基于歷史地震烈度資料的云南地區地震危險性評估

文雯 隋明坤 莊儒新 王玨 陸斌斌 李圣

摘要：將云南地區按照0.1°×0.1°劃分網格，收集了1713—2022年6級以上和1900—2022年5級以上（或震中烈度≥Ⅵ度）地震的烈度資料，分析這些地震對各網格的影響，篩選影響烈度I≥Ⅴ度的地震組成地震烈度資料數據庫；建立地震烈度與其發生頻率（或重復周期）之間的關系，對云南地區的地震危險性進行評估，給出了每個網格發生某一烈度的重復周期，同時預估了未來50年發生某一烈度的超越概率，并利用烈度與加速度的對應關系，給出了50年超越概率10%的地震動峰值加速度（PGA）；將計算結果與云南地區地震構造以及中國地震動參數區劃圖進行比較。結果表明：重復周期較短（重復頻率較高）的區域與活動斷裂展布的密集程度是基本吻合的；50年超越概率10%的峰值加速度分布區域與中國地震動參數區劃圖的PGA高低區域分布大體一致，從各市（縣）的尺度上看，又有所不同，有的縣（市）的PGA比區劃圖云南部分給出的結果高，有的則偏低。

關鍵詞：地震烈度；地震危險性評估；地震災害風險；重復周期；超越概率；云南地區

中圖分類號：P315.91文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2023）03-0422-08

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2023.0047

0引言

云南地區地震災害多發，摸清該地區的地震災害風險隱患底數是進一步做好防災減災救災工作的重要基礎，最有效手段之一就是地震危險性評估。地震危險性評估有多種方法，較為常見的是地震危險性概率分析方法（Cornell，1968），但有學者認為其應用結果存在一些問題，在與一些實際地震所產生的地震動強度對比后發現，該方法可能會得出低于或高于實際的地震動強度（Geller，2011；Steinetal，2012；Kossobokov，Nektasova，2012；Wang，2012；Hanks，2011）。

鑒于地震危險性概率分析方法計算結果的偏差，有些學者利用烈度資料，建立地震烈度與其發生頻率的關系，進行地震危險性評估，如：Stein等（2006）和Bozkurt等（2007）對日本東京地區，Chen等（2010）對中國臺灣地區進行了地震危險性評估；劉靜偉等（2010，2014）估算了京津唐地區和大華北地區的地震危險性，取得了較為滿意的結果?；跉v史地震烈度資料的評估方法不需要過多的假設，而且烈度資料包含了地質特征、場地效應以及建筑物的響應，但其最大的缺陷是受到觀測資料數量的限制。

云南地區記錄并積累了豐富的歷史地震烈度資料，學者們對這些歷史地震進行了深入研究并描繪了等烈度線（地震局震害防御司，1995；中國國家地震局震害防御司，1999；陳敬，沈斯偉，2000），使云南地區具備使用歷史地震烈度資料進行危險性評估的基礎。鑒于此，本文收集了云南地區有記錄史以來較為完整的歷史地震烈度資料，建立烈度數據庫；通過對歷史地震烈度資料進行統計分析，建立地震烈度與其發生頻率（或重復周期）之間的關系，對云南地區3個分區進行地震危險性評估；將計算結果與云南地區地震構造以及《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2015）（下文簡稱區劃圖云南部分）進行比較。以期為云南省地震災害風險普查工作做補充，也可作為制定云南地區抗震設防基本參數的參考。

1烈度資料的收集

1.1烈度數據庫的建立

云南地區有記載的最早的地震為公元886年大理51/2級地震，繪制了等烈度線的最早地震是1515年永勝西北73/4級地震。地震危險性評估需要地震資料的完整性。滇中和滇東地區自1900年至今5級地震資料基本完整，自1713年至今6級地震資料基本完整；滇西南地區20世紀20年代以前，幾乎無地震記錄，地震資料記載的年限較短、地震資料的完整性較差（黃瑋瓊等，1994；皇甫崗等，2010）。本文收集了1713—2022年6級以上和1900—2022年5級以上（或震中烈度I≥Ⅵ度）且對云南地區產生過影響的烈度I≥Ⅴ度的歷史地震，對其進行余震刪除，最終得到439次地震，基于Arcgis平臺建立了烈度資料數據庫。

