中国六级以上地震的空间分布分析

中国六级以上地震的空间分布分析
摘要：中国是个多地震的国家，近几年,我国地震等自然灾害频发 ,特别是汶川、玉树地震 ,都造成了重大人员伤亡和财产损失。

利用中国地震台网(CSN)地震目录整理了1979-2009年以来发生在中国及邻区六级以上地震，并在ArcGIS平台下，经过对我国六级以上地震的空间分布进行Ripley- k函数分析及平均最邻近要素分析，发现我国六级以上地震的空间分布成聚集分布,地震灾害空间分异格局显著,30年来西部地区六级以上地震灾害达127次,占全国的81.41 % ,是中国地震灾害的高发区域 ;中国分省地震灾害差异明显 ,其中西藏、新疆、云南、四川和青海、台湾等省(区)是中国地震灾害的主要发生省份。

关键字：地震；聚集分布；ArcGIS； Ripley-K函数；
0 引言
地震是危害性极大的自然灾害之一，给人民生命财产造成极大威胁，而我国又处在全球两大火山地震带之间，因此地震频发，仅建国以来就有唐山、汶川等强震造成巨大人员财产伤亡，加上目前对地震的预报精度还不理想[1]，因此在我国对地震研究意义重大而且非常紧迫。

中国是世界上地震活动最为强烈的国家之一 ,地震灾害空间风险度居世界前列[2]。

历史上我国大部分省、自治区、直辖市都发生过多次破坏性地震,对地震灾害的分析和研究一直广受重视。

其中,通过对已有地震灾害信息进行系统梳理,探讨其空间分布特性,对地震应急灾情快速识别与评估具有重大的现实意义。

利用国家地震科学数据共享中心及中国地震台网多年的实测资料，我们开展了近30年来中国地震灾害的空间分布格局研究工作，并对中国及周边地区地震的空间变化特征进行了描述 ,并从地质构造层面探讨了地震灾害发生和分布的特点。

研究从中国近30年来地震活动的实际情况出发 ,结合已有的历史记录和仪器观测数据 ,对1979—2009 年中国六级以上地震灾害进行了全面回顾与细致刻画 ,并采用数理统计等方法,运用GIS等技术,建立了近30年来中国地震灾害信息数据库与图谱库;在此基础上 ,从不同空间尺度定量计算了中国地震灾害的空间分布特征,揭示了近30年来中国地震灾害的空间分布格局,以期为充分认识地震灾害、减轻灾情损失、布局救助区域提供科学依据和决策支持。

1 数据来源与处理
本研究所用数据主要来源于中国地震台网中心,具体包括最近30年来(1979—2009)中国六级以上地震的震发地点(震中经纬度)、震级大小、震源深度、震中烈度等要素的地震信
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息，首先运用Excel 对六级以上地震记录的属性进行编辑 ,建立了(1979—2009)中国地震信息数据库;再以震中为基础 ,利用 ArcGIS软件编制了中国1979—2009年地震图谱。

在此基础上,本文从不同空间尺度对中国近30年六级以上地震灾害的空间分布格局进行了定量分析。

图 1 中国六级以上地震分布图（1979-2009）
2 研究方法
首先运用ArcGIS工具条中的平均最邻近距离工具，对我国六级以上地震点进行分析（见图2），可以很直观的看出六级以上地震点成聚集分布。

