基于多方案统计方法的柴达木—阿尔金地震带b值分析.pdf

第3 7 卷第3 期2023年9月文章编号：1 0 0 1-8 9 5 6(2 0 2 3)0 3-0 2 8 9-0 8内陆地震INLANDEARTHQUAKE中图分类号：P315.9Vol.37No.3Sept.2023文献标识码：A基于多方案统计方法的柴达木一阿尔金地震带b值分析谢江丽，阿布都瓦里斯阿布都瓦衣提，张文秀（新疆维吾尔自治区地震局，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 1 1）摘要：利用1 9 2 0 一2 0 2 0 年地震资料，对柴达木一阿尔金地震带采用多方案（不同时间段、震级段）统计计算并综合分析，确定6 值为0.7 8，较中国地震动参数区划图中确定的6 值0.8 4有所降低，对地震带重大建设工程地震安全性评价与地震小区划的工程设防有重要意义。本文确定b值作为中国地震动参数区划图的补充，可为科学建立重大建设工程的地震危险性计算模型提供基础依据。关键词：柴达木一阿尔金地震带；6 值；多方案；地震动参数doi:10.16256/j.issn.1001-8956.2023.03.010b值的统计结果受时空范围、震级上限和震级的不确定性等多种因素影响 1,2 ,选择不同的计算方法结果也不同 3 。常用的方法为最大似然法和最小二乘法,其中最大似然法对样本数量要求比较高 4,利用最小二乘法合理估计b 值已经相当成熟，且计算结果也比较合理 5 。本文研究区域历史记录时间较短，地震记录较少，综合实际资料情况，采用最小二乘法拟合6值比较准确。利用柴达木一阿尔金地震带1 9 2 0 一2 0 2 0 年地震资料，根据不同的统计时间段和震级段进行计算，并用地震年发生率约束计算结果，综合分析确定b值 6 。此方法充分考虑了地震资料不完备性和认识不确定性，同时利用历史地震资料和现代仪器记录地震资料，充分发掘有价值的信息，克服样本资料不完备可能导致的认识偏差，更好的体现柴达木一阿尔金地震带的地震活动水平。通过补充近年来地震资料重新统计计算b值，在下一代区划图编制实施前，可为科学建立重大建设工程地震危险性计算模型提供基础依据，对该地震带重大建设工程地震安全性评价与地震小区划工程均有重要意义。1柴达木一阿尔金地震带地震资料统计分析柴达木一阿尔金地震带西南从琼木孜塔格一带起，东北至甘肃与新疆交界，由柴达木盆地和阿尔金两个地震构造区组成 7 ，总体走向NWW。该地震带中部地区地震活动水平较低，大震主要集中在地震带的东段和西段。通过对柴达木一阿尔金地震带历史地震资料收集整理，结合其地震活动时空分布特收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 6；修回日期：2 0 2 3-0 3-2 7.课题项目：中国地震局地震应急青年重点任务（CEAEDEM202219）；新疆地震局科技创新团队计划（XJDZCXTD2020-2）：作者简介：谢江丽（1 9 8 7 ），女，工程师，2 0 1 0 年毕业于云南大学地球物理专业，主要从事地震活动性究.E-mail：670198463 290点 ，使用多方案的统计方法对柴达木一阿尔金地震带的b值进行统计计算，汪素云等人对震级标度转换进行了专门的研究,认为M,M 9 ,因此,本文在编制地震目录时不再进行面波震级与地方震级的转换 1 0 ,且统一表示成M。本文中采用的地震资料来源如下：中国历史强震目录（公元前2 3 世纪一公元1 9 1 1年）、中国近代地震目录（公元1 9 1 2 一1 9 9 0 年，M。4.7）、中国地震台网观测报告、新疆维吾尔自治区地震目录（1 9 7 0 1 9 8 4年）和新疆地震台网。柴达木一阿尔金地震带最早1 次地震记录为公元1 8 3 2 年8 月昌马52大震级为7.3，分别为2 0 0 8 年3 月2 1 日和2 0 1 4年2 月1 2 日于田M7.3地震。由于柴达木一阿尔金地震带历史地震资料较少、时间记载较短，资料缺失严重，1 9 2 0 年以前仅记录到4次地震。1 9 2 0 年以后M5.0地震记录基本完整 1 1 2 。截至2 0 2 0 年1 2 月，该地震带共发生9 0 1次M4.0地震，其中5 次7 级地震，2 4次6 级地震，1 6 9 次5 级地震和7 0 3 次4级地震。5 次7级地震中4次发生在地震带西段，包括时间最近的2 0 1 4、2 0 0 8 年于田的两次7.3 级地震；1次7 级地震发生在地震带东段，地震带西段强震发生率高于东段。柴达木一阿尔金地震带M6.0地震震源参数见表1。2地震带地震目录完整性及活动趋势分析在研究地震活动性时,地震目录完整性尤其重要，其对地震活动性参数计算结果产生较大影响。地震监测能力在不同历史时期的差异性较大，不少学者多次对新疆及相邻地区地震目录进行完整性分析 1 3 。为保证地震资料的可靠性、连续性和充分性 1 4,结合本次研究区域特点，使用统计基本资料为1 9 2 0 年以来柴达木一阿尔金地震带内M5.0历史地震和1 9 7 0 年以来区域台网记录M4.0地震。