基于烈度點的中國歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)試編制＊

林國良 王 健

（中國北京100081中國地震局地球物理研究所）

基于烈度點的中國歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)試編制＊

林國良 王 健

（中國北京100081中國地震局地球物理研究所）

地震災害 歷史地震 地震烈度 數(shù)據(jù)庫

中國是歷史悠久的文明古國，也是地震多發(fā)的國家，對地震的文字記載較早，留下了極其豐富的地震史料.20世紀50年代以來，我國進行過兩次大規(guī)模的地震史料收集整理和多次的地震目錄編制.我國的歷史地震資料有其固有的特質(zhì)，歷史地震研究工作也有自身的特色.例如，歷史地震文獻中有關地震破壞的記載其詳細程度因地因時而存在較大差異，往往年代久遠的記載極為簡要、高度概括.傳統(tǒng)的歷史地震研究方法特別重視歸納和概括，通常是根據(jù)各場點的烈度資料，勾畫出地震等震線，然后再據(jù)此確定地震的震級、震中等參數(shù).在勾畫等震線的過程中，總會進行一定程度的“刪繁就簡”，最終給出的等震線一般都較為規(guī)整.在此過程中，專家的個人經(jīng)驗往往起到主導作用.另一個真實的情況，也是非常遺憾的是，除少數(shù)歷史強震外，大部分的等震線繪制完成后，作為更加基礎的烈度點數(shù)據(jù)并沒有保存下來.

雖然我國歷史地震資料和研究成果都極其豐富，但仍存在一些亟待解決的問題，如文獻和研究成果目前仍以紙質(zhì)文本形式保存.隨著時間推移，依據(jù)經(jīng)驗所確定的數(shù)據(jù)無法還原（Wang，2004）.鑒于這些原因，急需建立我國歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng).考慮到國際上較為普遍的形式是以地震烈度點為基礎的數(shù)據(jù)庫，為了更加充分利用和深入研究，也為了將來使我國豐富的歷史地震資料和研究成果能夠為全世界同行關注、應用，我們嘗試編制基于烈度點的歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，盡管這會面臨許多實際困難.

1 國內(nèi)外歷史地震烈度點資料及研究現(xiàn)狀

歷史地震烈度點資料是指根據(jù)歷史文獻記載的地震破壞情況，通過逐個場點的評估確定的烈度值.烈度點資料是最基礎的地震資料，是歷史地震震級和震中位置的確定依據(jù).以下簡要介紹國內(nèi)外有關歷史地震烈度點資料數(shù)據(jù)及其應用研究等方面的情況.

1.1 國外地震烈度點數(shù)據(jù)庫概況

以歐美為主的西方國家學者十分重視地震烈度點數(shù)據(jù)（Gasperiniet al，1999；Mucciarelliet al，2000），分別建立了各自的烈度點數(shù)據(jù)庫.例如，意大利國家地球物理和火山學研究所的DBMI08數(shù)據(jù)庫，記錄了1 571次地震的84 000個烈度點數(shù)據(jù)；美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心的烈度點數(shù)據(jù)庫，記錄了美國23 000余次地震的157 015條烈度點記錄；地中海EMID數(shù)據(jù)庫（Stucchiet al，2000）；瑞士ECOS數(shù)據(jù)庫（Faehet al，2003）；法國SISFRANCE有感地震數(shù)據(jù)庫（Scottiet al，2004）；以及南美的CERESIS目錄；日本的歷史地震數(shù)據(jù)庫等.

1.2 國外歷史地震參數(shù)估算方法

將烈度點數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)值處理用來估算和校對歷史地震震源參數(shù)，是歷史地震研究的一種重要手段.美國地質(zhì)調(diào)查局Bakun和Wentworth（1997）提出一種用烈度點數(shù)據(jù)估計地震震中及震級的方法（BW方法）.該方法曾應用于美國加州、西北太平洋地區(qū)、德國（Hinzen，Oemisch，2001）、法國 （Bakun，Scotti，2006）及我國華北地區(qū)（張揚，2009）.意大利Gasperini等（1999）提出另外一種用烈度點數(shù)據(jù)估計歷史地震震源參數(shù)的Boxer方法.總之，歐美國家通常以地震烈度點數(shù)據(jù)為基礎，通過數(shù)值計算方法來確定歷史地震震級和震中位置，或估算其它歷史地震震源參數(shù).

