李小軍 李 娜 陳 蘇

1）北京工業(yè)大學城市建設學部，北京 100124

2）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

引言

地震一直是威脅生命財產安全和經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素，而我國為受地震威脅嚴重的國家。我國位于歐亞、太平洋及印度洋板塊交匯地帶，新構造運動活躍，地震活動頻繁，近50 年發(fā)生了唐山地震、集集地震、汶川地震、蘆山地震等大地震，導致嚴重的生命財產和經(jīng)濟損失。國內外歷史大地震災害現(xiàn)象及研究表明，合理的社會經(jīng)濟發(fā)展和建設規(guī)劃及有效的工程建設抗震設防是防御和減輕地震災害最切實際和必要的手段，而開展地震區(qū)劃和地震風險評估是實現(xiàn)合理規(guī)劃及有效抗震設防的基礎和主要依據(jù)。地震區(qū)劃是基于一定區(qū)域范圍未來可能發(fā)生破壞性地震的危險性和地震影響程度的評估結果，將覆蓋某區(qū)域、國家或地區(qū)的區(qū)劃范圍劃分為若干不同地震危險性和影響程度的分區(qū)，以規(guī)定區(qū)劃范圍內不同地區(qū)建設規(guī)劃和工程抗震設防標準。世界各國根據(jù)本國地震危險性和工程抗震設防需要，編制了本國地震區(qū)劃圖，以指導國家建設發(fā)展規(guī)劃和工程抗震設防工作。我國自20 世紀50 年代起，先后編制和發(fā)布了5 版全國地震區(qū)劃圖，分別為1957版中國地震烈度區(qū)劃圖、1977 版中國地震烈度區(qū)劃圖、1990 版中國地震烈度區(qū)劃圖，2001 版中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖及2015 版中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（時振梁，2002；中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2016）。這些區(qū)劃圖被作為我國當時一個時期內的建設工程選址與規(guī)劃抗震設防和結構抗震設防要求及社會經(jīng)濟發(fā)展和國土利用、防災減災規(guī)劃、環(huán)境保護規(guī)劃等的依據(jù)（高孟潭等，2015；中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2016）。

地震區(qū)劃相關研究以往主要聚焦陸域，解決陸域工程建設規(guī)劃和抗震設防問題。而針對海域地震及影響問題，特別是對涉及海域工程開發(fā)和工程建設的海域地震區(qū)劃和相關問題的研究工作關注和聚焦不夠，研究成果較少。各國現(xiàn)有地震區(qū)劃工作均針對陸域地震區(qū)劃圖編制，如中國、美國、新西蘭、英國、日本等先后編制了多個版本的全國性地震區(qū)劃圖，但區(qū)劃圖僅限于陸域，未考慮海域。部分研究工作基于簡單的地震活動性評估對某些地區(qū)編制了較簡略的海域或涉及海域的區(qū)劃圖（郭增建等，1987；Petersen 等，2007），但未形成海域地震區(qū)劃圖編制相關的系統(tǒng)性方法和技術。由于缺乏系統(tǒng)的技術儲備，且存在部分關鍵技術問題尚未解決，《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）（中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2016）也僅針對陸域，未涉及海域。目前，我國未編制可供海域工程建設使用的國家層面海域地震區(qū)劃圖，僅針對海域重大工程建設要求開展特定場地的地震安全性評價工作，以確定工程設防地震動參數(shù)（李小軍，2006）。

隨著“21 世紀海上絲綢之路”的提出，我國沿海經(jīng)濟持續(xù)、快速發(fā)展，開展了大量海域及濱海地區(qū)近海與海洋工程規(guī)劃和建設工作。我國海域及鄰近區(qū)域地震地質環(huán)境復雜，多處于強震活動區(qū)，特別是琉球海溝和馬尼拉海溝板塊俯沖帶區(qū)域的地質構造活動非?；钴S，這些地區(qū)的地震活動將對我國海域地震危險性造成不可忽視的影響。因此，需探討海域地震區(qū)劃理論方法和關鍵技術問題，形成海域地震區(qū)劃系統(tǒng)性方法和技術，為編制我國海域地震區(qū)劃圖提供科學基礎和技術支撐。

1 海域地震區(qū)劃研究及存在的問題

2004 年蘇門答臘M9.2 級地震發(fā)生后，Petersen 等（2007）牽頭編制了東南亞地震區(qū)劃圖，其中包含了部分近海域范圍，這是第1 個可為海域工程抗震設防提供依據(jù)的區(qū)劃圖。中國地震局管理部門和相關科技工作者一直關注我國海域地震影響問題，試圖開展海域地震區(qū)劃圖編制工作，曾依據(jù)歷史地震分布情況和對未來地震活動水平的分析，通過對未來一定期限內可能發(fā)生地震震級的估計及震級與地震影響烈度的簡單對應關系，編制了中國海域及相鄰海域地震烈度區(qū)劃（郭增建等，1987，1999），但該區(qū)劃圖不具有工程可應用性，更未達到中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）（中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2016）編制的資料和技術要求，僅是對我國海域地震區(qū)劃編制的探索。