利用柴达木一阿尔金地震带地震目录绘制地震时序图（图1），随着地震监测手段逐步完善，能记录到的地震最小完整性震级降低,地震分布越来越密集，间接说明历史地震遗漏较多。另外地震活动平静与活跃交替出现，存在成丛性特点，在时间上分布很不均匀。从地震发生趋势上看，本文认为该地震带正处于地震活跃期，在此基础上进行b值计算。3地震带余震删除地震活动性统计特征与余震关系密切，余震对地震独立性有较大影响。假设震源之间具有相互独立性,余震被认为是和主震相关的事件，与主震之间不是独立关系,如果余震去除的不完整，地震的不独立性会使其不符合泊松分布。未删除余震会造成地震活动性统计分析不准确 1 5 ,故需先删除余震再对地震目录进行统计分析。目前删除余震的方法已有许多种。利用M（主震震级）的经验公式（M=3.3+2.1logR）与R（k m）断层长度确定M（主震震级）与r(km)余震删除空间半径的关系为 1 6(1)式中：r是余震删除空间半径,M是主震震级。根据地震实际定位精度,取r=5km作为空间窗半径的最小值。采用陈凌等人研究的不同震级余震时间范围 1 7 ,确定4.0 M4.5余震时内陆地震logr=0.48M-1.57.37卷级地震,历史上最3期间为42 天,4.5 M5.0为8 3 天,5.0 M5.5为1 5 5 天,5.5 M6.0为2 9 0 天,6.0 M6.5为5 1 0 天,6.5 M7.0为7 9 0 天。发震时间(年-月-日T时：分：秒）1922-10-17T00:01:321924-07-03T12:40:101924-07-12T03:44:441927-03-16T05:48:371930-07-14T03:27:211933-09-26T02:51:271938-08-23T05:37:241941-04-19T15:53:451951-12-27T00:30:521952-10-06T06:04:301962-05-21T20:02:521977-01-02T05:39:401977-01-19T08:46:161987-02-26T03;56:341990-01-14T11:03:181990-04-26T17:37:091993-10-02T16:42:331994-01-03T05:52:362000-09-12T00:27:562003-04-17T00:48:372008-03-21T06:33:002008-03-21T08:26:132008-11-10T01:21:592009-08-28T01:52:062009-08-31T10:15:282012-08-12T18:47:112014-02-12T17:19:482014-02-12T17:24:422020-06-26T05:06:19从本次统计基本资料选取2 0 0 8 年3 月2 1 日至2 0 0 9 年3 月2 1 日内记录的地震，剔除不在此区域范围内的地震，绘制于田7.3 级地震余震分布图 1 8 1（图2），根据余震的空间半径r与主震震级M的关系式得出本次地震余震空间半径r=85km，由图2 可以看出，余震基本都在此范围内，证明余震分布符合此关系式。谢江丽等：基于多方案统计方法的柴达木一阿尔金地震带6 值分析表1 柴达木一阿尔金地震带1 9 2 0 2 0 2 0 年M6.0地震震源参数震中位置39.591.036.9684.437.183.638.298.238.198.238.386.937.498.539.197.039.695.737.193.237.19638.291.237.195.838.4691.3637.891.936.08100.0838.3188.6936.10100.135.3099.3037.5096.8035.681.6135.6781.5237.6095.9037.6095.9037.7495.9835.982.536.182.535.9982.4635.7382.33291震级深度(M)/km16214174616236466663646.46.36.16.57.06.66.06.66.67.36.16.36.66.16.27.36.06.4发震地点新疆罗布泊东南新疆民丰东新疆民丰东中国近代地震目录青海哈拉湖东青海哈拉湖东58新疆若羌西南青海天梭西青海玉门附近甘肃肃北东青海乌图美仁附近25青海北霍布逊湖附近16青海茫崖西北18青海北霍布逊湖24青海茫崖西北12青海茫崖9青河共和西南27若羌8青海南部10青海兴海一玛多间中国地震台网观测报告15青海德令哈33新疆于田33新疆于田10青海海西10青海海西7青海海西30新疆于田12新疆于田7新疆于田10新疆于田数据来源中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录中国近代地震目录新疆地震台网中国地震台网观测报告新疆地震台网新疆地震台网新疆地震台网中国地震台网观测报告中国地震台网观测报告中国地震台网观测报告新疆地震台网新疆地震台网新疆地震台网新疆地震台网292(W）6.05.04.01920内陆地震8.07.037卷19301940图1 1 9 2 0 2 0 2 0 年M4.0地震M-T图Fig.1 Sequence diagram of M 4.0 earthquakes from 1920 to 20208084T1墨玉和田洛浦策勒喀拉克尔也斯尤勒滚于田克拉克尔。