概率性地震危险性分析中两种模型研究
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新版地震区划图地震活动性模型与参数确定潘华;高孟潭;谢富仁【摘要】地震活动性模型和地震动预测模型是概率地震危险性分析的两个核心.在新版地震区划图中,依据板内地震活动空间不均匀性分布的特点,在概率地震危险性分析方法(CPSHA)中采用了由地震统计区、背景潜在震源区和构造潜在震源区构成的三级层次性潜在震源区模型,并构建了相应的地震活动性模型.本文在论述CPSHA方法及其地震活动性模型基本概念的基础上,重点介绍了新版地震区划图地震活动性模型的三级潜在震源区模型的构成、地震活动性假定和基本特点,同时,也对新版地震区划图地震活动性模型的重要参数确定思路、方法与结果进行了介绍.本文将为更好地认识与理解我国新版地震动参数区划图提供有益的参考.%The model of earthquake activity and the model of earthquake ground motion are two primary elements of probabilistic seismic hazard analysis. The CPSHA, a modified PSHA method, is used for the new seismic hazard map of China, which has advantages of characterizing the non-uniform spatial distribution of intraplate earthquakes in China. The earthquake activity model of CPSHA is established based on a tri-classes seismic source model, which consists of the seismic province, the of background seismicity zone, and the tectonic features zone. In this paper, the primary principles of the earthquake activity model of CPSHA are introduced firstly, and then thetri-classes seismic source and the characteristics of its earthquake recurrence model are presented in detail. Also in this paper, the general framework of determining physical seismicity parameters of the earthquake activity model used by the new seismic hazard map isdescribed briefly and the final products are demonstrated here. This paper will be helpful for better understanding the results of the new seismic hazard map of China.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2013(008)001【总页数】13页(P11-23)【关键词】潜在震源区;地震活动性模型;概率地震危险性分析;地震区划图【作者】潘华;高孟潭;谢富仁【作者单位】中国地震局地壳应力研究所,北京100085【正文语种】中文引言新版《中国地震动参数区划图》编制中采用了我国特有的CPSHA概率地震危险性分析方法,与1990年版《中国地震烈度区划图》和2001年版《中国地震动参数区划图》编制采用概率地震危险性分析方法相比,新版地震区划图提出了三级潜在震源区划分方案2 全国地震区划图编制地震带与潜在震源区划分工作组,2010. 中国及邻区地震区带和潜在震源区划分工作报告.,以更加细致地表述我国地震活动的空间不均匀性特征,并构建了相应的地震活动性模型3 全国地震区划图编制地震活动性参数确定工作组,2011. 中国地震动参数区划图地震活动性参数确定工作报告.。
