1936 年广西灵山63/4 级地震发震构造研究数据库建设

潘黎黎 ， 李细光

（1. 广东省珠海工程勘察院， 广东 珠海， 519002； 2. 广西壮族自治区地震局， 南宁， 530022）

0 引言

1936 年4 月1 日广西灵山县平山镇东南灵家村附近发生63/4级地震， 此次地震是华南内陆自有地震记载以来发生的最大地震， 研究本次地震的发震构造及震区内断层活动性至关重要， 然而本次地震的发震构造说法不一[1-4]， 震区内主要断层活动性研究也较少。 为探究此次地震的发震构造及震区主要断层活动性， 在灵山震区开展了地震地质调查、 地球物理勘探、 地质填图、 槽探、 深部构造探测、 深浅构造耦合关系、 地表破裂带等工作， 查明了灵山地震区主要断层的几何学、 运动学、 年代学、 活动性、 最新活动时代及灵山地震的发震构造。 本次工作积累了大量的野外调查数据和成果， 主要以文档、 图像或纸质的保存，但信息较分散， 不利于数据的应用、 管理和资源共享。 “十五”、 “十一五” 以及 “十二五” 期间， 全国已有70 多个城市开展了活动断层探测工作， 其目的是查明城市活断层准确的空间位置、规模、 活动性和地震危险性[5-6]， 并提出了针对性的防范对策和工程措施。 城市活动断层探测采用的方法主要为地质、 地球物理、 遥感影像解译、钻探、 槽探等。 灵山震区所开展的工作、 目的及成果与城市活动断层探测类似， 在城市活动断层探测中， 采用建立Arcgis 数据库[7-15]的方法对其工作过程及成果数据进行存储、 管理及共享。 因此，为了有效地利用和管理灵山地震发震构造研究相关数据， 参考城市活动断层探测数据库规范建立灵山地震发震构造研究数据库。 本文利用国家活断层信息中心提供的活动断层数据库模版从数据库设计、 数据入库、 数据质量检测、 专业数据库集成、 数据符号化制图等方面对灵山地震发震构造研究数据库的建设进行介绍。

1 数据库设计

1.1 数据库模版结构

图1 活断层数据库模版结构Fig.1 Structure of active fault database module

目前， 城市活动断层探测数据库建设所使用的均是由国家活断层信息中心基于Arcgis 平台开发的以Geodatabase 为基础的数据库模版和与数据库模版中要素类和属性表对应的Excel 表格。Geodatabase 按层次将地理数据组织成数据对象，并存储在要素类、 对象类和要素以及关系（RelationshipClasses）中[11]。 数据库模版结构主要包含A、 B、 C 三类数据集（图 1）。 城市活动断层探测项目第一阶段—资料收集预备阶段的资料应录入以“A” 开头的数据集（表 1）， 包括探测区和目标区范围等信息、 遥感资料、 地球物理资料、 工作区前期资料图和地震资料， 可形成野外工作底图； 第二阶段—野外探测阶段数据录入以“B” 开头的数据集（表1）， 包括地质调查图、 地貌调查、钻孔资料、 样品资料、 地球物理和地球化学信息，可形成实际材料图； 第三阶段—室内分析与制图阶段数据录入以 “C” 开头的数据集（表 1）， 包括地质平面图、 剖面图和制图信息等， 可形成活动断层分布图； 以其他字母开头的部分主要存储项目过程中各类成果资料、 原始资料及文档数据等信息。

表1 活断层数据库模版结构中以A1、 B1、 C1 开头要素集包含的要素类和属性表Table 1 Features and attribute tables of feature classes beginning with A1， B1， C1 in active fault database module

1.2 专题设计

首先需根据研究内容设置各类专题， 在开展各专题工作时， 同步地把专题的相关要素集录入到同一个专题库里， 建立专题数据库， 待各专题库建设完成后， 汇总各专题数据库， 建立专业数据库。

1936 年广西灵山63/4级地震发震构造研究内容为： 采用地震地质调查、 浅层地球物理勘探、地质地貌填图、 钻探、 槽探和年代学测试等方法，并结合深地震测深（反射）、 大地电磁测深等手段，探测查明灵山震区主要活动断层的几何学、 运动学、 年代学、 活动性和分段特征， 获得灵山震区高分辨率壳、 幔速度结构、 物性结构、 电性结构和介质力学状态， 了解灵山震区深浅构造耦合关系， 厘定其发震构造， 建立中强地震孕育的动力学模型， 揭示主要活动断层的地震复发周期， 并评价其地震危险性。 根据研究内容， 将广西灵山地震发震构造研究划分为12 个专题（表2）。 专题库编号按照 “行政区代码（6 位）+专题代码（3位）”， 如专题1： 区域断裂补充调查及地震构造图编制专题库编号为450721101， 其中450721 为广西钦州市的行政区代码， 1 为工期号（即施工期次）， 01 为专题序号（通常为 2 位数， 若不足 2 位，则前面用0 补齐）。

