基于GIS的云南地區(qū)地震與斷裂帶相關(guān)性分析

姜 巖，黃 騰，李 佳

(成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都610059)

云南省位于中國最西南部，地理坐標(biāo)為 97.51°—106.18°E，21.13°—29.25°N 之間;地處特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造的交接部位;地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖漿活動和變質(zhì)作用強(qiáng)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(fā)展.云南地區(qū)的地震活動較活躍，自2001年至今，云南地區(qū)發(fā)生強(qiáng)震8次，中強(qiáng)震78次，有感地震727次，是我國地震災(zāi)情較嚴(yán)重的地區(qū)之一［1］.因此，研究云南地區(qū)地震與斷裂帶之間的關(guān)系，有利于地震預(yù)測與分析.

地震具有突發(fā)性、瞬時(shí)性、誘發(fā)次生災(zāi)害等特點(diǎn)，在極短時(shí)間內(nèi)察覺不到征兆，給人類生命和財(cái)產(chǎn)造成極大的危害［2］.而斷層是由板塊之間的運(yùn)動和作用，使原始地層產(chǎn)生形變、斷裂，以致錯(cuò)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(lián)系，研究地震與斷裂帶的關(guān)系也是地質(zhì)領(lǐng)域一直以來研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一.唐榮昌和闞榮舉等從歷史地震與大地構(gòu)造、斷裂帶等關(guān)系的角度，對全國斷裂構(gòu)造基本格局及其基本特征進(jìn)行討論分析，指出了大多數(shù)地震是沿?cái)嗔褞Х植嫉模?，4］.吳中海等［5］在新構(gòu)造、活動構(gòu)造、地震地質(zhì)方面的研究表明，地震使斷裂帶產(chǎn)生了較嚴(yán)重的破裂和分段.在地震時(shí)空規(guī)律系統(tǒng)研究方面，屈春燕等［6］應(yīng)用GIS定距離空間分析模型，將地震、斷裂帶等有機(jī)地結(jié)合，剖析了它們之間的空間關(guān)系.

為了給地震多發(fā)區(qū)云南的抗震減災(zāi)工作提供參考，本文以已有地震與斷裂帶相關(guān)性研究為基礎(chǔ)，分析該地區(qū)斷裂帶分布情況及其與地震之間的相關(guān)性.首先闡述研究方法，然后以ArcGIS10.1軟件為基礎(chǔ)平臺，根據(jù)地震資料數(shù)據(jù)庫建立了云南地區(qū)主要斷裂帶圖譜，再利用GIS空間分析中的緩沖區(qū)分析和疊加分析技術(shù)，以對云南地區(qū)地震與斷裂帶的關(guān)系進(jìn)行分析.

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

論文所用地震數(shù)據(jù)來源于中國地震網(wǎng)云南地區(qū)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(qū)地震點(diǎn)要素的基礎(chǔ)資料.此外，為了進(jìn)行相關(guān)性分析，還使用了云南省縣界圖.

1.2 研究方法

本文應(yīng)用ArcGIS 10.1將云南地區(qū)主要的7條斷裂帶進(jìn)行了數(shù)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(qū)范圍內(nèi)能較好反映斷裂帶與地震之間的聯(lián)系［9］.據(jù)此，分別建立以斷裂帶為中心線的10km和20km緩沖區(qū)，將云南地區(qū)2001年以來的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分級，包括三個(gè)震級:3≦M＜4.5、4.5≦M＜6和6≦M＜8.與斷裂帶緩沖區(qū)進(jìn)行疊加，制作斷裂帶背景下的分震級圖譜，從而進(jìn)行空間疊加分析.

