地震安全性评价中的地震问题.ppt
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1、地震安全性评价中的地震问题,曲国胜,乔成斌 中国地震应急搜救中心 北京吉奥星地震工程勘测研究院 2009年10月14日,主要内容,地震活动性分析 地震危险性概率方法 地震危险性确定性方法,地震活动性分析,地震灾害 基本概念 地震资料 地震区、带划分 地震活动性分析 构造应力场分析 场地影响烈度分析,中国几次地震破坏情况,可可托海二台断裂水平擦痕,卡拉先格尔盆地及其1931年地震造成的大断崖。盆地右侧的断崖最高可达63米。为正断层性质。盆地内堆积的黄土和碎石层总原大拉30米。照片由西北向西东拍摄。,迭溪南,震源,震中,震 中 距,震源距,震源深度,震中,极震区 等震线,震源:地球内部发生地震破裂
2、的范围。 震中:震源在地面上的投影点,在地震目录中用震中的经、纬度和参考地点表示。 仪器震中:是地震破裂的起始点,由地震仪器记录得到的,又称为微观震中。 宏观震中:地震在地表造成破坏最大的点,为极震区的几何中心,它与仪器震中往往是不重合的。 极震区:地震时地面受破坏最严重的地区,理论上震中区和极震区应吻合,但由于地表地质条件的差异,极震区和震中区可能有偏离。 震源深度(h)::震源(作为点源)到地面的垂直距离,一般用h表示 。按震源深度划分,地震可分为浅源地震(h300km).目前记录到最深地震的震源深度为700km. 地球上大多数地震为浅源地震。, 震中距():在地表,由震中至任何一点,沿大
3、圆弧测量的距离,用希腊字母表示。有时也用该距离对地心所张的角距离表示。震中距100公里的地震为地方震,震中距1001000公里的为近震,震中距1000公里为远震。 震源距(r):由地震震源到某一地震台站或某一点的距离。震源距(r)、震中距()和震源深度(h)之间服从以下关系: r2=2+ h2 (3.1) 震级 (M):地震发生的强度的一种度量,是通过地震仪记录到的地震波能量大小计算得到的,通常用M表示。 地震烈度(I):按一定宏观标准,表示地震对地面影响和破坏程度的度量。通常,用大写英文字母I表示,I0表示为震中烈度。 震级和烈度都是地震强度度量的标准,,震中烈度I0和震级M统计关系的经验公
4、式如下: M=1+2/3 I0 它们之间的关系如下表: 震中烈度和震级的关系,震源机制和震源机制解 震源机制为了研究地震发生时的力学性质和断层的运动类型 考虑地震震源为点源震源机制的参数有震源断层面的产状,和三个主压应力轴。,地震资料,GB177412005规定:“区域取对工程场地地震安全性评价有影响的范围,不应小于工程场地外围150km。” 存在对工程场地有影响的远场大震; 弱震区; 地震活动的完整性。,如北京,应东扩至包括唐山地震震群。,熟悉地震部门正式公布的地震目录和地震观测报告,中国地震目录,李善邦,1960 中国地震目录,李善邦,1970 中国地震目录(前1831 1969),顾功叙
5、,时振梁, 1983 中国地震目录(19701979),顾功叙,时振梁, 1984 中国地震简目(前7801986),(三代区划图) 中国历史强震目录(前23世纪1911)(四代区划图) 中国近代强震目录(19121990) 对地震安评结果有明显影响的疑难地震必须慎重处理。,其他资料(尤其是1990年以后):,中国地震历史资料汇编(谢毓寿、蔡美彪等,1983) 1 5 卷 中国历史地震图集 元、明、清 卷 地球物理所:中国地震年报,2004年以前 中国地震台网中心:中国数字地震台网观测报告,2004年后 各省地震局:各省的地震台网地震目录 中国地震局:中国地震年鉴,每年一期 各种期刊上的研究论
6、文。,熟悉不同震级标度之间的关系,现代地震震级: ML 、 Ms Ms=1.13ML-1.08 近震震级ML:地震波最大水平记录振幅确定。 面波震级Ms:面波水平分量的最大振幅确定。 体波震级mb:用1s左右的P波地震动竖向分量确定。 矩震级Mw:用地震矩M0确定地震大小。,资料收集、整理,时间上从区域有地震记载以来至上年度12月底止。 区域内全部的等震线资料、破坏性文字记载资料等。 注意资料的完整性,不能遗漏,且注意不同版本目录。 按照编制地震目录的要求进行资料整理,包括发震时间、震中位置、震中烈度(震级大小)、定位精度; 对场地产生度以上影响的历史地震进行破坏情况或等震线与文字记载资料、地
