强震构造区地震危险性分析中的潜在震源模型研究

论文摘要

本文以鲜水河断裂带及周边为研究示范区,开展强震构造区的地震危险性分析方法研究。该断裂带为我国南北地震带的西北分支,地震构造复杂,历史上大震频发,是人口稠密的峡谷型人口聚集带。未来仍将面临强震破坏及诱发型地质灾害的巨大风险,一直是我国防震减灾工作的重点关注地区,因此在该地区开展针对性的地震危险性分析方法研究尤为必要。由于整个地区贯穿一条由多个分段组成全新世走滑断裂,其地震活动具有典型的特征地震特征,同时受到较活跃的本底地震和中强地震的影响。故在本文中,根据研究区的地震构造环境与地震活动特征进行多种地震潜源建模,并采用时间相依的地震复发模型进行未来不同时间窗的地震危险性分析。为实现该目的我们主要开展了以下四个方面的研究:（1）对于活动断裂分段上可能发生的大地震,尤其是鲜水河断裂带具有典型的特征地震活动特征,故根据特征断层的三维构造参数建立三维断面源,震级频度关系采用特征地震模型;大震复发性描述除了采用常规的泊松分布模型,并采用以离逝时间为条件的布朗过程时间模型;用多种震级-破裂经验关系综合评价特征震级大小与平均复发周期及方差,得到不同时间窗内大地震的发震概率;采用断层距的衰减关系得到近断层区域的地震动分布。采用断层距衰减关系可体现逆冲构造发震时的地震动上下盘效应,并有望解决经典水平面源容易低估近断层地震的问题。在布朗过程时间模型中特征震级大小、复发周期和非周期因子是影响时间相依地震危险性的重要因子,在地震构造和地震活动信息不很完备的情况下,需慎重使用,地震复发模型应采用泊松模型以降低系统不确定性。（2）对于强震构造区的本底地震活动在空间上具有明显的成丛性和条带性,为了体现这种空间不均匀性,采用网格化的点源模型,地震发生率估计采用考虑构造对其影响的椭圆平滑算法;震级频度关系为截断的G-R分布,地震复发采用泊松分布模型表达。最终得到的地震危险性与本底地震的分布具有很好的空间相关性,有效解决了经典水平面源模型无法体现本底地震分布不均匀性的问题。（3）对于强震构造区本底地震和特征地震之间的中强地震活动,其发震位置和时间依然与活断层活动性仍具有一定的相关性,只是相关性要比特征地震的弱很多,在空间与时间上呈现更多的随机性。所以,采用活动性类似的几条断层的包络区作为其潜在震源区,即经典的水平面源模型,采用等效的平均地震深度。考虑的震级范围为本底地震上限到特征断层的次大震级,地震活动为遵循G-R分布的泊松过程,并借鉴空间分布函数以体现地震在各潜源区之间的分布不均匀性。通过对以上三种潜源模型的全概率综合得到三类潜源共同作用下的地震危险性,最终给出多概率（重现期475年、2475年）多频段（峰值、0.2s和1s）的地震动谱参数评估结果。（4）以概率性地震危险性分析中三维断层面源中特征断层的震源参数,进行基于设定地震的确定性地震危险性评估,得到近断层的地震动场模拟结果。该方法具有明确的物理机制,由于放弃了地震要素中最难把握的时间因素,得到确定性的结果可视为鲜水河断裂带最大可信地震动,可作为概率地震危险分析中对小概率水准地震动上限的约束值。根据比较分析,在断层30km缓冲区内50年超越概率2%的结果与该确定性结果基本一致。

