以山西中部地區(qū)為例利用歷史地震影響烈度進行地震區(qū)劃的研究

響Ξ究娟全(京100081所)摘要以山西中部地區(qū)為例,直接利用歷史地震影響烈度進行地震區(qū)劃的研.響Ξ究娟全(京100081所)摘要以山西中部地區(qū)為例,直接利用歷史地震影響烈度進行地震區(qū)劃的研.結(jié)果說明:①在歷史地震資料比較豐富的地區(qū),可以利用場地影響烈度的統(tǒng)計特性來編制具有概率含義的地震烈度區(qū)劃;②在確定統(tǒng)計時段時,應(yīng)充分考慮影響烈度資料的完整性和區(qū)域地震活動的非均勻;③將平均重現(xiàn)期為500a的烈度區(qū)劃結(jié)果與新中國地震烈度區(qū)劃圖(1990)相比較,兩者在分區(qū)形態(tài)上大體相近,個別地段有差異,也各有其合理.主題詞地震烈度區(qū)劃影響烈度統(tǒng)計特性言我國有悠久的歷史地震記載史料,如何利用極其豐富的歷史地震烈度資,為工程建設(shè)提供合理的抗震設(shè)防依,一直是眾多學(xué)者共同關(guān)心的問.近幾年來,在場地影響烈度統(tǒng)計特性方面的研究取得了令人矚目的進展(賈素,鄢家,1994.應(yīng)用其統(tǒng)計特性,不僅可以估計場地未來一定時段內(nèi)可能遭遇的最大影響烈度,還可以得到具有概率含義的工程抗震設(shè)防參數(shù)(賈素,1993a.場地影響烈度的不確定因素較少,利用其統(tǒng)計特性進行地震烈度區(qū)劃,具有其它方法無可比較的優(yōu)越.由于我國山西的歷史地震史料比其它地方更豐,有史以來記載的第一個8級大地震,就在山西的洪趙城一帶,所以本文以山西中部地區(qū)為例,應(yīng)用極值統(tǒng)計分析方法(高孟,賈素,198;賈素,1993b),對歷史地震影響烈度進行統(tǒng)計分析,得到平均重現(xiàn)期為500a和1000a的烈度區(qū)劃.所得結(jié)果可以和新中國地震烈度區(qū)劃圖(1990)中用地震危險性分析方法所得結(jié)果相比較.料本文研究區(qū)的范圍包括臨汾盆太原盆地在內(nèi)的山西中部地區(qū)(11.7～11.8E,13.5～3.0N.為了在編區(qū)劃圖時有足夠的控制點,除選用該范圍內(nèi)66個縣級城鎮(zhèn)外,還在烈度值變化較快的盆地兩側(cè)補充了6個.這72個控制點的地理座標列于表Ξ局850702.著9A009.19950424,19950810,19950817.;研究區(qū)的地理范圍和控制點分布情況參見圖.表172個控制點的綜合參數(shù)布值限i2號名N()E()IVVVIVIVIIXX10050010002000500012345678910111;研究區(qū)的地理范圍和控制點分布情況參見圖.表172個控制點的綜合參數(shù)布值限i2號名N()E()IVVVIVIVIIXX1005001000200050001234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344涉縣市縣縣縣縣市縣縣縣縣縣縣縣縣縣沁縣縣市縣縣縣縣縣縣縣縣臨縣縣縣縣縣縣縣市縣縣縣縣縣縣祁縣縣縣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 縣3.8 11.8 239 5 3 11 .5 .2 .9 .6 .5 504 地震學(xué)報18卷續(xù)表1布值限i2號名N()E()IVVVIVIVIIXX100500100020005000464748495051525354555504 地震學(xué)報18卷續(xù)表1布值限i2號名N()E()IVVVIVIVIIXX1005001000200050004647484950515253545556575859606162636465666768697071市市縣縣縣縣霍縣古縣縣縣縣蒲縣縣隰縣縣縣縣縣絳縣林縣縣(點1)(點2)(點3)(點4)(點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(點6) 3.0 11.5 214 2 2 8 .0 .6 .1 .5 .8 .1 歷史地震影響烈度目錄的建立建立合理的影響烈度目錄是本項研究的關(guān).