2024 年 05 月 18 日
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科研亮点:地震烈度与地震动参数转换方程的不确定性量化研究
发布时间:2021/11/29

研究背景:

      地震发生后会对地表建筑物造成破坏,给人们的生命财产带来损失。地震烈度是衡量地震时引起的地面震动强弱以及造成破坏程度轻重和伤亡的最直观的指标。传统的烈度评定方法,依据地震工作者震后地震现场综合各个地区的震害评定出影响烈度。随着强震仪的出现和大量布设,一种快速评定烈度的方法应运而生,即仪器烈度法,该方法依据对历史地震中的烈度与地震动参数之间的统计关系来评判烈度。仪器烈度方法是采用强震仪记录到的地面震动情况推测出烈度分布。该方法有着不可替代的优点,震后1-2分钟即可给出,是震后应急救灾与损失评估的重要参考指标。总结并比较美国、日本、欧洲、中国研究者给出的地震烈度与PGA、PGV对应关系,发现地震烈度与PGA、PGV的关系离散很大。地震烈度与地震动参数关系的巨大离散性给实际使用带来了巨大的困难,使用者难以从中选择合理正确的对应关系,这也成为目前亟待解决的难点和重点。

 研究方法及结果:

      1)首先采用从1994到 2017年中国西部共37次地震中193个强震动观测台站所获得的强震动记录及震后调查地震烈度作为基础数据,得到地震烈度与地震动参数PGA、PGV并不是一个确定性的对应关系(见图1),不确定性是一种客观存在,进而提出考虑不确定性的地震烈度与地震动参数对应关系,并把不确定性分为整体不确定性和局部不确定性。

      2)logPGA和logPGV的频数分布图(见图2)在数据多的情况下符合正态分布,数据少的情况下无法得到较好的统计规律。本文假定logPGA和logPGV在各个烈度下为随机变量,并且符合正态分布。首先采用高斯曲线拟合Ⅴ~Ⅸ度中每一烈度下公式中的相应参数,进而根据Ⅴ≤I≤Ⅸ烈度区内的参数结果回归得到一般关系式,然后根据一般关系式得到Ⅰ~Ⅺ度的参数结果。

      3)根据贝叶斯公式可以由某一场地的台站记录到的地震动参数来估计其地震烈度的可能性,即概率大小,并给出公式及实例计算。由某一场地的台站记录到的地震动参数得到其各个地震烈度的概率,可得到该场地的地震烈度期望与标准差。根据某地区所有台站点的地震烈度期望与标准差,进而得到整个地区的地震烈度评估期望图和标准差图。最后给出新疆呼图壁6.2级地震烈度评估期望图和标准差图(见图3)的应用实例。

      该成果发表在国际权威期刊《Journal of Earthquake Engineering》(*Ke Du, Baorong Ding, Wen Bai, Jingjiang Sun & Jiulin Bai (2020). Quantifying Uncertainties in Ground Motion-Macroseismic Intensity Conversion Equations. A Probabilistic Relationship for Western China. Journal of Earthquake Engineering.

https://doi.org/10.1080/13632469.2020.1750509)(IF:2.754,*通讯作者)。