概率地震危险性分析、分解与设定地震及其在西安地区的应用

本文以Arc GIS为平台,以西安地区为研究对象,以西安地震局提供的信息为依托,给出西安地区的潜在震源区划分以及地震活动性参数,根据随机有限断层模拟得到西安地区地震动强度预测模型,基于离散算法平台,以潜在震源区为基本单位,将潜在震源区离散成栅格并看成点源,分别计算每个栅格对场地的地震动超越概率,即概率地震危险性分析。在此基础上进行概率地震危险性分解去确定某一最可能造成所需危险水平下的地震动强度参数的贡献率,最后根据加权方法确定设定地震。研究结果表明:在0. 2 s、1. 0 s和2. 4 s这3个周期的谱加速度值,相同危险性水平下,对场地贡献较大的潜在震源基本相同,但是各潜在震源的相对贡献率依然有差别;对于不同的危险性水平,对场地贡献较大的潜在震源区的数目区别很大,但基本都是靠近场地附近的几个潜在震源,且比较集中。

基于特征地震模型含时间的概率地震危险性分析方法及其应用研究

本文介绍了特征地震的对数正态分布模型、正态分布模型和布朗过程时间模型,提出了使用地震破裂面源模型的特征地震含时间的概率地震危险性分析理论和方法.通过具体算例对不同的特征地震模型进行了比较,并对特征地震危险性分析方法进行了系统探索.研究结果表明,特征地震含时间模型在复发周期早期的地震危险性低于不含时间模型,而在后期其地震危险性则高于不含时间模型.特征地震复发周期的对数正态分布模型与布朗过程时间模型计算得出的地震危险性差别不大.在未到期望复发时间时,正态分布模型与前两种模型计算的地震危险性差别不大;而接近期望复发时间及之后时段,正态分布模型计算的地震危险性则迅速增大.

余震时空丛集对概率地震危险性分析的影响

本文以东北、华北及川滇地区为例,系统研究了余震时空丛集对概率地震危险性分析的影响.采用基于传染型余震序列模型(ETAS)的蒙特卡罗模拟方法,模拟了包含余震和不包含余震的两套地震序列,然后以模拟地震目录为基础输入,采用基于空间光滑地震活动性模型的地震危险性分析方法计算了两套地震危险性结果——PGA(Peak Ground Acceleration,峰值加速度),通过分析比较这两套PGA的绝对差值和相对差值来研究余震时空丛集对概率地震危险性分析的影响.研究结果表明余震对50年超越概率10%地震危险性计算结果的影响均值为6%左右,最大可达10%,并且随着超越概率水平的提高,余震影响也越大.弱地震活动区余震对概率地震危险性分析的影响要高于强地震活动区.研究结果还进一步揭示两套PGA结果绝对差值的最大值约为15 cm·s^(-2),且出现在高PGA区,这意味着余震对概率地震危险性计算结果不会产生显著影响.因此在地震区划或一般性地震危险性分析中可考虑不用删除余震.

潜在地震破裂面源模型及在概率地震危险性分析中的应用方法

目前国内外常用的概率地震危险性分析方法中,一般把未来可能发生的地震震源(潜在震源)简化为点源或者是线源.但对于较大震级的地震,仍然采用点源或线源模型来描述潜在震源显然是不合理的.为此,在概率地震危险性分析方法中本文提出了潜在地震破裂面源模型,并以1999年9月21日台湾集集7.6级地震的车笼埔断层为例,探讨了其在地震危险性分析中的应用方法.结果表明:①采用潜在地震破裂面源模型是合理的,因为它可以模拟地震破裂面与地震动影响场的三维展布特征,尤其适用于较大震级地震的近场区域;②潜在地震破裂面源的大小、产状,对近震源场点的地震危险性分析和地震区划结果有明显的控制影响.

