本發(fā)明屬于三維地學(xué)模擬研究領(lǐng)域，基于區(qū)域精細地質(zhì)構(gòu)造的數(shù)值模擬結(jié)果，提供一種更全面的區(qū)域地震危險性分析的方法。

背景技術(shù)：

1、在過去很長一段時間內(nèi)，學(xué)者們嘗試了很多方法來量化地震風(fēng)險，例如峰值地面加速度、峰值地面速度或反應(yīng)譜加速度等。而地震危險性分析主要分為：確定性分析和概率性分析。但這些方法都是基于已記錄到的地震事件進行統(tǒng)計分析，而實際上，在19世紀末和20世紀初，全球范圍內(nèi)才開始建立地磁臺和地震臺，并安裝現(xiàn)代地震儀器進行地震觀測，盡管這一時期的記錄為我們提供了寶貴的數(shù)據(jù)，但一些強震的周期可能長達數(shù)千年，僅靠近現(xiàn)代的地震觀測數(shù)據(jù)難以全面捕捉這些長期的地震活動規(guī)律。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于區(qū)域精細地質(zhì)構(gòu)造的地震危險性分析方法，以突破現(xiàn)有地震觀測數(shù)據(jù)的限制，從更廣闊的視角和時間尺度上審視地震活動，為制定有效的防災(zāi)減災(zāi)策略提供科學(xué)依據(jù)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于區(qū)域精細地質(zhì)構(gòu)造的地震危險性分析方法，包括以下步驟：

3、s1、基于研究區(qū)域的地層下邊界海拔數(shù)據(jù)和歷史地震信息，構(gòu)建包含斷層與地層幾何的三維地學(xué)模型，并對模型中各巖層進行巖性參數(shù)賦值；

4、s2、基于gnss速度場數(shù)據(jù)優(yōu)化模型邊界條件：搜集研究區(qū)域及其附近的gps站點處的實測年均速度，利用差值方法獲取模型的邊界速度，并對得到的邊界速度進行反演、驗證；

5、s3、采用有限元數(shù)值模擬方法計算一定時間尺度下模型中各單元的應(yīng)變能積累情況，并根據(jù)各單元的應(yīng)變能積累情況計算研究區(qū)域內(nèi)各點的應(yīng)變能密度edensity；

6、s4、地震危險性分析：根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)各點的應(yīng)變能計算相應(yīng)各點的震級風(fēng)險值，對所得的震級風(fēng)險值進行震源深度與震級的加權(quán)處理，以確定各震源深度與震級組合下的地震風(fēng)險權(quán)重系數(shù)；依據(jù)得到的地震風(fēng)險權(quán)重系數(shù)，對研究區(qū)域內(nèi)不同深度、不同震級地震的加權(quán)應(yīng)變能進行求和運算，并根據(jù)研究區(qū)域的應(yīng)變能釋放能力等級劃分，得出研究區(qū)域整體的地震危險性分布情況。

7、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，步驟s1具體包括以下步驟：

8、s1.1、地層劃分：利用全球地殼模型數(shù)據(jù)庫中的地層下邊界海拔數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)格曲面擬合技術(shù)，對研究區(qū)域的沉積層、上地殼、中地殼、下地殼和上地幔進行起伏劃分；

9、s1.2、斷層構(gòu)造：基于歷史地震信息，篩選研究區(qū)域內(nèi)的活動斷層，并對斷層進行幾何建模，以確保斷層走向與傾角的合理性；

10、s1.3、巖性參數(shù)賦值：考慮板塊構(gòu)造應(yīng)力演化的短期彈性與長期流變性質(zhì)，采用粘彈性模型的本構(gòu)關(guān)系來模擬一定時間尺度上的應(yīng)力演化，并計算得到各地層的巖性參數(shù)；

11、s1.4、網(wǎng)格劃分：對三維地學(xué)模型進行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格單元尺寸視模型幾何而定，單元質(zhì)量需達到0.8以上方為有效計算單元。

12、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，步驟s1.3中所述巖性參數(shù)包括密度、楊氏模量、泊松比和黏滯系數(shù)；所述粘彈性模型的本構(gòu)方程為：

13、k(t)＝k?????(1)

14、

15、其中，k(t)和g(t)分別為粘彈性模型的體積模量和剪切模量，η為黏滯系數(shù)，e為楊氏模量、ν為泊松比，k為彈性體積模量，g為彈性剪切模量。

16、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，根據(jù)全球地殼模型數(shù)據(jù)庫提供的各地層的p波、s波波速和密度參數(shù)，計算楊氏模量e和泊松比ν：