對海域地震區(qū)劃圖編制技術的研究雖然較缺乏，但對海域地震及地震影響問題的研究取得了較豐碩的成果。自20 世紀50 年代，我國逐步設置了部分海域調查研究項目，開展了大量海洋地質普查和石油勘探工作，獲取了豐富的近海海域地質調查資料。20 世紀90 年代以來，利用973 項目、863 項目、國家自然科學基金重大項目及國家重點研發(fā)計劃項目等，在中國海域及領域獲取了大量地質、地球物理和地震等基礎資料。然而，關于海域活動構造及發(fā)震構造特征的研究仍較少，尤其是對與我國海域密切相關的俯沖帶地震構造和地震活動性的研究較少。

地震活動性模型構建是地震區(qū)劃關鍵環(huán)節(jié)，但針對海域地震活動性模型的研究成果十分缺乏。Petersen等（2007）在南亞地震區(qū)劃研究工作中，考慮了蘇門達臘俯沖帶和爪哇俯沖帶地震影響，但地震活動性模型的構建仍基于美國區(qū)劃圖原則，僅考慮了不同震源深度。我國海域地震活動特征與大陸板內地震活動具有顯著差異，大陸架和俯沖帶地震活動共同構成海域地震危險性。我國已有地震目錄中雖在一定程度上考慮了近海地震，但基本上僅涉及陸地外延部分，且地震參數(shù)并非針對海域地震特征制定。

在海域地震相關問題研究中，對地震動衰減關系的研究更為關注，較重視俯沖帶地震動觀測和衰減特征的統(tǒng)計分析（胡進軍等，2013；周越等，2016；陳蘇等，2018）。分布于世界各地的強震動觀測臺站已獲取一大批俯沖帶地震強震動記錄資料，但這些記錄的觀測臺站多位于陸地或海島上，位于海域場地（海底面）上的觀測記錄十分缺乏。美國南加州近海海底地震觀測系統(tǒng)和日本相模灣海底俯沖帶海底地震海嘯監(jiān)測系統(tǒng)雖已獲得了部分海域場地強震動觀測記錄，為海域地震動特性及衰減規(guī)律的研究提供了最直接依據(jù)，但這些記錄資料數(shù)量不足以支撐海域地震動衰減關系的直接統(tǒng)計確定工作。部分學者（Lin 等，2008；Zhao 等，2016；胡進軍等，2017）分別采用不同區(qū)域俯沖帶地震強震動記錄研究了相應的俯沖帶地震動衰減關系。Atkinson 等（2003）采用全球范圍內的俯沖帶地震強震動觀測數(shù)據(jù)，建立了全球性俯沖帶地震動衰減關系，并區(qū)分了板緣與板內地震在衰減特性上的不同。近年來，地震學方法（Fu 等，2016）被用于模擬地震動，進而研究地震動衰減特性，以期解決區(qū)域性強震動記錄直接統(tǒng)計獲取衰減關系不足的問題，基于一系列設定地震的地震動模擬結果統(tǒng)計獲取衰減關系（Atkinson 等，2009），或利用地震動模擬結果定量修正已有統(tǒng)計經(jīng)驗衰減關系（胡進軍等，2018）。然而，地震模擬方法仍存在明顯不足，如特定區(qū)域斷層性質的確定、模擬結果不確定性的考慮等。

場地地表和近地表局部土層條件對地震動的影響十分顯著，難以利用地震動衰減關系予以考慮。而相對陸域場地，海域場地工程地質環(huán)境較復雜，海床軟厚覆蓋土層的影響、海底地形和海水作用效應等，使海域場地對地震動的影響更復雜多變（李小軍，2006）。目前，針對海域場地土層和海水對地震動的影響研究多采用較理想的成層土層和海水層模型進行解析分析和數(shù)值模擬，以探討海底場地土層和海水層對地震動的影響特征和規(guī)律（鄭天愉等，1985；朱鏡清，1988；Nagano 等，1994；胡進軍等，2013；蘭景巖等，2013；榮棉水等，2013；Diao 等，2014）。已有研究進一步表明，考慮海底地形變化時，海水對海域場地地震動的影響更顯著和復雜（李金成等，2001；Nakamura 等，2012）。雖在海域場地土層和海水層對地震動的影響研究方面已開展大量工作，并取得較豐富的研究成果。但對于海底軟厚土層和海水對海域場地地震動的影響作用，未給出較簡單、便于在實際工程建設中應用的方法。較實用可行的方法是與現(xiàn)行地震區(qū)劃原則一致的方法（李小軍，2013），即在考慮海底土層和海水層參數(shù)的場地分類基礎上的海域場地對地震動的調整方法。

