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地震危险性分析与地震小区划 Earthquake Hazard Analysis and Seismic Microzonation,李英民 博士、教授 65121991,65127663 ,1 地震危险性分析 2 地震小区划 3 主要参考资料 4 致谢,地震危险性分析与地震小区划,back,1 地震危险性分析,1.1 地震危险性分析概述 1.2 地震危险性分析目的 1.3 地震危险性分析内容 1.4 地震危险性分析方法 1.5 地震危险性分析方法存在的问题 1.6 地震危险性分析方法的发展趋势,back,2 地震小区划,2.1 地震小区划概述 2.2 地震小区划目的 2.3 地震小区划的任务 2.4 地震小区划的分类 2.5 地震小区划存在的问题 2.6 地震小区划的发展趋势,back,对未来地震作防震抗震准备时，就需要知道未来的地震活动性，它是引起灾害的外因。工程师在设计一项工程时，希望具体了解此工程在其寿命内可能遭遇到的地震动强弱及其它特性，以便合理地进行设计。然而地震的发生和地震动的特性都不能精确地预测，必须在概率含义上推测工程可能受到的地震威胁或危险，这就是地震危险性分析。,1.1 地震危险性分析概述,back,1.2 地震危险性分析目的,地震危险性分析的目的就是为工程的抗震设计则提供依据。当前，地震危险性分析已广泛应用于地震区划和具体场地地震动的估计，前者服务于一般结构的抗震设计或土地利用，后者服务于特殊的或重大的工程建设项目，如核电站。不同重要性的结构和地区地震资料的多寡对地震危险性的要求可以又有不同的深度。对于一般房屋建筑可以只要求一个地震危险性区划图，即可按,back,next,抗震规范进行设计；对于特别重要的大型建筑，如核电站、海洋平台、大坝、大型化工设备等工程以及大城市，通常要求对场地地震危险性进行专门研究，工程的抗震设计则以此为依据。,back,1.3 地震危险性分析内容,要确定某个场地的地震危险性，需要做以下三方面的工作（图1 ）： 要确定未来一定时间、一定范围内可能发生对这个场地有影响的地震的地点和强度； 通过强震观测结果和现场详细研究，了解地震波传播途径及其衰减特征； 然后根据场地条件得出给定某个场地的地震危险性评价。,back,1,7,2,6,4,3,5,场点,back,R,图1 地震危险性分析示意图,1.4 地震危险性分析方法,地震危险性分析方法的基本假定 长期以来，地震危险性分析沿着两条技术途径发展着，即： 地震危险性分析确定性方法 地震危险性分析概率性方法 这两种方法的基本点和区别,back,地震危险性分析方法的基本假定： 潜在震源区（可以是线和面）内任何地方发生地震的可能性是相同的； 潜在震源区内地震的平均发生率在时间轴上是个常数； 地震发生符合泊松分布，即假定地震事件是独立的、随机的（即地震发生时间、震源坐标、震级等以相互独立的方式出现）；,back,next,一个地区内（潜在震源区内）地震次数随次数和震级增高以指数形式减小，大小地震之间的比例关系可用古登堡里克特震级频度关系表示； 场地地震动参数是震中距和震级的函数。,back,一、地震危险性分析确定性方法 国际上使用的传统方法和步骤： 根据历史地震及地质构造资料，确定各类震源区及相对于场地的位置R； 选择控制地震（以震级M及震中距R为参数）。根据结构频段范围，从几组地震中选择最不利的12组；,back,next,根据选定的M及R从衰减曲线上确定该场地的最大地面运动值(通常为水平向最大加速度)作为地面运动设计参数； 根据局部场地条件影响，对上述参数作必要修正。 尽管在地震活动趋势分析中，在确定最大震级时，有时 也应用一些数理统计方法，但就其本质，从总体上说，它 仍属于确定性方法的范畴。