地震烈度速报产品可靠性分析_张红才

第36卷第5期

2016年10月地震工程与工程振动EAＲTHQUAKE ENGINEEＲING AND ENGINEEＲING DYNAMICS Vol．36No．5Oct．2016收稿日期：2016－03－19；修订日期：2016－04－21

基金项目：测震台网青年骨干培养专项资助项目（20140313）；地震科技星火计划项目（XH16020Y ）

Supported by ：Special Project for Youth Backbone Members in Seismometry Networks ，CEA （20143013）；Science for Earthquake Ｒesilience

（XH16020Y ）

作者简介：张红才（1983－），男，高级工程师，

博士，主要从事地震预警、烈度速报等方面的研究和应用工作．E-mail ：zhanghc@fjea．gov．cn 文章编号：1000－1301（2016）05－0065－11DOI ：10．13197/j．eeev．2016．05．65．zhanghc．007

地震烈度速报产品可靠性分析

张红才，

王士成（福建省地震局，福建福州350003）

摘要：借鉴美国ShakeMap 系统中产品可靠性分析方法，

结合福建地区现有地震烈度速报系统，讨论了影响烈度速报产品可靠性的主要因素，给出评估烈度速报产品可靠性的分析方法，研发相应分

析模块。以福建仙游地震、四川汶川地震、台湾集集地震为例，分别展示了烈度速报产品分析结果，

并对影响产品可靠性的因素及其影响程度进行分析讨论。结果表明，在台站稀疏地区，烈度速报产

品的可靠性主要受所选用经验衰减关系的准确性和适用性影响；而在台站较密集的区域，产品的可

靠性受到震源机制的详细程度等用于修正烈度速报产品结果的参考条件详细程度的影响。

关键词：烈度速报；可靠性；影响因素；震源过程

中图分类号：P315．9文献标志码：A

Ｒesearch on seismic intensity rapid report products reliability

ZHANG Hongcai ，WANG Shicheng

（Earthquake Administration of Fujian Province ，Fuzhou 350003，China ）

Abstract ：Ｒeference to the product uncertainty analysis method in ShakeMap system ，combined with seismic inten-sity rapid report system （SIＲＲs ）in Fujian region ，we discussed main effect factors that may influence products quality and proposed an evaluation method ，and a running module was developed based on it．Taking the Xianyou earthquake of Fujian ，the great Wenchuan earthquake and the Chi-Chi earthquake in Taiwan for examples ，we showed the analysis results and discussed influence degree of each factors．Ｒesults show that ，in regions with sparse seismic monitoring stations ，accuracy and applicability of chosen ground motion parameter attenuation relationship is the main affecting factor for seismic intensity estimation．But when big earthquake occurs ，details of seismogenic fault may provide additional information for such products ，and the influence of the earthquake may accurate esti-mated based on it ，even if dense seismic monitoring stations around the epicenter．

Key words ：seismic intensity rapidly report ；product ability ；effect factors ；focal process

引言

2009年起，在科技部国家科技支撑计划《地震预警与烈度速报系统研究与示范应用》的支持下，福建省

地震局借鉴美国ShakeMap 系统，自主研发完成了一套地震烈度速报系统。该系统基于福建地区现有实时

传输地震观测台站，能够在震后迅速产出一系列产品，如PGA 等值图、PGV 等值图、地震仪器烈度分布图、不

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地震工程与工程振动第36卷同周期反应谱值等值图、地震动传播过程的动画回放等。目前，该系统已在福建地区在线运行，并成功处理了多个福建省内及台湾地区的地震，处理结果及时上网公布，取得了良好的社会效益。2013年起，该系统还在首都圈、甘肃、浙江、辽宁等几个省区中得到推广部署。在线运行结果表明，该系统能够在震后5 10min 内根据实测波形数据快速地对地震可能造成的影响程度及破坏范围做出可靠判断，极大地满足了震后的各项应急工作需求。