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ABSTRACT

第一章绪论

1.1 选题背景

1.1.1 我国强震构造区面临巨大的地震风险

1.1.2 经典概率性地震危险性方法的三个基本假设面临的挑战

1.1.3 地震危险性技术发展的需求

1.2 国内外地震危险性评价方法研究现状

1.2.1 概率性地震危险性分析方法研究现状

1.2.2 美国地震危险性分析发展状况

1.2.3 我国概率地震危险性研究现状与存在的问题

1.2.4 确定性地震危险性分析方法研究现状

1.3 科学问题与选题意义

1.3.1 科学问题

1.3.2 选题意义

1.4 研究思路和主要内容

第二章强震构造区多层异构潜在震源区划分

2.1 引言

2.2 研究区地震构造与地震活动概况

2.3 研究区地震目录资料及预处理

2.3.1 地震活动概况

2.3.2 研究区地震目录

2.4 面波震级与矩震级之间的统计关系

2.5 鲜水河断裂带的特征地震研究

2.5.1 鲜水河断裂带的特征地震活动特征

2.5.2 鲜水河断裂带的特征地震复发周期研究

2.5.3 鲜水河断裂带分段上滑动速率研究

2.5.4 鲜水河断裂带的单段破裂统计

2.6 多层异构潜源模型的建立

2.6.1 多层异构潜源模型方法与原则

2.6.2 鲜水河断裂带的三层异构潜源模型建立

2.7 衰减关系选取

2.8 小结

第三章三维潜在震源模型建立与危险性分析

3.0 引言

3.1 三维断层面源的建立

3.2 三维断层面源上震级-频度分布

3.3 地震复发概率模型

3.3.1 时间独立的泊松模型

3.3.2 时间相依的复发概率模型

3.4 三维断层面源概率地震危险性计算方法

3.5 三维断层面源上地震活动性参数确定

3.5.1 利用活断层规模与滑动速率评估活动性参数

3.5.2 蒙特卡洛模拟古地震进行活动性参数评估

3.6 三维断层源的不同计算模型结果比较

3.6.1 相同震级-频度模型下不同概率分布函数（Poisson+BPT）

3.6.2 计算结果分析

3.7 小结

第四章空间平滑模型及其应用

4.1 引言

4.2 本底地震潜源的空间平滑方法

4.2.1 背景点源的震级-频度分布关系

4.2.2 考虑断层导向性的空间平滑方法

4.2.3 二阶空间平滑方法

4.3 不同地震目录建立计算模型

4.4 概率地震危险性计算方法

4.5 断层导向性的椭圆空间平滑结果

4.6 由背景网格点源模型得到的地震危险性结果

4.7 经典水平面源模型

4.7.1 利用空间分布函数得到水平面源的活动性参数

4.7.2 经典水平面源的地震危险性分析

4.8 小结

第五章基于特征地震的确定性地震危险性分析

5.1 引言

5.2 研究区历史破坏性地震重现模拟

5.2.1 地震动模拟方法

5.2.2 康定MW6.0 级地震动模拟与验证

5.2.3 康定MW6.0 地震动模拟结果

5.2.4 地震动的衰减特征

5.3 基于特征断层的区域性地震动场模拟

5.3.1 特征地震的震源参数确定

5.3.2 区域地震动场模拟结果

5.4 小结

第六章强震构造区地震危险性多模型融合方案

6.1 不同潜源的全概率综合方法

6.2 不同潜源模型的全概率综合结果

6.2.1 时间相依的综合危险性结果

6.2.2 时间独立的综合危险性结果

6.3 概率地震危险的逻辑树加权分析

6.3.1 逻辑树方法介绍

6.3.2 逻辑树加权结果

6.4 地震危险性的震级与距离反聚合分析

6.5 地震危险性的概率与确定性结果比较

6.6 小结

第七章结论和展望

7.1 主要结论

7.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读博士期间主持的课题

攻读博士期间期刊论文

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张力方

导师: 李山有

关键词: 强震构造区,三维断层面源,地震危险性,时间相依地震活动模型

来源: 中国地震局工程力学研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地球物理学

单位: 中国地震局工程力学研究所

基金: 国家重点研发计划项目子专题

分类号: P315.9

总页数: 139

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