表2 广西灵山地震发震构造研究专题数据库Table2 Special databases for the seismogenic structure study of Lingshan earthquake in Guangxi

为每个专题设置专题文件夹， 文件夹名称为专题库编号（450721101～450721112）， 在每个专题文件夹下设置 5 个子文件夹（图 2）。 其中， 1-Features Class 文件夹用以存放专题库或专业库要素集中要素类对应的 Excel 文件， 2-Attribute Table 文件夹用以存放专题库或专业库中表格对应的 Excel 文件（包括字母 “D” 开头的表）， 3-Archive Table 文件夹用以存放专题库或专业库中以字母“E” 开头的 Excel 文件， 4-ArchiveFile 文件夹用以存放所有录入到专题库或专业库中的文档资料，包括数据、 报告及照片等， 5-HugeFile 文件夹用以存放超过300M 的数据文件， 如遥感影像、 地球物理探测数据、 地震波形数据， 放入该文件夹的数据文件需在 “D_HugeVolumeDataPathTable-大数据文件表-属性表.xls” 中记录。 专题文件夹中除5 个子文件夹外， 还有专题数据库文件（如450721101.gdb）， 使用ArcCatalog 展示即为活断层数据库文件（图1）。

图2 专题文件夹及其子文件夹Fig.2 Special folders and sub-folders

2 数据入库

2.1 数据整理

整理并规范化各专题的数据， 根据实际工作内容确定专题的要素类和相关的属性表， 将相关数据录入表格后， 使用Arcmap 绘制点、 线、 面要素类。 下面以专题2 目标区断裂活动性调查及地震构造图编制和专题3 浅层地球物理探测为例进行说明。

专题2 的主要内容为调查目标区主要断裂的活动性并编制目标区地震构造图（目标区地震构造图比例尺设置为1： 20 万， 数据库模版中无1： 20万数据表， 故将本数据录入1： 25 万比例尺的相应表中， 城市活动断层探测目标区地震构造图比例尺为1： 5 万）， 与活动性鉴定相关的工作有遥感影像解译（合并到专题5）、 地震地质调查、 地球物理勘探（合并到专题3）、 槽探、 样品采集测试等， 与编制地震构造图相关的有地层、 岩体、 断层、 历史及现今地震等。 因此， 专题2 所涉及的要素类有目标区-面、 地层-面、 地层界线-线、 岩体-面、 岩体界线-线、 断裂-线、 地震目录-点、强震目录-点、 地质调查点-点、 断裂调查点-点、地层调查点-点、 地质地貌调查点-点、 断裂产状点-点、 采样点-点以及探槽-点等（表 3）； 属性表有地质调查工程表、 探槽与采样工程关联表、样品数据表、 采样工程表、 样品测试结果表、 成果图件表、 成果报告表及参考文献等（表3）。

专题3 的主要内容为对震区第四纪覆盖层比较厚、 出露情况较差的活动断裂采用高密度电法，通过正交法寻找异常点， 再采用浅层地震探测进一步了解断错第四纪地层情况， 探查目标区重点断层隐伏段的位置、 断层断错的地层层位与深度，分析断层的可能活动性。 因此专题3 在实施过程中， 涉及的要素集有工作区要素集（A1_InvestigationRegion）、 地球物理探测要素集（B5_GeophysicalSurvey）； 产生的要素类有目标区-面 （TargetRegion）、 地 球 物 理 测 线 - 线（GeophySvyLine）、 地 球 物 理 测 点 - 点（GeophySvyPoint）； 属性表有地球物理探测数据表（B5_GeophySvyDataTable）、 地球物理探测工程表（B5_GeophySvyProjectTable）、 成果图件表 （D_Result-MapTable）、 成果报告表（D_ResultReportTable）、 参考文献（A1_LiteratureDocumentTable）及相关附件表（字母“E”开头的表）等（表 4）。

数据库中包含的所有要素类和属性表都有与其对应的单独的Excel 文件， 用户只需要填写对应的Excel 表格和绘制要素类表格对应的点、 线、 面图形， 即可通过入库软件对数据进行入库。 按照前文所述， 需将要素类 Excel 文件放入 “1-Features Class” 文件夹下， 以字母 A、 B、 C、 D 开头的属性表放入 “2-Atttibute Table” 下， 以 E 开头的属性表放入 “3-Archive Table” 下， 表格中所涉及的图像、 文档、 附件等文件应放入 “4-ArchiveFile” 下， 专题 2 无超过 300M 的数据文件。