1.2烈度資料的分布

將云南地區按照0.1°×0.1°劃分網格，共計得到3421個網格，因此分析一個區域受到的烈度影響即可轉化為分析區域內每個網格受到的烈度影響。收集的439次地震中，有214次地震有等烈度線資料，可直接錄入數據庫，對于其余無等烈度線資料的229次地震，采用云南地區地震烈度等效圓衰減關系（周炳榮，郭若瑾，1989），估算每個網格點受到的烈度影響。云南地區地震烈度等效圓衰減關系與區劃圖所使用的川滇地區烈度衰減關系相比，前者使用的等效圓半徑與后者使用的短軸半徑相近，比較不容易高估影響烈度。限于篇幅，本文僅給出云南地區地震烈度I≥Ⅴ度的烈度資料次數分布（圖1）。從圖1可見，在滇西地區的麗江、鶴慶、賓川、大理、騰沖、盈江，滇南地區的思茅區、景谷、瀾滄，滇中的玉溪、通海、建水等地，烈度資料數量較多；在滇西北地區的貢山德欽，滇東北地區的鎮雄，滇東地區的富源、羅平、丘北、文山、屏邊、金平，以及再往東的縣烈度資料數量比較少，I≥Ⅴ度的地震次數不超過5次。

2災害曲線公式的建立

類似于震級-頻率關系，本文建立每個網格災害曲線即頻率-烈度關系，可以得到某個區域內大于等于給定地震烈度的地震頻次與該地震烈度的關系（Bozkurtetal，2007；Milne，Davenport，1969）：

lg（f）=α-β×I（1）

式中：I為烈度；f為烈度≥I的年平均發生率；α和β為參數，由最小二乘法得到。

考慮到每個網格內的地震烈度資料數量可能會導致計算結果造成較大差異，而一些地震烈度資料數量很少的網格可能不能充分反映當地的β值。因此本文分區域統計β值，并將該值應用于每個網格，也就是認為該區域的強弱地震發生比例是一定的，但某個網格受到某一烈度影響的頻率是不一樣的（Bozkurtetal，2007）。

按照區劃圖中地震帶的范圍，將云南地區劃分為3個區域：滇西南地區（滇西南地震帶云南部分）、滇中地區（鮮水河—滇東地震帶云南部分、臧中地震帶云南部分）、滇東南地區（右江地震帶云南部分、長江中游地震帶云南部分），其中滇西南地區有1504個網格，滇中地區有1304個網格，滇東南地區有613個網格（圖2）。

圖3為根據烈度-頻率擬合關系計算回歸得到的3個地區的β值。從圖中可以看出，3個地區統計的最小烈度（Ⅴ度）和最大烈度（Ⅸ度/Ⅷ度/Ⅹ度）都在擬合直線下方，這可能是受到多種因素的影響，如地震資料統計年限較短，不能有效地反映大地震的重復性，最小烈度的地震有所遺漏等。由于β值對地震危險性評估結果的影響比較大，對滇西南和滇中地區去掉最大烈度和最小烈度，重新擬合了β值，如圖4所示。由于滇東南地區地震烈度資料較少，Ⅴ度和Ⅵ度的影響大多是通過烈度衰減關系計算得到，不宜刪除最大烈度，所以維持原β值（0.574）擬合結果（圖3c）。滇西南和滇中地區分別得到了2個β值擬合結果，將β值應用到每個網格的烈度-頻率擬合中，通過每個網格的回歸系數R和標準平方差σ來選擇合適的β值（表1）。表1計算結果表明，超過半數的網格回歸系數R＞0.9，標準平方差＜0.1。對比發現，滇中地區β值選為0.3495更合適，滇西南區β值選為0.3682更合適。

3地震危險性評估結果

3.1重復周期

根據式（1）烈度-頻率擬合關系計算了3個分區中每個網格的烈度I≥Ⅵ度、I≥Ⅶ度、I≥Ⅷ度、I≥Ⅸ度的重復周期（圖5）。滇中和滇西南地區：大部分地區I≥Ⅵ度的重復周期小于100a，少數地區的重復周期為100～200a；大部分地區I≥Ⅶ度的重復周期小于400a。I≥Ⅷ度的重復周期在滇中大部分地區多小于500a，在滇西南大部分地區小于1000a。I≥Ⅸ度的重復周期在滇中大部分地區小于1000a，在滇西南大部分地區為1000～5000a。烈度相同時，滇東南地區的重復周期較前述二者長。

重復周期的長短和云南活動斷裂展布的密集程度是相關的，即重復周期較短（重復頻率較高）的區域，其活動斷裂展布也比較密集。如小江斷裂帶、紅河斷裂帶等活動斷塊的邊界斷裂帶，麗江、鶴慶、洱源等第四紀斷陷盆地及周邊地區，龍川江斷裂以西，蘇典—大盈江斷裂以東與大盈江斷裂以北的第四紀火山巖分布地區，是晚更新世與全新世活動斷裂分布相對集中的地區（帶）（安曉文等，2018）。這些地區（帶）受到烈度I≥Ⅵ、I≥Ⅶ、I≥Ⅷ、I≥Ⅸ度的災害頻率較高。滇東南地區的一些地方，活動斷裂相對比較稀疏，受到以上烈度災害的頻率相對較低（圖5）。