2 海域地震區(qū)劃關鍵科學與技術問題

為推進“21 世紀海上絲綢之路”和《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要》所提目標的實施，實現(xiàn)海域建設規(guī)劃和工程建設抗震設防合理和優(yōu)化發(fā)展，提高我國海域工程防震減災能力和水平，國家重點研發(fā)計劃《重大自然災害監(jiān)測預警與防范》重點專項中設立了《海域地震區(qū)劃關鍵技術研究》（2017YFC1500400）重點項目，以針對相關的重大科學問題和關鍵技術開展攻關研究。該項目針對我國海域地震區(qū)劃涉及的地震地質環(huán)境、地震活動特征、地震動衰減規(guī)律和場地地震動影響等關鍵科學與技術問題開展研究，并借鑒陸域地震區(qū)劃方法、技術和經(jīng)驗，集成國內外最新研究成果，形成適合我國海域地震區(qū)劃的方法與技術體系（李小軍等，2020）。該項目明確了海域地震區(qū)劃需關注的關鍵科學與技術問題，并將研究目標定位于提出海域地震區(qū)劃圖編制原則、建立區(qū)劃圖編制方法與技術體系，開展典型示范區(qū)地震區(qū)劃圖編制，為我國海域地震區(qū)劃圖的正式編制提供技術支撐。

2.1 關注的研究內容

（1）我國海域地震危險性受海域活動構造和板塊俯沖帶的雙重作用，不同區(qū)段板塊俯沖帶樣式及其活動對海域構造活動的動力影響具有較大差異，不同海區(qū)構造單元特性具有明顯區(qū)別。須考慮不同區(qū)段構造樣式及俯沖帶對我國海域地震構造環(huán)境的影響，揭示海域地震活動時空演化機制，確定板塊俯沖帶分區(qū)分段特征和強震發(fā)生構造背景。

（2）基于海域地震活動特征，結合地質構造和地球物理特征，研究大陸架不同分區(qū)地震最優(yōu)時間分布特征；研究俯沖帶地震活動時間獨立性、叢集性及相關性等特征，揭示俯沖帶地震活動不同分區(qū)、分層地震震級分布規(guī)律及地震發(fā)生率。

（3）針對可能對我國海域具有影響的琉球海溝和馬尼拉海溝地震構造區(qū)俯沖帶大地震，建立俯沖帶板緣與板內M7.5～9.0 級地震典型震源模型，利用隨機有限斷層地震動模擬方法開展俯沖帶板緣與板內大地震地震動場模擬，揭示俯沖帶板緣與板內大地震海域地震動時間與空間分布特征及不確定性；建立俯沖帶板緣與板內地震及近海地震地震動預測模型（地震動衰減關系），特別關注對長周期地震動的預測及不確定性的評估。

（4）針對典型海域海床場地，開展海域地殼結構、海底地形地貌、海床土層和海水等因素對海域大地震遠場地震波傳播影響的理論研究、數(shù)值模擬分析，特別是對長周期地震動的影響；揭示代表性海水和海床場地條件對地震波傳播和場地地震動影響的特征與規(guī)律；探討海域場地分類方法和海域地震區(qū)劃的場地地震動參數(shù)調整方法。

（5）針對海域地震地質和場地條件環(huán)境及工程抗震設防要求的特殊性，提出海域地震區(qū)劃圖編制原則及方法；研發(fā)適用于俯沖帶中深源大震潛在震源模型的概率地震危險性分析方法及相關技術；選擇我國典型海域，如存在近?；顒优璧睾蛿鄬印⒅袕姷卣鸶哳l發(fā)的黃海地區(qū)，地震活動強烈、活動構造復雜的臺灣海峽地區(qū)，受俯沖帶影響、跨越不同活動構造單元和具有復雜海床的南海地區(qū)，開展地震區(qū)劃示范編制的試驗研究。

2.2 關鍵的科學和技術問題

（1）重點探討以下科學問題，提出解決方案：海域地震活動時空演化機制、俯沖帶分區(qū)分段特征及強震發(fā)生構造背景；大陸架和俯沖帶地震活動時空特征；俯沖帶地震震源模型及地震波在地殼和海床中傳播特性及不確定性；海床深厚淤泥及海水對地震動特性的影響特征與規(guī)律。