时间相依的概率地震危险性分析研究现状及其在我国的发展前景李昌珑;高孟潭;徐伟进;吴健【摘要】通过综述时间相依的概率地震危险性分析的研究历史、发展现状,以及对未来在我国发展和应用前景的展望.本文认为,未来我国时间相依的概率地震危险性分析的发展趋势体现在地震活动性模型参数的确定、特征地震模型的适用性及判断准则、重复地震思想的应用、影响特征地震危险性计算因素的研究、大型构造上特征地震震源段落的识别划分、相邻构造相互影响机制研究等方面.未来时间相依的概率地震危险性分析在我国的应用领域主要是给定时间段内的地震风险评估、应急备灾、地震保险等方面.【期刊名称】《中国地震》【年(卷),期】2016(032)001【总页数】10页(P1-10)【关键词】时间相依的地震危险性;特征地震;复发间隔;分段泊松分布;孕震机理【作者】李昌珑;高孟潭;徐伟进;吴健【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京市民族大学南路5号 100081;中国地震局地球物理研究所,北京市民族大学南路5号 100081;中国地震局地球物理研究所,北京市民族大学南路5号 100081;中国地震局地球物理研究所,北京市民族大学南路5号 100081【正文语种】中文【中图分类】P3150 引言地震危险性分析是工程地震工作的重要内容,对震害防御工作的实施具有重要的指导意义(胡聿贤,1999)。
地震危险性分析方法分为确定性方法和概率性方法。
确定性方法是20世纪50~70年代使用较多的方法,其基于两个基本假设来估计一个地区可能遭受的最高烈度,即相似构造条件的地震活动性的相似性和历史大地震的原地复发性。
概率地震危险性分析方法(Cornell,1968)是近年来普遍使用的方法,用某种地震动参数在一段时间内的超越概率作为评价地震危险性的指标。
传统的概率地震危险性分析模型假设地震的发生服从泊松分布,各震级档的地震发生率都遵从古登堡-里克特的震级-频度(G-R)关系。
地震危险性概率分析计算方法简介1.地震统计单元—地震带对场点的地震危险性贡献设有N 个地震带对场点地震危险性有贡献,而第n 个地震带在点的某地震动年超越概为P n (Z ≥z ),则场点总的年超越概率为:∏=≥=≥N1n z n -1-1z ))(()(Z P Z P式中,Z 为地震动参数;z 为给定的地震动参数。
地震带是地震活动性分析的基本单元,它应具有统计上的完整性和地震活动的一致性。
考虑某一地震带,其地震时间过程符合泊松过程,在T 年内的4级以上地震年平均发生率为v 则有:VTK K VT P -k e!)(=其中P k 为该地震带内未来T 年内发生K 次地震的概率。
地震带内大小地震的比例遵从修正的Gutenberg-Richter 震级—频度关系,相应的震级概率密度函数为:()[]()[]οοβββM M M M M f u -----=ex p 1ex p )(m其中,β为地震带b 值的2.3倍,M u 为地震带的震级上限。
2.地震带内潜在震源区的地震危险性分析假定在每一个地震带的各个潜在震源区内,地震活动水平和强度的分布是相对均匀的。
潜在震源区的地震空间分布系数是与震级有关的,记为f l,mj ,其物理含义为发生一次震级为m j ± 0.5△m 的地震的条件下,次地震落在第l 个潜在震源区的概率。
该分布系数可反映地震带内地震空间分布的非均匀性,对指定震级档,此分布系数在整个地震带内是归一的。
即对不同震级档有:1=∑=SN 1l jm ,l f其中,N s 为地震带内能够发生m j ± 0.5△m 级地震的潜源区总数。
根据泊松分布模型和全概率定理,一个地震带所发生的地震在场点所产生的地震动Z()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧≥•--=≥∑⎰⎰⎰∑==S mj N l N j l l m l j dxdyd f z Z P S f m P v z Z P 11,E |)(exp 1)(θθ超越给定值z 的概率为:P (m j )为地震带内地震落在震级档m j ± 0.5△m 内的概率:()()⎪⎭⎫⎝⎛∆=22m sh m f m P j m j ββ 以上两式即为计算一个地震带内发生的地震在场点产生地震动的年超越概率公式。
概率地震需求模型引言地震是地球上常见的自然现象之一。
对于地震风险的评估对于建筑物、基础设施和城市规划至关重要。
为了更好地评估地震对于建筑物和基础设施的影响,我们需要建立地震需求模型。
地震需求模型是用来描述地震作用下结构响应的一种数学模型。
