康 健王 卓黃 艷劉 雙孫海峰繆祥財

1）中國哈爾濱150090黑龍江省地震局

2）中國黑龍江163002大慶市地震局

漠河北潛在震源區(qū)最大潛在地震發(fā)生概率評估

康 健1）王 卓1）黃 艷1）劉 雙1）孫海峰1）繆祥財2）

1）中國哈爾濱150090黑龍江省地震局

2）中國黑龍江163002大慶市地震局

2011年10月14日中俄邊境漠河以北發(fā)生6.6級地震，為了真實反映該地震對于周邊地區(qū)的影響，進(jìn)行潛在震源區(qū)劃分，并重新統(tǒng)計空間分布函數(shù)，采用地震危險性概率分析方法，利用G—R關(guān)系，預(yù)測漠河北潛在震源區(qū)未來100年7.0級地震發(fā)震概率為0.073，重現(xiàn)周期為1316年。

大興安嶺北部；潛在震源區(qū)；G—R關(guān)系；發(fā)震概率；重現(xiàn)周期

0 引言

以往認(rèn)為東北地震區(qū)是弱震區(qū)，然而2010年中國地震局地質(zhì)研究所在通河縣南樓村得到依蘭—舒蘭斷裂活動時代的分充證據(jù)，證實該斷裂為第四紀(jì)晚期活動斷裂，且1700年前曾經(jīng)發(fā)生7.5級左右地震（閔偉等，2011）。大興安嶺地區(qū)是Ⅴ度地震設(shè)防區(qū)，設(shè)防程度不高，近年來地震活動水平明顯升高，發(fā)生多次4級以上地震，2011年10月14日俄中邊境漠河以北發(fā)生6.6級地震（發(fā)生在俄羅斯境內(nèi)，與中國邊境直線距離70 km，以下簡稱漠河北地震），地震烈度達(dá)Ⅵ度，漠河地區(qū)震感明顯，哈爾濱市高層建筑物也普遍有感。此2次地震事件顛覆了以往對黑龍江乃至東北地區(qū)地震活動水平的認(rèn)識，有必要對東北地震區(qū)地震活動水平重新審視，此次漠河北6.6級地震勢必影響到大興安嶺地區(qū)地震危險性分析。

地震預(yù)測雖然是世界性科學(xué)難題，但并非沒有出路，特別是在中長期預(yù)測方面還是取得了有意義的進(jìn)展（陳運泰，2007）。目前，預(yù)測最大潛在地震概率評估模型較多，包括泊松模型（Possion model）、經(jīng)驗?zāi)Ｐ停‥mpirical model）、布朗過程時間模型（Brownian Passage Time model）、韋伯模型（Weibull model）及時間可預(yù)測模型（Time-Predictable model）等（盛儉，2008）。因此，原則上應(yīng)采用多種模型綜合評價活動斷層的長期地震危險性。但是，中國東北部地區(qū)弱活動斷層缺乏斷層活動性研究的定量資料，布朗過程時間模型和時間可預(yù)測模型的應(yīng)用受到限制。泊松模型具有時間無記憶特點，即在給定時段內(nèi)地震發(fā)生概率與以往發(fā)生的地震無關(guān)，適宜評價缺乏活動斷層定量資料且假定地震為隨機(jī)發(fā)生的弱活動斷層的地震危險性。因此，在估算弱活動斷層（段）未來較長期不同時段的發(fā)震概率時，普遍采用泊松模型（Cornell，1968）。

地震后進(jìn)行潛在震源區(qū)劃分，對大興安嶺北部漠河地區(qū)的地震危險性分析及抗震設(shè)防結(jié)果將產(chǎn)生一定影響（周本剛，1997）。本文根據(jù)新劃分的潛在震源區(qū)參數(shù)重新統(tǒng)計空間分布函數(shù)，分配地震年平均發(fā)生率，采用地震危險性概率分析方法，利用G—R關(guān)系（朱金芳等，2005；盛儉，2008；康健，2016），得到漠河北潛在震源區(qū)7.0級地震的重現(xiàn)周期與發(fā)生概率。