（2）重點探討以下技術問題，提出解決方案：海域斷層活動性探測與判別技術；俯沖帶三維震源模型構建；海床深厚淤泥層和地形場地建模；海域地震區(qū)劃圖編制技術指標與標準；海域地震區(qū)劃關鍵算法研發(fā)。

3 海域地震區(qū)劃關鍵技術研究項目進展

解決海域地震區(qū)劃的關鍵科學與技術問題的研究已取得一定進展，并初步形成海域地震區(qū)劃方法與技術體系。

3.1 海域斷裂活動性探測和地震構造研究

海域斷裂活動性調查是建立海域地震構造模型的基礎，調查方法主要包括直接的潛水探查船海底考察與地質取樣方法及海洋綜合地球物理探測技術等。項目組在臺灣海峽開展了海域斷裂地球物理調查手段適用性分析的試驗性探測工作，探測與分析結果表明不同地球物理勘探手段具有解決某方面地質問題的能力，各有優(yōu)勢與局限性：淺水多波束、側掃聲吶、淺地層剖面測量能清晰反映海底地形及幾十米埋深的淺部地層特征；單道地震剖面最大反射深度可達約60 m，電火花震源激發(fā)能量較小時能有效抑制多次波，適用于淺部地層探測，激發(fā)能量較大時則相反；與單道地震相比，小多道地震探測剖面反射波特征明顯，能夠提供較深部地層信息，但仍未能穿透基底地層，最大探測深度約150 m，具有分辨率高、穿透能力強的特點；氣槍72 道大多道地震最大探測深度可達1 500 m，能夠連續(xù)追蹤基底分布，但多次波干擾嚴重，適用于深部地層探測；磁力測量曲線極值位置與地震剖面顯示的斷層位置呈良好對應關系。試驗性探測工作對比分析了不同調查手段對同一斷裂構造發(fā)育特征的識別程度，探討了所選定斷裂活動性識別的最優(yōu)調查方法依據(jù)，可為今后海域斷裂活動性探測、減少近海海域地震認識的“盲區(qū)”提供技術支撐。在南海典型海域（擔桿列島附近）布設了80 m 鉆孔，鉆孔位置水深45.20 m，終孔深度80 m。鉆探獲取了巖芯，采集多種環(huán)境指標樣品，建立新生代晚期中國海域地區(qū)環(huán)境變化曲線，與標準曲線對比，進一步鞏固地層年代框架。項目組李峰等通過綜合分析近年來南海北部海域地質地貌、地震反射剖面、深部探測、地震活動等的研究成果，結合深部構造特征，厘定了粵東濱海斷裂帶幾何結構與分段活動性。項目組朱孟浩等的研究表明，在海域斷裂活動性分析中，綜合應用高分辨率淺層剖面儀、單道地震系統(tǒng)和多道地震系統(tǒng)，可查明海底以下100 ～1 000 m 深度地質構造特征，能夠滿足海底地層層序劃分，查明活動斷層分布和錯斷最新地層情況，但對于詳細分辨海域斷裂活動特征，還需進一步借助鉆孔地層資料作為佐證。針對蘇北-濱海斷裂北段，借助小多道地震探測技術進行探測試驗，研究斷層特征和活動性。地震探測結果顯示出4 個反射界面，將研究區(qū)第四紀地層劃分為4 個地震層序，分別對應全新世、晚更新世、中更新世和早更新世4 個地質時期。對照區(qū)域地質構造，分析地震剖面斷點推斷蘇北-濱海斷裂為晚更新世活動斷裂。研究進一步證實了小多道地震探測是判斷海域活動構造特征的有效手段。

利用絕對走時成像方法，研究了琉球海溝和馬尼拉海溝俯沖帶三維速度結構。與遠震層析成像和全球成像結果相比，獲得的模型分辨率明顯提高，說明了絕對走時成像方法研究俯沖帶三維結構的科學性和適用性。成像結果對認識南海板塊俯沖過程中所消減的海洋巖石圈數(shù)量、俯沖板塊深部結構圖像及與島弧火山形成的內在關聯(lián)提供了地震學速度結構方面的約束。在相關資料收集和整理分析的基礎上，編制完成了中國東部、南部海域活動構造框架圖和中國海域典型區(qū)域（黃海、臺灣海峽、南海典型區(qū)域）地震構造簡圖及中國海域與領域潛在震源區(qū)圖。研究建立了中國海域與領域俯沖帶三維地震構造模型，提出了海域強震構造判別與潛在震源區(qū)劃分技術思路。對中國東部海域斷裂構造格架和地震構造環(huán)境進行了總結和綜合分析，編制了中國東部海域與領域斷裂構造格架圖，結合地震活動資料分析了斷裂構造格架與地震活動的關系。