本文将详细探讨概率地震需求模型的概念、建立方法以及应用。
概率地震需求模型的概念概率地震需求模型是基于地震动输入和结构特性,预测建筑物或结构在地震作用下响应的一种模型。
该模型通过考虑地震动参数、结构特性以及地震场地条件等因素,给出建筑物或结构在地震中的性能评估。
概率地震需求模型能够提供建筑物或结构在不同地震烈度下的响应概率,并对结构的破坏程度进行评估。
建立概率地震需求模型的方法收集地震动输入数据建立概率地震需求模型的第一步是收集地震动输入数据。
地震动输入数据包括地震波加速度、速度和位移等参数。
这些数据可以通过地震监测台站或历史地震记录获取。
选择合适的地震波记录对于概率地震需求模型的可靠性至关重要。
通常,需要考虑多个地震事件和不同地点的地震记录。
确定结构特性在建立概率地震需求模型时,需要确定建筑物或结构的结构特性。
结构特性包括结构的刚度、阻尼、质量等参数。
这些参数可以从设计文件或者通过结构测量获取。
确定准确的结构特性能够提高概率地震需求模型的可信度。
考虑地震场地条件地震场地条件对于概率地震需求模型的建立也至关重要。
不同的地震场地条件会对地震动的传播和结构的响应产生不同的影响。
因此,在建立概率地震需求模型时,需要考虑地震场地的类别、土壤类型、场地衰减等因素。
运用统计学方法建立概率地震需求模型需要运用统计学方法对收集到的地震动输入和结构特性进行分析和处理。
统计学方法可以用来推导地震需求模型的数学表达式,并确定模型参数。
常用的统计学方法包括极限状态理论、概率分析和可靠性理论等。
概率地震需求模型的应用概率地震需求模型在地震风险评估和结构设计中应用广泛。
它可以用来评估建筑物或结构在不同地震烈度下的破坏程度,从而指导结构的设计和改进。
地震灾害预测模型的研究地震是自然界常发生的一种地质灾害,能够给人们带来严重的生命和财产损失。
为了减少地震灾害的危害和后果,科学家们长期以来一直在研究地震预测模型。
地震预测是一项极其复杂的科学任务,需要掌握丰富的地球物理、地球化学、地质学等学科的知识,并进行大量的实验和观测研究。
本文将探讨当前地震灾害预测模型的研究现状,以及未来的发展方向。
一、地震预测模型的类型地震预测模型可以分为两大类:一类是基于地震历史数据和统计学方法的概率预测模型,另一类是基于物理机制和动力学模型的预测方法。
1. 概率预测模型概率预测模型是基于历史地震事件的发生频率和空间分布规律,通过概率公式进行预测的方法。
这种方法的优点是适用范围广,易于理解和操作,但缺点是精度不够高,预测结果容易受到误差的影响。
目前,概率预测模型主要有时间段模型、区域预测模型和预警模型等。
时间段模型是指根据历史地震数据和地震发生规律,通过算法预测未来一段时间内可能发生地震的强度和发生频率。
但是,这种预测方法的精度有限,很难预测地震的精确时间和地点。
区域预测模型是基于地球物理和地质学等学科的研究结果,分析某一区域的地震发生机理和特征,通过数学公式进行预测。
这种方法的预测效果较好,但仍存在误差。
预警模型是基于地球物理和地震动力学等领域的研究成果,通过监测地震前兆,预测地震发生时间、强度和地点,并提前发出警报,以便人们采取应对措施。
这种方法的优点是能够及时提供警报,在保护人民生命和财产方面作用明显,但缺点是预测精度仍然不够高。
2. 动力学模型动力学模型是通过分析地震发生的物理机制和动力学原理,预测可能发生地震的烈度和影响范围。
这种预测方法的优点是可以预测比较准确的时间和地点,但需要掌握复杂的物理学和数学理论,目前尚处于探索阶段。
二、地震预测模型的研究现状当前,地震预测模型研究的重点在于如何提高预测精度和时效性。
为此,科学家们开展了大量的实验和研究,不断探索新的预测方法和技术。
地震风险评估模型及其应用研究地震对人类社会造成的巨大破坏与威胁是不可忽视的。
为了准确评估地震风险,并采取相应的防灾减灾措施,地震风险评估模型的研究变得尤为重要。
本文将探讨地震风险评估模型的基本原理,以及其在实际应用中的价值。
一、地震风险评估模型的基本原理地震风险评估模型是基于对地震灾害发生概率、震害程度以及暴露于地震风险下的人口和财产进行综合评估的工具。
其基本原理包括以下几个方面:1. 地震灾害发生概率的评估:通过收集历史地震事件和地震活动性数据,利用统计学方法建立地震发生概率的模型。
这可以帮助我们了解某个地区在未来一段时间内发生地震的可能性。
2. 震害程度的评估:地震的破坏程度与地震烈度有关。
地震烈度是根据地震现象对建筑物和人类活动的影响程度进行评估的指标。