17、

18、其中，vs為各地層的p波波速，vp為各地層的s波波速，ρ為各地層的密度參數(shù)。

19、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，步驟s2具體包括以下步驟：

20、s2.1、速度場差值：搜集研究區(qū)域內(nèi)部及其附近的gps站點處的年均速度數(shù)據(jù)，并利用matlab軟件進行差值處理，以獲取模型的邊界速度；

21、s2.2、合理性檢驗：將擬合得到的邊界速度作為已知條件，反求研究區(qū)域內(nèi)gps觀測站點處的年均速度，并與步驟s2.1中搜集到的真實值進行比對，以檢驗約束條件的合理性。

22、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，步驟s3具體包括以下步驟：

23、s3.1、預(yù)加載處理：對模型進行加載收斂，使模型達到平衡狀態(tài)；

24、s3.2、構(gòu)造應(yīng)力模擬：以預(yù)加載結(jié)果的位移狀態(tài)作為初始狀態(tài)，確定構(gòu)造加載的時間尺度；將年均速度乘以時間尺度后，以節(jié)點位移的方式施加在模型四周的節(jié)點上；同時施加重力場，將模型上表面作為自由邊界處理，底部邊界采用法向固定，水平自由的方式約束；

25、s3.3、求解后處理：計算各單元的體積大小v及求解結(jié)束時各單元的應(yīng)變能累計量es，并計算研究區(qū)域內(nèi)各點的應(yīng)變能密度edensity：

26、edensity＝es/v??????????(7)。

27、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，步驟s4具體包括以下步驟：

28、s4.1、計算應(yīng)變能：研究區(qū)域內(nèi)深度h處的應(yīng)變能累計量es(h)的計算公式為：

29、es(h)＝edensity(h)·v0????(8)

30、其中，edensity(h)為研究區(qū)域內(nèi)深度h處的應(yīng)變能密度，v0為單位體積；

31、s4.2、計算震級：假設(shè)累積的應(yīng)變能完全釋放，并根據(jù)下式(9)中的gutenberg-richter關(guān)系式，將應(yīng)變能累計量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的震級風(fēng)險；

32、lg(e)＝4.8+1.5·mw?????(9)

33、則深度h處對應(yīng)的震級mw(h)為：

34、

35、s4.3、計算危險指數(shù)：采用加權(quán)系數(shù)計算公式(11)來確定各震源深度h與震級mw組合下的震級風(fēng)險權(quán)重系數(shù)w(h，mw(h))；

36、

37、s4.4、計算加權(quán)應(yīng)變能累計量：對每個深度h的應(yīng)變能進行加權(quán)求積分，以獲得單位面積從上表面到下表面的加權(quán)應(yīng)變能累計量；

38、

39、其中，hmin是地表高程，hmax是下地殼底端的深度；

40、s4.5、地震危險性分析；將研究區(qū)域的應(yīng)變能釋放能力劃分為若干等級，從而將研究區(qū)域整體進行地震危險性等級劃分。

41、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，步驟s4深度與震級風(fēng)險定權(quán)中需要考慮地震的破壞效應(yīng)顯著受其震源深度與震級大小的共同影響，對模擬所得的震級風(fēng)險值進行深度與震級的加權(quán)處理。依據(jù)特定的加權(quán)系數(shù)計算公式，確定各震源深度與震級組合下的風(fēng)險權(quán)重系數(shù)。

42、在針對目標區(qū)域進行地震危險性分析時，步驟s5地震危險性分析中需要依據(jù)所得的地震風(fēng)險權(quán)重系數(shù)，對研究區(qū)域內(nèi)不同深度、不同震級地震的加權(quán)應(yīng)變能數(shù)據(jù)進行求和運算。通過對研究區(qū)域的應(yīng)變能釋放能力進行等級劃分，得出地表區(qū)域整體的地震危險性分布情況。

43、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

44、本發(fā)明的一種基于數(shù)值模擬的區(qū)域地震危險性分析方法，旨在更全面地評估特定區(qū)域的地震危險性，通過構(gòu)建精細的三維地學(xué)模型，利用有限元數(shù)值模擬方法，結(jié)合歷史地震數(shù)據(jù)和地質(zhì)構(gòu)造特征，計算一定時間板塊運動下導(dǎo)致的不均勻應(yīng)變能分布，通過對模擬所得的震級風(fēng)險值進行深度與震級的加權(quán)處理，來反映地震破壞效應(yīng)的實際情況。最后，對研究區(qū)域內(nèi)不同深度、不同震級地震的加權(quán)應(yīng)變能數(shù)據(jù)進行求和運算，得出地表區(qū)域整體的地震危險性分布情況。本發(fā)明能夠突破現(xiàn)有地震觀測數(shù)據(jù)的限制，從更廣闊的視角和時間尺度上審視地震活動，能夠更深入地理解地震的周期性、頻率以及潛在的災(zāi)害風(fēng)險。

45、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。