以山西中部地区为例利用历史地震影响烈度进行地震区划的研究

响Ξ究娟全(京100081所)摘要以山西中部地区为例,直接利用历史地震影响烈度进行地震区划的研.响Ξ究娟全(京100081所)摘要以山西中部地区为例,直接利用历史地震影响烈度进行地震区划的研.结果说明:①在历史地震资料比较丰富的地区,可以利用场地影响烈度的统计特性来编制具有概率含义的地震烈度区划;②在确定统计时段时,应充分考虑影响烈度资料的完整性和区域地震活动的非均匀;③将平均重现期为500a的烈度区划结果与新中国地震烈度区划图(1990)相比较,两者在分区形态上大体相近,个别地段有差异,也各有其合理.主题词地震烈度区划影响烈度统计特性言我国有悠久的历史地震记载史料,如何利用极其丰富的历史地震烈度资,为工程建设提供合理的抗震设防依,一直是众多学者共同关心的问.近几年来,在场地影响烈度统计特性方面的研究取得了令人瞩目的进展(贾素,鄢家,1994.应用其统计特性,不仅可以估计场地未来一定时段内可能遭遇的最大影响烈度,还可以得到具有概率含义的工程抗震设防参数(贾素,1993a.场地影响烈度的不确定因素较少,利用其统计特性进行地震烈度区划,具有其它方法无可比较的优越.由于我国山西的历史地震史料比其它地方更丰,有史以来记载的第一个8级大地震,就在山西的洪赵城一带,所以本文以山西中部地区为例,应用极值统计分析方法(高孟,贾素,198;贾素,1993b),对历史地震影响烈度进行统计分析,得到平均重现期为500a和1000a的烈度区划.所得结果可以和新中国地震烈度区划图(1990)中用地震危险性分析方法所得结果相比较.料本文研究区的范围包括临汾盆太原盆地在内的山西中部地区(11.7～11.8E,13.5～3.0N.为了在编区划图时有足够的控制点,除选用该范围内66个县级城镇外,还在烈度值变化较快的盆地两侧补充了6个.这72个控制点的地理座标列于表Ξ局850702.著9A009.19950424,19950810,19950817.;研究区的地理范围和控制点分布情况参见图.表172个控制点的综合参数布值限i2号名N()E()IVVVIVIVIIXX10050010002000500012345678910111;研究区的地理范围和控制点分布情况参见图.表172个控制点的综合参数布值限i2号名N()E()IVVVIVIVIIXX1005001000200050001234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344涉县市县县县县市县县县县县县县县县沁县县市县县县县县县县县临县县县县县县县市县县县县县县祁县县县3.53.83.63.03.03.83.13.03.33.53.33.23.53.13.13.83.73.53.53.63.53.83.73.23.43.53.13.93.43.93.83.53.33.93.63.03.13.33.63.83.43.33.23.011.611.511.311.611.811.611.111.011.211.011.811.411.311.211.811.811.711.311.811.111.411.911.211.811.011.111.811.911.811.811.211.111.111.111.711.911.311.511.711.111.511.311.111.920263032312817202320211921162122252817222219152626303120192523171919262425242529253030307171415891188111098118996655681013139574567916881191616148617770413234232365223321664532142315444626464221221211112211213122121112113191010108899988889888988888101010118888889988878991111.3.7.7.6.1.2.1.9.2.1.1.2.2.3.0.5.2.3.8.2.1.9.9.7.8.5.9.9.9.2.9.3.2.3.5.5.2.1.2.4.5.5.0.2.1.1.3.0.4.5.6.3.0.5.6.7.7.0.4.0.6.9.3.7.7.3.6.6.5.0.0.4.3.8.2.9.7.1.0.0.5.3.4.7.0.1.2.5.8.8.9.6.9.0.2.9.6.0.0.2.2.7.9.4.1.5.8.2.2.8.1.2.2.7.8.9.8.3.7.4.2.8.5.4.0.8.6.1.5.6.0.3.2.3.5.2.3.4.8.4.1.3.4.5.5.1.3.6.5.0.2.5.5.2.5.8.8.3.5.3.2.6.1.6.5.2.0.7.4.2.8.5.0.1.7.9.6.0.1.9.7.7.3.0.6.7.7.8.8.6.7.8.7.5.6.8.8.6.8.4.4.01.2.7.6.8.5.8.8.6.5.9.7.6.9.7.5.51.31.511100101101322231122136200001145 