综述：埃及北部地震灾害分析中地面运动预测方程的评估与选取

《Journal of African Earth Sciences》：Evaluation and Selection of Ground Motion Prediction Equations for Seismic Hazard Analysis in Northern Egypt

浅层地震活动区地面运动预测方程适用性研究 | 埃及北部 | 逻辑树框架 | 合成波形生成 | 残差分析 | 尼罗三角洲 | 逻辑树分支权重 | 远场地震动 | 近场地震动 | 地壳浅层活动

　　在埃及北部地区，地震活动虽然相对较低或中等，但该区域在经济、旅游和能源生产方面具有重要地位，承载了大量关键基础设施和高层建筑。因此，开展详尽的地震灾害评估对于该地区的城市规划、结构设计以及风险防控至关重要。然而，由于本地强震记录有限，现有的地震灾害评估往往依赖于其他构造地质环境相似地区的地面运动预测方程（GMPEs）。本研究旨在通过严格的理论筛选标准，评估并优化适用于埃及北部的GMPEs，以提高其在区域内的适用性和预测精度。

本研究中，选取了Akkar–Sand?kkaya–Bommer（ASB14）、Zhao（Zea06）以及Abrahamson–Silva–Kamai（ASK14）三种模型进行分析。这些模型在以往的埃及地震灾害评估中被广泛应用，并通常作为逻辑树框架中的候选模型。然而，这些模型的适用性并未经过系统的本地验证，尤其是在地震活动性较低的埃及北部地区。因此，本研究利用埃及国家地震观测网络（ENSN）、埃及国家强震观测网络（ENSMN）以及欧洲地震观测与研究设施（ORFEUS）的数据，对这三种模型进行了详细评估，并通过合成波形与观测记录的对比分析，对模型参数进行了修正，以更好地反映埃及北部地区的地震特性。

在研究过程中，数据预处理是关键的第一步。原始数据经过去仪器响应、带通滤波、余弦平滑和零填充等步骤，以消除数据中的噪声和缺失部分，确保数据的完整性与一致性。随后，研究团队收集了地震事件的元数据，包括矩震级（Mw）、断层类型、震源到场地的距离、震源深度以及场地土壤条件等，以构建一个全面的地面运动数据集。这一数据集为后续的伪谱加速度（PSA）计算和模型评估奠定了基础。

在数据处理完成后，研究团队利用TSSP软件将预处理后的数据转换为5%阻尼的PSA值。这一步骤是将地震记录转化为可用于地震灾害评估的标准参数，确保模型预测结果与实际观测数据具有可比性。接下来，团队进行了残差分析，通过对比观测记录与合成波形的PSA值，评估模型的预测能力。残差分析是验证GMPEs准确性的重要手段，它能够揭示模型在不同地震参数下的表现差异，并为后续的模型修正提供依据。

在残差分析的基础上，研究团队对原始GMPEs的参数进行了修正，以提高模型预测结果与实际观测数据的一致性。修正后的模型被重新用于合成波形的生成，并与原始合成波形进行对比。这种对比分析有助于识别哪些模型在特定距离范围内表现更优，从而为地震灾害评估提供更可靠的预测工具。研究发现，Zea06模型在评估埃及北部地区的地震灾害时表现不佳，因此被排除在后续分析之外。而修改后的ASK14模型在震源到场地距离小于或等于50公里的范围内显示出较高的预测精度，而修改后的ASB14模型则在更远的距离范围内表现更为优越。

这一研究结果具有重要的现实意义。首先，它为埃及北部地区的地震灾害评估提供了更为精确的模型选择依据，避免了盲目使用构造地质环境相似地区的GMPEs。其次，通过系统化的模型修正，研究团队提高了预测结果的可靠性，为地震工程设计和风险防控策略的制定提供了科学支持。此外，本研究还强调了逻辑树框架在地震灾害评估中的重要性，通过对模型参数的明确选择和合理权重分配，确保评估过程的透明性和科学性。

从构造地质环境来看，埃及北部地区位于非洲板块的东北边缘，毗邻东地中海区域。该地区受到非洲板块、阿拉伯板块和欧亚板块之间相互作用的影响，这些板块边界既是扩张性的，也是汇聚性的。非洲板块与欧亚板块的汇聚主要发生在地中海海区，这一地质构造背景表明，该地区具有一定的地震活动性，但其地震特性与全球其他地震活跃区域存在显著差异。因此，基于全球其他地区的GMPEs可能无法准确反映埃及北部地区的地震行为，需要进行本地化修正和验证。

