完备性震级为0级的地震目录.更加完备的地震目录为地震空段及周围地震活动的时空分布特征和孕震风险性评估提供了丰富的信息.重定位结果显示地震主要集中于龙门山断裂带深度为5～20km的孕震层内.地震活动频繁的汶川、芦山主震区,震源的空间分布模式与其早期余震相似,说明两次大地震的区域仍处于缓慢的应力调整阶段.青藏高原物质东向挤出受宝兴、彭灌杂岩阻挡,在两个杂岩体西北侧地震活动频繁.地震活动性分布显示汶川—茂县、映秀—北川断裂上存在一个清晰的长约30km,宽约20km的地震活动"空白"区域,与其下方因部分熔融而产生的低速体分布一致,我们推测熔融体的加温作用是导致空段内极低的地震活动性的主要原因.监测时段内仍观测到降雨变化率和地震数量呈反相关关系,再次证实了汶川—芦山地震间地震空段及邻区内季节性降雨对地震活动性存在一定调节作用.综合分析S波速度模型、历史强震活动及b值,我们推断地震空段东部的彭灌断裂中段及周围部分隐伏断层存在发生强震的风险.     

青藏高原东北缘地震活动性广义帕累托模型的全域敏感性分析

基于广义帕累托分布构建地震活动性模型,因其输入参数取值难以避免不确定性,导致依据该模型所得的地震危险性估计结果具有不确定性。鉴于此,本文选取青藏高原东北缘为研究区,提出了基于全域敏感性分析的地震危险性估计的不确定性分析流程和方法。首先,利用地震活动性广义帕累托模型,进行研究区地震危险性估计;然后,选取地震记录的起始时间和震级阈值作为地震活动性模型的输入参数,采用具有全域敏感性分析功能的E-FAST方法,对上述两个参数的不确定性以及两参数之间的相互作用对地震危险性估计不确定性的影响进行定量分析。结果表明：地震危险性估计结果（不同重现期的震级重现水平、震级上限及相应的置信区间）对两个输入参数中的震级阈值更为敏感;不同重现期的地震危险性估计结果对震级阈值的敏感程度不同;对不同的重现期而言,在影响地震危险性估计结果的不确定性上,两个输入参数之间存在非线性效应,且非线性效应程度不同。本文提出的不确定性分析流程和方法,可以推广应用于基于其它类型地震活动性模型的地震危险性估计不确定性分析。     

空间光滑地震活动性模型中光滑函数的比较研究

使用Frankel提出的基于空间光滑地震活动性模型的地震危险性分析方法,选择华南、华北、川滇3个地区的地震记录,比较分析了高斯、幂律和地震分形分布光滑函数3种光滑函数在不同地区的适用性．结果表明,使用交叉验证法可以为高斯光滑函数选取合适的相关距离c值,光滑得到的地震活动性模型能够真实反映研究区域的地震活动特征,根据活动性模型计算得出的峰值加速度(PGA)分布也符合人们对研究区域地震危险性的认识．幂律光滑函数适用于地震活动性较强的地区,且具有容易求取光滑参数的优点．光滑程度较低的幂律光滑函数不适用于地震活动性弱的地区,在该类地区应选择光滑程度较高的高斯光滑函数．地震分形分布光滑函数不适用于地震活动较强且地震活动强度差异较大的地区,其容易过分高估高震级地震对地震危险性的影响,而忽略了低震级地震对地震危险性的贡献．但对于地震活动较弱且地震活动强度差异较小的地区,可使用地震分形分布光滑函数,且同样具有容易求取光滑参数的优点．      

东北地震区小震资料完整性分析及其对地震活动性参数的影响研究

以东北地震区为例,基于G-R关系的震级-频度分布原理,研究了东北地震区最小完整性震级MC的时间分布特征和各时段的空间分布特征,统计了研究区内的地震活动性参数,探讨了小震资料完整性分析对地震活动性参数和地震危险性计算结果的影响。研究表明：对区域小震资料进行完整性分析,可以在低地震活动地区获得较准确的地震活动性参数,更好地反映了该区未来的地震活动趋势。本文的研究方法和结论可供地震资料完整性分析和地震活动性分析时参考。     

巴颜喀拉地块及其周边地震危险性分析

巴颜喀拉地块及其周边因地震动活动频繁成为中国地震预测研究的重要目标区,我们利用广义极值(GEV)分布对该地区的最大震级进行了极值统计分析.本文首先对于分布参数进行估计,然后计算出重现水平、地震平均复发周期与发震概率和震级危险率等参数,并比较了GEV分布99％分位数和b值截距法最大震级、历史最大震级.最后基于Monte Carlo模拟方法验证了运用GEV分布对研究区域做极值统计分析的稳定性.经计算,该地区6.0级地震的平均复发周期为1.8年,8.0级以上巨震的复发周期仅为76.8年.百年的重现水平高达8.08级.另外,该地块未来发生5.0～7.0级地震的概率较大,说明该地块未来仍然会比较活跃.Monte Carlo模拟结果表明,利用GEV分布探讨该地块的地震危险性在一定程度上是稳定的.     