7、震有感范围等资料的整理。 对有疑问的历史地震应进一步核定。,掌握历史地震资料分析,资料的可靠性分析。 主要针对资料来源,如正史或野史、地方志等,并比较各种不同资料的差异,作出判断。 发震时间。 史料记载往往是某朝代某年某月某日等,要换成公元年;对某些发震时间模糊的,要根据资料重新判定,特别是历史上一些事件对定发震时间有帮助。 震中位置。 要对各个地点的破坏情况进行判定,并评估地震烈度,将震中位置置于破坏最重的地段。必要时须对等震线根据破坏记载资料进行重新绘制,取极震区的几何中心为震中;对不能勾绘等震线的,可将震中位置限定在某破坏最重的区域内。对大地震,发震断层研究很重要。,掌握历史地震资料分析
8、,震级大小(震中烈度): 根据破坏情况定震中烈度震级 根据有感范围大小定震中烈度震级 根据发震断层参数定震中烈度震级 对场地的影响烈度: a.等震线。 b.更重要的是场地附近的记载。 c.记载点的地形地貌、地基、建筑物情况。,编制破坏性地震目录:,区域范围内有历史文献记载的震级M4 3/4的破坏性地震事件和区域地震台网资料中的震级M4.7的破坏性地震事件,以表格的形式列出收集整理的区域破坏性地震目录,地震目录应包括发震时间、地点、震级、震中烈度、震源深度及定位精度等。,地震目录编制内容,编制区域地震震中分布图,分别编制破坏性地震震中分布图(Ms4.7)和区域性地震台网记录的现代地震震中分布图(
9、M4.7)。,基本要求 区域:半径150Km。比例尺: 1:100万1:250万。 标明场地位置,场地应在图中央或附近。 注明资料起止年代。 注明主要地震的震级和时间。 区分浅源、中源和深源地震。,区域内历史破坏性地震震中分布图(前231年 2006年12月),区域现代小震震中分布图,地震活动时空特征的分析,a) 不同时段各级地震的可靠性与相对完整性; b) 地震的空间分布特征; c) 震源深度分布特征; d) 地震活动时间分布特征; e) 未来地震活动水平。,不同时段各级地震的可靠性与相对完整性,目的: 为地震活动性研究提供“可信时域”和“可信震级域”。 总体来说: 时间愈久远,记载愈笼统,
10、缺失愈多。 震级愈大,可信时域愈长。 震级愈小,可信时域愈短。 历代中央和地方政府的记载,民间的记载,墓碑,碑记,地方志 完整程度取决于当时的政治、军事、文化、经济状况。,西部少地震 ? 台湾无地震 ?,公元前 780 1500 年,东部地震多于西部 ?,公元 1501 1900 年,1901年 1950年,50年间,地震活动范围大体上与目前的认识相当 !,公元前780年 2000年,公元前780年 2003年,根据各历史时代的经济、政治地理情况 史料考证:主要是地方志记载情况与完整程。 统计分析(黄玮琼) 历史地震检验: M-T图 震级检验: N=a-bM.b值检验 大体上,在华北地区: M
11、 6 地震 , 明代开始 基本完整 M 5 地震, 1900年开始基本完整,区域性地震台网地震目录的完整程度和地震台的分布和仪器的灵敏程度有关,首先分析地震台网的监测能力,了解台网监测范围内不同时段、不同震级地震资料的可信程度。,华北地区地震台网监测能力图,地震的空间分布特征,目的:通过历史强震发生的地点和强度的信息,为划分潜在震源区、确定地震活动空间分布函数等提供依据。,一般描述:从地震震中分布图上直观地描述地震的大小、丛集、成带、稀疏程度等。注意地震活动与地震构造的关系。,呈现北西向地震空间活动特征,张-渤带。,震源深度分布特征,1970年以来积累了较为丰富的地震震源深度资料,利用这些资料
12、和适当的统计方法,可得到平均震源深度和优势深度分布范围等结果。为地震危险性分析提供地震带震源深度信息。,地震活动时间分布特征,目的:寻找地震活动的趋势性特点,为评价未来地震活动水平和确定地震活动性参数提供依据。,方法:在一定统计区内(一般为地震带)进行,主要方法有MT图、应变释放曲线等定性的方法。,震级-时间分布:M-T图划分活跃期与平静期。 应变释放曲线: E=4.8+1.5M 又称贝尼奥夫曲线。 该图上可分应变积累、“前兆”释放、大释放、剩余释放四个阶段,为一个地震活动期 划分地震活动周期,全国共有7个地震区、4个地震亚区、23个地震带 地震活动性在空间上具有极大的差异: 华北地震区:地震