1.3 我國歷史地震資料和數(shù)據(jù)庫現(xiàn)狀

20世紀50年代，我國歷史學家與地震學家密切合作，查閱了8000余種歷史文獻，于1956年編成《中國地震資料年表》（中國科學院地震工作委員會歷史組，1956）；70年代，對歷史地震資料做更為廣泛的收集整理，編輯出版了《中國地震歷史資料匯編》（謝毓壽等，1983）.在整理地震史料的基礎上，地震學家們開始編撰地震目錄.李善邦先生主編了《中國地震目錄（1960年）》（李善邦等，1960）；“文革”期間，以中央地震工作小組辦公室（1971）的名義再版了《中國地震目錄（1971年）》；20世紀80年代第三次出版了《中國地震目錄（1983年）》（顧功敘等，1983）；20世紀90年代出版了《中國歷史強震目錄》（閔子群等，1995）.除了上述地震目錄外，各地方的地震部門以及一些研究機構和研究者還出版過多種地震目錄.此外，在中國歷史地震研究中，也十分重視等震線資料，一般在地震目錄中繪出部分地震的等震線圖，也有專門的圖集（國家地震局地球物理研究所，復旦大學中國歷史地理研究所，1986，1990a，b）.

近年來，我國在歷史地震資料整理和研究方面仍在進行不懈地努力.通過借鑒相關領域的新發(fā)現(xiàn)，結合野外實地考察等方法，不斷地取得歷史地震烈度評定的新資料，進而對歷史地震參數(shù)進行校訂（王健等，2010）.

盡管我國歷史地震資料極其豐富，但歷史地震資料數(shù)據(jù)庫的編制方面顯得十分滯后.歷史地震目錄數(shù)據(jù)庫確有一些，但涉及歷史地震烈度資料的數(shù)據(jù)庫很少.20世紀90年代，中國地震局地球物理研究所第二研究室的部分同志編制了我國歷史地震等震線數(shù)據(jù)庫，并利用數(shù)字化的資料分析計算了全國強震的災害范圍，統(tǒng)計了強震災害范圍隨烈度或震級的變化趨勢（王健等，1998）.但是該歷史地震資料數(shù)據(jù)庫僅包括等震線數(shù)據(jù)，并不含烈度點資料信息.目前國內(nèi)還未見到基于烈度點的歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng).

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立

在我國豐富的歷史地震資料的基礎上，我們以Visual Basic為開發(fā)平臺，嵌入GIS軟件MapInfo顯示空間圖形數(shù)據(jù)，SQL Server數(shù)據(jù)庫存儲屬性數(shù)據(jù)，并通過關鍵字段實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)間的連接，建立基于烈度點的中國歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng).

2.1 數(shù)據(jù)的收集和整理

在設計本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時，充分考慮了我國歷史地震資料情況和研究特色.該系統(tǒng)包括3個主要的層面：基礎層面為烈度點資料數(shù)據(jù)，包括歷史文獻中相關的震害描述等信息及對烈度值進行的修訂；第二個層面是與烈度點分布相關的等震線資料；其次是歷史地震的時間、位置、震級等震源參數(shù).系統(tǒng)中包含的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容如下：

1）烈度點數(shù)據(jù)庫.將含有等震線圖的地震文獻（《中國歷史地震強震目錄》，《中國歷史地震圖集》）中底圖經(jīng)過數(shù)字化，然后在此基礎上數(shù)字化烈度點，再根據(jù)烈度點的文字描述，進一步確定烈度點的烈度值.

2）等震線數(shù)據(jù)庫.將地震文獻中含有等震線圖的地震圖像進行配準、數(shù)字化，得到等震線分布圖.

3）全國歷史強震目錄庫.歷史強震目錄數(shù)據(jù)來源于《中國歷史強震目錄（公元前23世紀—公元1911年）》.

4）基本地理數(shù)據(jù)庫.從國家基礎地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站下載的中國基礎地理信息數(shù)據(jù)，主要包括國家地名邊界水系、簡化湖泊、居民點或市鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、主要河流水系等數(shù)據(jù).

5）多媒體資料.主要是將地震目錄文獻中提供的紙質(zhì)地震圖像、碑文記錄等資料經(jīng)激光掃描儀掃描成位圖文件，存儲在計算機上，供用戶查詢、閱讀.

6）其它數(shù)據(jù)庫.包括中國活動斷層分布、新生代盆地、全國地形圖、重力異常值等.

2.2 空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的建立

空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫通過用戶標識符互相匹配.兩者的數(shù)據(jù)模型如何選擇，數(shù)據(jù)結構如何組織對地震數(shù)據(jù)的管理操作和空間分析至關重要.下面簡要介紹空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的建立及其連接.

1）屬性數(shù)據(jù)庫的建立.SQL Server具有強大的數(shù)據(jù)操縱和管理功能，我們選擇其關系表結構作為屬性數(shù)據(jù)的存儲方式.地震屬性數(shù)據(jù)庫入庫有兩種方式：一是逐條人工錄入地震記錄，根據(jù)數(shù)據(jù)庫表結構，將相關數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到計算機中；二是直接用SQL Server的數(shù)據(jù)導入功能，將各種格式類型的數(shù)據(jù)文件自動導入到數(shù)據(jù)庫中，形成屬性數(shù)據(jù)庫.