1 東北地震區(qū)地震活動性

漠河北地區(qū)歷史地震及現(xiàn)代地震記錄稀少，不能滿足統(tǒng)計回歸要求。因此，采用地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306—2001）的做法，將東北地震區(qū)作為整體對象，利用古登堡—李克特震級—頻度關(guān)系（以下簡稱G—R關(guān)系），研究該區(qū)地震活動性參數(shù)規(guī)律。G—R參數(shù)不僅能反映發(fā)震地區(qū)地殼應(yīng)力積累水平，還包含潛在地震強(qiáng)度信息，能定量刻畫本地區(qū)的地震活動水平（Wiemer et al，2000）。

東北地震統(tǒng)計區(qū)西部為內(nèi)蒙大興安嶺褶皺系，東部為吉黑褶皺系。東北地震統(tǒng)計區(qū)淺源地震活動較弱，以中等強(qiáng)度地震活動為主要特征。截至2010年12月，東北地震統(tǒng)計區(qū)共發(fā)生M4.7以上地震69次（淺源地震），其中6.0—6.9級地震6次，5.0—5.9級地震39次，最大地震為1119年2月前郭6?級地震和1290年10月4日寧城6?級地震。東北地震統(tǒng)計區(qū)地震活動總體分布較為彌散，但沿松遼盆地、大興安嶺雅魯河斷裂、依蘭—伊通斷裂帶及遼西開原—赤峰斷裂一帶地震活動較為密集（圖1）。

東北地震區(qū)記載的最早地震為419年朝陽5?級地震。1900年之前僅有7次地震記錄，地震資料缺失嚴(yán)重，自1900年以來地震記錄比較完整，地震活動較為活躍，1920年以來地震活動較平穩(wěn)（圖2）。

圖1 東北地震統(tǒng)計區(qū)震中分布Fig.1 Epicenter distribution in Northeast China earthquake zone

圖2 東北地震統(tǒng)計區(qū)M—T圖及應(yīng)變釋放曲線Fig.2M—Tdiagram and strain relief curve in Northeast China earthquake zone

根據(jù)潘華等（2013）的研究結(jié)果，東北地震統(tǒng)計區(qū)地震活動性參數(shù)為：b=1.0，v4=5.0（v為地震年發(fā)生率），據(jù)此繪制不同時段地震發(fā)生率理論計算結(jié)果圖件，與實際地震發(fā)生率（表1）進(jìn)行對比（圖3），結(jié)果可以看出，理論地震發(fā)生率在小震級段和中強(qiáng)震級段，均不低于1920年、1970年以來的地震活動水平；在強(qiáng)震級段，比1900年以來的地震活動水平略保守，考慮到東北地震統(tǒng)計區(qū)內(nèi)劃分較多7級以上潛在震源區(qū)，缺乏7級以上地震記錄，且地震記載時間短，因此，適當(dāng)在強(qiáng)震段取略保守的結(jié)果是可以接受的。

圖3 東北地震統(tǒng)計區(qū)各時段實際與理論結(jié)果對比Fig.3 Comparison of actual statistics and theoretical results in different time periods in Northeast China earthquake zone

表1 東北地震統(tǒng)計區(qū)不同時段地震年平均發(fā)生率vTable 1 Average annual incidence rate of different time periods in Northeast China earthquake zone

2 地震發(fā)生概率統(tǒng)計方法

2.1 漠河北潛在震源區(qū)劃分

潛在震源區(qū)參數(shù)是統(tǒng)計潛源年平均發(fā)生率的必要條件，在新一代中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（第5代圖）的潛在震源區(qū)劃分方案中，漠河北潛在震源區(qū)并未劃分，這是因為，東北地震區(qū)統(tǒng)計時間截至2010年底，而漠河北6.6級地震在統(tǒng)計后發(fā)生。據(jù)本專題研究最新成果，漠河北潛在震源區(qū)劃分結(jié)果如下：長度79 km，寬度49 km，面積1 971 km2，采用五邊形劃分，與中國邊境最近距離18 km；潛在震源區(qū)主要方向為NNW向；震級上限為7.0級；可靠程度等級為A級（圖4）。

圖4 漠河北潛在震源區(qū)劃分結(jié)果Fig.4 The division of potential source zone of northern Mohe