而核實破壞性地震所造成的高烈度影響,又是建立合理的影響烈度目錄中最重要的一.根據(jù)有關(guān)資料標明的破壞性地震的等震線圖(國家地震局地球物理研究復(fù)旦大學(xué)中國歷史地理研究所,1986,199;國家地震局全國地震烈度區(qū)劃編圖,1979),逐一查出72個控制點的影響烈度.對于不能直接利用宏觀資料確定其影響烈度的,那么利用區(qū)域地震烈度衰減關(guān)系來估算控制點的影響烈.筆者曾對全國范圍內(nèi)52個城市的影響烈度進行過極值統(tǒng)計分,專門將宏觀資料確定的影響烈度目錄和由衰減關(guān)系計算的影響烈度目錄進行過分析比較,結(jié)果說明,只要區(qū)域烈度衰減關(guān)系比較合,計算的影響烈度所得的結(jié)果是可行的(賈素,1993b.本文中VI度以上的影響烈度以及7級以上大地震的影響烈,幾乎都是直接查等震線圖所.用衰減關(guān)系計算的主要是局部V度和IV度的影響烈.本文應(yīng)用金嚴中國地震烈度區(qū)劃圖(1990)而擬合得到的中國東部地區(qū)烈度平均軸衰減關(guān)系I=.493+.45M-.792nR+16)(1)式中,為震中,單位m;M為震.在建立72個控制點的歷史地震影響烈度目錄時,R還盡可能刪去了前震和余震的影響,以保持影響烈度之間的相互獨立.表2列出了局部控制點的影響烈度目.表2局部控制點的歷史地震影響烈度目錄地震參數(shù)影響烈度年月日N()E()原汾休縣沃津社城M---7800000519081423100004610式中,為震中,單位m;M為震.在建立72個控制點的歷史地震影響烈度目錄時,R還盡可能刪去了前震和余震的影響,以保持影響烈度之間的相互獨立.表2列出了局部控制點的影響烈度目.表2局部控制點的歷史地震影響烈度目錄地震參數(shù)影響烈度年月日N()E()原汾休縣沃津社城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 地震學(xué)報18卷續(xù)表2地震參數(shù)影響烈度年月日N()E()原汾休縣沃津社城M15150715152115220912152912081539042915490400155623155806001561072515631000156805151587506 地震學(xué)報18卷續(xù)表2地震參數(shù)影響烈度年月日N()E()原汾休縣沃津社城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 續(xù)表2地震參數(shù)影響烈度年月日N()E()原汾休縣沃津社城M18790701188306231888061318900000189104續(xù)表2地震參數(shù)影響烈度年月日N()E()原汾休縣沃津社城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 烈度上限確實定場地影響烈度同地震震級相類似,是有上限值i2.影響烈度的上限值i2,對于較長平均重現(xiàn)期所對應(yīng)的高烈度值影響頗.所以,恰當?shù)卮_定影響烈度的上限值i2,對于極值統(tǒng)計分析結(jié)果的合理性是很重要.在確定i2時,參照了工程地震中確定最大可信地震震級的方法,根據(jù)各控制點所處的地震構(gòu)造環(huán)境條,并結(jié)合歷史上遭遇過的最大影響烈度值而綜合判.比方太原市,歷史上遭受過的最高烈度為VI度(1038年),但所處的地質(zhì)構(gòu)造部位存在發(fā)生震中烈度X度地震的可能性,所以將i2確定X.析通過對典型控制點資料的統(tǒng)計分析,可以了解不同資料時段對結(jié)果的影,為確定區(qū)劃圖的統(tǒng)計時段奠定根底.本文選取了兩個典型控制點作為分析對:一個是太原盆地北端的太原;另一個是臨汾盆地中部的臨汾.