3.2 中國海域與鄰區(qū)地震目錄及地震活動特征研究

我國海域與鄰區(qū)地震目錄的編制，需利用多地地震臺網(wǎng)記錄資料，通過建立我國海域與領域淺源地震、中深源地震面波震級、體波震級與GCMT、NIED 測定的矩震級之間的轉換關系式，統(tǒng)一了我國海域及鄰區(qū)地震目錄震級標度，并進一步得到我國海域與鄰區(qū)M≥4.7 級以上的破壞性地震目錄和M2.0～M4.6 級中小地震目錄，繪制了中國海域及鄰區(qū)地震震中分布圖。針對海域地震活動特征編制的中國海域與鄰區(qū)統(tǒng)一地震目錄，彌補了我國海域與鄰區(qū)地震目錄編制的空白。項目組徐偉進等以中國海域統(tǒng)一地震目錄為基礎資料，比較分析了以指數(shù)分布模型、伽馬分布模型、威布爾分布模型、對數(shù)正態(tài)分布模型及布朗過程時間分布模型，表征海域地震時間分布特征的差異和適用性。研究發(fā)現(xiàn)地震活動存在長期記憶性，震級相對較小（M＜6）的地震受更大地震的影響，從而在時間上表現(xiàn)出叢集特征，并指出在對某地區(qū)進行地震危險性分析時應充分考慮最近一次發(fā)生的強震對未來中小地震的影響。

3.3 海域地震動特性及衰減模型研究

日本K-net 臺網(wǎng)海底觀測臺陣，即日本地震海嘯監(jiān)測系統(tǒng)，位于東京都市圈南部相模灣海底俯沖帶地區(qū)，該觀測系統(tǒng)設立了6 個海底臺站，在K-net 中的編號為KNG201～KNG206。項目組搜集了6 個海底臺站觀測到的地震動數(shù)據(jù)，并篩選出321 次事件922 組地震動記錄，每組記錄均包含2 條水平向記錄和1 條豎直向記錄?；诤５着_站觀測地震動記錄，考慮震源類型、震級和震中距分組，從幅值、頻譜與持時角度分析了地震動特征。研究結果表明，分類后幅值參數(shù)主要受震中距影響，震級對持時的影響大于震中距的影響，地震動動力放大系數(shù)譜峰值超過了2.5。通過變異系數(shù)分析的地震動參數(shù)不確定性進一步表明，對海底地震動按震源、震級與震中距分組后可降低統(tǒng)計特征的不確定性。研究結果為俯沖帶海域地震動衰減模型（地震動衰減關系）的建立和檢驗提供了依據(jù)。

琉球海溝和馬尼拉海溝地震構造區(qū)俯沖帶地震對我國海域地震風險具有一定影響，為此，我國海域地震區(qū)劃需關注俯沖帶（板緣、板內）地震動特性及衰減規(guī)律。全球范圍內，對于俯沖帶地震動的研究主要集中在日本東北部俯沖帶、我國臺灣東北部俯沖帶、美國西部Cascadia 地區(qū)俯沖帶等區(qū)域，缺乏對我國海域地震區(qū)劃關注區(qū)域地震動衰減特性研究的實用性成果。胡進軍等（2018）提出了基于數(shù)值模擬結合其他區(qū)域已有經(jīng)驗衰減關系建立研究區(qū)衰減關系的方法，采用隨機有限斷層法分別模擬了南海俯沖帶和日本東北部俯沖帶板內地震動，并基于模擬結果統(tǒng)計回歸日本俯沖帶與南海俯沖帶地震動衰減關系及二者之間的定量關系，再結合基于地震動記錄統(tǒng)計得到的日本東北部俯沖帶板內地震經(jīng)驗衰減關系（Zhao 等，2006）進行模擬統(tǒng)計衰減關系與記錄統(tǒng)計衰減關系類比，建立了南海俯沖帶板內地震動衰減關系。研究結果表明，不同類型的地震衰減特征存在一定差異，建立的南海俯沖帶板內地震衰減速率快于汶川地震淺地殼地震?？紤]我國海域遠離俯沖帶，陸域或近海中高震級地震將控制我國海域地震動中短周期成分，而俯沖帶高震級地震將對地震動長周期成分具有顯著影響，甚至起控制作用。項目組利用強震動加速度記錄結合寬頻帶速度記錄，采用分步回歸方法得到了適用于我國海域地震區(qū)劃工作的俯沖帶板緣與板內地震的地震動峰值加速度和反應譜衰減關系。衰減關系考慮了俯沖帶深大地震斷層尺度與深度的影響，并重點關注了對俯沖帶長周期地震動的估計（周期長達10 s）。衰減關系研究中，強震動加速度記錄來自日本K-net 和Kik-net 俯沖帶強震動觀測記錄，包括沖繩-琉球俯沖帶和日本東部俯沖帶地震記錄，加速度記錄主要用于反應譜周期至1.0 s 的短周期段衰減關系確定；寬頻帶數(shù)字速度記錄來自于IASPEI 全球數(shù)字地震臺網(wǎng)記錄，速度記錄主要用于反應譜周期超過1.0 s 的長周期段衰減關系確定。