2）空間數(shù)據(jù)庫的建立.為了實現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的地圖顯示、查詢、檢索等空間操作分析功能，需要采用空間數(shù)據(jù)模型，賦予地理坐標，形成矢量圖.MapInfo作為一款流行的地理信息系統(tǒng)軟件，其具有強大的空間操作能力.本系統(tǒng)中的空間矢量圖形數(shù)據(jù)采用MapInfo的Tab格式，數(shù)據(jù)操作中產(chǎn)生的圖形用Map－Info的圖形交換格式文件MIF生成，其它的柵格圖形采用JPEG、BMP、GIF、EMF等圖像格式.

3）空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫的連接.MapInfo中屬性數(shù)據(jù)和空間圖形數(shù)據(jù)是分開存儲的，兩者通過一定的索引機制建立聯(lián)系.SQL中的屬性數(shù)據(jù)均有MapInfo中空間數(shù)據(jù)格式按字段與之對應，這樣便于完成屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的雙向查詢.

3 歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的功能

該歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)含有1 000多條地震記錄，部分地震有相應的烈度分布、等震線資料.本文以1303年山西洪洞地震為例，介紹歷史地震數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的部分功能.

3.1 數(shù)據(jù)庫管理功能

系統(tǒng)具有對數(shù)據(jù)表的創(chuàng)建、刪除、合并、更名、清空，記錄的添加、修改、刪除，以及數(shù)據(jù)庫的導入、導出、備份等通用數(shù)據(jù)庫管理功能，滿足了數(shù)據(jù)管理操作的基本要求.

3.2 數(shù)據(jù)查詢顯示功能

按字段進行選擇性邏輯查詢，查詢結果用二維表格的形式顯示，同時也可用圖形的方式顯示；直接查詢與記錄對應的空間地理要素，或查詢地理要素所對應的屬性信息.圖1為1303年山西洪洞8級地震主要數(shù)據(jù)的系統(tǒng)顯示.

3.3 數(shù)據(jù)輸出功能

數(shù)據(jù)輸出主要包括將用戶查詢的數(shù)據(jù)以表格或者文本文件的形式輸出；用戶數(shù)據(jù)操作過程中組合的不同圖層制作的各種專題圖，以圖像類型文件形式輸出.

3.4 歷史地震資料超級鏈接功能

根據(jù)用戶查詢的結果，對某一對象單擊熱鏈接工具按鈕，顯示與地震事件或烈度點相關的震害圖、碑文記載、地震圖像等文字和圖表描述，為用戶提供了更多的歷史地震資料信息，方便了對震害資料的分析和研究.

3.5 烈度值的確定

地震烈度數(shù)據(jù)是本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心內(nèi)容，尤其針對歷史地震，如何準確地確定烈度點處的烈度值，顯得尤其重要.該數(shù)據(jù)庫中烈度值大小主要是根據(jù)參考點的文字、碑文等地震破壞信息，參考用于歷史地震烈度評定的《歷史地震烈度－震級簡表》和《歷史地震烈度表》方案（鄢家全等，2011），確定和修改烈度值.

圖1 1303年山西洪洞8級地震系統(tǒng)顯示Fig.1 Data system display of the 1303Hongdong M8earthquake in Shanxi

例如1303年洪洞地震中對汾陽的文字描述為：“神祠、官廨、民居殆盡，壓死者甚.岱宗汾州行祠圮.西岳廟震后重建.北城陷長一里，東城陷七十余步.地裂成渠，泉涌黑沙.肖家莊鄉(xiāng)望春村后土圣母廟震后重建.張堡鄉(xiāng)魏家莊仙姑廟墻壁倒塌；棟梁摧隤.張家堡鄉(xiāng)郝家莊仙姑廟頹圮”.“神祠、官廨、民居殆盡、墻壁倒塌、棟梁摧隤”、“地裂成渠，泉涌黑沙”、“壓死者甚”分別與歷史地震烈度表中Ⅸ度點關于房屋結構物損壞、地表破壞、人畜傷亡相對應，因而可將該參考點的烈度值評定為Ⅸ度.修改烈度值的界面如圖2所示.