Rating of seismicity and reconstruction of the fault geometries in northern Tien Shan within the project “Seismic Hazard Assessment for Almaty”

The project “Seismic Hazard Assessment for Almaty” has a main objective to improve existing seismic hazard maps for the region of northern Tien Shan and especially for the surroundings of Almaty and to generate a new geodynamic model of the region.In the first step a composite seismic catalogue for the northern Tien Shan region was created, which contains about 20,000 events and is representative for strong earthquakes for the period back to the year 500. For the period of instrumental observation 1911–2006 the catalogue contains data for earthquakes with a body wave magnitude larger than 4. For smaller events with magnitudes up to 2.2 the data are only available since 1980. The composite catalogue was created on the basis of several catalogues from the United States Geologic Survey (USGS), local catalogues from the Kazakh National Data Centre (KNDC) and the USSR earthquake catalogue. Due to the different magnitudes used in several catalogues a magnitude conversion was necessary.Event density maps were created to rate the seismicity in the region and to identify seismic sources. Subsurface fault geometries were constructed using tectonic model which uses fault parallel material flow and is constrained by GPS data. The fault geometry should improve the estimation of the expected seismic sources from seismic density maps.First analysis of the earthquake catalogue and the density maps has shown that nearly all large events are related to fault systems. Annual seismicity distribution maps suggest different processes as the cause for the seismic events. Apart from tectonics, also fluids play a major part in triggering of the earthquakes.Beneath the Issyk-Kul basin the absence of strong seismic activity suggests aseismic sliding at the flat ramp in a ductile crust part and low deformation within the stable Issyk-Kul micro-continent which underthrust the northern ranges of Tien Shan. First results suggest a new partition of the region in tectonic units, whose bounding faults are responsible for most of the seismic activity.     

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.     

汶川和芦山地震之间地震空区综合研究进展

为了探索汶川与芦山地震之间的地震空区的深部结构,探讨该地区的物质运移方式及动力学模式,评价区域断层的地震活动性,本研究小组于2015年5月至今共开展了2期共约3年的地震观测.前期得到的主要结论包括：（1）地震空区两端应力状态差异显著,且存在沿断裂带的横向应力差;（2）接收函数分析发现一个平行于马尔康断裂的Moho面上隆,泊松比较高的条带状结构从地震空区延伸到龙日坝断裂,可能是下地壳撕裂和部分熔融的结果;（3）地震空区以下,上地壳速度相对偏低,在下地壳存在明显的部分熔融体,这可能是地震能量不能积累的原因之一;（4）地震空区完整性震级M_c=0.2以上的地震的活动性仍然很低;基于密集的监测台阵（约70台地震计）的走时定位也初步显示了龙门山断裂带的地震空区段仍然很平静,但是其东边的断裂带（包括大邑断裂等以及一些隐伏断裂）上地震活动比较活跃.判断这些断裂可能是该区域应力积累的主要断裂,值得进一步关注;（5）提出了地震空区产生的机制：空区北东-南西两端水平应力差导致空区地壳的撕裂,地幔物质上涌,产生部分熔融,空区地壳抬升以塑性形变为主,穿过空区段的龙门山断裂带地震活动性低,地表地形较平滑.     

华北地区地震危险性分析和地面运动预测的一致性方法

利用华北地区地震活动性资料,建立了地震危险性计算的一致性模型.在此模型的基础上,得出了北京、天津、唐山和济南等7个城市未来2500年内地震的时空强度分布,并计算了2500年回复周期的地震动峰值加速度(PGA).结果表明,唐山和太原的PGA最大(>0.2g),石家庄和北京次之(≈0.17g).对华北地区2500年地震记录的正演计算结果表明,太原和唐山地区的潜在地震危险最有可能来源于震级在6.0～7.0、震中距离在12～15km的地震活动;而北京、天津和石家庄地区则可能来源于震级在5.5～6.0、震中距离在10km左右的地震活动.采用IBC(International Building Code)方法计算后的结果显示,太原、唐山等地区的PGA与2001年我国地震动峰值加速度值基本一致,与此地区的较高地震活动性特征相符.利用随机震源模型,还给出了影响此7个城市的最大地震记录的加速度、速度及位移时程曲线,这对本区工程建筑的抗震性设计以及对救援设施的选址等有重要作用.     

