跨越断层工程地震地表永久位移概率评估方法

In this research, we will establish models among surface rupture length, rupture width, surface permanent displacement with fault type, source parameters, site conditions for parts of China based on global earthquake observation information and historical earthquake records of China. Relatively short historical earthquake records, the data is not sufficient to get these model parameters; so two faults will be selected trenching study in areas of high seismic activity, reveal each fault paleoseismic sequences. Use the data, we can clarify the earthquake recurrence mechanism on the fault, and determine earthquake generating model in the future; on the other, determine the distribution function of surface permanent displacement. We can get the probabilistic approach to evaluate surface permanent displacement by put these models parameters into the framework of seismic hazard assessment on the fault. For a specific site, based on the surface permanent displacement (field) in some probability levels, one can give the surface permanent displacement input of a project across the fault, and can determine the setback distance according to building structure type and gradient of permanent deformation.

本项目通过对近年全球大地震的观测记录资料进行调研，应用我国丰富的历史地震记录，初步建立适合我国部分地区所处地质环境的断层类型、震源参数、场地条件和地表破裂长度、破裂宽度、地表永久位移之间的关系模型；由于历史地震记录相对短暂，这些数据不足以得到这些模型参数；拟选定地震活动性较高的地区，选择两条断层进行探槽研究，揭示断层的古地震序列，一方面理清地震复发机理，确定未来一段时间研究断层的地震发生模型，另一方面通过探槽数据，确定地震地表永久位移的分布函数；把这些确定的模型参数引入断层地震危险性分析框架，就得到了地表永久位移概率评估方法；一个具体的场地，预估不同概率水平下的地表断层两侧的永久位移（场），确定跨越断层工程地震地表永久位移输入，也可以确定基于建筑结构类型、永久变形梯度的避让距离，为该地区的地震区划和防震减灾工作提供了可参考的依据。

强震地表破裂评估是工程建设必须面对的科学问题。工程中最关心的两个问题：1. 发震断层是否产生地表破裂；2. 若有地表破裂，则产生的地表永久位移多大。目前，尚无公认的方法给出较科学的答案。本项目总结归纳了地震地表破裂的研究现状，指出现有研究存在的不足；收集了历史地震和现代地震资料，对历史地震资料进行了认真的辨析和核实，给出了可靠度的标识，制定了数据录入标准，建立了目前国内最为丰富的地表破裂的数据资料库；用最小二乘法拟合了地表破裂长度、宽度、水平位错和垂直位错与震级的关系，分别给出了中国大陆、中国西部、中国东部、中国西部走滑断层、中国西部正断层和中国西部逆断层对应的统计关系式，给出了相关系数和剩余方差；论证了逻辑回归方法用于地震地表破裂概率预测的适宜性，确定了评价因子为震级、震源深度、断层性质和覆盖层厚度，应用SPSS软件及MATLAB程序建立了中国大陆地表破裂概率评估方程，并给出了确定四个自变量参数的方法，用于判定发震断层是否产生地表破裂，利用汶川地震和于田地震等实例数据进行了显著性检验；将地震引起的地表位移评估方法分近断层场地和远离断层场地两部分来处理：近断层场地采用了基于 Cornell 地震动框架的地表永久位移的概率分析方法和设定地震分析方法，其中考虑了震级—破裂尺度关系、永久位移分布模式和位移衰减模型，统计了汶川地震中沿断裂的永久位移分布，论证了永久位移分布模式的适用性，对于远离断层场地，提出了基于 Mindlin 解的地震地表永久位移估计方法。应用上述方法分析了鲜水河断裂带上的最大永久位移，得到其近场的最大永久位移估值。本项目的科学意义在于为重大工程跨断层的地震永久位移输入的确定提供了一套完整的科学方法体系。