太原市是山西地區(qū)的首,歷史地震記載資料較豐.臨汾盆地是我國大陸內(nèi)部強震重復(fù)率最高的地區(qū)之一,從公元649年以,就發(fā)生過6次6級以上的地震,包括1303年的洪洞8級地震和1695年臨汾7/級地.由表2所列數(shù)據(jù)說明:太原市從公元前231年開始有IV度以上的地震影響記;臨汾市那么從公元前780年開始IV度以上的地震影響記.無論是太原市還是臨汾市,公元1000年以前烈度資料明顯比1000年以后的資料稀少得多,說明早年間的資料有缺.因此,本節(jié)的分析主要針對公元1000年以來的資料進.2508 地震學(xué)報18卷圖1太臨汾影響烈度的It圖圖1是太原市和臨汾市的影響烈度I508 地震學(xué)報18卷圖1太臨汾影響烈度的It圖圖1是太原市和臨汾市的影響烈度I隨時間的分布情.圖1中顯示出,兩個控制點的圖不完全相同,但卻十分相,尤其是烈度I隨時間分布的疏密狀.從公元1291年以,烈度資料逐漸增多,在16至17世紀有一個明顯的高.為了檢驗不同資料時段對結(jié)果的影響,分別以1038至1993年的資料和1291至1993年的資料進行統(tǒng).統(tǒng)計分析中采用的極值分布函數(shù)以陳培善等的修正型函數(shù)為妥(高孟潭,賈素娟,1988.G(i)=ep{- ep(-Β(i-u))(1-exp(-Β(i2- i)))}(1)式,G(i)為場點影響烈度的極值分布函;i代表一年內(nèi)場點所遭受的最大烈度;,u為統(tǒng)太原市的計常;i2為場點影響烈度的上限.i2取X度,臨汾市的i2取I.平均重現(xiàn)期T與其相應(yīng)烈度值i的關(guān)系為u- 1n{- n(1- 1)+i=Βep-T圖2太臨汾平均重現(xiàn)期曲線Β(i2-u)}(2)式(1)、(2)的具體解法和數(shù)據(jù)擬合方式見文獻(高孟,賈素,198;賈素,1993b.圖2表示兩個典型控制點不同資料時段所得的平均重現(xiàn)期曲;表3列出不同平均重現(xiàn)期相應(yīng)的烈度.圖2和表3所示結(jié)果說:(1)兩個典型控制點不同起始年限所得結(jié)果的趨勢是一致,都反映了低烈度的平均重現(xiàn)期較;高烈度相應(yīng)的平均重現(xiàn)期較.(2)不同起始年限的結(jié)果有些差異,在高概率時的差異比低概率時的明.當平均重現(xiàn)期為10～1000a時,相應(yīng)烈度值的差值在.重現(xiàn)期較;高烈度相應(yīng)的平均重現(xiàn)期較.(2)不同起始年限的結(jié)果有些差異,在高概率時的差異比低概率時的明.當平均重現(xiàn)期為10～1000a時,相應(yīng)烈度值的差值在.～.3;當平均重現(xiàn)期超過2000a后,差值逐漸變小,并均趨于控制點的烈度上限值i.表3不同平均重現(xiàn)期相應(yīng)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市分析上述差異的原因,可以為合理地確定編制區(qū)劃圖的統(tǒng)計時段提供依.由表2所列數(shù)據(jù)分析,從1038至1993年的近1000年間,太原與臨汾遭受到IV度以上的地震影響分別為56次和42;而1291年至1993年的700年間,相應(yīng)的地震影響卻為52次和38.如果按最近700年的平均年頻次(.074,.054)來衡,從1038至1290年的252年中,太原與臨汾分別缺失了IV度以上的影響烈度約15次和10.平均重現(xiàn)期曲線的差異主要是在烈度值較低的段落,缺失的影響烈度應(yīng)是低烈度的可能性.3 劃.1 確定統(tǒng)計時段上一節(jié)對典型控制點的分析結(jié)果說,由于早期的影響烈度資料有缺失,不同起始年代的統(tǒng)計結(jié)果有一定的差.仔細分析72個控制點的影響烈度目,從公元103～1290年的252年里,都只有～5次IV度以上的影響烈;而129～1993年的702年里,多數(shù)控制點都有30屢次,少數(shù)控制點(如清陽)有50屢次.