通过对震害历史数据的统计分析,可以建立地震烈度与震害程度之间的关系,为地震风险评估提供依据。
3. 暴露于地震风险下的人口和财产评估:根据人口普查数据和地理信息系统技术,可以对特定区域的人口分布、建筑物分布、基础设施和财产价值进行评估。
这可以帮助我们了解地震事件发生时所涉及到的人口和财产暴露度。
二、地震风险评估模型的应用研究1. 地震预警系统:地震风险评估模型可以用于构建地震预警系统。
通过实时监测地震活动性和地震震级,结合已有的地震风险评估模型,可以及时发出地震预警信息,提醒民众采取相应的应对措施,从而减少地震灾害的发生。
2. 地震灾害风险评估:地震风险评估模型可以为政府和地方行政机构提供决策支持。
在城市规划和土地利用方面,可以根据地震风险评估模型的结果,制定相应的建设规范和防灾减灾政策,减少地震灾害对人口和财产的损失。
3. 地震风险传播模拟:地震风险评估模型可以用于模拟地震的传播过程。
利用地震波传播理论和地质地形数据,可以模拟地震事件对不同区域的影响程度,为救援和应急预案提供科学依据。
4. 地震保险和金融风险管理:地震风险评估模型可以为保险公司和金融机构提供相关的风险评估结果,帮助其制定地震保险产品和金融风险管理策略。
地震危险性概率分析计算方法简介1.地震统计单元—地震带对场点的地震危险性贡献设有N 个地震带对场点地震危险性有贡献,而第n 个地震带在点的某地震动年超越概为P n (Z ≥z ),则场点总的年超越概率为:∏=≥=≥N1n z n -1-1z ))(()(Z P Z P式中,Z 为地震动参数;z 为给定的地震动参数。
地震带是地震活动性分析的基本单元,它应具有统计上的完整性和地震活动的一致性。
考虑某一地震带,其地震时间过程符合泊松过程,在T 年内的4级以上地震年平均发生率为v 则有:VTK K VT P -k e!)(=其中P k 为该地震带内未来T 年内发生K 次地震的概率。
地震带内大小地震的比例遵从修正的Gutenberg-Richter 震级—频度关系,相应的震级概率密度函数为:()[]()[]οοβββM M M M M f u -----=ex p 1ex p )(m其中,β为地震带b 值的2.3倍,M u 为地震带的震级上限。
2.地震带内潜在震源区的地震危险性分析假定在每一个地震带的各个潜在震源区内,地震活动水平和强度的分布是相对均匀的。
潜在震源区的地震空间分布系数是与震级有关的,记为f l,mj ,其物理含义为发生一次震级为m j ± 0.5△m 的地震的条件下,次地震落在第l 个潜在震源区的概率。
该分布系数可反映地震带内地震空间分布的非均匀性,对指定震级档,此分布系数在整个地震带内是归一的。
即对不同震级档有:1=∑=SN 1l jm ,l f其中,N s 为地震带内能够发生m j ± 0.5△m 级地震的潜源区总数。
根据泊松分布模型和全概率定理,一个地震带所发生的地震在场点所产生的地震动Z()()⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧≥•--=≥∑⎰⎰⎰∑==S mj N l N j l l m l j dxdyd f z Z P S f m P v z Z P 11,E |)(exp 1)(θθ超越给定值z 的概率为:P (m j )为地震带内地震落在震级档m j ± 0.5△m 内的概率:()()⎪⎭⎫⎝⎛∆=22m sh m f m P j m j ββ 以上两式即为计算一个地震带内发生的地震在场点产生地震动的年超越概率公式。
第24卷第6期辽宁工学院学报V ol.24 N o.6 2004年12月JOURNAL OF LIAONING INST IT UTE OF TECHNOLOGY D ec.2004概率性地震危险性分析中两种模型研究张晓东,刘 舰,叶 冶(辽宁工学院土木建筑系,辽宁锦州 121001)摘 要:概率性地震危险性分析是地震危险性分析中普遍采用的分析方法,这种方法以地面运动参数的年超越概率与平均复发周期关系的形式给出。
它综合了所有地震潜源和它们的平均地震活动率对场点的影响。
在输入对场点的影响时往往需要建立一定的数学模型。
而不同的数学模型又有不同的适用范围。
本文通过对概率性地震危险性分析方法中两种数学模型的对比研究,为在地震发生的时空不均匀性和不同地震资料精度的地震危险性分析时确定模型适用范围提出参考意见。
