利用VS30模型繪制VS30地圖是確定一個(gè)地區(qū)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。相較于傳統(tǒng)VS30模型，中國(guó)地震局地球物理研究所李小軍研究員團(tuán)隊(duì)提出了新的基于地形坡度的VS30擬合模型（SCK模型）。SCK模型以協(xié)同克里金法為理論基礎(chǔ)，將地形坡度和VS30之間的相關(guān)性關(guān)系隱含地表達(dá)于模型的交叉協(xié)方差函數(shù)之中。SCK模型具有一般的克里金模型的優(yōu)勢(shì)，即預(yù)測(cè)結(jié)果在有樣本點(diǎn)的地點(diǎn)和樣本點(diǎn)一致；不僅能給出預(yù)測(cè)值而且能給出考慮了樣本空間分布的預(yù)測(cè)誤差方差；有一定的抵御樣本成簇性的能力。此外，SCK模型引入的地形坡度參數(shù)使模型具有了描述VS30和地形坡度之間的關(guān)系在不同的地區(qū)的差異性的能力，即考慮了地形坡度和VS30的相關(guān)性關(guān)系在不同距離上的不同。這表現(xiàn)在模型在VS30數(shù)據(jù)密集的地區(qū)以VS30樣本的影響為主，而在VS30數(shù)據(jù)稀疏的地區(qū)以地形坡度的影響為主。經(jīng)與其他采用地形坡度對(duì)VS30進(jìn)行擬合的模型的性能比對(duì)，SCK模型具有高于原有模型的預(yù)測(cè)性能。

采用上述提到的SCK模型，研究團(tuán)隊(duì)繪制了中國(guó)大陸場(chǎng)地VS30地圖。地圖具有擬合精度高、擬合結(jié)果在空間上收斂于實(shí)測(cè)VS30值、擬合結(jié)果在空間上連續(xù)變化，沒(méi)有突變和人為邊界、能夠在實(shí)測(cè)VS30數(shù)據(jù)的輔助下對(duì)地形坡度低而VS30值高的地區(qū)進(jìn)行正確擬合等優(yōu)勢(shì)。

圖1 SCK模型精度與目前主流模型精度的對(duì)比（WA07模型為Wald和Allen于2007年提出的地形坡度模型；YEA12模型為Yong等人于2012年提出的綜合地形模型；TEA14S模型為Thompson等人于2014年提出的簡(jiǎn)單克里金模型；模型名的后綴-CN指用中國(guó)大陸數(shù)據(jù)擬合的模型結(jié)果；SCK為本文提出的新模型）

圖2 基于SCK模型的中國(guó)大陸場(chǎng)地VS30地圖

本研究的創(chuàng)新之處在于：1. 提出了一種新的基于坡度的應(yīng)用協(xié)同克里金算法的VS30擬合模型（SCK模型），新模型的性能優(yōu)于已有基于坡度的模型；2. 提出了一種新的基于變程的數(shù)據(jù)空間解簇方法。新方法可以有效地去除半變異函數(shù)擬合中研究數(shù)據(jù)的空間成簇性問(wèn)題；3. 提出了一種通過(guò)數(shù)據(jù)變換度量數(shù)據(jù)樣本與數(shù)據(jù)總體之間偏差的方法。應(yīng)用該方法可以度量鉆孔數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)的有偏性的大小。該方法還可以將SCK模型中的變量進(jìn)行對(duì)稱化以擬合交叉半變異函數(shù)；4. 在數(shù)據(jù)實(shí)證的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用外部數(shù)據(jù)建立VS30擬合模型是存在較大風(fēng)險(xiǎn)的看法；5. 首次繪制出了中國(guó)大陸大部分地區(qū)的VS30地圖。地圖包括兩張圖，一為VS30地圖，二為預(yù)測(cè)誤差地圖；6. 新地圖具有在有樣本點(diǎn)的地點(diǎn)估計(jì)VS30值與樣本點(diǎn)一致的優(yōu)勢(shì)；新地圖具有預(yù)測(cè)的VS30和預(yù)測(cè)誤差連續(xù)變化沒(méi)有人工邊界的優(yōu)勢(shì)；新地圖能在數(shù)據(jù)樣本的輔助下偵測(cè)出平坦地區(qū)高波速地層的VS30。

該項(xiàng)成果可用于區(qū)域性的地震風(fēng)險(xiǎn)分析、地震動(dòng)衰減關(guān)系的擬合、地震速報(bào)和應(yīng)急處置系統(tǒng)、地震臺(tái)站選址等。填補(bǔ)了我國(guó)目前沒(méi)有工程場(chǎng)地VS30地圖的空白。目前該成果已應(yīng)用到部分“一帶一路”沿線國(guó)家的場(chǎng)地地震動(dòng)區(qū)劃圖和風(fēng)險(xiǎn)圖的繪制中，已有境內(nèi)外學(xué)者、巨災(zāi)保險(xiǎn)企業(yè)等應(yīng)用該成果開(kāi)展相關(guān)研究。

研究成果2022年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Bulletin of the Seismological Society of America》（Zhou J, Li X, Tian X, et al. New Framework of Combining Observations with Topographic Slope to Estimate VS 30 and Its Application on Building a VS 30 Map for Mainland China[J]. Bulletin of the Seismological Society of America, 2022, 112(4): 2049-2069.）。研究受國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

第一作者：周健, 博士。曾于中國(guó)地震局震害防御司工作，曾任法國(guó)再保險(xiǎn)公司亞太區(qū)巨災(zāi)模型經(jīng)理，現(xiàn)于中國(guó)地震局地球物理研究所從事場(chǎng)地土層VS30模型、場(chǎng)地條件和地震區(qū)劃等研究。中國(guó)災(zāi)害防御協(xié)會(huì)風(fēng)險(xiǎn)分析專業(yè)委員會(huì)會(huì)員。

通訊作者：李小軍，1965年生，男。主要從事地震風(fēng)險(xiǎn)與防震減災(zāi)相關(guān)理論、方法和應(yīng)用研究工作。