县3.8 11.8 239 5 3 11 .5 .2 .9 .6 .5 504 地震学报18卷续表1布值限i2号名N()E()IVVVIVIVIIXX100500100020005000464748495051525354555504 地震学报18卷续表1布值限i2号名N()E()IVVVIVIVIIXX1005001000200050004647484950515253545556575859606162636465666768697071市市县县县县霍县古县县县县蒲县县隰县县县县县绛县林县县(点1)(点2)(点3)(点4)(点5)3.13.63.63.73.83.23.53.33.13.93.93.43.43.63.63.63.63.63.53.03.43.83.53.03.53.011.511.311.411.711.411.611.711.911.211.811.811.111.711.911.511.211.911.711.511.811.711.011.511.511.011.51923242420212427272424242424222427252520172316162921111098121212838878713108887613778936432222312222153444214443212122223213132121211212221211110002111010101111111191099991099998888989.5.8.9.7.8.0.8.5.3.7.3.6.0.3.4.8.8.4.6.1.8.2.1.5.3.5.0.6.9.8.9.2.9.4.0.8.9.4.3.9.1.5.6.1.3.5.3.6.6.3.8.3.8.3.6.5.7.1.7.2.6.6.6.9.8.5.8.1.1.7.9.0.8.1.1.9.2.81.3.9.1.1.4.8.5.0.1.1.1.4.3.0.4.5.5.2.3.4.2.4.4.4.5.31.7.4.6.51.11.41.2.8.6.6.5.7.0.5.1.8.8.6.7.7.6.7.7.7.8.7111001111111122111172(点6) 3.0 11.5 214 2 2 8 .0 .6 .1 .5 .8 .1 历史地震影响烈度目录的建立建立合理的影响烈度目录是本项研究的关.而核实破坏性地震所造成的高烈度影响,又是建立合理的影响烈度目录中最重要的一.根据有关资料标明的破坏性地震的等震线图(国家地震局地球物理研究复旦大学中国历史地理研究所,1986,199;国家地震局全国地震烈度区划编图,1979),逐一查出72个控制点的影响烈度.对于不能直接利用宏观资料确定其影响烈度的,那么利用区域地震烈度衰减关系来估算控制点的影响烈.笔者曾对全国范围内52个城市的影响烈度进行过极值统计分,专门将宏观资料确定的影响烈度目录和由衰减关系计算的影响烈度目录进行过分析比较,结果说明,只要区域烈度衰减关系比较合,计算的影响烈度所得的结果是可行的(贾素,1993b.本文中VI度以上的影响烈度以及7级以上大地震的影响烈,几乎都是直接查等震线图所.用衰减关系计算的主要是局部V度和IV度的影响烈.本文应用金严中国地震烈度区划图(1990)而拟合得到的中国东部地区烈度平均轴衰减关系I=.493+.45M-.792nR+16)(1)式中,为震中,单位m;M为震.在建立72个控制点的历史地震影响烈度目录时,R还尽可能删去了前震和余震的影响,以保持影响烈度之间的相互独立.表2列出了局部控制点的影响烈度目.表2局部控制点的历史地震影响烈度目录地震参数影响烈度年月日N()E()原汾休县沃津社城M---7800000519081423100004610式中,为震中,单位m;M为震.在建立72个控制点的历史地震影响烈度目录时,R还尽可能删去了前震和余震的影响,以保持影响烈度之间的相互独立.表2列出了局部控制点的影响烈度目.