,back,二、地震危险性分析概率性方法 国际上使用的传统方法和步骤（图2 ）： 根据区域地震活动性和地震地质构造的研究，确定区域在潜在震源（区）及其最大地震强度； 按照潜在震源区的震级频度关系和对潜在震源区地震活动性的认识，给出潜在震源区的地震活动性参数； 根据对区域地震等震线分布规律的研究和强震记录,back,next,的分析，确定研究区的地震动衰减关系； 假设潜在震源区内地震的发生服从泊松分布，计算并综合所有潜在震源区对场点地震危险性的贡献，给定场点（或地区）地震动的概率分布。 由于地震发生在时间、空间和强度上的随机性至今还 难以准确预测，因此近十几年来，概率性方法在地震危险 性分析中得到了广泛的应用。,back,图2 地震危险性分析概率性方法基本步骤,back,这两种方法的基本点和区别 这两种方法的基本点是：对某一给定的场地，评价其在工程有效使用时期内，其地面遭受一定地震强度的危险性。两种方法的区别在于：确定性方法把地震的发生看作确定性的事件来分析场地的地震动参数，结果为确定性的表述；概率性方法把地震的发生看作随机事件，把地震和地震动参数看作随机变量和随机过程，用概率分析方法确定场地的地震动参数，结果是以概率的含义描述的。,back,1.5 地震危险性分析方法存在的问题,一、地震危险性分析确定性方法存在的不足 二、地震危险性分析概率性方法存在的不足,back,一、地震危险性分析确定性方法存在的不足 确定性方法把地震的发生看作确定性的事件来分析，这与现在对地震的认知是矛盾的，而且确定性方法的不足之处还有它不能给出地面运动参数的发生概率是多少。,back,二、地震危险性分析概率性方法存在的不足 概率地震危险性分析方法强调地震发生的随机性和不确定性。它是地震危险性分析方法在工程应用上的简化。虽然地震危险性概率分析方法在国际上已经被普遍采用，但是，不可否认它还有许多不完善的地方需要改进。 地震危险性分析方法的基本假定之一，就是潜在震源区内的地震发生率是均匀的。直到现在推荐使用的程序中，仍然遵从这一基本假定。但是，,back,next,实际资料和研究结果表明，潜在震源区内的地震发生率是非均匀的。（二级划分） 概率地震危险性分析方法的第三条基本假设是地震发生符合泊松分布，泊松分布的假定意味着地震的发生是无记忆的、不相关的，即将发生的地震与以前发生过的地震无关，一个刚发生过大地震的区域，理论上存在很快再次发生大地震的可能性，这明显与现有地震资料所反映出的现象不协调。（分段泊松分布） 最突出的问题是概率地震危险性分析方法的第一条,back,next,和第四条基本假设之间存在着难以调和的矛盾。在我国， 板内地震活动的时空不均匀性特征比较典型，在较大的区 域范围内地震的活动是不均匀的。如果潜在震源区划分范 围较大，就无法满足“潜在震源区内任何地方发生地震的 可能性相同”的假设。 另外，概率地震危险性分析方法还有诸如没有反映地震 时间的非平稳过程、不能反映特征地震的规律性、不能估 计没有发生过大地震的区域发生大地震的可能性等不足之 处，这里就不再赘述了。,back,1.6 地震危险性分析方法的发展趋势,一、地震危险性分析确定性方法的发展趋势 二、地震危险性分析概率性方法的发展趋势,back,一、地震危险性分析确定性方法的发展趋势 地震危险性分析确定性方法由于其自身的局限性，现在只在某些特殊工程（如核电厂）厂址的地震危险性分析工作中才会使用 。,back,二、地震危险性分析概率性方法的发展趋势 地震科学研究的不完备性决定了认识不确定性的存在。概率地震危险性方法，达到了将地震现象表现出的不确定性表达出来的基本目的。但是，同时这种方法在其各个环节及其参数的确定中，又表现出其它的不确定性。这些不确定性的存在，使结果可能偏于不安全。正是认识到这一问题的严重性，关于概率地震危险性分析各个环节及其参数的确定中的不确定性及其影响的研究将成为当今地震危险性分析非常重要研究课题之一。,back,我国现行地震区划图只能提供“一定地区（不小于几十平方公里）在今后一定时期内，在一般场地条件下可能遭遇的最大地震烈度”，即基本烈度。