阿羌布亚。/于田M7.32008-03-2168195081196082OOR=85 kmO1970年份83民丰。叶亦克198019902000图例宏观震中县名。居民点25 km 35201037362020图2 2 0 0 8 年于田7.3 级地震余震分布图Fig.2Aftershock distribution of Yutian M7.3 earthquake in 2008本文选取了柴达木一阿尔金地震带1 9 2 0 2 0 2 0 年1 2 月M4.0地震目录为基础资料，余震空间窗和时间窗进行扫描，手动删除余震，同时进行删除前后地震数目对比（表2），本次研究选取的数据资料为删除余震后的地震目录。表2 柴达木一阿尔金地震带地震目录余震删除前、后地震数19202020年地震资料4.0M4.54.5M5.0 5.0M5.5 5.5M6.0 6.0M6.5 6.5M7.0原始487删除余震后3304地震带b值计算方法与结果在概率地震危险性分析方法中，地震带活动性参数包括地震带震级上限Muz、起算震级M。、地震年发生率V。及震级频度关系式中的b值 1 9,2 0 ,其统计表达式为不同震级范围的地震数207127148927.0M7.54215321299553期式中：N为不同震级档地震发生的次数;M为地震震级；a、b 为常数。V。是指在一定范围内（如地震带）平均每年发生震级等于或大于M。（通常用M=4）的地震数，代表了统计区内的地震活动水平。V。在本文中作为确定b值的一个约束参数。为考虑地震资料的完备性，根据起算震级和地震完整性可信时段的不同选取多种统计方案，同时考虑每个起算震级的地震完整可信时段样本量是最充分的，也为避免忽略复发周期长的大地震对b值的影响，选取了1 9 5 0 2 0 2 0 年M5.5、M 5.0 地震和1 9 7 0 2 0 2 0 年M4.0、M 4.5 等代表整个地震带可信时间段的统计样本。利用b值统计关系式和最小二乘法得出b值拟合曲线，图3 为部分样本选取示意图，图4为部分b值拟合曲线图。8.07.06.05.0谢江丽等：基于多方案统计方法的柴达木一阿尔金地震带6 值分析lgN=a-bM:(a)8.07.06.05.0293(2)(b)4.019208.07.06.05.04.03.01970（a）M 5.5 样本（部分）（b）M 5.0 样本（部分）（c）M 4.5 样本（部分）（d）M 4.0 样本（部分）Fig.3 Selection map of earthquake samples for different starting magnitudes in different earthquake periods根据上述选取样本计算6 值和其对应的地震年发生率，忽略因地震不完备性造成的6 值过高或过低的样本，可信样本为3 3 个（表3），同时对6 值和地震年发生率结果进行散点绘图(图5)。如图5（a）所示，b值结果处于0.47 0.8 1 范围内，基本符合震级越高b值越低的规律。如图5(b)所示,不同震级的地震年发生率均在一定范围内变化,震级越高,其地震年发生率越4.019501980(c)19791988年份图3 不同震级时段与起始震级地震样本选取图IAII20102020192019388.07.06.05.04.03.0199720061956()20151970197419791988年份199219972006201020202015294低。7 5%8 5%范围内的V4所对应b值都在0.7 8 附近，综合考虑b值结果和V4,b值取0.7 8与之最接近V4所对应b值都在0.7 8 附近，故b值取0.7 8。该结果低于中国地震动参数区划图，可为判定该地区地震危险性提供参考。(a)102a=4.693 3,b=0.586R=0.964 8,4.0M7.0101内陆地震(b)(c)103102a=5.636 8,b=0.739 3R=0.9979,4.0M7.010210137卷(d)103a=5.756 1,b=0.818 8R=0.997,5.0M7.0101a=5.636 8,b=0.739 3R=0.9979,4.0M7.0102F101100L56789456785(e)(f)103103a=5.034 6,b=0.715a=5.896 5,b=0.7711R=0.994 5,4.0M7.0R=0.996 7,5.0M7.010210210110110010010310210110067(g)a=5.028 7,b=0.719 