江蘇省地震發生的分布規律及發生趨勢

摘要：地震災害給國家和人民帶來了嚴重傷害和損失，本文根據江蘇省3.0級以上的地震資料，利用灰色理論對今后江蘇省可能發生地震的年份和可能發生的地區進行了預測。

關鍵詞：地震灰色理論江蘇省

近年來，地震帶給我國帶來了一次又一次的災難，奪走了無數人的生命，造成了巨大的經濟財產損失。1976 年發生在河北唐山的7.8級大地震，造成至少24萬人死亡，16.4萬人受重傷，毀壞公產房屋1479萬平方米，導致經濟損失超過100億元。2008年5月12日發生在四川汶川的 8.0級大地震、2010年4月14日發生在青海玉樹的7.1級大地震，給人民群眾生命財產遭受嚴重損失。

江蘇省是我國地震多發的省份之一，對我省今后可能發生地震的年份和地區進行預測，有非常大的實際意義。我們通過國家地震局和國家統計局相關資料得到江蘇省發生3.0級以上地震的年份和地區，利用灰色理論進行預測。

一、江蘇所處地震帶

江蘇及鄰區地處中國東部，在大地構造上跨越中朝斷塊、 揚子斷塊和秦嶺—大別褶皺帶三大一級單元構造，區內有切割巖石圈級的深大斷裂—郯廬斷裂，以淮陰、響水口斷裂為界的以北地區為超高壓變質帶的特殊塊體—蘇魯塊體，東鄰南黃海海域，地質構造復雜。

江蘇有可能造成破壞地震的區域主要是：徐州、南京、句容、揚州、淮安等地。

二、預測今后江蘇地震發生的時間和地點

地震的孕育和發生，有許多未知的因素，其灰色度很大，因此可以把地震系統視為一個本征性灰色系統。灰色理論認為，盡管客觀系統數據離散，表象復雜，但它總是有整體功能，總是有序的，必然潛藏著某種內在規律，對無規律的原始數列加以生成處理，所生成的數列就會有較強的規律性，我們的目的就在于挖掘出這種內在規律，據此預測下一次中強震的發生，為此應用灰色理論的災變預測方法，按下列步驟建立微分方程型GM（l，1） 動態模型。GM（1，1） 模型是只含有一個變量的一階線性灰微分方程，它是用于灰色預測的主要模型。我們根據已有信息，建立地震灰色預測模型。

1、模型介紹

（1）、將江蘇地震區（帶）過去一段時期內所發生的地震按年最大震級組成原始序Y（0）

Y（0）={Y（0）（1），Y（0）（2），…，Y（0）（n）}

適當選定預測震級的閥值ξ，作災變映射ξ：{Y（0）}→{Y（0）ξ}

得序列Y（0）ξ={Y（0）ξ（1′），Y（0）ξ（2′），…，Y（0）ξ（n′）}

其中Y（0）ξ（i′）≥ξ，i′∈{1′，2′，…，n′}，Y（0）ξ（i′）∈Y（0），n′

若二序列的編序有Y（0）ξ（i′）=Y（0）（q），再作序號映射p：{i′}→{q}，q∈{1，2，…，n}

則得發震年時間序列X（0）={X（0）（1′），X（0）（2′），…，X（0）（n′）}

（2）、利用

δ=X（0）（k′）1∑k1i′=1X（0）（i′）≤ε（1）

檢驗X（0）的光滑性條件，如滿足，則X（0）為光滑離散函數列。

（3）、將X（0）進行1-AGO累加生成處理，以削弱隨機性，得到新的序列X（1），其公式

X（1）（k）=∑k1i=1X（0）（i）（2）

（4）、構成數據矩陣B及數據向量YN：

B=-112（X（1）（1）+X（1）（2））11

-112（X（1）（2）+X（1）（3））11

1

-112（X（1）（N-1）+X（1）（N））11（3）

（5）、用最小二乘法求參數列=a

u=（BTB）-1BTYN（4）

（6）、響應函數即解的形式為

（1）（k+1）=X（1）（0）-u1ae-ak+u1a（5）

（7）、灰色理論建立的不是原始數據模型，而是生成數據模型，因此必須利用公式

X（0）（k）=X（1）（k）-X（1）（k-1）（6）

還原，才得到模型的預測值。

2、預測與檢驗

我們選取江蘇全省及其鄰近的海域自1940 年以來震級 3.0 級地震資料： 1942年黃海5級；1949年黃海5級；1973年南黃海北部4.7級；1974年江蘇溧陽5.5級；1975年南黃海郎家沙5.4級；1979年江蘇溧陽6.0級；1984年南黃海5.7級；1987年江蘇射陽5.1級；1990年常熟5.1級；1991年江蘇射陽4.7級；1992年南黃海北部坳陷5.2級； 1996年南黃海6.1級；1997年南黃海南部坳陷5.1級；2004年-11-15 江蘇東部海域4.9級；2004年江蘇東部4.0級；2010年江蘇建湖境內鐘莊3.5級；2011年江蘇鹽城市東部海5.0級；2012年江蘇省揚州市4.9級地震。（同一年中有數個地震，取最大者代表）得：