3.4 海域場地條件及對地震動的影響研究

利用強震動觀測記錄研究場地效應是最直接的方法，能具體反映工程場地對地震動影響的實際情況。榮棉水等（2018）基于有限的海域場地強震動觀測記錄開展了海域場地效應研究，利用美國海域觀測計劃SEMSⅣ海域臺站與鄰近陸域臺站強震動加速度記錄，計算分析了每個臺站記錄的HVSR 值（地震動水平向與豎向傅氏譜比）。研究發(fā)現(xiàn)海域場地對地震動影響的特征，即地震動峰值加速度豎向與水平向的比值，海域場地明顯小于陸域場地，而海域場地HVSR 在2～10 Hz 頻率范圍的成分明顯大于陸域；海水層對海底面豎向地震動具有較大影響，海域場地觀測HVSR 在較寬頻段大于鄰近陸域場地。利用數(shù)值模擬分析解釋了該觀測現(xiàn)象，海域場地海水層將在特定頻段加大HVSR 值，并認為很可能是海水層壓制了與海底面地震動中與海水層卓越頻率相對應的頻譜成分引起的。數(shù)值模擬結果表明，含水場地的HVSR 在特定頻段譜比值明顯大于不含水場地，且該頻段與海水層P 波卓越頻率密切相關，如50 m 水深譜比差異最大處出現(xiàn)在約8 Hz，與水層P 波卓越頻率7.5 Hz 接近。

海域場地土體在地震作用下易進入非線性狀態(tài)，尤其海底表層淤泥易進入強非線性。一般而言，隨著基底入射地震動峰值加速度的增大，場地地面地震動出現(xiàn)峰值加速度放大系數(shù)減小，而反應譜特征周期增大的趨勢。海底厚軟表層土對場地地震反應計算結果產生顯著影響，導致場地地面地震動峰值加速度嚴重偏小，而反應譜特征周期嚴重偏大，即出現(xiàn)反應譜嚴重“矮粗胖”現(xiàn)象?？紤]海底表層軟土層一般不作為地基持力層，因此，不宜將受厚軟表層土嚴重影響的場地地震反應計算結果作為工程抗震設防的地震動。通過河流和近海真實場地模型考慮和不考慮海床軟表層土情況下的地震反應計算結果的比較分析，建議對于具有剪切波速小于150 m/s 的軟表層土海域場地模型，需對比分析剝離軟表層土（剪切波速小于150 m/s）的場地計算模型與未剝離軟表層土的場地計算模型地震反應特征差異，然后按照安全保守的原則選取工程場地抗震設防地震動參數(shù)。項目組周星源等研究了渤海海域軟表層土對場地設計地震動參數(shù)的影響，研究中選取渤海中部海洋平臺工程建設場地的鉆孔勘測資料，構建了大量軟土和硬土場地模型，并改變其軟表層土厚度，構造出一系列新的場地模型，分別采用等效線性化方法和非線性方法開展場地地震反應計算，研究得到海底軟表層土對地震動峰值加速度影響明顯，隨著地震動輸入增加，軟土層放大效應減弱，開始出現(xiàn)減震作用，且減震作用逐漸加強；軟表層土的存在導致場地地震動地震最大影響系數(shù)降低，特征周期隨之增加。因此，建議建設海洋工程，特別是進行深基礎工程抗震設計地震動參數(shù)確定時，從保守角度考慮，建立場地模型時應刪除軟土層（李小軍，2006），如刪除淺層剪切波速小于100 m/s 的松軟沉積層。