表3 专题2 涉及的要素集、 要素类和属性表Table 3 Feature classes， features and attribute tables in special database 2

表4 专题3 涉及的要素集、 要素类和属性表Table 4 Feature classes， features and attribute tables in special database 3

2.2 图形绘制

要素类数据包括图形和属性（即Excel 表格）两部分内容， 当要素类属性数据录入表格后， 需利用Arcmap 将要素类属性表格所对应的点、 线、 面要素图形绘制出来， 绘制方法参考Arcgis 基本操作或相关制图规范。 Arcmap 绘制的图形需设置ID， 此ID 值为图形对应的要素类Excel 文件中ID字段值， 且具有唯一性， 该字段是要素类属性与图形关联的关键。 下面以专题2 的地质调查点的绘制为例进行介绍。

图3a 是按模版规范整理的地质调查点表， 复制 ID（观测点编号）、 Lon（经度）及 Lat（纬度）三列值到新建 excel 表中， 保存为文本文档， 利用Arcmap 根据经纬度自动生成点的功能绘制出地质调查点（图3b）， 如若是先绘制图形， 后填写的地质调查点表， 需复制图3b 中的ID 值到图3a 中经纬度位置对应的ID 字段处， 使两者保持一致。

图3 （a）专题2 地质调查点要素表；（b）利用Arcmap 绘制的专题2 的地质调查点图形Fig.3 Feature table of geological survey points in special database 2 （a） and graphs of geological survey points drawn with Arcmap in special database 2 （b）

2.3 数据关联

活动断层数据使用的入库软件为BatchDataImportV9.2（图 4）， 该软件可批量将 Excel表格属性数据与空间图形数据相关联， 将表格及档案数据录入数据库中， 同时可以规范每个要素的 ID 值， 规范后的 ID 按 17 个字符编码， 其格式为 “6 位区域代码+3 位专题代码+8 位用户自定义编码”， 若用户自定义编码不足8 位， 则会自动用“#” 字符在前面补齐8 位。 如专题 2 中地质调查点表格（图3）中ID 字段只需要填入不超过8 位的唯一值。 对该表格数据进行入库操作后（具体操作参考 “活动断层探测数据库培训班” 视频资料），第一个值 “f1-1L021” 在数据库中会被规范为“450721102f1-1L021”。 入库软件还可检测并处理录入Excel 表格上的数据规范以及相互之间的逻辑关系等， 入库结束显示运行日志及数据检查报告，可准确找到错误位置， 根据错误提示， 修改完善Excel 表格。 该软件极大的降低了入库操作的难度， 技术人员不需考虑数据库中的命名规则、 规范标准等， 直接在Excel 文件中填写各类数据， 命名及数据的规范化均由入库软件统一处理， 显著提高了工作效率和数据质量。

图4 入库软件BatchDataImportV9.2 界面Fig.4 Interface of storage management software BatchDataImportV9.2

3 数据质量检测

由于实际野外调查人员的工作习惯、 方法，所使用的原始地质、 地形、 遥感等资料的精度，以及数据录入员对数据、 数据之间的逻辑关系和数据模版的理解、 操作等问题， 均可能导致录入数据库的数据产生偏差， 甚至文档数据错误等。因此， 在完成数据入库后， 需要使用国家活断层信息中心提供的 “活断层数据自动检测软件” 对专题数据库按 《活动断层探察数据库检测标准》（DB/T 83-2020）[16]进行质量检测。 该软件集成了对数据库模板结构符合性， 数据格式、 ID 规范性、域值范围、 关联关系、 必填字段、 数据逻辑一致性， 空间拓扑关系、 断层及产状倾向检查、 文档类数据处理、 工作量统计等一系列数据检测及统计功能 。 图5 展示了专题2 数据库的检测界面，该软件操作简单， 只需使用该软件打开专题数据库， 在左侧 “检测城市和项目代码” 中输入城市代码 “102”， 城市代码会自动读取出 “450721”，然后执行 “检测”。 待数据库检测完毕后， 在界面右侧会展示检测结果， 主要包含数据库结构检查结果、 属性检查结果、 断层及产状倾向检查结果、拓扑检查结果、 数据统计结果、 异常信息， 其中断层及产状倾向检查结果包含开展探测工作断层、断层排序、 断层倾向、 断层产状倾向、 断层产状/断层倾向、 断层观测点/断层倾向、 断层、 断层产状以及断层观测点等。 检测结果中通常关注最多的为属性检查结果、 断层及产状倾向检查结果、拓扑检查结果等三类。 在各界面可自定义拖动显示不同的项目类别， 在存在问题的地方会提示产生问题可能的原因及推荐的解决办法， 技术人员可以根据提示及错误级别选择性的去修改完善数据库。 如图5 指出要素集StandAloneTable/FC （单独属性表）中B1_GeologySvyProjectTable （地质调查工程表）的CollectedSampleCount （采集样品总数）字段值21 是错误的， 错误类型为 “统计关系数据不一致（多表求和）”， 错误详情为 “该字段取值根据统计关系应等于 14； 该字段为 21”， 这说明在B1_GeologySvyProjectTable （地质调查工程表）Excel表中CollectedSampleCount 字段值应为14， 根据这个提示， 可以找到相应的表格， 修改存在问题的数据， 然后重新入库， 重复检测操作， 直到没有错误为止。 通常会有同类别的错误， 可根据提示在Excel表格中批量修改， 提高工作效率。