圖1 云南地區(qū)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(tǒng)一空間參考系統(tǒng)下，通過對兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行的一種或多種集合運(yùn)算，從而產(chǎn)生新數(shù)據(jù)或改變豐富原有信息的過程［10］.多層數(shù)據(jù)的疊置分析，不僅產(chǎn)生新的空間關(guān)系，還會產(chǎn)生新的屬性特征關(guān)系、差異和變化等關(guān)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(qū)，再將該圖層與地震點(diǎn)圖層進(jìn)行疊加得到新的圖層，也就是計(jì)算面對點(diǎn)的包含關(guān)系.從而對地震點(diǎn)與斷裂帶的空間關(guān)系進(jìn)行分析.

2.2 空間緩沖區(qū)分析

空間緩沖區(qū)分析是建立點(diǎn)、線、面實(shí)體周圍一定距離的帶狀區(qū)域，以此來分析該實(shí)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(jù).本文劃分了10km和20km兩個(gè)斷裂帶緩沖區(qū).通過ArcGIS中的空間統(tǒng)計(jì)工具，將緩沖區(qū)范圍內(nèi)的地震點(diǎn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示.另外，對M≧4.5的地震運(yùn)用ArcGIS最鄰近分析工具，計(jì)算每個(gè)地震點(diǎn)距最近斷裂的長度，并對此進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，得到了兩個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)地震發(fā)生頻率，如圖3所示.

圖2 緩沖區(qū)與地震點(diǎn)疊加圖

圖3 緩沖區(qū)內(nèi)地震發(fā)生頻率

圖4 緩沖區(qū)內(nèi)中強(qiáng)級以上地震發(fā)生頻率

從圖3可以看出，有34.81%的地震發(fā)生在以斷裂帶為中心的10km緩沖區(qū)內(nèi)，17.83%發(fā)生在10～20km緩沖區(qū)范圍內(nèi)，52.64%的地震分布在以斷裂帶為中心的20km緩沖區(qū)內(nèi).圖4表明，55.81%的中強(qiáng)震和強(qiáng)震發(fā)生在10km以內(nèi)緩沖區(qū)，23.26%發(fā)生在10～20km緩沖區(qū)內(nèi)，有79.07%的中強(qiáng)震和強(qiáng)震發(fā)生在20km緩沖區(qū)內(nèi).因此，20km斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)是該區(qū)地震的高發(fā)區(qū)域，從而可以將10km和20km作為建立斷裂帶緩沖區(qū)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(qū)內(nèi)將震級分為3≦M＜4.5、4.5≦M＜6、6≦M＜8共3個(gè)類別，并將斷裂帶與地震點(diǎn)要素進(jìn)行疊加(如圖4所示)，最后對斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)地震發(fā)生次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1).

表1 2001—2014年10km斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)的地震發(fā)生次數(shù)

表2 2001—2014年20km斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)的地震發(fā)生次數(shù)

通過以上數(shù)據(jù)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(qū)內(nèi)是地震的高發(fā)區(qū);中強(qiáng)震和強(qiáng)震更多發(fā)生在斷裂帶10km緩沖區(qū)內(nèi).

3 結(jié)論

通過對地震與斷裂帶相關(guān)性進(jìn)行分析，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地對地震進(jìn)行預(yù)測與分析.論文中應(yīng)用的GIS技術(shù)為地震與斷裂帶關(guān)系的研究提供了有效的平臺.研究結(jié)果表明，地震的發(fā)生與斷裂帶有密切的聯(lián)系，云南地區(qū)約有81.30%的地震發(fā)生在區(qū)域性大斷裂帶附近，有55.81%的中強(qiáng)震(4.5≤M＜6)和強(qiáng)震(6≤M＜8)分布在10km斷裂帶緩沖區(qū)內(nèi)，23.26%分布在10～20km緩沖區(qū)內(nèi).可見，離斷裂帶最近處發(fā)生強(qiáng)震的機(jī)率越大，造成的破環(huán)性也愈強(qiáng).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(qū)內(nèi)以及斷裂帶交匯處應(yīng)作為預(yù)防地震的警戒區(qū)域.密切關(guān)注該區(qū)域的斷裂帶活動情況，對及時(shí)、高效地進(jìn)行地震預(yù)報(bào)會起到很大的作用.

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