拟负刚度控制隔震结构的概率地震危险性评估

考虑地震的不确定性,运用概率地震危险性评估的方法对拟负刚度隔震结构的性能进行了评估.以隔震Benchmark模型为研究对象,将拟负刚度(PNS)控制系统与普通双线性隔震(BIS)系统的性能从3个方面进行了对比:增量动力分析、概率地震易损性和概率地震危险性,多方位探讨PNS控制对隔震结构的减震效果并定量分析其控制性能的优越程度.分析结果表明,PNS控制系统楼层最大加速度立即使用极限状态的年超越概率较BIS系统小30%,隔震支座最大位移倒塌极限状态的年超越概率较BIS系统小20%.由此可见,PNS控制更易保证隔震结构在小震下的功能性和大震下的安全性.

融合三维断层源和二维潜在震源区的随机抽样概率地震危险性分析算法研发

文中采用蒙特卡罗随机抽样方法,研发了一套融合传统二维潜在震源区(下文简称“潜源”)和三维断层源的概率地震危险性算法。该算法不仅适用于传统的区域面源,同时还能考虑地震的破裂尺度并兼容三维断层源的概率地震危险性计算。文中研发的算法可高效实现断层源地震事件集的三维模拟,并将地震破裂尺度引入到概率地震危险性计算中,显著提高了近断层地区地震危险性计算的合理性。为了提高程序的执行效率,算法采用预先在平面潜源中充填网格点的方式随机模拟地震事件在潜源内的均匀分布。对于椭圆衰减的地震危险性计算,算法采用了预先构建不同震级、距离及不同场点与潜源长轴方向夹角下的短轴距的三维矩阵,通过查表和插值方式直接获得相应场点的短轴距,避免了循环迭代逼近短轴距计算效率低下的问题。分别利用五代图的概率地震危险性程序和文中研发的算法,计算了湖南长-株-潭(长沙-株洲-湘潭)城市群所处的中强地震活动环境的区域地震危险性以及近断层源的常德、株洲2个场点在不同概率水平下(重现期分别为50a、 475a和2 475a)的地震危险性。比较研究表明,五代图的程序低估了三维断层源附近的地震危险性,且随着概率水平的降低,低估的程度越来越高。最后,利用太平洋地震工程中心(Pacific Earthquake Engineering Research Center, PEER)验证概率地震危险性程序的算例(数据集1案例10)验证了文中算法的可靠性。

基于自适应空间光滑模型和三维断层模型的概率地震危险性分析方法研究

概率地震危险性分析(PSHA)直接为工程建设提供抗震设计参数,其重要性不言而喻。进行相关研究的核心科学问题在于,如何优化参数、改进模型来更好地描述地震的中长期活动规律和破坏特征,从而提高结果的可靠性。目前在该领域,我国现行的方法体系与美国国家地质调查局(USGS)提出的基于空间光滑模型和三维断层模型的方法存在较大差异,两种方法的特征和适用性也存在一定的差异。因此,本人在各位老师的指导下开始学习国外先进的理论和技术,将其用于国内研究区,并与国内常用的方法进行对比分析,总结各自的特点。在此基础上尝试做一些改进和创新,目前已经取得部分进展和成果。