X（0）={42，49，73，74，75，79，84，87，90，91，96，97，104，110，111，112}

用公式（1）檢驗X（0）的光滑性：

表1光滑性檢驗K1213141516171819110111112113114115116δ14914210.810.45110.31510.25210.21410.18210.1610.13910.12410.10410.10110.09710.0910.089ε1不符合10.910.510.410.310.310.210.210.210.210.210.210.110.110.1可見，當k足夠大時，X（0）滿足光滑性條件。將X（0）經1-AGO處理，可得，

X（1）={42，91，164，238，313，392，476，563，653，744，836，932，1029，1133，1243，1354，1466}

并代入公式（3）（4），可得

BTB=101980821-10915

-10915116，=-0.0372

63.6508

最終得到江蘇地區及其近海地震的灰色預測模型：

（1）（k+1）=1753.0430e0.0382k-1711.0430

據此模型算得：

（1）（1）=42，（1）（2）=108.44，（1）（3）=177.40，（1）（4）=248.97

（1）（5）=323.26，（1）（6）=400.36，（1）（7）=480.38，（1）（8）=563.44

（1）（9）=649.65，（1）（10）=739.12，（1）（11）=831.98，（1）（12）=928.36

（1）（13）=1028.40，（1）（14）=1132.22，（1）（15）=1239.98，（1）（16）=1351.83

再通過公式（6）計算還原得表2：

表2江蘇地區及近海Ms3.0級地震預測原始數據142149173174175179184模型值142166.44168.96171.57174.29177.1180.02殘差101-17.4414.0412.4310.7111.913.98擬合精度1100%173.75%194.47%196.72%199.05%197.59%195.26%原始數據1871901911921961971104模型值183.06186.21189.47192.86196.381100.041103.82殘差13.9413.7911.531-0.861-0.381-3.0410.18擬合精度195.47%195.79%198.32%199.07%199.61%199.96%199.83%原始數據111011111112模型值1107.761111.851116.08殘差12.241-0.851-4.08擬合精度197.96%199.24%196.49%顯然，模型值與17次地震實際年份擬合得相當好。

圖11940-2012年江蘇地震分析圖為了可靠起見，需用灰色理論的后驗差檢驗法對上述結果進行檢驗，由此計算得：

原始數據均值： x=86.24，殘差平均值：e=-0.12，原始數據方差s1=9.0138，殘差的方差s2=2.8，后驗差比值c=0.31<0.35，小誤差概率p={|e（k）-e|<0.6745}=1.

根據灰色理論后驗差指標：C=0.2253<0.35；P=1>0.95，故預測精度為一級。這表明所建模型可用，從而預測值可信，利用公式（5）計算：

（1）（17）=1467.91，（1）（18）=1588.40，（1）（19）=1717.45，（1）（20）=1843.24

（1）（21）=1977.95，（1）（22）=2117.74

再由公式（6）還原得：116.22，120.49，125.05，129.79.，134.71，139.81

由此預測地震發生的相關年份為：

2016年、2020年、2025年、2029年、2034年、2039年。

根據上面預測，政府部門可以加大對上述年份之前和當年的地震監測，提前預防，以達到最大限度的減輕地震帶來的災難危害。

江蘇有可能造成破壞地震的區域：徐州，原因是地處郯廬斷裂帶中段（沈陽-宿遷）；南京市和句容市地區，原因是地處茅山斷裂帶上；揚州、淮安等地，微小斷裂帶的地下應力調整造成。

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本課題資助項目：江蘇省“十二五”應急體系建設重點研究課題《江蘇省“十二五”應急資源整合機制與對策研究》（編號：1105）、江蘇建筑職業技術學院科研課題《工程事故預測預警的遺傳算法研究》（編號JYA311-12）和教研課題《高職院校基于學分制改革的高等數學教考分離的研究與實踐》。