顯然,1291年之前的資料有比較明顯的遺.上節(jié)的論述中已指,太原和臨汾均經(jīng)歷過1～17世紀的高潮期,在14世紀初(1303年左)還有一個次一級的高潮;另一方,地震活動性的研,也指出研究區(qū)所在的汾渭地震,在相應(yīng)的時段內(nèi)也經(jīng)歷過兩次地震活動高潮期以及兩次平靜期(時振梁,1992.說明研究區(qū)的影響烈度受到相應(yīng)地震帶地震活動的制.區(qū)劃圖關(guān)心的是平均重現(xiàn)期為500a或1000a的結(jié).因此,用1291年以來702年的資料進行統(tǒng)計分析,不僅可以代表較長時間的平均狀態(tài),也可以滿足區(qū)劃圖對資料長度的要.72個控制點的頻次分布列于表..2 編制區(qū)劃圖根據(jù)已建立研究區(qū)的72個控制點的影響烈度目錄,應(yīng)用極值理論對129～1993年的資料進行統(tǒng)計分,得到各個控制點不同平均重現(xiàn)期相應(yīng)的烈度值(表1.將平均重現(xiàn)期為500a和1000a的烈度值分別標繪在1∶100萬的地圖上,便構(gòu)成了編制區(qū)劃圖的根底.按照地震學(xué)的傳,烈度應(yīng)以整度來劃分,區(qū)劃圖也應(yīng)以整度進行分.在確定分區(qū)界線時,按以下兩條約定考:(1)對烈度值的歸,參照了新中國地震烈度區(qū)劃圖(1990)說明書7舍8入〞510 地震學(xué)報18卷的原那么(國家地震局,199510 地震學(xué)報18卷的原那么(國家地震局,1991),將.～.7度歸并為VI度,.～.7度歸并為VI度,.～.7度歸并VI度,.～.7度歸并IX.(2)盡量保持分區(qū)界線的平滑性和連續(xù).研究區(qū)內(nèi)的地震影響主要來自太原盆地和臨汾盆地的地震活動以及鄰近地區(qū)大地震的影.對個別可能由地方性地震或烈度異常引起的孤立控制點,暫不細.根據(jù)以上兩條約,即可以編制出相應(yīng)的影響烈度區(qū)劃.圖3是研究區(qū)平均重現(xiàn)期為500a的地震影響烈度區(qū)劃.圖4是研究區(qū)平均重現(xiàn)期為1000a的地震影響烈度區(qū)劃..3 區(qū)劃圖概貌圖3和圖4所示的區(qū)劃結(jié)果說明,兩張圖的概率水平(平均重現(xiàn)期)不同,區(qū)劃結(jié)果的差異很顯著,主要表現(xiàn)在高烈度區(qū)的范圍大小差異明.兩張圖又都共同反映了研究區(qū)的地震危險性主要是在臨汾盆地和太原盆地.現(xiàn)將兩張圖的概貌分述如:(1)當平均重現(xiàn)期為500a時(圖3):①只在臨汾附近有一個較小的IX度;②兩個VI度區(qū)分屬于臨汾盆地(包括霍洪襄曲翼城和浮山)和太原盆地西南端(包括平介休和孝義);③兩VI度區(qū),一個是太原盆地的大局部地,以及太原盆地和臨汾盆地周鄰的局部地帶,以外的地區(qū)均為VI度.另一個在東側(cè)的涉縣至壺關(guān)一;④在研究區(qū)范圍內(nèi)除上述地帶圖3山西中部地區(qū)平均重現(xiàn)期為500a的地震影響烈度區(qū)劃圖(2)將平均重現(xiàn)期為1000a的區(qū)劃圖(圖4)與圖3相比較,發(fā):①出現(xiàn)了兩個IX度區(qū),臨汾附近擴大到洪洞以;并包括了浮;太原盆地西南端的介平遙和孝義地,也上升IX度;②出現(xiàn)了3個VI度區(qū),較大的VI度區(qū)包圍了兩個IX度區(qū),而且太原盆地和臨汾盆地之間的靈石隆起也在其.太原至清徐為一窄長VI度區(qū),在涉縣附近還有一個VI度;和臨汾盆地之間的靈石隆起也在其.太原至清徐為一窄長VI度區(qū),在涉縣附近還有一個VI度;③研究區(qū)的廣闊地區(qū)為VI度區(qū),少局部VI度.只有東邊的昔陽附近和西邊的吳大寧一帶有圖4山西中部地區(qū)平均重現(xiàn)期為1000a的地震影響烈度區(qū)劃圖4論本文的實驗結(jié)果說明,對于山西中部這樣歷史地震資料比較豐富的地,可以利用場地影響烈度的統(tǒng)計特性,編制具有概率