基于GIS的云南地區地震與斷裂帶相關性分析

姜 巖，黃 騰，李 佳

(成都理工大學地球科學學院，四川成都610059)

云南省位于中國最西南部，地理坐標為 97.51°—106.18°E，21.13°—29.25°N 之間;地處特提斯—喜馬拉雅構造域與濱太平洋構造的交接部位;地質構造復雜，巖漿活動和變質作用強烈，類型多樣，分布廣泛;很多深大斷裂長期控制著云南地殼的演化和發展.云南地區的地震活動較活躍，自2001年至今，云南地區發生強震8次，中強震78次，有感地震727次，是我國地震災情較嚴重的地區之一［1］.因此，研究云南地區地震與斷裂帶之間的關系，有利于地震預測與分析.

地震具有突發性、瞬時性、誘發次生災害等特點，在極短時間內察覺不到征兆，給人類生命和財產造成極大的危害［2］.而斷層是由板塊之間的運動和作用，使原始地層產生形變、斷裂，以致錯動所致.通過地震與斷裂帶的成因了解到地震與斷裂帶在某種程度上具有密切的聯系，研究地震與斷裂帶的關系也是地質領域一直以來研究的重點內容之一.唐榮昌和闞榮舉等從歷史地震與大地構造、斷裂帶等關系的角度，對全國斷裂構造基本格局及其基本特征進行討論分析，指出了大多數地震是沿斷裂帶分布的［3，4］.吳中海等［5］在新構造、活動構造、地震地質方面的研究表明，地震使斷裂帶產生了較嚴重的破裂和分段.在地震時空規律系統研究方面，屈春燕等［6］應用GIS定距離空間分析模型，將地震、斷裂帶等有機地結合，剖析了它們之間的空間關系.

為了給地震多發區云南的抗震減災工作提供參考，本文以已有地震與斷裂帶相關性研究為基礎，分析該地區斷裂帶分布情況及其與地震之間的相關性.首先闡述研究方法，然后以ArcGIS10.1軟件為基礎平臺，根據地震資料數據庫建立了云南地區主要斷裂帶圖譜，再利用GIS空間分析中的緩沖區分析和疊加分析技術，以對云南地區地震與斷裂帶的關系進行分析.

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

論文所用地震數據來源于中國地震網云南地區歷史地震目錄［7］，其中包括2001至2014年的資料，用于ArcGIS生成研究區地震點要素的基礎資料.此外，為了進行相關性分析，還使用了云南省縣界圖.

1.2 研究方法

本文應用ArcGIS 10.1將云南地區主要的7條斷裂帶進行了數字化［8］，如圖1所示.已有研究表明，斷裂帶周圍10km和20km緩沖區范圍內能較好反映斷裂帶與地震之間的聯系［9］.據此，分別建立以斷裂帶為中心線的10km和20km緩沖區，將云南地區2001年以來的地震數據進行分級，包括三個震級:3≦M＜4.5、4.5≦M＜6和6≦M＜8.與斷裂帶緩沖區進行疊加，制作斷裂帶背景下的分震級圖譜，從而進行空間疊加分析.

圖1 云南地區主要斷裂帶

2 地震空間分析

2.1 空間疊加分析

疊加分析是指在統一空間參考系統下，通過對兩個數據進行的一種或多種集合運算，從而產生新數據或改變豐富原有信息的過程［10］.多層數據的疊置分析，不僅產生新的空間關系，還會產生新的屬性特征關系、差異和變化等關系特征.

本文以各斷裂帶為中心線，10km和20km為半徑建立了斷裂帶緩沖區，再將該圖層與地震點圖層進行疊加得到新的圖層，也就是計算面對點的包含關系.從而對地震點與斷裂帶的空間關系進行分析.

2.2 空間緩沖區分析

空間緩沖區分析是建立點、線、面實體周圍一定距離的帶狀區域，以此來分析該實體對鄰近對象的影響度［11］，從而為某分析或決策提供有力依據.本文劃分了10km和20km兩個斷裂帶緩沖區.通過ArcGIS中的空間統計工具，將緩沖區范圍內的地震點進行了統計，結果如圖2所示.另外，對M≧4.5的地震運用ArcGIS最鄰近分析工具，計算每個地震點距最近斷裂的長度，并對此進行了統計，得到了兩個緩沖區內地震發生頻率，如圖3所示.