2.2 地震空間分布函數(shù)

Cornell（1968）最早提出地震危險性概率分析方法的理論框架，發(fā)展至今，成為世界范圍內(nèi)地震危險性分析的常用概率方法。在中國現(xiàn)行地震安全性評價中，結(jié)合我國地震活動時空的不均一性特點，吸收地震中長期預(yù)測的大量科研成果，對關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，形成“考慮地震時空不均一性的概率地震危險性分析方法”（簡寫為CPSHA），被廣泛采用。其突出特點為：以考慮地震統(tǒng)計區(qū)未來地震活動水平趨勢預(yù)測的地震活動性參數(shù)，反映地震活動的時間不均勻性；以潛在震源區(qū)劃分及地震活動性差異來反映地震活動的空間不均勻性。因此，根據(jù)地震統(tǒng)計區(qū)及潛在震源區(qū)的地震活動性參數(shù)，即可得到潛在震源區(qū)各震級檔的地震復(fù)發(fā)間隔（年發(fā)生率），地震帶內(nèi)mj震級檔震級年平均發(fā)生率可表示為

式中，β=b×ln10,muz為震級上限，在地震帶震級—頻度關(guān)系式中，累計頻度趨于0的震級極限值，其中u是up簡寫，代表上限，z代表地震帶。Δm為震級分檔間隔，文中為0.5，mj的定義是從起算震級m0到潛在震源區(qū)震級上限mu若干檔中第j檔的中心震級。地震統(tǒng)計區(qū)地震活動不均勻性由潛在震源區(qū)分布及與震級有關(guān)常數(shù)、地震空間分布函數(shù)fl,mj來表征。fl,mj的物理含意是，一次震級為mj±1/2Δm的地震落在第l個潛在震源區(qū)的概率，作為震級的條件概率，反映地震帶內(nèi)地震強(qiáng)度空間分布的非均勻性（胡聿賢，1999；盧壽德，2006）。對指定震級檔的fl,mj，在地震帶內(nèi)歸一化，fl,mj采用統(tǒng)計方法綜合確定，即

式中NS為潛在震源區(qū)總數(shù)。

基于該原理，根據(jù)“新一代中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖地震活動性參數(shù)確定工作報告”（潘華等，2013)，統(tǒng)計了東北地震區(qū)各潛源面積，結(jié)合新增的漠河北潛在震源區(qū)參數(shù)。東北地震區(qū)總面積不變，但7.0級以下各個震級檔潛在震源區(qū)面積增加1 971 km2，按此面積重新分配地震區(qū)各震級檔的空間分布函數(shù)，結(jié)果顯示，震級檔越低空間分布函數(shù)越小，詳見表2。

表2 漠河北潛在震源區(qū)空間分布函數(shù)Table 2 Spatial distribution function of potential source zone of northern Mohe

3 最大潛在地震發(fā)震概率評估

3.1 潛在震源區(qū)年平均發(fā)生率及復(fù)發(fā)間隔

CPSHA方法在地震活動性模型構(gòu)建時，采用地震統(tǒng)計區(qū)和潛在震源區(qū)組合來共同表征在未來可能發(fā)生地震的地區(qū)。區(qū)域未來地震活動被劃分到各個地震統(tǒng)計區(qū)中，在統(tǒng)計區(qū)內(nèi)又繼續(xù)劃分到各個潛在震源區(qū)內(nèi)。地震統(tǒng)計區(qū)主要反映地震活動的總體特征；潛在震源區(qū)主要反映地震活動在空間上的差異分布。CPSHA 方法使得概率地震危險性分析方法能夠更好地，同時也更加靈活地刻畫和表征地震活動的空間不均勻性（冉洪流，2006）。