海底地形控制著海域場地環(huán)境，根據(jù)海底地形特征，可將海底地形分為大陸架、大陸坡和大洋底?？紤]目前海域建設工程場地多處于大陸架區(qū)域，而大陸架存在較厚沉積物，且場地淺層多為第四系松軟沉積物，表層土體剪切波速較低，場地淺層巖土介質復雜多變，在海域地震區(qū)劃中須考慮大陸架淺部場地條件對地震動的影響。為此，建議對大陸架場地進一步分類，以便基于地震動參數(shù)場地調整方法考慮海域不同局部場地條件對地震動的影響。依據(jù)海底覆蓋土層厚度和一定厚度內土層等效剪切波速等進行海域場地分類。初步建議以下大陸架場地分類方案：覆蓋土層厚度H被分為H≤5 m、5 m＜H≤15 m、15 m＜H≤40 m、40 m＜H≤60 m、60 m＜ H ≤100 m、H＞100 m 共6 個分檔值；海底淺層40 m 深度內的覆蓋土層（剪切波速小于500m/s 的土層）的等效剪切波速Vs40分為290 m/s≤Vs40＜500 m/s、240 m/s≤Vs40＜290 m/s、190 m/s≤Vs40＜240 m/s、Vs40＜190 m/s 等4 個分檔值，同時對巖土層剪切波速均大于500 m/s 的場地按表層巖土波速Vs分為Vs≥800 m/s、500 m/s≤Vs＜800 m/s 等2 個分檔值，場地波速共分為6 個分檔值；以覆蓋土層厚度及表層土剪切波速Vs和40 m 深度內的等效剪切波速Vs40作為海域場地分類指標，將場地分為I、II、III、IV共4 個大類，包括I0、I1、II、III1、III2、IV1、IV2共7 個小類?？煽闯鼋ㄗh的大陸架場地分類中的4 個大類與我國陸域場地分類中的分類相似（李小軍，2013），這也是本項目基于相關研究結果分析后意圖讓它們能一一對應而提出的大陸架場地分類方案，便于在未給出海域地震動場地影響調整表的情況下可直接利用陸域地震動場地影響調整表。雖然已有研究表明，海域工程場地地震動影響的數(shù)值模擬中，海底淺部剪切波速很小的松軟沉積層對計算結果影響顯著且導致不符合實際的結果趨勢，但在上面建議的海域場地分類方法中還沒有將這個問題考慮進去。海域場地分類中，覆蓋土層厚度確定和土層等效剪切波速計算時是否需要首先刪除海底淺部剪切波速很小的松軟沉積層，還需要深入研究。另外，海水對場地豎向地震動的影響如何在場地分類中體現(xiàn)，也是需要進一步研究的問題。

研究中需確定海域地震動場地影響調整系數(shù)，項目組周旭彤等基于地震動譜比方法研究了海底地震動場地效應，選取日本DONET1 的20 個海底觀測臺站2014-2021 年記錄的1 634 組地震動數(shù)據(jù)，利用水平/豎向譜比（HVSR）方法對比分析了5 組不同埋設條件的海底觀測臺站組HVSR 特征。研究結果表明，海底地震動譜比曲線存在顯著無明顯峰值或多峰值現(xiàn)象，埋設條件相同的海底臺站HVSR 曲線隨頻率分布相似，海底復雜場地條件下沙沉底方式布置臺站受沉箱填沙的影響，導致識別場地條件出現(xiàn)偏差，海底復雜因素對掩埋沉箱方式布設的臺站HVSR 曲線的影響主要集中在頻率＜5 Hz 的低頻處，海底復雜因素對未埋入海底臺站的HVSR 曲線的影響主要集中在頻率為5～10 Hz 的高頻處。研究結果說明海底觀測臺站地震動記錄利用時需注意臺站建設方式的影響，對地震動記錄進行合理處理。項目組王篤國等基于海域場地分類建議方案，選取南海海域實測鉆孔作為計算模型，同時人工構造部分鉆孔計算模型，計算分析了不同頻譜特性和強度的地震動輸入下不同類別場地地震動峰值加速度和特征周期變化規(guī)律，并歸納給出了不同地震動輸入強度下不同海域場地類別峰值加速度放大系數(shù)變化范圍和不同場地類別特征周期變化范圍，研究結果可為建立海域地震區(qū)劃的地震動場地影響調整表提供支持。

針對海洋和島礁等工程場地開展場地條件鉆探勘測往往難度較大，因此，基于強震動和脈動記錄分析和統(tǒng)計以獲取場地條件影響的特征已成為確定工程場地設計地震動的較經(jīng)濟和實用的替代方法。項目組李小軍等利用日本KiK-net 臺網(wǎng)30 個豎井臺站強震動觀測的19 002 組三分量記錄資料，通過建立臺站場地地表/基底譜比（SBSR）與水平/豎向譜比（HVSR）的比值之間統(tǒng)計定量關系，提出修正水平/豎向譜比法。該修正方法為通過場地地表單點地震動或地脈動觀測記錄分析進行地震動場地調整提供了更合理的解決方案。