研究还指出，埃及北部地区的地震活动主要由两种类型构成：一种是板块边界处的地震活动，另一种是板块内部的地震活动。前者通常与断层活动有关，而后者则可能由局部地质构造的调整引起。这种多样化的地震活动来源使得地震灾害评估变得更加复杂，需要综合考虑不同类型的地震源及其对地面运动的影响。通过使用修改后的GMPEs，研究团队能够更准确地模拟不同地震源对地面运动的影响，从而为地震灾害评估提供更全面的预测工具。

在数据处理和模型评估过程中，研究团队还对不同地震参数之间的相关性进行了分析。这种相关性分析有助于识别哪些参数对地震灾害评估具有更大的影响，从而优化模型的预测能力。研究发现，震源到场地的距离是影响预测结果的最关键参数，这表明在进行地震灾害评估时，应特别关注距离因素的准确计算和合理应用。此外，研究团队还对不同模型在不同地震参数下的表现进行了详细比较，以确定最适合用于埃及北部地区的模型。

本研究的成果不仅为埃及北部地区的地震灾害评估提供了科学依据，也为其他国家和地区在类似地质构造背景下进行地震灾害评估提供了参考。通过本地化数据的收集和分析，以及对全球GMPEs的系统评估和修正，研究团队展示了如何在地震数据有限的情况下，提高地震灾害评估的准确性。这种方法可以应用于其他地震活动性较低但具有重要经济和社会价值的地区，以更好地应对地震风险。

在研究方法上，本研究采用了一种结构化的流程，分为五个主要阶段：数据准备、元数据收集、PSA转换、残差分析和模型修正。这种系统化的研究方法确保了评估过程的科学性和严谨性，同时也为未来类似的研究提供了可借鉴的框架。数据准备阶段通过预处理技术消除了数据中的噪声和缺失部分，确保了数据的质量和一致性。元数据收集阶段则涵盖了地震事件的关键信息，如震级、断层类型、震源深度和场地土壤条件，为后续的模型评估提供了全面的数据支持。

PSA转换是将地震记录转化为标准地面运动参数的重要步骤，它不仅能够反映地震对地面运动的影响，还能够用于评估不同地震模型的预测能力。残差分析则是评估模型预测精度的核心手段，通过对观测数据与模型预测结果的对比，可以识别模型的优缺点，并为模型修正提供依据。模型修正阶段则根据残差分析的结果，对原始GMPEs的参数进行了调整，以提高其在埃及北部地区的适用性。

此外，研究团队还对不同模型在不同地震参数下的表现进行了比较分析，以确定最适合用于该地区的模型。这种比较分析不仅考虑了模型的整体表现，还特别关注了模型在不同距离范围内的适用性。研究发现，Zea06模型在短距离范围内表现不佳，而修改后的ASK14模型和ASB14模型则分别在短距离和长距离范围内表现出较高的预测精度。这一结果表明，不同的地震模型在不同的距离范围内可能具有不同的适用性，因此在进行地震灾害评估时，应根据具体的距离范围选择合适的模型。

本研究的结论对于地震工程和城市规划具有重要的指导意义。首先，它表明在地震数据有限的情况下，使用构造地质环境相似地区的GMPEs进行地震灾害评估可能存在一定的偏差，因此需要结合本地数据进行修正和验证。其次，它强调了逻辑树框架在地震灾害评估中的重要性，通过对模型参数的明确选择和合理权重分配，可以提高评估过程的透明性和科学性。最后，它指出距离是影响地震灾害评估结果的关键参数，因此在进行地震灾害评估时，应特别关注距离因素的准确计算和合理应用。

通过本研究，埃及北部地区的地震灾害评估得到了显著的改进。研究团队不仅验证了三种GMPEs的适用性，还对它们进行了修正，以提高预测精度。这种本地化评估和修正的方法为其他国家和地区在类似地质构造背景下进行地震灾害评估提供了借鉴。此外，本研究还展示了如何通过系统的数据处理和模型评估流程，提高地震灾害评估的科学性和可靠性。这些成果将有助于更好地理解和应对地震风险，为地震工程设计和城市规划提供科学支持。