关键词:地震危险性;贝努利随机独立试验;模型中图分类号:T U12 文献标识码:A 文章编号:1005-1090(2004)06-0051-02Study of Two Models on Probability Analysis of Earthquake HazardsZHANG Xiao-dong,LIU Jian,YE Ye(Dept of Civil E ngin eering,Liaoning Insititute of T ech nology,Jinz hou121001,China)Key words:seismic risk;random independent test;modelAbstract:U sing probability to analy ze seismic risk w as the most widely used method in earthquake occurrence.This m ethod w as given in the form of relations based on annually transcendented prolabil-ity with averaged recurrence period.T he form sy nthesed all earthquake potentialities of the source to-gether w ith their av erag ed active rate and effects on seism ic spots.Inputing effects on spots needs set-ting up m athematic models.However,different mathematical models are adaptable to different ranges.Contrast studies were made of two kinds of models set up with probability analyzing seismic risks.Some referrences w ere proposed in view of inconsistence in time and space as earthquake oc-curred,with seismic risk and adaptable rang e of model analy zed. 在新编的“中国地震区划图(1990)”中,由于采用了若干改进措施,使得国际上通用的地震危险性概率分析方法,能够较好的反映我国大陆地震活动的时空不均匀性。
1 地震发生过程数学模型类型1.1 地震活动的n重贝努利独立试验模型假设: E为一次贝努利随机试验,它包含两个基本事件A(成功)及A-(失败),令其发生的概率分别为p=p(A),q=p(A-),其中0≤p≤1,0≤q≤1,且p+q=1; 将E独立地重复n次,令A i表示第i次试验出现的事件(i=1,2,…,n),则A1,A2,…,A n相互独立,称这一试验为n重贝努利独立试验。
n次试验中,恰好有k次成功的概率为p n(k)=nkp n q n-k,k=0,1,2,…,n(1) 从物理意义上讲,一般在某一地震活动区域内,可将地震活动的某一时间段等间隔地划分为若干小收稿日期:2004-05-26基金项目:辽宁工学院青年教师基金作者简介:张晓东(1971-),男,辽宁大石桥人,讲师,硕士。
时间段。
如果将某一地震级M0以上的地震在某一小时间段内的发生与否看作一次事件,并且假设各小时间段之间地震的发生与否是相互独立的,则n 个小时间段内地震事件发生的概率分布,将满足n 重贝努利独立试验模型。
根据 T年内历史地震的震级M与累计频度N(M),利用最小二乘法,求得系数a和b,可得lg N (M)=a+bM,即古登堡-里克特的震级-频度关系。
在不失一般性的前提下,为了建立模型时描述方便,引进起算震级M0.M0的选择使得平均每年发生M≥M0的地震数为1,即10a+bM0T=1,M0=lg T-ab(2) 则每年发生震级M≥M i地震的概率为p1(M≥M i)=N(M i)/ TN(M0)/ T=10b(M i-M0)-F(M i)(3)式中:F(M i)为M0≤M<M i震级区间地震发生的概率。
1.2 地震发生的泊松过程模型泊松过程是一个具有平稳独立增量的整数计数过程,假设对于时间s,t≥0,令N(t,t+s)表示时间段(t,t+s)内的事件发生次数,且N(t)=N(0,t),N (0)=0.如果满足下述条件,则随机过程{N(t):t≥0}是一个强度(发生率)为 的泊松过程。
