孕震背景与地震危险分析方法.ppt

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1、孕震背景与地震危险分析方法,1、地球内部结构与速度分布 2、板块运动与全球地震带分布3、地震观测与震源机制4、震级与烈度5、地震衰减关系 6、地震危险性确定性分析7、地震危险性概率分析,主要内容：,5.1地球内部结构与地震成因地球内部分层与速度分布,众所周知，地震波有纵波（又称P波或压缩波）和横波（又称S波或剪切波）之分，其传播方向和振动方如图3所示:,图3 P波和S波通过介质时的传播情况,P波传播方向与振动方向一致，主要造成介质压缩和膨胀；S波传播方向与振动方向相互垂直，主要造成介质剪切。两种波的速度分别为：,地球内部P波S波速度分布,地壳与上地幔的分界面称之为Moho面，此面上地震波速发生

2、突变的界面，P波从6.2km/s突变到8.3km/s；S波从3.5km/s突变到4.6km/s。地壳与上地幔顶部组成了一个坚硬的外壳，称之为岩石圈，平均厚度为120150km，其下部为软流层。形象地讲，岩石圈如同漂浮在水面上的竹筏。,1915年德国气象学家魏格纳（Wegener）提出现在地球表面的陆地是由一个称之泛大陆的整体经过不断破碎、又互相拼接而形成的。如图所示的大陆位置变迁图上：,5.1.2 板块运动与全球地震带分布,图1 大陆位置变迁图,大约在200百万年以前，全球的大陆基本上是由北半球的劳亚大陆和南半球的冈瓦纳大陆组成，中间被沿赤道分布特提斯洋所分隔。在200百万年的演化过程中，随着

3、大陆漂移形成了今天的格局。,印度板块的漂移历程,印度板块与亚洲大陆的拼接造就了青藏高原的形成,印度板块与亚洲大陆拼接的缝合带,雄伟的喜玛拉雅山脉,大陆漂移的动力来自地幔对流，由于熔融的地幔物质从洋脊喷发，形成了新的海底，迫使旧的海底向两侧扩张，由此牵动了板块的运动。,由于地幔对流将岩石圈板分割成了太平洋板块、北美洲板块、南美洲板块、欧亚板块、非洲板块、澳大利板块和南极板块。地幔对流牵引着板块的运动，造就了洋壳洋壳、洋壳陆壳、陆壳陆壳的碰撞。其典型例子见日本海沟、秘鲁智利海沟、印度欧亚板块缝合带。,南极洲板块,太平洋板块,澳大利亚板块,欧亚板块,北美洲板块,南美洲板块,非洲板块,七大板板块的分布

4、及边界,板块之间的接触形成了四种典型的边界：（1）发散型（2）缝合型（3）转换型（4）俯冲型 在板块接触的过程中，将导致板块不断地发生破裂从而引发地震，因此板块边界是主要的地震带。,四种典型边界,板块运动形成不同类型的边界及其地理分布,大洋中脊的分布图,地表上震中的空间分布称之为地震活动带，全球的地震带有：环太平洋地震带；欧亚地震带；海岭地震带。,公元前780年2000年中国地震（M5.0）分布,中国地震带分布,天山地震带、南北地震带、华北地震带、华南地震带、西藏察隅地震带、台湾地震带,5.1.3 地震观测与震源机制,大多数构造地震发生于地壳中，地壳形变时能量缓慢积累且存储于岩石中，由于局部地

5、区力的不平衡状态，使某些区域的应力突然释放，这就是引起地震的直接原因。,由于板块之间的相互挤压导致局部岩体突然错断而形成地震，同时造就了地表景观，另外，能量以地震波的形式传到地表，并对地表造成破坏。,地震波对地表的影响,地震仪是用来测量地震引起的地表质点的运动情况，并将它记录下来的仪器，在下图中，支架 定于地表，沙袋悬挂于支架上，当地表发生运动时，沙袋下面的纸上记录下了沙袋运动的痕迹，这就是最简单的地震仪工作原理。,单力作用于地球内部，产生的P波初动分布和节面。北半球膨胀，南半球压缩。,x,y,在指向正北的单力Z0作用下，在地表距震源R处，P波和S波引起的位移：,时P波位移为零，此面称之为P波

6、节面，节面两侧P波初动的符号相反。分别为P波，S波速度和介质密度。,断层错动模型：,走滑断层,正断层,逆断层,断层错动可等效为力偶的作用，其位移为：,断层错动可等效为力偶的作用，其位移为：,在zx平面内，时 达到极大，时 达到极大。,下图是力偶作用所导致的P波初动及其节面分布情况，2个1/4球体压缩，另2个1/4球体膨胀，存在两个P波节面，其中的一个是断层面。,利用地表的地震台站记录波形的初动方向确定主压应力方向。一般把压缩区涂为白色，表示主压应力的方向。,球面投影与平面投影,走滑断层、正断层和逆断层在地球表形成的P波初动分布情况,由地表初动方向确定主压应力的方向,汶川地震的震源机制,汶川地震