正是由于烈度速报系统相关产品直观简便的特点，因而得到了广泛应用（Wald等，2003；Brackman等，2006；Michelini等，2008；段洪杰等，2009）。目前，美国的很多震后灾害损失快速评估系统中都将ShakeMap 产品作为基本输入，例如美国联邦紧急事务管理机构（FEMA）大力推荐采用的震后灾评HAZUS方法就将ShakeMap系统产出的地面运动峰值等值图（PGA、PGV）作为其重要的基础资料之一。随着地震烈度速报系统各项功能的逐步完善以及在全国范围内的推广使用，系统产出的相关产品不久后也将提供给各应急单位使用。为使震后能够根据地震烈度速报系统产品快速评估得到可靠的灾害损失结果，首先就必须对其结果的准确性和可靠性进行分析。

1影响地震烈度速报产品可靠性的因素分析

影响地震烈度速报系统产品可靠性的因素众多同时也是非常复杂的，例如区域地质构造背景、活动断裂分布、震源机制结果、震源破裂过程、场地响应估计等资料的完整性和准确性都会对产品的可信度产生不同程度的影响。由于地震烈度速报系统主要基于实测波形数据并结合经验衰减关系插值得出研究区域地震动场，因此，观测台站密度及其布局方式———即产品产出时所依赖的基础数据情况，以及插值计算过程中所选用的地震动衰减关系的准确性和适用性是影响相关产品可靠性的两个最主要因素（Lin等，2005；Wald等，2008）。

若已知某一地区观测台网状况，那么即可以根据台站空间分布情况直观地对烈度速报产品的可信程度做出判断。显然，在观测台站密集且分布相对均匀的地区，根据实测记录即可以较准确地勾画出地震动影响场的实际情况，通常也能够根据这些记录拟合出与本次地震衰减特征大体相符的地震动衰减关系。将其应用于台站稀疏地区地震动参数的估计，即可在整个区域内补点插值得到可靠的震动图等烈度速报结果。例如日本、台湾等台站密集的地区，基本上不再需要补点插值就可获得可靠的结果（Okada等，2004）。

而在台站分布稀疏的地区，则要采用基于衰减关系的插值方法来弥补实测数据的欠缺。研究表明（冯启民，胡聿贤，1981；金星等，2000a，2000b；金星和陈超，2001；金星等，2001；Goda等，2008），中强地震的地震动场往往是高度空间离散的，在观测台站数量较少时往往不能如实地反映地震动场的这种复杂性，因而不利于烈度速报产品的可靠产出。例如在我国大部分地区，由于观测台站密度较低且布局不尽合理，有些地区的强震观测台站仍沿用了拨号传输方式，很难实时获取观测数据，因而很难在震后获得充足且大致分布均匀的实测记录，这些都会影响到震后烈度速报产品的快速产出并对产品的可靠性产生不利影响。此时，所选用的经验衰减关系的准确性和适用性很大程度上直接有影响了产品产出的可靠性。由于我国现有大部分地震动衰减关系是基于以往地震中获取的记录的一种综合平均结果，并不对发震断层类型、震源机制等进行详细区分。相同震级地震事件的地震动参数相当离散，不同地震事件之间地震动衰减关系也存在着较大的不确定性。因此在利用我国现有的地震动衰减关系直接估计缺少台站地区的地震动参数时，往往与台站实际观测值之间存在较大偏差。此外，插值计算中衰减关系模型的选取也会对结果产生重要影响。中小地震时，选用点源模型的圆形衰减关系进行插值计算就基本上可以反映地震动实际情况；但在破坏性地震发生后，简单的采用圆形衰减关系就不恰当了。圆形衰减关系模型只能控制震动的程度，不能控制其分布形态。这时需要更加详细的信息来修正震动图的分布形态，如准确的地震震源机制、震源破裂过程、详细的地质构造背景及余震分布等信息。

2烈度速报产品可靠性定量分析

作者借鉴美国ShakeMap系统中可靠性分析的相关算法，根据地震震级大小和发震断层及震源过程的详细程度分3种情况分别进行讨论：