圖2 緩沖區與地震點疊加圖

圖3 緩沖區內地震發生頻率

圖4 緩沖區內中強級以上地震發生頻率

從圖3可以看出，有34.81%的地震發生在以斷裂帶為中心的10km緩沖區內，17.83%發生在10～20km緩沖區范圍內，52.64%的地震分布在以斷裂帶為中心的20km緩沖區內.圖4表明，55.81%的中強震和強震發生在10km以內緩沖區，23.26%發生在10～20km緩沖區內，有79.07%的中強震和強震發生在20km緩沖區內.因此，20km斷裂帶緩沖區內是該區地震的高發區域，從而可以將10km和20km作為建立斷裂帶緩沖區的最佳距離.

2.3 斷裂帶的地震活躍度

在10km和20km為半徑的緩沖區內將震級分為3≦M＜4.5、4.5≦M＜6、6≦M＜8共3個類別，并將斷裂帶與地震點要素進行疊加(如圖4所示)，最后對斷裂帶緩沖區內地震發生次數進行統計(表1).

表1 2001—2014年10km斷裂帶緩沖區內的地震發生次數

表2 2001—2014年20km斷裂帶緩沖區內的地震發生次數

通過以上數據可以得出:地震主要集中于北南向中甸大理斷裂帶和北南向小江斷裂帶;地震在兩組斷裂帶交匯處分布較密集;斷裂帶20km緩沖區內是地震的高發區;中強震和強震更多發生在斷裂帶10km緩沖區內.

3 結論

通過對地震與斷裂帶相關性進行分析，能夠及時、準確地對地震進行預測與分析.論文中應用的GIS技術為地震與斷裂帶關系的研究提供了有效的平臺.研究結果表明，地震的發生與斷裂帶有密切的聯系，云南地區約有81.30%的地震發生在區域性大斷裂帶附近，有55.81%的中強震(4.5≤M＜6)和強震(6≤M＜8)分布在10km斷裂帶緩沖區內，23.26%分布在10～20km緩沖區內.可見，離斷裂帶最近處發生強震的機率越大，造成的破環性也愈強.在斷裂帶分布圖上還可以看出，在斷裂帶交匯處，地震分布相對較密集.因此，10km斷裂帶緩沖區內以及斷裂帶交匯處應作為預防地震的警戒區域.密切關注該區域的斷裂帶活動情況，對及時、高效地進行地震預報會起到很大的作用.

［1］周桂華，盧永坤，劉麗芳.2011年云南地震災害綜述［J］.地震研究，2012，(4):578－579.

［2］王理，徐偉，王靜愛.中國歷史地震活動時空分異［J］.北京師范大學學報，2003，(4):544－550.

［3］江娃利，謝新生.東昆侖活動斷裂帶強震地表破裂分段特征［J］.地質力學學報，2006，(2):132－139.

［4］闞榮舉，張四昌，晏風桐，等.我國西南地區現代構造應力場與現代構造活動特征的探討［J］.地球物理學報，1977，(2):96－109.

［5］吳中海，張岳橋，胡道功.新構造、活動構造與地震地質［J］.地質通報，2014，(4):391－401.

［6］屈春燕，葉洪.利用GIS分析活動斷裂與地震的相關性［J］.地震研究，2000，(1):72－73.

［7］中國地震信息網.輸入傾角、滑動角得到斷層滑動模型［EB/OL］.http://www.csi.ac.cn/publish/main/813/1055/index.html.

［8］中國天氣網.云南地震帶分布圖—8個地震帶［EB/OL］.http://kunming.tianqi.com/news/35926.html，2014－08－04.

［9］屈春燕，葉洪.利用GIS分析活動斷裂與地震的相關性［J］.地震研究，2000，(1):73－75.

［10］袁懷月，侯澄宇，楊恒.基于ArcGIS Flex API的工廠基礎地理信息共享服務系統設計［J］.測繪工程，2011，(2):61－65.

［11］李建松.地理信息系統原理［M］.武漢:武漢大學出版社，2006.