基于GIS的云南地区地震与断裂带相关性分析

姜 岩，黄 腾，李 佳

(成都理工大学地球科学学院，四川成都610059)

云南省位于中国最西南部，地理坐标为 97.51°—106.18°E，21.13°—29.25°N 之间;地处特提斯—喜马拉雅构造域与滨太平洋构造的交接部位;地质构造复杂，岩浆活动和变质作用强烈，类型多样，分布广泛;很多深大断裂长期控制着云南地壳的演化和发展.云南地区的地震活动较活跃，自2001年至今，云南地区发生强震8次，中强震78次，有感地震727次，是我国地震灾情较严重的地区之一［1］.因此，研究云南地区地震与断裂带之间的关系，有利于地震预测与分析.

地震具有突发性、瞬时性、诱发次生灾害等特点，在极短时间内察觉不到征兆，给人类生命和财产造成极大的危害［2］.而断层是由板块之间的运动和作用，使原始地层产生形变、断裂，以致错动所致.通过地震与断裂带的成因了解到地震与断裂带在某种程度上具有密切的联系，研究地震与断裂带的关系也是地质领域一直以来研究的重点内容之一.唐荣昌和阚荣举等从历史地震与大地构造、断裂带等关系的角度，对全国断裂构造基本格局及其基本特征进行讨论分析，指出了大多数地震是沿断裂带分布的［3，4］.吴中海等［5］在新构造、活动构造、地震地质方面的研究表明，地震使断裂带产生了较严重的破裂和分段.在地震时空规律系统研究方面，屈春燕等［6］应用GIS定距离空间分析模型，将地震、断裂带等有机地结合，剖析了它们之间的空间关系.

为了给地震多发区云南的抗震减灾工作提供参考，本文以已有地震与断裂带相关性研究为基础，分析该地区断裂带分布情况及其与地震之间的相关性.首先阐述研究方法，然后以ArcGIS10.1软件为基础平台，根据地震资料数据库建立了云南地区主要断裂带图谱，再利用GIS空间分析中的缓冲区分析和叠加分析技术，以对云南地区地震与断裂带的关系进行分析.

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

论文所用地震数据来源于中国地震网云南地区历史地震目录［7］，其中包括2001至2014年的资料，用于ArcGIS生成研究区地震点要素的基础资料.此外，为了进行相关性分析，还使用了云南省县界图.

1.2 研究方法

本文应用ArcGIS 10.1将云南地区主要的7条断裂带进行了数字化［8］，如图1所示.已有研究表明，断裂带周围10km和20km缓冲区范围内能较好反映断裂带与地震之间的联系［9］.据此，分别建立以断裂带为中心线的10km和20km缓冲区，将云南地区2001年以来的地震数据进行分级，包括三个震级:3≦M＜4.5、4.5≦M＜6和6≦M＜8.与断裂带缓冲区进行叠加，制作断裂带背景下的分震级图谱，从而进行空间叠加分析.

图1 云南地区主要断裂带

2 地震空间分析

2.1 空间叠加分析

叠加分析是指在统一空间参考系统下，通过对两个数据进行的一种或多种集合运算，从而产生新数据或改变丰富原有信息的过程［10］.多层数据的叠置分析，不仅产生新的空间关系，还会产生新的属性特征关系、差异和变化等关系特征.

本文以各断裂带为中心线，10km和20km为半径建立了断裂带缓冲区，再将该图层与地震点图层进行叠加得到新的图层，也就是计算面对点的包含关系.从而对地震点与断裂带的空间关系进行分析.

2.2 空间缓冲区分析

空间缓冲区分析是建立点、线、面实体周围一定距离的带状区域，以此来分析该实体对邻近对象的影响度［11］，从而为某分析或决策提供有力依据.本文划分了10km和20km两个断裂带缓冲区.通过ArcGIS中的空间统计工具，将缓冲区范围内的地震点进行了统计，结果如图2所示.另外，对M≧4.5的地震运用ArcGIS最邻近分析工具，计算每个地震点距最近断裂的长度，并对此进行了统计，得到了两个缓冲区内地震发生频率，如图3所示.