地震动参数之阿里亚斯烈度和累积绝对速度的特征及其在概率地震危险性分析中的应用

地震动参数是表征地震动特性(振幅、频率和持时)的重要度量参数。目前使用最多的地震动参数主要有峰值加速度和谱加速度等,然而,任何单一地震动参数都不能全面有效地反映所有的地震动破坏特征(如峰值加速度仅反映振幅)。为了更加全面地描述地震动特征及其潜在的破坏作用,满足工程应用的需求,科学家们一直在寻找能够表征地震动多种属性和特定地震破坏的地震动参数。经研究发现,阿里亚斯烈度Ia(Arias Intensity)、累积绝对速度CAV(Cumulative Absolute Velocity)及Newmark位移在地震诱发滑坡预测、沙土液化评估、地震灾害损失估计以及地震危险性分析等方面优于峰值加速度,因此,开展Ia、CAV和Newmark位移的特征研究及与其相关的地震危险性分析方法研究对于拓展我们对地震动特性的认识和提高地震灾害预测水平具有重要的科学意义和应用价值。本文我们根据汶川地震的177个台站的528条可用记录的强震数据,在对地震记录进行基线校正后计算了地震动参数Ia、CAV及Newmark位移,并研究了这些地震动参数的相关特征,最后我们还开展了基于Ia、CAV及Newmark位移的概率地震危险性分析方法研究。我们研究了汶川地震la的空间分布特征、衰减特征、近断层特征以及la与其他地震动参数的相关性。在空间分布特征研究中,我们比较了竖向和水平向la值的差异,统计了二者的比值分布及随距离的变化特征;对于垂直断层走向和平行断层走向的la值也做了同样的工作。在衰减特征方面,我们主要研究了3种场地类型下的la衰减特征及其与现有la预测模型的比较,指出了他们之间的差异并分析了导致差异的原因。在近断层特征方面,主要研究了上盘效应和方向性效应对1a的影响。最后我们研究了la与PGA和Housner烈度的相关性,建立了la与PGA和Housner烈度之间的经验关系式,并分析了场地条件对地震动参数之间相关性的影响。我们对CAV也同样研究了其空间分布特征、衰减特征、近断层特征以及CAV与其他地震动参数的相关性。特别地,我们还研究了标准CAV的衰减特征和其与PGA的相关性,分析了场地条件对它们的影响。另外,我们简要分析了汶川地震Newmark位移的衰减特征及其与PGA和la的相关性。本文中我们还开展了基于Ia、CAV的概率地震危险性分析方法研究,开展了基于Newmark位移的概率地震滑坡危险性分析方法研究,梳理了相关的理论、方法,建立了相关的技术框架,编制了计算程序并在典型地区进行了试算。本文的研究对我们认识汶川地震乃至我国西部地震地质构造环境下地震的Ia、CAV及Newmark位移的相关特征具有重要的科学意义。建立的相关概率地震危险性分析方法的技术框架对于提高我国的概率地震危险性分析水平和地震灾害预测水平具有重要的应用价值。

对概率地震危险性分析方法中地震动离散截断位置影响的讨论

概率地震危险性分析方法（PSi）衰减关系不确定（即地震动离散）校正，采用的是截断的正态分布模型，在平均值正负ε倍标准差范围内考虑其对场址地震动影响。ε取值对极低年超越概率（APE），如104或更低的地震动参数具有重要影响。本文将从数学分析、场址分析、地震动离散分析等方面分析ε值对PSHA结果的影响，并给出ε值取值的建议。

时间相依的概率地震危险性分析方法研究及应用

对使用不同模型的郯庐断裂带莒县-郯城段和山西交城断裂的地震危险性进行了计算，并比较了时间独立模型和不同时间相依模型的计算结果。传统的时间独立（time-independent）的概率地震危险性分析（probabilistic seismic hazard analysis ， PSHA）模型假设地震的发生服从泊松分布。

基于地震带细致划分为地震构造区的概率地震危险性分析

在我国当前地震安全性评价中,普遍使用考虑地震活动时空不均匀性的概率地震危险性分析方法(CP-SHA),它规定以地震带为统计区域计算地震活动性参数b值和v4值。正在编制的中国地震动区划图(五代图)提出了针对潜在震源区进行三级划分原则:划分地震带、地震带上划分地震构造区、地震构造区内再划分潜在震源区。本文提出以地震构造区为统计区域回归统计方法计算b值和v4值,然后进行概率危险性分析计算,这样得到的结果可能更为合理。

基于地震灾害风险普查的概率地震危险性分析--以从化区为例

为了厘定概率地震危险性分析方法在地震灾害风险调查与评估工作中的适用性,针对从化区,以中国地震动参数区划图(GB18306-2015)提供的信息为依托,给出其周边的潜在震源区划分、地震活动性参数及地震动衰减关系,基于地震灾害风险普查资料,利用概率地震危险性分析(CPSHA)方法对其进行地震危险性分析。确定了对从化区地震动峰值加速度起主要贡献的几个潜在震源区及贡献值,计算了从化区未来50年超越概率63%、10%、2%和100年超越概率1%的PGA分布,基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)平台绘制了从化区4种概率下的基岩及地表地震动峰值加速度值分布图。结果表明:背景源(17)、广州、佛冈、河源、担杆岛、珠海和东莞潜在震源区对计算区内PGA起主要贡献;区内50年超越概率10%地表地震动分布中间高两边低。