3.5 海域地震區(qū)劃圖編制方法與技術研究

針對我國海域及鄰近區(qū)域地震和地質環(huán)境，探討海洋工程場地地震安全性評價的相關技術已成為地震學和工程地震應用研究必須重視的方向?，F(xiàn)階段我國海域工程場地地震安全性評價的總體思路與陸域一致，其技術與方法是完全參考陸域工程發(fā)展起來的。而我國對近海海域的活動斷裂及發(fā)震活動調查的基礎數(shù)據(jù)較零散，未有針對性地開展海域地震區(qū)劃相關技術研究。為此，項目組針對海域地震區(qū)劃涉及的關鍵科學和技術問題提出解決方案，并確定海域地震區(qū)劃圖編制原則，形成編圖方法和技術體系，并通過典型海域地震區(qū)劃圖的示范編制完善編圖原則、方法和技術體系。

我國海域地震危險性同時受大陸架內板內活動斷裂帶和海域地區(qū)俯沖帶地震活動的共同影響，而我國海域地區(qū)相比陸域地區(qū)，地質、地球物理資料缺乏，特別是活動斷裂資料基本空白。同時由于海域地區(qū)地震臺站稀疏，地震監(jiān)測能力更弱，地震定位精度更差。因此，陸域潛在震源劃分原則應用于海域存在諸多問題。項目組董紹鵬等提出我國海域地區(qū)潛在震源劃分原則和基本思路，包括：①考慮兩類潛在震源：斷裂式潛在震源和分布式潛在震源；②分開考慮陸殼和洋殼地區(qū)斷裂式潛在震源，以陸域中上地殼活動斷裂相應的淺部潛在震源和洋殼板塊邊緣俯沖帶地震帶相應的深部震源形成“雙層震源”模型；③俯沖帶潛在震源區(qū)采用三維潛在震源模型；④相關的陸域地區(qū)潛在震源劃分遵循五代圖的原則和思路，充分利用五代圖的潛在震源方案。項目組李昌瓏等針對海域地區(qū)潛在震源劃分方案的特殊性，發(fā)展了概率地震危險性分析算法。新的概率地震危險性分析方法中，解決了俯沖帶潛在震源區(qū)離散化和考慮俯沖帶高震級地震震源破裂面和震源深度的場點地震動計算問題，實現(xiàn)了場點地震危險性計算中對俯沖帶高震級地震震源破裂面和震源深度的考慮。課題研究組在潛在震源地震活動性參數(shù)確定方面，以渤海和黃海海域為研究對象，開展了針對大陸架區(qū)域地震活動性參數(shù)評價研究，采用基于斷層導向性的空間平滑算法，得到網(wǎng)格點各地震檔年發(fā)生率?；诮ㄗh的我國海域地震區(qū)劃潛在震源劃分和地震活動性參數(shù)確定原則與基本思路，完成了中國海域地區(qū)潛在震源劃分方案，并考慮由于海域地質與地震環(huán)境研究方面不足對潛在震源劃分帶來的巨大不確定性，同時形成了另外2套對比方案。

以《工程場地地震安全性評價》（GB 17741-2005）（中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2006）和《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）（中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2016）編制的技術方案為基礎，結合項目組研究成果和國內外最新相關研究成果，完成了《海域地震區(qū)劃圖編制規(guī)程》（初稿）的編制，該規(guī)程規(guī)定了海域地震區(qū)劃圖的編制原則、技術要求和技術方法，同時研究了基于海域地震危險性計算軟件OpenQuake Engin 俯沖帶潛在震源高震級破裂面震源模型離散化方法，實現(xiàn)了考慮三維潛在震源模型的地震危險性分析計算。目前已基本完成了3 個典型海域區(qū)（位于黃海、臺灣海峽、南海內）地震區(qū)劃計算分析和區(qū)劃圖（初稿）編制工作。

4 結語

針對海域地震風險分析和海域地震區(qū)劃，結合國家重點研發(fā)計劃項目《海域地震區(qū)劃關鍵技術研究》工作，闡述了開展相關研究需關注的內容和面臨的困難，總結了實施中國海域地震區(qū)劃圖的編制工作需解決的關鍵科學和技術問題，對近年來相關研究成果，特別是海域地震區(qū)劃關鍵技術研究項目的進展做了介紹和分析。希望通過集成已有研究成果及對關鍵科學和技術問題的研究，能盡快形成海域地震區(qū)劃的實用方法和技術體系，為合理規(guī)劃我國海域地震區(qū)劃圖的編制工作和實施區(qū)劃圖的編制提供技術支撐。

致謝 本文針對國家重點研發(fā)計劃項目《海域地震區(qū)劃關鍵技術研究》，對研究計劃內容及研究成果進行了介紹，參與該項目工作的所有科技和管理人員均做出了相應貢獻，在此對他們表示衷心感謝。