基于 Ripley's K函数的多距离空间聚类分析工具是一种分析事件点数据的空间模式的方法。

该方法可对一定距离范围内的空间相关性(要素聚类或要素扩散)进行汇总。

在许多要素模式分析研究中，都需要选择适当的分析比例。

例如，该分析通常需要距离范围或距离阈值。

在多个距离和空间比例下研究空间模式时，模式会发生变化，而这通常可反映对运行中的特定空间过程的控制。

Ripley's K 函数可表明要素质心的空间聚集或空间扩散在邻域大小发生变化时是如何变化的。

多距离空间聚类分析需要指定要计算的距离个数，同时也可选择指定起始距离和/或距离增量。

该工具可利用此信息计算与每个要素关联的相邻要素的平均数量；相邻要素是指小于计算距离的要素。

随着计算距离的增大，各要素所具有的相邻要素数通常会越多。

如果某个特定计算距离的平均相邻要素数高于/大于整个研究区域内要素的平均密度，该距离的分布方式将被视为聚类分布。

如果特定距离的 K 观测值大于 K 预期值，则与该距离（分析尺度）的随机分布相比，该分布的聚类程度更高[3]。

如果 K 观测值小于 K 预期值，则与该距离的随机分布相比，该分布的离散程度更高。

如果 K 观测值大于 HiConfEnv 值，则该距离的空间聚类具有统计显著性。

如果 K 观测值小于 LwConfEnv 值，则该距离的空间离散具有统计显著性。

图2 中国六级以上地震震中平均最相邻要素分析（1979-2009）
3. Ripley's K函数结果分析
本文中以六级以上地震点为研究要素，以中国投影地图为研究区域，通过计算设置恰当的距离参数，生成结果见图3。

图3 中国六级以上地震震中（1979-2009）多距离空间聚类分析图3的红线为实际计算的K函数值，灰线为拟合的上下包迹线。

当K值落在上下包迹线之间时，说明六级以上地震点呈随机分布；当K值大于上包迹线时，说明六级以上地震点显著偏离随机分布，呈聚集分布；当K值小于下包迹线时，说明六级以上地震点呈显著偏离随机分布，成均匀分布。

在1000000m—5500000m,六级以上地震点均呈聚集分布。

4 研究要素空间分布特征
4.1 分地区空间分布特征
建国以来中国六级以上地震灾害进行分区统计表明,中国陆域地震灾害基本集中在西部地区,东西分异格局明显。

具体而言,1979—2009年，全国累计发生地震灾害156次,东、中、西部的次数分别为27、2、127次 ,依次占全国的13.31 %、1.28% 、81.41 %,地震活动主要集中在西部地区。

就各级别地震灾害发生情况看 ,西部地区一般、较大、重大和特大地震灾害发生的次数都比较多[2]，可见,西部地区是近30年来中国陆域各级别地震灾害的高发区域。

4.2 分省空间分布特征
近30年来中国六级以上地震震中分省研究表明:位于东部地区的北京市、上海市、浙江省、福建省、广东省和海南省以及位于中部地区的湖南省、湖北省30年来没有6.0级以上地震灾害发生。

东部地区的黑龙江省、辽宁省、江苏省 ,中部地区的山西省、安徽省、河南省以及西部地区的宁夏回族自治区、内蒙古自治区和广西壮族自治区30年来六级以上地震灾害发生频次较低 ,震情不算严重。

发生地震灾害活动较多的省份主要包括西藏自治区、新疆维吾尔自治区、云南省、四川省和青海省,上述省(区)占全国地震灾害次数的比例均超过10 % ,是我国地震主要发生省(区)。

其中云南省地震次数占全国的18.59 % ,位居全国之首。

从分省地震灾害发生的情况来看,六级以上地震灾害发生较多的省份有西藏自治区、新疆维吾尔自治区、云南省、四川省、台湾省和青海省,它们也是30年来六级以上地震灾害发生次数最多的6个省份。

5 中国六级以上地震空间聚集区的地质构造分析
影响中国的是环太平洋地震带和欧亚地震带，台湾地区是环太平洋地震带影响地区的主要代表，而四川、西藏、云南等中国西部地区受欧亚地震带影响较多，这些地区成为地震频发区。

在20世纪里，全球共发生3次8.6级以上的强烈地震，其中两次发生在中国；全球发生两次导致20万人死亡的强烈地震也都发生在中国，一次是1920年宁夏海原地震，造成23万多人死亡；一次是1976年河北唐山地震，造成24万多人死亡。

