明代生命損失型地震的時空分布特征及成因分析

殷田園，殷淑燕，李富民

（陜西師范大學 地理科學與旅游學院，陜西西安710119）

0 引 言

地震是嚴重危害人類生命及其生活的自然災害之一。由于其突發(fā)性強、破壞性大、難預測以及多次生災害等特點，常給人們造成巨大的生命財產(chǎn)損失。例如，2008 年汶川8.0 級地震導致9 萬多人死亡和失蹤，39 萬多人受傷，直接經(jīng)濟損失達8 450 億人民幣（中國地震局）。環(huán)太平洋和地中海-喜馬拉雅兩大地震帶所發(fā)生的地震占全世界地震的90%以上，所釋放的能量占全世界地震釋放總能量的95%[1]，而中國正好位于這兩大地震帶之間，是世界上地震活動最為活躍的國家之一，屬于地震多發(fā)區(qū)。由于我國地震具有頻率高、分布廣、強度大、震源淺、地區(qū)差異明顯等特點，決定了我國地震的嚴重性和廣泛性[2]。歷史上，多數(shù)省、自治區(qū)、直轄市都遭受過6 級以上地震的襲擊[3]。地震災害對于地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有極大的威脅和限制性，且這種威脅和限制性并沒有隨科學技術的發(fā)展和時代的進步而減小。

地震對人類社會造成的損害可歸納為人員傷亡和經(jīng)濟損失，而隨著社會經(jīng)濟發(fā)展和文明程度的不斷提高，人類生命的價值受到了前所未有的尊崇，且地震造成的生命損失將帶來巨大的社會創(chuàng)傷、經(jīng)濟損失和難以估量的間接損失[4]。因此，生命損失型地震的研究迫在眉睫。然而地震生命損失的成因很復雜，雖然與地震活動緊密相關，但還受到許多社會和自然環(huán)境因素的影響，其中包括人口密度、建筑物類型、地震發(fā)生時建筑物內(nèi)活動和休息人員的分布、震區(qū)地質(zhì)地貌和地表土壤條件等，其嚴重程度和空間、時間分布都顯示出顯著的不均勻性[5-6]。一次地震造成生命損失的多少具有很大的偶然性，在同一地區(qū)相同震級的地震事件中，其生命損失也會相差幾倍甚至幾十倍。但從較長時間的地震生命損失數(shù)據(jù)分析，仍然可以發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域之間地震生命損失的嚴重程度存在明顯的差異，表明區(qū)域之間的社會和自然環(huán)境等長期存在的顯著特征差異，對地震生命損失產(chǎn)生重要影響[7]。因此，研究生命損失型地震對于減輕和避免地震的傷亡和損失具有十分重要的意義[8]。目前對于地震傷亡的研究主要集中在：人員傷亡的模擬與估算[9-10]、傷亡指標的估算[11]、傷亡因素分析[12-15]、傷亡評估[16-17]、地震傷亡規(guī)律[18]、防災對策[19-20]等，缺少歷史地震傷亡方面的研究。而歷史地震傷亡情況的研究不僅有助于了解當時地震現(xiàn)狀，更有助于發(fā)現(xiàn)自然環(huán)境、社會作用等因素與地震傷亡之間的關系，從而為現(xiàn)在及未來地震傷亡研究提供幫助，減輕人員傷亡。

我國歷史悠久，古籍浩繁，有許多寶貴的災害史料，內(nèi)容系統(tǒng)、豐富且連續(xù)性好[21]。與其他朝代相比，明代進入歷史上的方志時期，地方志編修快速發(fā)展，省志編修的數(shù)量也極大增加。有明一代，省志的編修不僅非常普及，而且相當頻繁。方志中記載了地區(qū)的自然特征、歷史沿革、風俗習慣、奇聞逸事、災害事件等。我國歷史地震記載悠久、豐富，被國內(nèi)外地震學者譽為“世界地震研究金庫”[22]。且明代處于有文字記載地震災害最嚴重的時期之一，尤以1556年（明嘉靖三十四年）的陜西渭南、朝邑和山西蒲州一帶最為嚴重，死亡人數(shù)高達83 萬之多。其慘狀如隆慶《華洲志》卷四記述:嘉靖乙卯冬,山、陜遭地震之變，吾華為慘不可言，山川移易，道路改觀，屹然而起者成阜，坎然而下者成壑，倏然而涌者成泉，忽焉而裂者成澗，民廬官廨，神宇城池，一瞬而傾圮矣，民之死于變者不可勝記，間有生者，亦病不能興，地方殘破，盜賊發(fā)生，莫此為甚[23]。前人對于明代地震的研究主要集中于地震的等級劃分、時空特征[24]、社會影響[25]及應對策略[26]，而鮮少涉及生命損失型地震的規(guī)律研究；研究區(qū)域多是一個或多個省或一個地區(qū)，缺少全國性的宏觀把握。因此，本文試圖在全國尺度下研究明代生命損失型地震發(fā)生的狀況，認識其時空分布特征及成因，掌握地震與人員傷亡之間的關系，這對于未來減輕地震人員傷亡，合理布局地震災害救助區(qū)域和抗震減災工作有著極為重要的作用。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