Geodetic deformation vs. seismic strain deduced by historical earthquakes across the Alborz Mountains

Historical seismicity is used in order to map spatial distribution of seismic moment released by past earthquakes and to compare strain rate deduced from seismicity to those measured by geodetic GPS survey. Spatial analyses are performed on the seismicity of northern boundary of Central Iranian Block which coincides with the Alborz Mountains. This belt has been responsible for several catastrophic earthquakes in the past. In this study, the records of historical and instrumental earthquakes in the Alborz Mountains are used to calculate and plot geographical distribution of seismic moment released in time. A two-dimensional distribution function is proposed and used here to spread seismic moment along causative tectonic features. Using accumulated seismic moment, average slip rates across active faults are estimated for 32 sub-zones along the Alborz Mountains and western Kopet Dag. Seismic moment released by historical and recent earthquakes on this belt accounts for slip rate of 3–5 mm/year which is in good agreement with the geodetic vectors recently deduced from GPS survey in this region. The study also reveals geographical variations of slip rates along some 900 km length of this zone based on seismic history. The results are compared against finding from similar study in this region. Portions of Central and Eastern Alborz show lower seismic strain rate which could imply aseismic motion or overdue earthquakes. Completeness of historical earthquake catalogue and its reliability with regard to earthquake magnitudes, locations, and rupturing systems are among many plausible factors controlling the credibility of such results. Therefore, any conclusions derived from these results remain as reliable as the data and assumptions used for the analyses.     

中国大陆强震时空分布特征及2021年玛多7.4级地震后趋势分析

对中国大陆强震活动的时空分布特征进行分析,有助于中国大陆强震趋势的判定。由于地震目录完整性的限制,目前对中国大陆强震时间间隔的分析多基于1900年以来地震目录。因为记录时长相对较短,难以排除当前强震时序特征基于偶然的可能性,并且可能导致过拟合而影响预测效果。针对上述问题,本文根据2021—2030年中国大陆地震重点危险区确定工作中的相关资料,对合成地震目录进行了分析,结果表明区域地震活动强弱交替是一种普遍现象,当假设中国大陆活动断层具有准周期复发特征时,合成地震目录时序特征与当前目录最为接近。基于上述认识,使用适用范围更广的单参数指数分布拟合了中国大陆强震间隔,并结合相邻强震构造关联随时间的变化对2021年5月22日玛多7.4级地震后中国大陆的强震趋势进行了分析。结果表明,继玛多7.4级地震之后,未来两年中国大陆再次发生7级以上地震的概率较大,下次强震发生在2022年年底之前的概率为61.81%。下次强震发生在2021年的概率为30.58%,最有可能的发震区域是巴颜喀拉地块;下次强震发生在2022年的概率为44.97%,重点关注南北地震带中南段。     

岷山断块的发震构造与地震活动性分析

岷山断块位于中国南北强震构造带的中段, 区域地质构造复杂, 活动断裂众多, 强震频发。 4条不同走向的活动断裂NE向龙门山构造带的茂汶断裂、 NWW向东昆仑断裂带的塔藏断裂、 近NS向的岷江断裂和NNW—NS向的虎牙断裂构成岷山断块的南北西东边界。 638—2017年该区域共发生了10次6级以上破坏性地震, 2017年九寨沟7.0级地震就是其中之一。 结合区域构造背景, 对岷山断块所发生的6级以上地震的发震构造特征、 地震活动特性进行归纳总结, 综合分析该区域地震地质特征及地震危险性, 得出以下认识: ① 地震分布空间分区特征显著, 破坏性强震发震构造多为活动性较强的岷山断块东西边界断裂, 震中位置多位于两组或多组活动断裂构造的交会或穿切部位; ② 地震分布时间特征表现为随着时间发展具有迁移回返和原地复发性等特点; ③ 岷山断块东西边界断裂破坏性地震的发生具有一定的时间关联性, 东边界虎牙断裂1973—2017年的地震序列为西边界岷江断裂1933—1960年地震序列约40年后的地震构造响应; ④ 未来岷山断块仍应是继续关注的强震潜在危险区, 岷江断裂中北段的强震潜在危险区是近期值得深入研究的地区之一。     

Seismic hazard model for loss estimation and risk management in Taiwan

We developed a seismic hazard model for Taiwan that integrates all available tectonic, seismicity, and seismic hazard information in the region to provide risk managers and engineers with a model they can use to estimate earthquake losses and manage seismic risk in Taiwan. The seismic hazard model is composed of two major components: a seismotectonic model and a ground-shaking model. The seismotectonic model incorporates earthquakes that are expected to occur on the Ryukyu and Manila subduction zones, on the intermediate-depth Wadati-Benioff seismicity zones, on the active crustal faults, and within seismotectonic provinces. The active crustal faults include the Chelungpu fault zone, the source of the damaging M_W 7.6 Chi-Chi earthquake, and the Huangchi-Hsiaoyukeng fault zone that forms the western boundary of the Taipei Basin. The ground-shaking model uses both US, worldwide, and Taiwanese attenuation relations to provide robust estimates of peak ground acceleration and response spectral acceleration on a reference site condition for shallow crustal and subduction zone earthquakes. The ground shaking for other site conditions is obtained by applying a nonlinear soil-amplification factor defined in terms of the average shear-wave velocity in the top 30 m of the soil profile, consistent with the methodology used in the current US and proposed Taiwan building codes.