这两次地震死亡人数之多，在全世界也是绝无仅有的。

中国的地震区分布如下：
华北地震区：包括河北、河南、山东、内蒙古、陕西、宁夏、江苏、安徽等省的全部或部分地区。

在五个地震区中，它的地震强度和频度仅次于“青藏高原地震区”，位居全国第二。

由于首都圈位于这个地区内，所以格外引人关注。

据统计，该地区有据可查的8级地震曾发生过5次；7-7.9级地震曾发生过18次。

加之它位于我国人口稠密、大城市集中、政治和经济、文化、交通都很发达的地区，地震灾害的威胁极为严重。

青藏高原地震区[4]：包括兴都库什山、西昆仑山、阿尔金山、祁连山、贺兰山-六盘山、龙门山、喜马拉雅山及横断山脉东翼诸山系所围成的广大高原地域。

涉及青海、西藏、新疆、甘肃、宁夏、四川、云南全部或部分地区，以及原苏联、阿富汗、巴基斯坦、印度、孟加拉、缅甸、老挝等国的部分地区。

本地震区是我国最大的一个地震区，也是地震活动最强烈、大地震频繁发生的地区。

据统计，这里8级以上地震发生过9次；7-9级地震发生过78次。

均居全国之首。

四川龙门山地震带：四川龙门山位于四川盆地西北边缘，广元市、都江堰市之间。

东北
-西南走向。

包括龙门、茶坪、九顶等山。

东北接摩天岭，西南至岷江边。

绵延200多千米。

海拔1000-1500米。

龙门山最高峰海拔2345米，海拔由盆地边缘2000米向西逐渐升高到30000米以上，主峰九顶山海拔高达4984米，龙门山是四川强烈地震带之一。

6 结论和对策
本文通过对中国1979—2009年来地震灾害信息的整理与统计分析,运用GIS技术建立了近30年来地震灾害信息数据库以及编制了近30年来地震灾害系列图谱 ,在此基础上分不同空间尺度(地区、省)综合探讨了近30年来中国6.0级以上地震灾害的空间分布特征 ,研究结果表明:
空间分布格局来看,近30年来我国地震灾害活动空间分布较广 ,但主要分布在西部地区,东西分异格局明显[2]。

其中,西藏自治区、新疆维吾尔自治区、云南省、四川省和青海省是我国六级以上地震灾害的主要发生省份。

新疆西部、西藏地区西南部、四川盆地、云南省六级以上地震活动分布均较为密集。

研究认为,本文将统计方法与GIS技术进行结合,主要针对历史地震数据进行了梳理与回顾 ,从不同的层面对地震数据进行了分析,可以较好地反应出近30年来中国六级以上地震灾害的空间分布格局 ,但本文也存在一些不足和需要进一步解决的问题。

首先 ,研究在分析地震灾害发生的空间变化时 ,较多的是就数据本身进行讨论和分析 ,而对引发地震的因素、地震发生的机理过程、地质构造活动等方面探究较少 ,今后可从这个角度出发,在统计数据的支持下结合有关地震灾害的形成原因和机理来对地震数据背后的自然规律进行深入挖掘。

其次,文中地震灾害信息的分析主要以地震发生次数结合震中位置分布作为重点进行地震灾害的空间分布格局探讨,对地震灾情的分析却很少涉及。

地震灾情亦是地震灾害研究的一个重要方面,在接下来的工作中应该加强震情分布格局的讨论,从而使地震灾害的分析更加完善。

此外,研究还可以尝试将地震灾害空间分布格局与相关的预测模型结合起来,定量评估区域地震灾害发生的风险水平, 西藏自治区、新疆维吾尔自治区、云南省、四川省和青海省是我国六级以上地震灾害的主要发生省份。

新疆西部、西藏地区西南部、四川盆地、云南省各个级别的地震活动分布均较为密集，在这些地区，对地震的预报和监测要投入更大的人力物力。

参考文献
[1] 蒋长胜，姚雪绒. 地震预警技术研究中的参考文献[J].国际地震动态，2006，336：1—7．
[2] 杨格格，杨艳昭，游珍，等. 中国陆域地震灾害的空间分布格局[J]. 中国科学院上海天文台年刊，1994，15：1—8．
[3] 宋思铭，余新晓，岳永杰，等．北京山区典型针叶林群落空间点格局研究[J]．水土保持研究,2011,4：36-42．
[4]时振梁,环文林,武宦英,曹新玲. 我国强震活动和板块构造[J]. 地质科学,1973,04:281-293.。