4 专业数据库集成

专业数据库是各专题数据库的集合， 一般在专题数据库完成数据质量检测并修改完善后， 才进行专业数据库的集成， 这样可以减少或避免由于专题数据库的数据质量问题引起的专业数据库数据质量问题。 集成专业数据库首先应拷贝与专题数据库模版一样的空数据库模版， 作为导入所有数据的总数据库， 仔细检查各专题数据库， 确保无重复数据。 目前可用的专业数据库集成的方法有两种[12]， 一种是使用ArcCatalog 对专题数据库中每个专题库的每个要素类和表的数据加载导入到专题数据库模版； 另一种是通过活动断层数据库迁移软件进行操作， 该软件可一次将单个专题数据库的内容导入专业数据库， 若有多个专题数据库， 操作多次即可。 本次数据库建设在对12 个专题库进行数据质量检测并修改完善后， 采用数据库迁移软件将450721101.gdb～450721112.gdb 等12 个专题数据库集成为专业数据库450721.gdb。

图5 专题2 数据库450721102 质量检测展示Fig.5 Display of quality detection in the special database 2-450721102

5 数据符号化制图

数据符号化制图是将数据库成果呈现给用户的一个重要环节， 是直观展示活动断层探测项目数据库成果的手段[12]。 城市活动断层探测中作为成果展示的必须图件为探测区1： 25 万地震构造图、探测区 1： 25 万实际材料图、 目标区 1： 5 万活动断层分布图、 目标区 1： 5 万实际材料图、 1： 25 000～1： 10 000 单条活动断层分布图及相关的实际材料图。 为方便非专业人员操作， 国家活断层信息中心提供了 1： 25 万、 1： 5 万及 1： 1 万数据符号化制图模版（图6）， 该模版已定制了几乎所有制图所需要的要素， 根据制图要求选取要素， 设定要素的数据源， 对图面稍作整饰即可， 极大的提高了制图的效率。 数据符号化制图主要参考《活动断层探察图形符号》（DB/T 72-2018）[17]和《城市活动断层探测成果图件集的编制规范研究》[18]。 图7 为按照规范采用数据符号化制图模版完成的 “灵山地震区1： 1 万活动断层分布图”。

图6 数据符号化制图模版1：5 万活动断层分布图（a）;1：5 万实际材料图（b）Fig.6 Data symbolization mapping template of 1： 50 000 active fault distribution map （a） and actual datum map in the scale of 1：50 000 （b）

图7 灵山地震区1：1 万活动断层分布略图Fig.7 Sketch map of active fault distribution with the scale of 1：10 000 in Lingshan earthquake zone

6 结语

活动断层探测工作涉及面广， 产生的数据量大， 不便管理和资源共享。 利用国家活断层信息中心提供的城市活动构造数据库模板建成了1936年灵山63/4级地震发震构造研究数据库， 极大的提高了数据的分类管理效率和共享能力。 建成的数据库由12 个专题数据库和1 个专业数据库组成，涵盖了灵山地震发震构造研究资料收集预备阶段、野外探测阶段以及室内分析与制图阶段的所有资料和成果， 包括地震地质调查、 地球物理勘探（深部和浅层）、 槽探、 断层活动性鉴定、 地质填图、 遥感影像解译、 深浅构造耦合关系研究、 地层年代学测试、 地震危险性评价等方面的内容，完整的记录了灵山地震主要断层几何学、 运动学、年代学、 活动性及最新活动时代特征， 保存了灵山地震区主要断层地震、 地质、 物探、 槽探等方面各类原始探测记录及综合分析结果， 该数据库可供灵山县甚至钦州市城市建设参考使用， 同时还可为当地重大工程选址及城市防震减灾提供可靠、 可直接使用原始及成果资料。 灵山震区发震构造研究数据库的专题设计、 数据整理、 图形绘制、 数据关联、 数据质量检测、 专业数据库集成以及数据符号化制图等内容， 可供其他城市活断层及相关研究的数据库建设和管理参考借鉴。