考虑场地效应的概率地震危险性分析——以玉溪为例􀆽

为了定量表征场地效应对概率地震危险性分析(PSHA)结果的影响,采用OpenQuake软件计算方法,针对玉溪地区,开展了考虑场地效应的PSHA分析,生成了基于基岩场地和实际场地的玉溪市50年超越概率10%的地震动峰值加速度(PGA)和0.5秒反应谱加速度(Sa(0.5 s))危险分布图。结果表明:考虑场地效应(实际场地)的PGA和Sa(0.5 s)危险值分别分布在0.12g~0.45g和0.15g~0.55g区间;场地效应显著增大了玉溪市东部地区的地震危险性,原因是该区域地势平坦且上覆软土层;考虑场地效应的PSHA结果可用于生成针对某一特定场地的一致危险性反应谱。因此,应重点关注软弱土层场地放大效应对PSHA结果的影响,从而更为合理、科学地表征地震动危险性。

基于三维断层源的概率地震危险性分析——以马边-盐津断裂为例

以马边盐津断裂为例,旨在建立一种基于三维断层源的概率地震危险性分析方法。首先,根据马边-盐津断裂带的断层源模型,通过地震矩平衡原理和潜在震源区发生率转换两种途径分别建立了断层源模型的震级-频度关系,其中地震矩平衡原理综合考虑了特征地震模型和G-R模型两种震级频度关系,采用Openquake软件计算了断裂附近基于4种适用于断层源的地震动预测模型的未来50年地震危险性结果。结果表明,纯面源、断层源方案一和断层源方案二地震危险性依次增大,且采用不同的衰减关系所得结果存在一定离散性;两种基于断层源的计算结果均表明目前对地震危险性的估计偏低。该结果可对未来三维断层源的地震危险性分析工作提供一定的参考。

震源机制对概率地震危险性分析的影响

提出了在概率地震危险性分析的扩展中引入有关震源参数的先验信息。特别是将破裂形式与理论修正系数一起考虑应用于衰减定律。通过与实测资料、修正或未修正的衰减定律以及包括破裂方式参数的衰减定律结果的比较,评定了这一修正的有效性。地震危险性分析的概率特性得到保存,将描述与每个震源区有关的最可能的震源机制二维概率密度函数引入经典的危险性分析公式。这一新的表述方法也可用于离散分析的框架中。因此,根据离散分析设计的地震就以震源机制为特征。本文给出了在意大利亚平宁半岛南部运用的实例。与这一地区正断层作用的地震活动相比较,分析结果强调了在地震危险性分析中走滑事件的重要意义。

山东某场地概率地震危险性分析

利用概率地震危险性分析(CPSHA)方法,对山东某场地进行地震危险性分析,通过对该场地划分潜在震源区,确定地震活动性参数及地震动衰减关系,计算分析地震危险性概率,基本确定对该场地地震动峰值加速度起主要贡献的几个潜在震源区及贡献值,并确定该场地50年超越概率10%的水平向基岩地震动加速度峰值。结果发现,CPSHA方法以具体的构造尺度和更加细致的构造标志来划分潜在震源区,使潜在震源区规模缩减,从而更能反映地震活动在空间分布上的不均匀性。