13、强度大,重复期长 西部各地震区和台湾地震区:地震强度大,重复期短 地震带与活动板块边界 中国地震活动的多样性,编制震源机制解分布图,收集研究范围内所有的震源机制解结果资料,对一些重要的地震事件若没有,则应补充。并列表表示。 地壳应力研究所中国地应力数据库 , 张城中国地震震源机制解 等, 一些研究著作和刊物,分析,在每次地震发生的地点表明震源机制解结果,包括压缩区、膨胀区、P、T轴出地点。 对研究范围的震源机制解应进行统计列表。 阐明研究区范围内构造应力场的特征及可能导致的不同方向构造的运动性质。,历史地震对工程场地的影响,目的: 通过分析场地的地震烈度值,可以得到场地所遭受过的最大地震烈度和
14、各个烈度值的频繁程度,与概率计算结果互相佐证。 熟悉影响场地地震烈度分布的因素:,震源 介质影响 场地条件,历史地震对工程场地的影响,收集: (1) 对工程场地产生度以上烈度影响的大地震, 不限于区域内。 (2) 采用最新版本地震目录中所给出的烈度。 (3) 广泛地收集地震烈度资料,对比分析。,历史地震对工程场地的影响,分析: a) 有等震线资料的地震,可直接查明历史地震对场地的实际影响烈度; b) 对于没有等震线资料,但能够得到场地及附近的地震破坏宏观资料、或实际调查资料,可通过这些资料复核评定影响烈度; c) 也可以通过本地区的地震烈度衰减关系估算场地影响烈度值。 给出影响工程场地的综合等
15、震线图,建立场地影响烈度目录。,掌握场地影响烈度的综合评价方法,由于影响烈度的因素较多,许多大地震的等震线形状都很不规则,难以用“点圆”或“点椭圆”衰减模型来描述,所以,不能简单地利用烈度衰减关系来估算场地影响烈度。 对度以上的烈度值,要查阅中国地震历史资料汇编、中国历史地震图集、中国历史强震目录、中国近代地震目录等资料的等震线图来核实场地影响烈度; 对于较大的烈度值,尤其是场地可能位于烈度异常区内的情况时,应当根据场地及附近的宏观资料复核评定烈度。 对于某些近期发生的强破坏性地震,应根据对工程场地及附近村镇的实际调查资料,复核评定场地影响烈度。,近场区地震活动性,目的: 评定近场区发震构造、
16、厘定潜在震源区边界和震级上限等提供依据。 工作深度和资料详细程度与精度应当比区域地震活动性分析要求更高。,编制近场区地震震中分布图,应注意: 比例尺 区分历史地震和仪器记录地震,对破坏性地震,应标明发震时间和震级 中小地震震中分布的成带性和成丛性与构造活动的关系。,将单个地震震源机制解结果标示于震中位置。 将小地震综合机制解结果标示于各个单元区内。 阐述各个单元区的震源机制解特征,包括节面(走向、倾向、倾角)、P、T、N轴(方位、仰角)、矛盾比,并列表表示。 根据构造应力场分析结果,阐明发震构造及其活动性质,并为震级判断提供参考。 目的:有助于发震构造及其活动性质的判识。,掌握利用震源机制、小
17、地震综合断层面解资料进行局部构造应力场分析的方法。,对破坏性地震的参数有疑问时,应进行资料核查和现场调查,特别是对I级工作。 疑难地震 各版目录附录中的疑难地震 有争议的地震 如1484年居庸关地震 参数不定的地震 如1604年泉州海外7 级地震 烈度异常的地震,历史疑难大震的处理方法,资料核查 查阅地方志、中央政府救灾记录等、查阅出版物等、查阅碑文等文物 现场调查 地形、地貌条件考察 文物资料调查、塔庙等古建筑破坏遗迹考察 地表破坏形迹考察 灾情回顾性调查,(1)1505年地震的重新定 1505年10月9日发生的南黄海63/4级地震 震感强:是江、浙一带历史上震感最强的地震之一, 波及范围广
18、:波及江苏、浙江两省大部分地域以及安徽、 江西省的部分地区,秦山和三门核电站厂址都在它的影响范围内, 该震发生的年代久远 发生在海中,震中位置不易确定。 迄今为止,经地震学家的工作,该震已有过13个震中定位,其中离秦山核电站厂址最近的为50余公里 所以该震中位置的重新确定,对上述核电站及华东地区有关大城市的地震安全性评价有至关重要的作用,1505年地震震中位置确定方案,涉及1505年地震的有关地震史料有华东地区4个省(江苏、安徽、江西、浙江等省),经整理按地震、地震有声、地大震或屋尽摇等3种影响类型分别标在图3.76中。 据史料记载有地大震或屋尽摇地区分布,以及上海地震基本烈度复核中的描述,圈
