在中國大陸的構(gòu)造版圖上，南北地震帶是一條縱貫國土、活動強(qiáng)烈的巨型地震構(gòu)造帶，其北段更是強(qiáng)震頻發(fā)的“重災(zāi)區(qū)”。該區(qū)域位于青藏高原東北緣、阿拉善地塊和鄂爾多斯地塊三大構(gòu)造單元的匯聚地帶，自新生代以來受印度-歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響，地殼變形劇烈，活動斷層極為發(fā)育。歷史記錄顯示，該區(qū)域曾發(fā)生20次7.0≤M_S<8.0級地震和5次M_S≥8.0級地震，彰顯了其極高的地震風(fēng)險。因此，對這一區(qū)域進(jìn)行精確的地震危險性評估，不僅對保障重大工程（如橋梁、水壩、核電站）的抗震安全至關(guān)重要，也是制定科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)政策的基石。

傳統(tǒng)的地震危險性分析方法，如我國第五代地震動參數(shù)區(qū)劃圖，主要采用二維面源模型，難以準(zhǔn)確刻畫能產(chǎn)生大規(guī)模斷層破裂的大地震的空間結(jié)構(gòu)及其危險性。同時，國際上先進(jìn)的危險性分析模型（如澳大利亞、加拿大和歐洲的地震危險性模型）已廣泛整合斷層震源模型以預(yù)測斷層附近的極端地震事件。為此，由張耀虎、潘華、張萌和石穎組成的研究團(tuán)隊(duì)在《Earthquake Science》上發(fā)表了一項(xiàng)創(chuàng)新性研究，旨在為我國南北地震帶北段構(gòu)建一個集成了改進(jìn)的點(diǎn)源（空間平滑）模型與三維斷層震源模型的復(fù)合震源模型，以期更科學(xué)、更精準(zhǔn)地評估該區(qū)域的地震危險性。

本研究構(gòu)建了一套綜合性的研究方法體系。首先，系統(tǒng)收集并預(yù)處理了覆蓋長時間序列的歷史地震目錄、活動斷層數(shù)據(jù)和古地震記錄，構(gòu)建了復(fù)合震源模型，并采用邏輯樹框架量化模型認(rèn)知不確定性。其次，針對中強(qiáng)震以下（M_W<6.5）的背景地震活動，重點(diǎn)改進(jìn)了兩種空間平滑點(diǎn)源模型：固定半徑的圓形空間平滑模型（CSSM）和自適應(yīng)空間平滑模型（ASSM），充分考慮了歷史地震目錄的時空完整性，并針對小樣本情況提出了優(yōu)于最大似然法的交叉驗(yàn)證法來確定CSSM的最優(yōu)相關(guān)距離。第三，對于M_W≥6.5的大地震，構(gòu)建了考慮斷層幾何與運(yùn)動學(xué)特征的三維斷層震源模型，包括簡單斷層模型和隨時間變化的特征地震模型。最后，利用改進(jìn)的OpenQuake引擎計算了50年超越概率10%條件下的峰值地面加速度（PGA），并通過概率增益評估了不同模型的預(yù)測性能。

研究將目標(biāo)區(qū)域劃分為七個地震統(tǒng)計區(qū)（如六盤山-祁連山、龍門山、巴顏喀拉等），并利用累積震級-頻率法分析了各地震區(qū)不同震級檔的目錄完整性時間。以龍門山地震區(qū)為例，其M_W≥5.5地震在1573–1765和1879–至今兩個活動期記錄較為完整。通過雙截斷的古登堡-里克特（G-R）關(guān)系式，采用Aki-Bender法和Weichert法分別估算了各區(qū)的b值，并綜合歷史最大震級和Kijko非參數(shù)高斯法確定了最大潛在地震震級（M_max）。分析發(fā)現(xiàn)，不同方法估算的b值存在差異，且理論曲線與中強(qiáng)震以上（M_W≥6.5）的實(shí)際年發(fā)生率存在不符，突顯了大地震復(fù)發(fā)周期長、歷史記錄不足帶來的不確定性。

研究對CSSM和ASSM進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化和性能測試。通過k折交叉驗(yàn)證結(jié)合網(wǎng)格搜索算法，確定了CSSM在不同參數(shù)設(shè)置下的最優(yōu)相關(guān)距離c。性能評估表明，ASSM因其能根據(jù)地震密度自適應(yīng)調(diào)整平滑半徑，在整體預(yù)測性能上優(yōu)于CSSM。模型預(yù)測結(jié)果表明，僅使用空間平滑點(diǎn)源模型得到的50年超越概率10%的PGA最大值約為0.52 g，高值區(qū)集中在歷史震中附近，但會顯著低估主要斷裂帶的危險性。

當(dāng)引入簡單的斷層震源模型后，計算得到的最大PGA上升至0.8 g，高值區(qū)呈現(xiàn)出沿斷裂帶分布的條帶狀特征。然而，對于滑動速率低但已接近復(fù)發(fā)周期的斷層，其風(fēng)險仍被低估。進(jìn)一步引入隨時間變化的特征斷層震源模型后，處于復(fù)發(fā)周期中晚期的斷層局部PGA值相比單一模型提高了2至7倍。這證明特征斷層模型能夠更合理地刻畫大地震復(fù)發(fā)的時間相依性，從而對臨近的地震風(fēng)險提供更準(zhǔn)確的評估。

通過綜合應(yīng)用改進(jìn)的空間平滑點(diǎn)源模型、簡單斷層模型和特征斷層模型，研究最終識別出南北地震帶北段一批具有高地震危險性的斷層。這些斷層要么位于已知的地震空區(qū)內(nèi)，要么已接近大地震的復(fù)發(fā)周期，需要予以高度關(guān)注。高危險斷層包括：西秦嶺北緣斷裂的黃香溝段、漳縣段和天水段；東昆侖斷裂的瑪沁-瑪曲段；龍日壩斷裂；毛爾蓋斷裂；鄂拉山斷裂；日月山斷裂；冷龍嶺斷裂東段；馬銜山北緣斷裂的馬銜山段；以及老虎山-毛毛山斷裂的毛毛山-金強(qiáng)河段。

本研究針對南北地震帶北段強(qiáng)震區(qū)，成功構(gòu)建并應(yīng)用了一套融合歷史地震、活動斷層、古地震數(shù)據(jù)的復(fù)合震源模型與邏輯樹框架。通過改進(jìn)空間平滑技術(shù)（尤其是提出的交叉驗(yàn)證法在小樣本條件下更具穩(wěn)健性）和引入時間相依的特征斷層模型，顯著提升了對地震活動空間非均勻性及斷層特定危險性的刻畫能力。研究結(jié)果清晰地表明，僅依賴歷史地震點(diǎn)源的空間平滑會嚴(yán)重低估主要斷裂帶的潛在地震危險，而結(jié)合斷層幾何與復(fù)發(fā)特征的模型能更真實(shí)地反映地震風(fēng)險的分布，尤其是對于處于復(fù)發(fā)周期后期的斷層。所識別出的高危險斷層為當(dāng)前和未來該區(qū)域的地震監(jiān)測布設(shè)、重大工程選址與抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)制定提供了明確、具體的科學(xué)靶點(diǎn)。這項(xiàng)研究不僅為強(qiáng)震區(qū)的概率地震危險性分析（PSHA）提供了方法論上的創(chuàng)新，其模型構(gòu)建思路與結(jié)論也對更新我國新一代地震區(qū)劃圖具有重要的參考價值。