考虑非线性场地效应的概率地震危险性分析

提出了一种改进的考虑非线性场地效应的概率地震危险性分析方法。文中应用实例展示了考虑吉尔罗伊2号场地土层非线性效应的危险性曲线。在卡拉韦拉斯断层上指定了震源参数和地震发生模型,假设该断层为影响该场地的主要震源。采用3次地震的记录经NONLI3程序(可计算土层对强地面运动的非线性响应)建立了该处地表和基岩加速度之间的关系。对一定的基岩运动,估算出的地面峰值加速度(PGA)标准误差的不同值可作敏感性分析。实例研究中包括一个可替换的非线性关系。除了非线性模型,在吉尔罗伊2号场地上的相同土壤剖面也采用了线性响应模型。结果显示,危险性曲线对估算的该处地表加速度峰值的标准误差非常敏感。如果对场地土壤的非线性程度考虑不足,危险性曲线将严重失真。得自回归分析的可替换的非线性模型和线性响应模型在考虑非线性场地效应的危险性评估时是不适用的。

基于ETAS模型的余震概率性地震危险性分析

余震概率性地震危险性分析对主震发生后的地震风险评估至关重要。经典的余震概率性地震危险性分析框架基于Reasenberg-Jones(R-J)模型建立,但R-J模型对复杂的地震序列可能存在预测失效的问题,因此,将对真实余震序列描述较好的传染型余震序列模型(epidemic-type aftershock sequence,ETAS)结合到余震概率性地震危险性分析框架中,以2008年汶川7.9级余震序列和2014年鲁甸6.2级余震序列为例,评估余震危险性的重要性以及探讨ETAS模型相对于R-J模型在余震概率性地震危险性分析中的差异。结果表明:余震危险性水平与主震震级大小有关,主震震级越大,余震危险性水平越高,持续时间越久,对于震级较大的强主震事件,主震发生后早期的余震危险性不容忽略。对于汶川7.9级和鲁甸6.2级地震事件,在余震发生率预测效能上ETAS模型优于R-J模型,而在余震危险性评估中,余震危险性的大小取决于余震发生率,基于R-J模型计算的余震发生率大于ETAS模型计算的余震发生率,因此,在余震危险性评估中使用R-J模型相比于ETAS模型会造成对余震危险性水平的高估,ETAS模型可用于改进余震概率性地震危险性评估框架。

基于Newmark模型的概率地震滑坡危险性分析方法研究——以甘肃天水地区为例

本文以天水地区为研究区,结合地震潜在震源区模型和Newmark位移预测方程,采用概率地震危险性分析方法,计算了该地区50年超越概率10%水平下的Newmark位移。同时,根据天水地区50年超越概率10%下的阿里亚斯烈度,并结合Newmark位移与阿里亚斯烈度的关系式,计算了天水地区在遭受50年超越概率10%下的阿里亚斯烈度影响时,潜在滑坡体产生的Newmark位移分布。通过比较上述两种方法得到的天水地区不同Newmark位移的分布特征,本文认为二者虽然存在较大差异,但其空间分布特征均能反映天水地区每个场点处的相对滑坡危险性。对滑坡危险性水平进行分区的结果显示,天水地区60%以上的区域具有高地震滑坡危险性,50%以上的区域具有甚高地震滑坡危险性。本文的研究结果可以作为天水地区地震危险性及风险评估的参考资料,也可以作为天水地区城市规划、土地使用规划、地震应急准备以及其它公共政策制定的参考资料。

基于阿里亚斯烈度估值的概率性地震危险性分析——以四川丹棱县及其周缘为例

以编制《中国地震动参数区划图》时所构建的地震潜在震源区模型和地震活动性模型为基本输入,在四川省丹棱县及其周缘地区开展基于阿里亚斯烈度的概率地震危险性分析,计算50年超越概率10%的阿里亚斯烈度(Arias Intensity,Ia)。结果表明:丹棱县及其周缘绝大部分地区的Ia值都在0.11m/s以上,部分地区在0.32m/s甚至0.54m/s以上,具有较高的地震诱发滑坡风险,应当加强人员密集区的地震诱发滑坡危险性评估。根据不同Ia预测方程计算得到的Ia分布有较大差异,因此在计算Ia时应考虑多个Ia预测方程,对最终结果进行加权平均,以减小Ia结果的不确定性。同时还发现Ia值与1.0s的谱加速度具有很好的相关性,这也印证了Ia和1.0s谱加速度与砂土液化的相关性。