19、定了V度等震线,V度区包括了长江口、杭州湾、上海市、杭州市及绍兴市等。图中IV度等震线由中国历史地震图集(明时期)给出。IV度等震线从苏北的滨海、淮安,经安徽的滁州、江西的邵阳、贵地、贵溪,至浙江的温州IV度等震线从江苏南通、苏州,经浙江湖州、桐庐、余姚入海。,1505年地震等震线图,(1.2)震中范围的考证 为确定该震的IX度区范围。为此做了以下工作: (1.2.1)在海域中无历史地震记载的资料,因此假定该震V度等震线几何中轴线与海岸线交汇部位的上海南汇、青村等地,为V度区距VI度线最近的地区,即作为VI度区的起算点。,(1.2.2)统计国内已发生的IX度地震的IX度和VI度等震线长轴间的距
20、离,其中1501年朝邑地震IX度与VI度等震线的距离最短,约30km,该距离即作为沿1505年地震V度等震线中轴线至IX度区,也就是震中范围的最近边界距离,所以从上海向东北40km处定为IX度区的最近边界,作为该震中范围的南西边界。,根据统计的IX度地震的IX度和VI度等震线长轴间的平均距离为118km,IX度区长轴的平均长度为12km,二者之和为130km,从上海向北东130km处即定为该震中范围的东北边界。 综上所述,沿V度等震线长轴,距上海等地40130km NE-SW向的范围是I505年地震震中可能范围,地震应发生在该范围内,具有发生IX度强震构造条件的地区,(1.3)地震震中的确定,
21、(1.3)地震震中的确定:主要的依据有: 可能发生1505年地震的范围,通过崇明东凹陷 在该凹陷范围内存在明显的NW向和与之相交的NE向航磁异常带(图3.77),可以推测该凹陷内存在NW与NE两组断裂构造 由第四系等厚线图表明(图3.78),该范围内上新统-第四系等厚线沿NE向断裂出现同向拐弯,表明上新世以来断裂有一定的活动,可能属于晚更新世以来有活动的断裂。由NE向的凹槽分布推测,断裂分布在凹陷内的长度约为60km,该断裂为1505年地震的发震断层的可能性最大。NW和NE断裂相交部位为最可能的发震部位。 结果:由此推测1505年地震最可能的震中位置为1226E。319N附近,震级63/4,I
22、0= IX度。,崇明凹陷航磁异常,崇明凹陷第四系等厚线,综上所述,1505年地震震中位置应确定在崇明东凹陷内的NW和NE向构造交汇处,这不仅航磁异常带有显示,且等厚线NE向的凹槽分布特征,亦反映晚第三纪以来有活动,说明该地区具有发生强震的构造条件,此外,该震所产生的影响场也与历史记载相吻合。所以该震中位置范围应比较可靠,可以参考。,1119年扶余地震,是东北地区记载到的最大浅源地震,由于发生的年代久远,史料记载较少,确定地震震中比较困难,震中定位精度低。经查阅史料,考察等工作的综合分析,最后确定了该地震八度区的方向、范围及对大庆核供热厂址的影响。,“大金国志”记载图,(2)1119年吉林扶余地
23、震极震区确定,在“大金国志”卷一中,曾有对该地震的记载:“天辅三年春正月,肇州之始兴,隆州之利涉;地震陷,死数千人。”短短的一句话道出发震的时间、地点和震害 经地震科学家的考查, 认定金代肇州是现代吉林的他虎城 ,始兴也在他虎城,而隆州为 现今的农安城 肇州和隆州古城分布,十二世纪初 在第二松花江与嫩江下游一带,除守军外,多是另散居住的役徒,仅在沿江,人口比较集中,又如聊斋自叙(马扩所著)所叙,“绝少居民,每三、五里间有一、二族帐” 甚至到了金代昌盛时期,肇州约计只有2万人,隆州只为千万人一次地震造成数千人的死亡,可见该震破坏波及面很大。震区所在的第二松花江下游平原地带,绝大多数地段为第四系复
24、盖,复盖物为松散的亚砂土和砂土,区内水系发育多呈沼泽和洼地,显而易见这样的地区地震易造成滑塌和沙基液化,这与地震陷相符,说明这次地震破坏面积大,强度比较高。,1119年扶余地震等震线,据中国历史地震烈度表中所规定地震陷、死数千人”其烈度接近于度。史料只给出两个破坏点,农安、他虎城,相应的两座古城烈度定为度两城连线走向为地震破坏方向,它的走向为 3280 ,连线的距离127Km。这与第二松花江走向较为一致。 由此推测的等震线画于图中,地震断层方向为北西,按度破坏范围可以推测该震震中烈度为IX度,所以 1119年扶余地震定为63/4级地震是合适的。该震对大庆厂址的影响烈度小于六度。,(3)公元29
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