7、的震源机制,5.2地震危险性分析方法,为了使工程具有抗御未来可能遭受到的地震破坏能力，在设计阶段，需考虑工程寿命期内内可能遭受到的地震动的强弱及其相关性。目的：为各类建设工程选址与抗震设防要求的确定、防震减灾规划、社会经济发展规划等提供抗震设防的依据。为已有工程的抗震可靠性分析和震害预测等提供地震作用依据为其它有关问题决策（如投资决策、地震保险、房屋出售）提供依据,地震破坏作用与工程建设防震,1935年里克特总结出：用伍德安德森式标准地震仪（放大倍数2800，周期0.8s，阻尼0.8）在震中距 处，记录到两水平分量最大振幅的平均值为 的地震定义为零级地震。观测表明，震级每增加0.5级，相当于能

8、量增加10倍。,震级与烈度的基本概念,对于任意震中距处，取两个水平分量最大位移的算术平均（以微米作单位）的对数，再加上台站较正和距离校正项：,由此确定的震级之为里氏震级。,震级标定的过程,地震烈度与烈度表：按一定的宏观标准，表示地震对地表破坏程度的一种量度称之为烈度，通常用I表示，按烈度值的大小排列成表，称为烈度表，我国使用的是12度烈度表。一次地震发生以后，仅用一个震级来衡量其强度，但对应多个烈度，地表烈度相同的点的联线称为等震线。震中烈度I0与震级级M之间的统计关系：,地震烈度：地震对地面影响和破坏程度的一种度量。烈度表等震线,我国、欧美都是12度烈度表。日本为7度烈度表。IV度以地面上人

9、的感觉为主。VI X度以房屋震害为主。XI、XII度以地表现象为主。,等震线：地面上等烈度的联线。,对地表建筑物的破坏主要取决于地震动三要素：地震动峰值（加速度、速度、位移）谱（反应谱、富氏谱、功率谱等）持续时间,地震动参数及其衰减关系,1 反应谱,地震动的工程特性分析,地震动反应谱,定义：具有同一阻尼比的一系列单自由度体系在同一地震动输入下的反应的绝对最大值与单自由度体系自振周期的关系，即为这一地震动的反应谱,2个参数：周期、阻尼比3个谱量：加速度、速度、位移反应谱,一般情况下，地震动峰值与震级M和震中距r相关，通过建立一定衰减模型，利用观测的峰值记录回归得到其系数。原则：近场大震饱和；远场

10、小震有感。,地震动衰减关系的形式,与地震大小关系,地震几何扩散,大震饱和,地震动衰减关系模型,点圆衰减 椭圆衰减 断层距衰减,不同震级时，长、短轴方向的峰值加速度与随距离的变化关系曲线：,地震危险性分析实际上是长期地震预报问题，它要回答某一地区未来50或100年内遭遇多大强度的地震，从而为工程抗震提供依据。1、地震构造法 在同样地质构造和地震活动性的区域，具有发生同样大小的地震的可能。将最大潜在地震置于其可能发生范围内距场址最近处，利用衰减关系分别计算场址处的地震动参数，取结果中的最大者。,地震危险性确定性分析方法,于其可能发生范围内距场址最近处,2、历史地震法,历史上发生过地震的地方，仍然具

11、有发生同样大小地震的可能，这就是可重复性原则，因此可用历史地震来预报将来场址可能遭受的地震强度。（1）历史地震参数不完备时 当历史地震的位置不准确时，通过调查，获得历史地震对场址的最大影响烈度，转换成地震加速度峰值。,以上计算单位为gal(cm/ss)，并注意到重力加速度：,（2）历史地震参数完备时,根据历史地震的位置，震中烈度，转换得到历史地震震级M：,选择合适的衰减关系，利用历史地震震级M，以及距场址的距离进行计算，取以上二者中的最大值作为历史地震的结果。,地震危险性概率分析方法,在目前的科学认识水平下，地震发生的地点和强度均具有不可预见性，必须以概率的方式来描述。具体的方法就是根据场址周