1R=0.9899,4.0M7.0810210145678(h)a=4.9473,b=0.761 6R=0.9951,4.0M6.510045678震级(M)（a）1 9 5 0 一2 0 2 0 年M5.5b值拟合曲线（c）1 9 7 2 一1 9 9 6 年M5b值拟合曲线（e）2 0 0 9 一2 0 1 3 年M4b值拟合曲线（g）2 0 0 7 2 0 1 5 年M46值拟合曲线(a)0.80.7S0.60.50.43.51005Fig.4Fitted curves of b-value(partial)：4.04.5起算震级(M)图5 b值和地震年发生率散点图（a）b 值结果散点图（b）地震年发生率散点图Fig.5 Scatter plot of b-value and annual earthquake occurrence rate10067震级(M)图4b值拟合曲线图（部分）（b）1 9 9 2 一2 0 2 0 年M4b值拟合曲线（d）1 9 5 6 一2 0 2 0 年M5b值拟合曲线（f）1 9 8 2 一1 9 9 6 年M4b值拟合曲线（h）1 9 7 0-2 0 2 0 年M4b值拟合曲线2018(%)率1614121086425.05.5100845678震级(M)(b)6.03.545678震级(M)4.04.5震级(M)5.05.56.03期起止时间起算震级序号6值(年一年）(M)119721995219992020319722020419502020519721996619821996719861996819992020920062015101950202011197220201219562020131973198114198319961519992009162012202017197020205结束语利用现有地震资料,对柴达木一阿尔金地震带6 值进行统计研究,采用多方案统计计算得到6 值0.7 8，低于中国地震动参数区划图6 值0.8 4,6 值的降低，影响该地震带重大建设工程地震安全性评价与地震小区划工程设防参数的调整。针对地震记录时间短，历史地震资料中、小地震不全的地震带，本文所用多方案统计方法克服了样本资料不完备性可能导致的认识偏差，b值取值相对合理，历史地震资料情况类似的阿尔泰山地震带等可以用本方案计算b值。参考文献：1许洪泰，闵伟.利用地震矩和实时概率模型对中长期地震危险性进行评价一一以东昆仑和阿尔金断裂为例 J.地震研究,2 0 0 7,3 0(2):1 2 0-1 2 6.2谢卓娟，吕悦军，兰景岩，等.6 值和V4的统计分析及其不确定性对地震危险性分析结果的影响研究 J.地震研究，2013,36(1):86-92.3 郑确，刘财，田有，等.地震活动性中震级频度关系研究进展与再认识 J.地球物理学进展,2 0 1 8,3 3（5）：1 8 7 9-1889.4吴果，周庆，冉洪流.震级频度关系中6 值的极大似然法估计及其影响因素分析 J.地震地质，2 0 1 9,41（1）：2 1-43.5 常金龙.鹤岗及周边地区6 值计算和地震危险性分析 J.防灾减灾学报,2 0 1 7,3 3（1）：3 2-3 5.6潘华，高孟潭，谢富仁.新版地震区划图地震活动性模型与参数确定 J.震灾防御技术，2 0 1 3,8（1)：1 1-2 3.7姚远，伊力亚尔阿不力孜，吴传勇，等.2 0 1 4年2 月1 2 日新疆于田Ms7.3地震发震构造初步研究 J.内陆地震，2014,28(2):121-126.谢江丽等：基于多方案统计方法的柴达木一阿尔金地震带6 值分析表3 不同地震时段与起始震级计算b值和地震年发生率地震年起算震级序号6值发生率(年一年)5.50.606 25.50.478 15.50.523 45.50.579 55.00.818 85.00.648 55.00.585 15.00.643 35.00.58075.00.771 15.00.720 75.00.752.44.50.696 64.50.624 64.50.602 94.50.761 64.50.651 4295起止时间地震年(M)发生率0.62180.86190.68200.60212.16221.87231.90242.14253.20261.75272.06281.81295.00304.57315.55323.44334.43198320201999202020062020197020201982202019922020200720201975198219821996198819941999200520072015200920142009201320112020199220074.54.54.54.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.04.00.620 50.608 50.601 40.780 00.718 70.739 30.747 70.665 20.719 10.639 50.663 20.715 00.665 80.762.40.781 20.743 14.654.875.5711.1212.7913.5015.005.5011.4016.1012.4318.7017.5017.4011.0012.102968谢江丽，阿布都瓦里斯阿布都瓦衣提，黄帅堂.