图2 缓冲区与地震点叠加图

图3 缓冲区内地震发生频率

图4 缓冲区内中强级以上地震发生频率

从图3可以看出，有34.81%的地震发生在以断裂带为中心的10km缓冲区内，17.83%发生在10～20km缓冲区范围内，52.64%的地震分布在以断裂带为中心的20km缓冲区内.图4表明，55.81%的中强震和强震发生在10km以内缓冲区，23.26%发生在10～20km缓冲区内，有79.07%的中强震和强震发生在20km缓冲区内.因此，20km断裂带缓冲区内是该区地震的高发区域，从而可以将10km和20km作为建立断裂带缓冲区的最佳距离.

2.3 断裂带的地震活跃度

在10km和20km为半径的缓冲区内将震级分为3≦M＜4.5、4.5≦M＜6、6≦M＜8共3个类别，并将断裂带与地震点要素进行叠加(如图4所示)，最后对断裂带缓冲区内地震发生次数进行统计(表1).

表1 2001—2014年10km断裂带缓冲区内的地震发生次数

表2 2001—2014年20km断裂带缓冲区内的地震发生次数

通过以上数据可以得出:地震主要集中于北南向中甸大理断裂带和北南向小江断裂带;地震在两组断裂带交汇处分布较密集;断裂带20km缓冲区内是地震的高发区;中强震和强震更多发生在断裂带10km缓冲区内.

3 结论

通过对地震与断裂带相关性进行分析，能够及时、准确地对地震进行预测与分析.论文中应用的GIS技术为地震与断裂带关系的研究提供了有效的平台.研究结果表明，地震的发生与断裂带有密切的联系，云南地区约有81.30%的地震发生在区域性大断裂带附近，有55.81%的中强震(4.5≤M＜6)和强震(6≤M＜8)分布在10km断裂带缓冲区内，23.26%分布在10～20km缓冲区内.可见，离断裂带最近处发生强震的机率越大，造成的破环性也愈强.在断裂带分布图上还可以看出，在断裂带交汇处，地震分布相对较密集.因此，10km断裂带缓冲区内以及断裂带交汇处应作为预防地震的警戒区域.密切关注该区域的断裂带活动情况，对及时、高效地进行地震预报会起到很大的作用.

［1］周桂华，卢永坤，刘丽芳.2011年云南地震灾害综述［J］.地震研究，2012，(4):578－579.

［2］王理，徐伟，王静爱.中国历史地震活动时空分异［J］.北京师范大学学报，2003，(4):544－550.

［3］江娃利，谢新生.东昆仑活动断裂带强震地表破裂分段特征［J］.地质力学学报，2006，(2):132－139.

［4］阚荣举，张四昌，晏风桐，等.我国西南地区现代构造应力场与现代构造活动特征的探讨［J］.地球物理学报，1977，(2):96－109.

［5］吴中海，张岳桥，胡道功.新构造、活动构造与地震地质［J］.地质通报，2014，(4):391－401.

［6］屈春燕，叶洪.利用GIS分析活动断裂与地震的相关性［J］.地震研究，2000，(1):72－73.

［7］中国地震信息网.输入倾角、滑动角得到断层滑动模型［EB/OL］.http://www.csi.ac.cn/publish/main/813/1055/index.html.

［8］中国天气网.云南地震带分布图—8个地震带［EB/OL］.http://kunming.tianqi.com/news/35926.html，2014－08－04.

［9］屈春燕，叶洪.利用GIS分析活动断裂与地震的相关性［J］.地震研究，2000，(1):73－75.

［10］袁怀月，侯澄宇，杨恒.基于ArcGIS Flex API的工厂基础地理信息共享服务系统设计［J］.测绘工程，2011，(2):61－65.

［11］李建松.地理信息系统原理［M］.武汉:武汉大学出版社，2006.