表2局部控制点的历史地震影响烈度目录地震参数影响烈度年月日N()E()原汾休县沃津社城M---780000051908142310000461023144102627608283150200344120051205216490912712021579305278660086702143.53.73.83.03.63.43.03.43.93.13.73.93.93.93.83.43.73.83.03.53.13.83.33.13.43.83.63.43.93.73.33.03.33.93.63.03.03.43.83.73.210.811.511.411.511.611.211.411.311.811.511.411.411.411.411.111.911.411.511.811.511.511.911.711.511.611.111.811.111.411.511.011.911.511.511.511.711.510.911.111.311.9.0.5.5.5.5.8.0.0.5.5.5.0.5.5.5.3.5.3.5.8.5.5.0.5.8.5.0.5.8.5.5.8.0.5.0.8.8.3.0.6.0IVIVIVIVIVIVIVIVIVIVIVVIVIVIVVVIIVVIVIXVVIVVVIIVVIIVVVIVIVIVVIVIIVVVVIVIVIVIV102204001038091102151181030012091204128907221291082513030913130309171304020013040903130505031314100513161006134104001342050513510429135404241366080713670000136807081473040514850407148708101501191502101715051016IVVIVIVIVVIVIVVIVVVVVVIIVIVVIVIIVIVVVVIVIVVIVIVVVIVIVIVVIVVIVIVIVVVIVVIXVIXIVXVIXVVIIVVIIVIVIVIVIVIVVIVVVIVIVVVIIVIVIVIVIVIVIVVVIVVIVIVIVIVVIVIVIVVIIVVIVIVVIVIVIVIVIVIV 15060300 3.3 11.1 .5 IV 506 地震学报18卷续表2地震参数影响烈度年月日N()E()原汾休县沃津社城M15150715152115220912152912081539042915490400155623155806001561072515631000156805151587506 地震学报18卷续表2地震参数影响烈度年月日N()E()原汾休县沃津社城M1515071515211522091215291208153904291549040015562315580600156107251563100015680515158704101587062115871004158900001591072415940328161006031614102316171000161805201622022216220621162402001626062816270500163300001642063016450820164905001654072116640000166807251679090216791000168311221695051817091014171806191739031754050018130000181510231827032318290400183006123.13.63.63.03.13.03.53.53.53.83.43.63.13.23.73.93.93.63.23.13.03.13.63.43.43.83.33.03.83.83.33.73.84.03.63.73.03.43.03.83.73.03.83.93.53.411.211.711.411.811.911.910.711.210.211.910.011.011.711.811.511.611.611.411.511.411.911.511.211.711.211.611.811.111.211.910.511.711.511.011.511.711.510.310.210.511.511.411.211.111.211.3.8.8.8.8.8.5.0.0.3.0.8.0.8.0.8.8.8.8.5.8.0.8.8.0.0.5.8.0.8.8.0.5.5.0.5.0.5.5.5.0.0.3.8.3.5.5IVIVIVVVVIIVIVIVVIIVVIVIVVIVIVIIVIVVVIVIVIVIIVIVIVIVVIVIVIVIVIVIVIVIVIVIVVVVVVIVVIIVVIVIVIVVIIVVIVIVIVVIVIVIVVIVIVVIVIVIVIVIVIVIVIVIVVVIVIVIVIVIVIVVVVIVIVIVIVIVIVIVVIVVIVVIVIVVIVIIVIVVVIVVIVVIVVVIVVIVVIVIVXIVIVVIVVIIVIVVIVVIIVIVIVIVVIIVIVVIVVIVVIIVIVVIVIVVVVIVIVVIVIVIVIVVIVVVVVVVVIVI 