柴达木一阿尔金地震带6 值统计计算 J.震灾防御技术，2 0 2 2，1 7(1):95-103.9汪素云，俞言祥.震级转换关系及其对地震活动性参数的影响研究 J.震灾防御技术,2 0 0 9,4（2）：1 41-1 49.【1 0 金花，闫新义，任林，等.新疆地区近震震级与面波震级经验关系初步研究 J.内陆地震,2 0 2 1,3 5(2)：1 5 0-1 5 6.【1 1 单新建，韩京，许静.新疆测震台网历史监测能力及现状 J.内陆地震,1 9 9 6,1 0(1)：6 1-6 7.12王海涛，李莹甄，屠泓为.新疆历史地震目录完整性分析 J.内陆地震，2 0 0 6,2 0(1)：1 0-1 7.13徐伟进，高孟潭.中国大陆及周缘地震目录完整性统计分析 J.地球物理学报，2 0 1 4,5 7(9)：2 8 0 2-2 8 1 2.14任雪梅,高孟潭,冯静.地震目录的完整性对6 值计算的影响 J.震灾防御技术,2 0 1 1,6(3)：2 5 7-2 6 8.15冉慧敏，上官文明，赵晓成.2 0 2 0 年新疆于田M.6.4地震及余震序列定位研究 J.内陆地震,2 0 2 0,3 4（3）：2 49-2 5 7.16 Keilis-Borok VI,Knopoff L,Rotvain I M.Bursts of aftershocks,long-term precursors of strong earthquakes J.Nature,1980,283:259-263,17陈凌，陈题,刘杰，等.地震活动性的统计分析：由过去推测将来的可能性研究 J.地球物理学报,1 9 9 8,41（1)：6 1-7 0.18杨成荣，唐明帅.新疆于田7.3 级地震及部分强余震震源参数的重新测定 J.内陆地震，2 0 1 0,2 4（1)：1 8-2 4.19中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.CB17741-2005工程场地地震安全性评价S.北京：中国标准出版社,2 0 0 6.【2 0 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB18306-2015中国地震动参数区划图S.北京：中国标准出版社,2 0 1 6.内陆地震37卷ANALYSE OF B VALUE IN QAIDAM ALTUN SEISMICBELT WITH MULTIPLE SCHEMESXIE Jiang-li,Abuduwalisi Abuduwayiti,ZHANG Wen-xiu(Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region,Urumqi 830011,Xinjiang,China)Abstract:Based on seismic data from 1920 to 2020,b value of the Qaidam Altun seismic belt wascalculated and analyzed with multiple schemes(different time periods and magnitude periods),theb value was determined to be 0.78.It is lower than the value of 0.84 in engineering earthquakescomes from“Seismic ground motion parameters zonation map of China,which is of great signifi-cance for seismic safety evaluation of major construction projects in seismic zones and engineeringfortification of seismic zoning.As a supplement to“Seismic ground motion parameters zonation mapof China,b value determined in this paper can provide a scientific basis for the establishment ofseismic hazard calculation model of major infra-structure.Key words:Qaidam Basin-altun seismic belt;b value;Multiple schemes;Statistical calculations