以4級以上地震年平均發(fā)生率為例，也就是說地震區(qū)（帶）內(nèi)所有潛在震源區(qū)年平均發(fā)生率的總和就是這個地震區(qū)（帶）本身的年平均發(fā)生率v4，而每個潛在震源區(qū)的空間分布函數(shù)就是劃分地震區(qū)（帶）年平均發(fā)生率的依據(jù)。漠河北潛在震源區(qū)年平均發(fā)生率v漠河北需要上一級的東北地震區(qū)的年平均發(fā)生率v通過各震級檔空間分布函數(shù)分配得到。本文由表2可知，漠河北潛在震源區(qū)M6.5—6.9震級檔的空間分布函數(shù)f漠河北，M6.5—6.9=0.0702。由上述給出的震級概率密度分布函數(shù)關(guān)系式（1）、東北地震統(tǒng)計區(qū)的b值（b=1.0）及M4.0以上地震年平均發(fā)生率（v4=5.0），可得出：東北地震區(qū)M6.5以上地震的年平均發(fā)生率v6.5=0.0158；M7.0以上地震的年平均發(fā)生率v7.0=0.005。因此，可以得到東北地震區(qū)M6.5—6.9震級檔的年平均發(fā)生率為v6.5—6.9=0.0108（v6.5-v7.0）。利用表2空間分布函數(shù)結(jié)果，可得

其中，vm是漠河北潛在震源區(qū)M6.5—7.0震級檔年平均發(fā)生率；vz是東北地震區(qū)M6.5—7.0震級檔年平均發(fā)生率；fm為漠河北潛在震源區(qū)M6.5—6.9震級檔的空間分布函數(shù)。最終得到漠河北潛在震源區(qū)M6.5—6.9震級檔年平均發(fā)生率v漠河北，M6.5—6.9=0.00076。即漠河北潛在震源區(qū)7.0級地震的年平均發(fā)生率為0.000 76，由公式（4）可知漠河北潛在震源區(qū)7.0級地震的復(fù)發(fā)間隔是1 316年。

其中，R為復(fù)發(fā)間隔，v為年平均發(fā)生率。

3.2 最大潛在地震發(fā)震概率

假設(shè)地震符合泊松分布，這里給出的概率值為條件概率，條件概率的定義為

由漠河北潛在震源區(qū)最大潛在地震年平均發(fā)生率v漠河北，M6.5—6.9=0.00076及公式（6），得到最大潛在地震（MS7.0）的發(fā)震概率：50年為0.037；100年為0.073；200年為0.141。采用泊松模型方法計算，見表3。

表3 漠河北潛在震源區(qū)地震危險性評價結(jié)果Table 3 Seismic risk assessment results of potential source zone of northern Mohe

4 結(jié)束語

經(jīng)過分析，漠河北潛在震源區(qū)MS7.0地震復(fù)發(fā)間隔1 316年，100年發(fā)生7.0級地震概率為0.073，距中國邊境最近僅18 km，影響較大，對該潛在震源區(qū)進(jìn)行地震危險性評價，不僅能提高民眾地震意識，對于大興安嶺地區(qū)的抗震設(shè)防結(jié)果也將產(chǎn)生較大的影響。該評價結(jié)果不僅反映了東北北部尤其是大興安嶺北部地區(qū)的地震活動情況，而且體現(xiàn)了該地區(qū)的地震危險性，對漠河地區(qū)的抗震設(shè)防將起到積極作用。

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Assessment of the causative probability of the largest potential earthquake in Mohe north potential source zone

Kang Jian1），Wang Zhuo1），Huang Yan1），Liu Shuang1），Sun Haifeng1）and Miu Xiangcai2）
1)Earthquake Administration of Heilongjiang Province,Harbin150090,China
2)Earthquake Administration of Daqing City,Heilongjiang Province163002 ,China

AnMS6.6 magnitude earthquake occurred in the north of Mohe County, border between China and Russia, on October 14, 2011.To disclose the impact of this earthquake on the surrounding region, the potential seismic source zone was redevised and its spatial distribution function was recounted.A new predicted result was given by using the seismic risk probability analysis method and the G—R relationship.The new result shows that, in the next 100 years, the earthquake occurrence probability ofMS7.0, in the north of Mohe County, is 0.073 and the recurrence period is 1 316.

northern Da Hinggan Mountains，potential source zone，G—R relationship，causative probability，recurrence period

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.006

康?。?980—），男，遼寧丹東人，碩士，工程師，主要從事地震工程研究工作

黑龍江省地震局一般性科研課題項目（編號：201401）；中國地震局地震行業(yè)科研專項（編號：1521044025）

本文收到日期：2015-11-25