邵志剛等（2020）、李西（2015）和程佳等（2011）通過對古地震、地質勘探、年代測定等資料的研究，得到了云南地區活動地塊邊界帶部分斷裂的復發周期（表2）。本文估算的烈度I≥Ⅸ度的重復周期（圖5d）為：沿小江斷裂展布的巧家—東川—嵩明—宜良—澄江—華寧一帶重復周期最小，小于500a；沿紅河斷裂展布的彌渡—元陽重復周期為1000a左右，元陽—河口段重復周期大于5000a；沿瀾滄江斷裂展布的地區重復周期分檔比較多，主要為500～4000a，大部分區域重復周期為2000a左右。上述結果與表2對比可見，沿這些斷裂展布的地區，本文估算的烈度I≥Ⅸ度的重復周期與表2所示的對應斷裂的大震復發周期是吻合的。

3.2給定烈度的50年超越概率

假設地震的發生在時間上遵守穩態泊松分布，在某一地區的地震危險性在特定時間t內，超過某個特定烈度I發生的概率P估算公式為（Gupta，1989；Sachs，1978）：

P=1-e-t/τ（2）

式中：τ為烈度大于或等于I的平均重復周期。

按照式（2），本文計算了各網格的烈度I≥Ⅵ度、I≥Ⅶ度、I≥Ⅷ度、I≥Ⅸ度的50年超越概率（圖6）。從圖6可見，滇中地區和滇西南地區的騰沖、龍陵、盈江一帶，耿馬、瀾滄、普洱一帶，發生I≥Ⅷ度的50年超越概率為10%～30%，地震危險性較強；滇東南地區的富寧、硯山、丘北等地，發生烈度I≥Ⅵ度的50年超越概率小于20%，地震危險性相對較弱。

3.350年超越概率10%的PGA

按照地震烈度I與地PGA的對應關系（表3），本文使用插值法計算得到了云南地區50年超越概率10%的PGA（圖7），與區劃圖云南部分（GB8306—2015）對比發現，二者PGA高低區域大體一致：滇中地區和滇西南地區西部騰沖附近、南部瀾滄附近，PGA值較高；滇西南地區的貢山，滇東南地區的大部分區域，PGA值較低。

從各市（縣）尺度的PGA分布可以看出，滇中和滇西南地區與區劃圖上的有一定的差異：PGA高值區（PGA≥0.3g）的范圍有所擴大，如寧蒗、巧家、大姚、姚安、南華、楚雄、隴川、思茅區、寧洱等市（縣、區）的PGA=0.3g。PGA=0.4g的區域在滇中地區從區劃圖上的東川嵩明區變成了2個區，即會澤東川區和嵩明通海區；滇西南地區PGA=0.4g區域范圍有所縮小。云縣、鳳慶、永德、德欽等縣PGA較區劃圖給出的值低。滇東南的各縣（市）PGA分布與區劃圖給出的相似，文山、羅平，師宗，富源等地區PGA=0.10g，再往東，各縣PGA=0.05g。

與圖1進行對比發現，PGA較低的區域大都是烈度資料較少的區域，其原因可能是這些區域本來地震活動就不強，也有可能是地震資料統計時間太短，不足以反映該區域的地震活動背景。

4結論

本文將云南地區分成3個區：滇西南、滇東、滇東南，對這3個地區的歷史地震烈度資料進行統計分析，給出了云南某地發生某一烈度的重復周期，同時預估了未來50年發生某一烈度的超越概率，并利用烈度與加速度的對應關系，給出了50年超越概率10%的PGA，主要得出以下結論：

（1）滇中地區和滇西南地區的騰沖、龍陵、盈江一帶，耿馬、瀾滄、普洱一帶，發生烈度I≥Ⅷ度的50年超越概率為10%～30%，地震危險性較強；滇東南地區的富寧、硯山、丘北等地，發生烈度I≥Ⅵ度的50年超越概率小于20%，地震危險性相對較弱。

（2）將本文的結果與云南地區地震構造進行對比發現：重復周期較短（重復頻率較高）的區域與活動斷裂展布的密集程度是基本吻合的；前人通過對古地震、地質勘探、年代測定等資料研究得到的云南活動地塊邊界帶部分斷裂的大地震復發周期與本文估算的沿這些斷裂展布的地區烈度I≥Ⅸ度的重復周期較一致。

（3）本文得出的50年超越概率10%的PGA分布與區劃圖上云南部分的PGA分布區域分布是一致的。滇中地區和滇西南地區西部騰沖附近、南部瀾滄附近PGA較高，滇西南地區的貢山，滇東南地區的大部分區域PGA較低。從各市（縣）的PGA分布來看，與區劃圖云南部分給出的結果有所不同。有的縣（市）的PGA比區劃圖云南部分的PGA高，有的比其低。

（4）大部分PGA值較低的區域烈度資料較少，可能是因為這些區域本來地震活動就不強，也有可能是其地震資料統計時間太短，不足以反映該區域的地震活動背景。

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