12、围的构造环境，将其划分为相应的地震带，地震带内划分出相应的潜在震源区，以概率的方式确定每一震级档发生的概率、该震级档落在每一潜源区的概率，根据衰减关系计算对场址的影响。,工程场地,地震 M,距离 R,地震影响：烈度 I 加速度 a,I=I(M,R)a=a(M,R)烈度（加速度）衰减关系,如果确切知道：距场址R处，要发生震级为M的地震,工程场地,地震 M,距离 R,地震影响：烈度 I 加速度 a,我们 只能说，由于距场址R处，可能发生震级为M的地震，场址可能受到烈度为I（加速度为a）的影响！可能性的大小 概率,如果只知道：距场址R处，可能 发生震级为M的地震,I=I(M,R)a=a(M,R),工

13、程场地,地震 M,距离 R,地震影响：烈度 I 加速度 a,地震发生概率 P,如果这个地震地震发生的概率为 P，则我们说：场址受到地震影响的烈度为 I（或加速度为 a）的概率也是 P。,如果 A，B 两地都有发生地震的可能，则工程场地受到地震影响（烈度，加速度）将来自两个地震：,工程场地,地震 M1发生概率 P1,距离 R1,I 1 或 a 1,地震 M2发生概率 P2,距离 R2,I 2 或 a 2,这个例子的结果是：工程场地受到地震 M1的影响，地震影响为 I1（a1）的概率为P1，地震M2的影响为 I2（a2）的概率为P2。,最简单的情况，M1=M2，R1 R2，而且 P1 P 2 自然

14、：I1=I2 I（a1=a2=a）那么，问：由于两个地震的影响，工程场址受到地震影响为 I（或 a）的概率是多少？,a 地震活动总体水平b 大小地震的比例小地震遗漏时，b变小,表示m级以上的累积地震数目。在实际使用时，震级m取离散值，一般按间隔将最小震级mmin以上震级分成n档，mi取震级区间的下限值，a，b为回归系数。各震级地震统计的时间段统一,地震活动性参数,V是m级以上的年平均发生率。各震级v的统计年限不一定一致，但要保证该震级在所统计时段内是完整的。,Lg(N),M,0.75,某地震带1500年以来6级以上地震资料基本完整，根据样本统计得到该带b值为0.62，该地震带1500年至200

15、0年间共发生过7级以上地震8次，则依7级以上地震推断该地震带4级以上地震年平均发生率应为（1.16）（注：100.62=4.168）V4=8/(2000-1500)100.62(7-4),某地震带4=2.4，b值=0.7，则该地震带震级段地震的年平均发生率为（0.0159）（注：100.71=5.1286）2.4=75.1286（7-4）2.4=85.1286（8-4）,7-8=0.014321,某地震带4=1.12，6=0.112，则该地震带的b值约为（0.50）1.12=0.112102b,10=102b,b=0.5,某地震带6级以上地震的年平均发生率为0.004，6.5级以上地震的年平均

16、发生率为0.002，7.0级以上地震的年平均发生率为0.001。带内划分有一个震级上限为7级潜在震源区，震级档空间分布函数为0.02，震级档空间分布函数为0.03，则该潜在震源区6.0级以上地震的年平均发生率为0.00007=(6.06.4)的发生率+(6.56.9)的发生率=(0.004-0.002)0.02+(0.002-0.001)0.03,未来t年发生n次M0级以上地震的概率为：,未来t年，事件发生的次数为0，也就是不发生的概率：,为至少发生一次的概率,T年内超越概率,重现期,三者关系如下：,年超越概率,例如 50年超越概率10%，P50=0.1 P1=0.0021 T=475,共有N

17、个潜源（地震带）对场点有影响，则场点总的超越概率为：,共有2个潜源，源1在场址S产生地震动值A的概率为0.7；源2在场址S产生地震动值A的概率为0.2，则场址S处地震动超越A的概率为（0.76）1-（1-0.7）（1-0.2）,.源3在场址S产生地震动值A的概率为0.6，则场址S处地震动超越A的概率为（0.904）1-（1-0.7）（1-0.2）（1-0.6）,地震动三要素 地震动峰值（加速度、速度、位移）谱（反应谱、富氏谱、功率谱等）持续时间,有效峰值加速度有效峰值速度,项目分析 针对不同建设工程，确定设防水准、设计地震动参数等设防水准：核电、水工、交通、构筑物、小区划、管线区划等对设防水准的规定参数：加速度、速度、位移反应谱、时程设计层位：,我国地震危险性概率方法(CPSHA),增加了地震带划分这一重要环节,反映地震活动在时间、空间不均匀分布的特点,划分地震带,地震带内划分潜在震源区,潜在震源区,场地,潜在震源区定义,具有相同震级上限，地震活动性相对均匀分布的区域。,我国地震危险性概率分析的技术步骤,划分地震带并确定地震活动性参数划分潜在震源区、确定震级上限、确定地震空间分布函数确定地震烈度或地震参数衰减关系地震危险性概率计算（专用程序）,谢 谢！,