4 烈度點數(shù)據(jù)應用實例

1303年山西洪洞地震是我國史料記載的第一個8級破壞性地震，也是第一個能給出完整等震線的歷史地震.該震震中位置為36.3°N，111.7°E，震級為8.0級.本文借鑒BW方法，用歷史地震資料數(shù)據(jù)庫中的74個烈度點數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)外對該地震進行了嘗試，來估計地震震中位置和震級大小.該方法的具體思路為：將一以地震宏觀震中為中心的區(qū)域劃分網(wǎng)格，假設網(wǎng)格點j為假想震中，則第i個烈度點的震級Mi為

式（1）為烈度衰減關系震級項公式.其中，Ii和Δij分別為第i個烈度點的值和它到假想震中j的震中距，c0、c1、c2和c3為待定系數(shù).本文所用的烈度衰減關系如下：

圖2 烈度值修訂界面Fig.2 Modification of intensity data

再求網(wǎng)格點j的烈度震級Mj和均方根值rms（Mj－Mi）

式中，n為該次地震的烈度點總數(shù).

最后由rms（Mj－Mi）－rms0（Mj－Mi）做等值線來估算震中區(qū)域.rms0（Mj－Mi）為所有網(wǎng)格點中的最小值，震中區(qū)域所對應的烈度震級Mj可作為最后估計震級.

由圖3a，b可知，估計的烈度震中為36.38°N，117.78°E，與第四版目錄的震中位置差11.4km，為歷史地震震中位置2類精度（≤25km）；估計烈度震中的烈度震級為8.25，比地震目錄略高.

傳統(tǒng)確定歷史地震震中和震級的方法，除了根據(jù)地震史料描述確定地震震害空間烈度分布外，在確定震中位置時，往往還特別重視破壞最重的地點或區(qū)域，震中可能并不位于等震線的幾何中心.這樣的考慮有其合理性，但也不能排除存在人為因素.上述直接用烈度點數(shù)據(jù)去定量計算并確定地震震中和震級的方法，如果所用的烈度數(shù)據(jù)是合理可信的，其結果更趨“平均”；但可能在一些特定情況下，會有失偏頗.今后，在研究歷史地震參數(shù)等問題時，若能有效地結合這兩類方法并加以應用，相信將取得一定的效果.

圖3 1303年洪洞地震rms［Mj］等值線（a）和Mj等值線（b）紅色六角星為震中，藍色三角為估計烈度震中，青色圓圈為烈度點Fig.3 Maps of contours of rms［Mj］（a）and Mj（b）Red star，blue triangle and cyanic circles denote epicenter，intensity center and intensity assignments，respectively

5 討論與結論

本文強調(diào)歷史地震資料中烈度資料的重要性，以及建立基于烈度點的歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的必要性.該系統(tǒng)主要在華北地區(qū)14次歷史地震資料基礎上，以Visual Basic為平臺，SQL Server作為底層數(shù)據(jù)庫，并嵌入MapInfo軟件部分功能建立了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng).文中以1303年山西洪洞地震為例，簡要說明該系統(tǒng)實現(xiàn)了對地震史料的管理和應用.

目前只是將歷史地震資料中烈度點錄入系統(tǒng)，并假定這些場點的烈度值是正確的.接下來的工作將借助該系統(tǒng)的相關功能，根據(jù)各個烈度點的震害描述，進行對比、分析，并參照烈度表來判定烈度評定是否具有標度一致性；對于缺乏烈度值的場點，重新確定其烈度值.這將會是一項重大而艱巨的任務.

本系統(tǒng)作為歷史地震專家分析地震史料，合理、正確地確定歷史地震烈度和參數(shù)的輔助工具，能起到積極的作用.但在今后的應用中必然會遇到更多的實際問題，需要我們不斷加以完善.例如，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結構，增加不同的地震目錄資料，以及嵌入各種烈度點應用方法的計算功能等.此外，烈度點數(shù)據(jù)庫也應實現(xiàn)用Web－GIS技術將其發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，以方便更多的用戶查詢、瀏覽和下載研究.

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林國良 云南省地震局助理工程師.2011年中國地震局地球物理研究所防災減災工程及防護工程專業(yè)畢業(yè)，獲工學碩士學位.現(xiàn)主要的研究方向為歷史地震、地震活動性和地震危險性分析等.

注：孟令媛、李宇彤、鄭建常、蔣海昆、王秀英、宋美琴等的簡介分別見本刊：Vol.33，No.4；Vol.30，No.4；Vol.29，No.4；Vol.17，No.4；Vol.31，No.6；Vol.33，No.5.

Compilation of Chinese historical earthquake data by building up a database system based on seismic intensity points

Lin Guoliang Wang Jian
（Institute of Geophysics，China Earthquake Adiministration，Beijing100081，China）Key words：seismic damage；historical earthquake；seismic intensity；database

10.3969／j.issn.0253－3782.2012.01.012

P316

A

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地震行業(yè)科研專項（200708020，200708048）資助.

2011－03－03收到初稿，2011－06－02決定采用修改稿.

e－mail：wangjian＠cea－igp.ac.cn