过程具有独立增量,即事件的时间段(t,t+s)内的发生概率与过程在时间t以前的历史无关。
即: P[N(t+s)-N(t)=K/N(t)=m]=P[N(t+s)-N(t)=K](4) 过程具有平稳增量。
即:P[N(t+s)-N(t)=K]=P[N(s)-N(o)=K]K=0,1,2, (5) 在时间段(t,t+s)内事件发生次数的概率分布为:P[N(t+s)-N(t)=K]=e - S( s)K k!,k=0,1,2, (6) 其中 >0表示事件的发生率,在实际地震危险性分析中,由古登堡-里希特震级-频度关系求出1og10 =a+bm(7)式中:a,b是常数; 为震级大于或等于m的地震平均发生率。
在时间段(0,t)内事件发生次数的期望值和方差分别为E[N(t)]= t和D[N(t)]= t.模型中,两个相继事件之间的时间间隔是相互独立并服从同一指数分布的随机变量,其概率密度函数和分布函数分别为f(t)= e t(8)F(t)=1-e- t(9)泊松过程模型的危险率函数为:(t)=f(t)1-F(t)= (10)即:泊松过程模型的危险率函数是一个常数,在数值上等于它的平均发生率。
2 不同模型的比较以上两种数学模型都是地震危险性概率预测方法的基本模型,都采用古登堡-里克特的震级-频率关系式,即1g N(M)=a+bM,并且在实践中取得较为精确的预测结果,但实际具体采用哪种模型要依据它们的适用范围。
从震级概率预测方法原理可知,预测未来若干年内地震发生的概率与地震年发生率并不是简单的关系,而是建立在n重贝努利独立试验模型基础上的,影响地震震级预测概率的因素除b值外,还与某一震级档地震的重复周期和上一次地震发生以来至未来预测时段的间隔时间长短有关。
b值的统计以地震活动整体性较强的地震区、带为单元;由于各地震区、带地震资料的完整性的时间段长短不一,难以给出每个单元的地震活动阶段划分并满足统计数量上的要求。
因此,统计b值时,没有考虑地震的活动阶段,而是考虑长期平均的地震活动水平,尽可能长地采用地震资料完整的时段。
因而,基本上是对未来地震的平均活动水平的预测。
地震的自然年发生率高,则地震重复周期T 短;当预测时间较长时,上次地震至未来预测时段n (年)一般大于T,表明进行的试验次数较多,则依据贝努利独立试验模型,未来发生一次以上地震的概率p n(k≥1)较高。
当地震的自然年发生率并不高,但n较大时,同样,p n(k≥1)也有可能较高.但一般发生一次地震的概率较高,因而估计未来该震级地震的年发生率并不高。
因此,未来预测时段内地震年发生率,应依据总的发震概率p n(k≥1)和地震发生概率p n(k)最大的发震次数k值综合确定。
泊松过程模型的危险率函数是一个常数,在数值上等于它的平均发生率。
它需要估计的参数只有一个,在数学上简单、明确。
对于历史地震数据缺乏的地区,与其它复杂的模型相比更显其优越性,在地震性评价中被广泛应用。
实践表明,泊松过程模型对于具有相对均匀的中小地震活动区,(下转第58页)冲曲线的形状,此时C /C 0值在1~1.05之间,即在这个条件下只产生正偏析;随着枝晶间距的增大,C /C 0值的变化范围也在增大,当枝晶间距达到600 m 时,C /C 0值的变化范围相应达到了0.76~1.5,并且枝晶间距从300 m 起,就出现了负偏析。
由此可以得出,由于固液界面发生周期性弯曲变形所引起的正偏析与负偏析的程度随枝晶间距的增大而增加。
图2 连铸板坯横断面碳偏析情况[7]图2为连铸板坯柱状晶区溶质分布状况的实验结果,从图中可以看出,溶质含量波动的幅度越接近铸坯的中心越大,这个结果比较充分地说明了理论计算结果与实验结果相吻合。
2.3 柱状晶区成分均匀化的原则性措施柱状晶区成分不均匀的原因主要是由于凝固过程中一次枝晶间距始终不断增大所致,为使柱状晶区成分均匀化,必须控制凝固过程一次枝晶间距的变化。
而影响一次枝晶间距的大小主要因素有凝固速率、冷却速率、温度梯度、鼓肚量的大小等。
而凝固速率和温度梯度的综合作用效果可以相互抵消,由此提出使柱状晶成分均匀化的原则性措施:(1)减小鼓肚量;(2)增大冷却速率。
3 结 论(1)固液界面发生周期性弯曲变形的条件下,在一个周期内,随着枝晶间距的增大,溶质分布状态由直线经脉冲曲线向近似于正弦波曲线变化,并且在正偏析与负偏析中都出现了双峰值的现象。
(2)由于固液界面发生周期性弯曲变形所引起的正偏析与负偏析的程度,随枝晶间距的增大而增加。
(3)理论计算结果与实验结果吻合。
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