18621223 3.6 11.5 .5 V IV VI IV 续表2地震参数影响烈度年月日N()E()原汾休县沃津社城M18790701188306231888061318900000189104续表2地震参数影响烈度年月日N()E()原汾休县沃津社城M18790701188306231888061318900000189104171898092219160800192012161927052319370801195706061957061119590811196513196603221967121819690718197008071976072819790619198003093.23.93.53.93.13.13.73.73.73.43.63.03.63.03.53.53.23.43.43.13.310.711.611.011.911.911.011.310.910.211.111.811.511.911.611.111.211.411.611.011.911.1.0.5.5.5.8.8.5.5.0.0.0.0.4.5.2.4.4.7.8.2.7IVIVIVIVIVIVIVIVIVIVIVIVIVIVVIIVIVIVIVVIIVIVVVVIIVIVIVVIIVIVVIVIIVIVVVIIVIVVIVIVIVVVIVIVVIVIVIVVIVVIVVIVIVIVVIIVIVVIIVVIVIVVVIIVIVIVIVIVIVIVVIIVIVIVIVIVIV 19891225 3.6 11.3 .9 IV VI IV .2 烈度上限确实定场地影响烈度同地震震级相类似,是有上限值i2.影响烈度的上限值i2,对于较长平均重现期所对应的高烈度值影响颇.所以,恰当地确定影响烈度的上限值i2,对于极值统计分析结果的合理性是很重要.在确定i2时,参照了工程地震中确定最大可信地震震级的方法,根据各控制点所处的地震构造环境条,并结合历史上遭遇过的最大影响烈度值而综合判.比方太原市,历史上遭受过的最高烈度为VI度(1038年),但所处的地质构造部位存在发生震中烈度X度地震的可能性,所以将i2确定X.析通过对典型控制点资料的统计分析,可以了解不同资料时段对结果的影,为确定区划图的统计时段奠定根底.本文选取了两个典型控制点作为分析对:一个是太原盆地北端的太原;另一个是临汾盆地中部的临汾.太原市是山西地区的首,历史地震记载资料较丰.临汾盆地是我国大陆内部强震重复率最高的地区之一,从公元649年以,就发生过6次6级以上的地震,包括1303年的洪洞8级地震和1695年临汾7/级地.由表2所列数据说明:太原市从公元前231年开始有IV度以上的地震影响记;临汾市那么从公元前780年开始IV度以上的地震影响记.无论是太原市还是临汾市,公元1000年以前烈度资料明显比1000年以后的资料稀少得多,说明早年间的资料有缺.因此,本节的分析主要针对公元1000年以来的资料进.2508 地震学报18卷图1太临汾影响烈度的It图图1是太原市和临汾市的影响烈度I508 地震学报18卷图1太临汾影响烈度的It图图1是太原市和临汾市的影响烈度I随时间的分布情.图1中显示出,两个控制点的图不完全相同,但却十分相,尤其是烈度I随时间分布的疏密状.从公元1291年以,烈度资料逐渐增多,在16至17世纪有一个明显的高.为了检验不同资料时段对结果的影响,分别以1038至1993年的资料和1291至1993年的资料进行统.统计分析中采用的极值分布函数以陈培善等的修正型函数为妥(高孟潭,贾素娟,1988.G(i)=ep{- ep(-Β(i-u))(1-exp(-Β(i2- i)))}(1)式,G(i)为场点影响烈度的极值分布函;i代表一年内场点所遭受的最大烈度;,u为统太原市的计常;i2为场点影响烈度的上限.i2取X度,临汾市的i2取I.平均重现期T与其相应烈度值i的关系为u- 1n{- n(1- 1)+i=Βep-T图2太临汾平均重现期曲线Β(i2-u)}(2)式(1)、(2)的具体解法和数据拟合方式见文献(高孟,贾素,198;贾素,1993b.图2表示两个典型控制点不同资料时段所得的平均重现期曲;表3列出不同平均重现期相应的烈度.图2和表3所示结果说:(1)两个典型控制点不同起始年限所得结果的趋势是一致,都反映了低烈度的平均重现期较;高烈度相应的平均重现期较.(2)不同起始年限的结果有些差异,在高概率时的差异比低概率时的明.当平均重现期为10～1000a时,相应烈度值的差值在.重现期较;高烈度相应的平均重现期较.