因此，地震区划图不可能用于预测地震破坏作用在小范围内的变动。然而人们根据震害经验早就认识到地震破坏作用的大小在几百米以至几十米以内也可能出现显著差异。在特定工程场地进行抗震设计时考虑这种差异无疑具有极大重要性。因此，在地震区划和抗震,2.1 地震小区划概述,back,next,设计之间存在着一个需要填补的空白，地震小区划就是在这一空白中产生和发展起来的。 地震小区划是估计城市或厂矿范围内可能遭遇的地震破坏作用的分布，为工程结构抗震提供依据，并为城市和厂矿制定土地利用规划、进行震害预测和制定减轻地震灾害计划提供基础资料。,back,2.2地震小区划目的,地震小区划的目的是为了详细指出一个不大的地区内对工程抗震有重要影响的因素是如何影响着地震动的，并在地图上标出考虑这些因素之后的地震动和其他影响，这些因素都是在小地区范围内经常变化的，如地基土壤的类型、分层和厚度，地下水位，局部地形地貌等，通常称之为场地条件。,back,2.3 地震小区划的任务,为一般工程和重大工程（例如大型水坝、核电站等）的抗震设计提供设计地震动参数； 为城市或厂矿土地利用规划的制定提供基础资料； 为震害预测和防灾、救灾措施的制定提供基础资料。,back,2.4 地震小区划的分类,根据地震小区划的任务可分得： 地震破坏作用小区划 设计地震动小区划 场地分类地震小区划 地震破坏综合后果小区划,back,设计地震动小区划,针对强烈地震动引起结构破坏、倒塌而直接造成大 量生命财产损失，所合理进形的设计地震动小区划，其 图件为抗震和减震设计、抗震加固和预测结构破坏提供 设计地震动工程参数。 它所包含的基本工作环节如图3所示,back,地震地质和地震 活动性研究，建 立地震发生的概 率模型,进行地震危险性 分析，确定设防 基岩地震动,强震记录和地震 烈度资料研究， 建立近场地震动 预测模型,局部场地地震反 应计算方法,建立场地动力学 模型，计算场地 地震反应,工程地质调研现 场勘测土动力学 试验,设计地震动小区划,图3 设计地震动小区划,back,场地分类地震小区划,针对地震时断裂错动可能产生的地面破裂和由于地 震动引起的滑坡、崩塌以及地基失效而导致建筑物的破 坏，进行地面破坏小区划，其图件可用于制定城市或厂 矿的土地利用，工程场地选择和 地基上处理方案的制 定。 它所包含的基本工作环节如图4所示,back,根据场地位置按地震 区划图确定基本烈度 （或峰加速度）,根据工程地质资料 按抗震规范进行场 地分类,抗震规范,设计地震动参数,back,图4 场地分类地震小区划,地震破坏综合后果小区划,地震破坏综合后果小区划（震害预测）顾名思义是指 地震破坏的综合后果或震害的小区划，提供给地方政府 制定救灾计划用。,back,2.5 地震小区划存在的问题,一、关于地震输入问题 二、关于场地条件的勘探和力学模型的建立问题 三、关于局部场地条件对地震动的影响问题,back,一、关于地震输入问题 输入地震波的类型和入射角。特别是在什么条件下应当考虑地震面波和怎样处理它的输入？ 如何改进概率地震危险性分析方法。特别是如何利用中长期地震预报的结果以便较为合理地考虑地震空间分布的非均匀性和时间序列的非平稳性。 在强震观测资料不足的情况下如何根据当前认识水平和现有资料建立近场地震动的预测模型？,back,二、关于场地条件的勘测和力学模型的建立问题 寻求简便实用的土层剪切波速测试方法。由于钻孔费用高，特别是在土层较厚情况下，如何测定土层波速构造值得进一步研究。 强烈地震波穿过地表土层时土介质的动力性能与弱震土动力性能的关系。 较深（几公里以内）地下构造的天然地震和爆破勘测方法以及地下介质波速参数的测定也需要从工程地震角度加以发展。,back,三、关于局部场地条件对地震动的影响问题 在地震危险区内是否存在“安全岛”，即地震危险性相对较小的区域。 如何更为合理地定义“基岩”？特别是对今后可能大量出现的周期达到几秒以上的高层楼房，“基岩”的定义尤为重要。,back,2.6 地震小区划的发展趋势,地震小区