(2)不同起始年限的结果有些差异,在高概率时的差异比低概率时的明.当平均重现期为10～1000a时,相应烈度值的差值在.～.3;当平均重现期超过2000a后,差值逐渐变小,并均趋于控制点的烈度上限值i.表3不同平均重现期相应的烈度值a100200300400500100020005000103～1993129～1993.7.7.5.3.9.7.2.9.5.1.1.8.7.3.3.0市103～1993129～1993.0.5.3.7.9.3.3.7.7.0.5.81.11.31.61.7市分析上述差异的原因,可以为合理地确定编制区划图的统计时段提供依.由表2所列数据分析,从1038至1993年的近1000年间,太原与临汾遭受到IV度以上的地震影响分别为56次和42;而1291年至1993年的700年间,相应的地震影响却为52次和38.如果按最近700年的平均年频次(.074,.054)来衡,从1038至1290年的252年中,太原与临汾分别缺失了IV度以上的影响烈度约15次和10.平均重现期曲线的差异主要是在烈度值较低的段落,缺失的影响烈度应是低烈度的可能性.3 划.1 确定统计时段上一节对典型控制点的分析结果说,由于早期的影响烈度资料有缺失,不同起始年代的统计结果有一定的差.仔细分析72个控制点的影响烈度目,从公元103～1290年的252年里,都只有～5次IV度以上的影响烈;而129～1993年的702年里,多数控制点都有30屡次,少数控制点(如清阳)有50屡次.显然,1291年之前的资料有比较明显的遗.上节的论述中已指,太原和临汾均经历过1～17世纪的高潮期,在14世纪初(1303年左)还有一个次一级的高潮;另一方,地震活动性的研,也指出研究区所在的汾渭地震,在相应的时段内也经历过两次地震活动高潮期以及两次平静期(时振梁,1992.说明研究区的影响烈度受到相应地震带地震活动的制.区划图关心的是平均重现期为500a或1000a的结.因此,用1291年以来702年的资料进行统计分析,不仅可以代表较长时间的平均状态,也可以满足区划图对资料长度的要.72个控制点的频次分布列于表..2 编制区划图根据已建立研究区的72个控制点的影响烈度目录,应用极值理论对129～1993年的资料进行统计分,得到各个控制点不同平均重现期相应的烈度值(表1.将平均重现期为500a和1000a的烈度值分别标绘在1∶100万的地图上,便构成了编制区划图的根底.按照地震学的传,烈度应以整度来划分,区划图也应以整度进行分.在确定分区界线时,按以下两条约定考:(1)对烈度值的归,参照了新中国地震烈度区划图(1990)说明书7舍8入〞510 地震学报18卷的原那么(国家地震局,199510 地震学报18卷的原那么(国家地震局,1991),将.～.7度归并为VI度,.～.7度归并为VI度,.～.7度归并VI度,.～.7度归并IX.(2)尽量保持分区界线的平滑性和连续.研究区内的地震影响主要来自太原盆地和临汾盆地的地震活动以及邻近地区大地震的影.对个别可能由地方性地震或烈度异常引起的孤立控制点,暂不细.根据以上两条约,即可以编制出相应的影响烈度区划.图3是研究区平均重现期为500a的地震影响烈度区划.图4是研究区平均重现期为1000a的地震影响烈度区划..3 区划图概貌图3和图4所示的区划结果说明,两张图的概率水平(平均重现期)不同,区划结果的差异很显著,主要表现在高烈度区的范围大小差异明.两张图又都共同反映了研究区的地震危险性主要是在临汾盆地和太原盆地.现将两张图的概貌分述如:(1)当平均重现期为500a时(图3):①只在临汾附近有一个较小的IX度;②两个VI度区分属于临汾盆地(包括霍洪襄曲翼城和浮山)和太原盆地西南端(包括平介休和孝义);③两VI度区,一个是太原盆地的大局部地,以及太原盆地和临汾盆地周邻的局部地带,以外的地区均为VI度.另一个在东侧的涉县至壶关一;④在研究区范围内除上述地带图3山西中部地区平均重现期为500a的地震影响烈度区划图(2)将平均重现期为1000a的区划图(图4)与图3相比较,发:①出现了两个IX度区,临汾附近扩大到洪洞以;并包括了浮;太原盆地西南端的介平遥和孝义地,也上升IX度;②出现了3个VI度区,较大的VI度区包围了两个IX度区,而且太原盆地和临汾盆地之间的灵石隆起也在其.太原至清徐为一窄长VI度区,在涉县附近还有一个VI度;和临汾盆地之间的灵石隆起也在其.太原至清徐为一窄长VI度区,在涉县附近还有一个VI度;③研究区的广阔地区为VI度区,少局部VI度.只有东边的昔阳附近和西边的吴大宁一带有图4山西中部地区平均重现期为1000a的地震影响烈度区划图4论本文的实验结果说明,对于山西中部这样历史地震资料比较丰富的地,可以利用场地影响烈度的统计特性,编制具有概率