研究數(shù)據(jù)源于關于明代的可考資料，涉及明史、明實錄、各地方志和匯編資料，其中匯編資料包括《中國歷代天災人禍表》《中國災荒史記》（1960 版、1983 年版）《中國災害通史》《中國地震目錄》[29]《中國地震歷史資料匯編（第二卷）》《山西自然災害》《地震生命損失研究》《中國歷史有感地震目錄》《中國古今地震災情總匯》《中國地震簡目》《中國地震資料年表》《中國歷史強震目錄》《陜西省志·地震志》《西北災荒史》。首先從文獻中提取公元1368—1644 年，即明代期間造成人口死亡的地震條目，進行分析與整理，剔除重復記錄，進而整理出明代生命損失型地震的序列。經(jīng)統(tǒng)計，該序列共89 條，每條記錄包括地震發(fā)生時間（格列歷、儒略歷和公歷）、地點、災情、震中烈度、震級等。然后建立明代生命損失型地震的模型，統(tǒng)計地震死亡人數(shù)，據(jù)此進行等級劃分，研究不同等級的特征。接著分析明代生命損失型地震的時間特征，數(shù)據(jù)處理時，以年為統(tǒng)計單位，在時間上不區(qū)分一年之內(nèi)生命損失型地震發(fā)生的次數(shù)和縣域，凡是一年之中有多次地震發(fā)生的均計一年，并運用Morelet 小波分析法分析其周期性。而后分析明代生命損失型地震的空間特征，由于政區(qū)沿革中縣一級政區(qū)較穩(wěn)定，因此以縣域為統(tǒng)計單位，在空間上，一次地震一個縣域有多個地方發(fā)生的均計一次，統(tǒng)計之后利用arcgis10.0 分析明代生命損失型地震的空間差異與特征和不同時期其災害重心的變化情況。其中，空間分析的底圖以明代萬歷十年（1582年）版圖[27]為標準，為避免因行政名稱的變更所帶來的混淆，將歷史地名恢復至今地名進行統(tǒng)計。最后討論了明代生命損失型地震頻發(fā)的原因，希冀在研究歷史上生命損失型地震特點的同時，能為以后地震發(fā)生時做好防震減災工作、減少人員傷亡做借鑒。

2 生命損失型地震等級特征

2.1 評估生命損失模型的建立與檢驗

由于缺乏翔實的數(shù)據(jù)，前人對歷史地震等級劃分的研究主要依據(jù)謝毓壽編制的《新的中國地震烈度表》[28]和李善邦提出的“實用地震烈度與震級簡表”[29]，而這種等級劃分是定性意義上的，缺乏定量的準確性。然而定量確定具體死亡人數(shù)對于地震等級劃分較為重要，可考文獻中，地震導致人員死亡的數(shù)量記載較少，大多如“百余”“數(shù)百”“數(shù)千”“壓死萬計”等，詳細至“八百四十余”“五千余”等的記載少之又少，更多的記載是關于人死亡的定性描述，如“民有壓死者”“死傷甚眾”“壓死人畜不計其數(shù)”“復墻壓人有死者”。因此，筆者試圖引入模型，確定生命損失情況并據(jù)此進行等級劃分。在評估具體死亡人數(shù)時，一般采用地震傷亡評估模型進行計算。目前國內(nèi)外對地震傷亡評估模型的研究較多，主要可分為兩類[30]：（1）基于地震參數(shù)（主要是烈度、震級）的經(jīng)驗模型，主要是基于歷史典型地震災害死亡人口案例的回歸分析得到的相關參數(shù)；（2）建筑物倒塌或易損性的模型，基本按照地震造成人員死亡的原因構建模型，其中相關參數(shù)來自典型地震倒損房屋和死亡人口數(shù)量的統(tǒng)計關系。

本文參考劉金龍等[31]基于地震烈度并輔以地震震級和人口密度修正給出的地震人員傷亡評估模型，建立明代地震死亡人數(shù)的評估模型。但由于具體地震發(fā)生地的人口密度數(shù)據(jù)獲取較為困難，因此，本文只進行了地震震級的修正。模型建立過程如下：

（1）在統(tǒng)計過程中會出現(xiàn)一些有烈度無震級地震或者有震級無烈度的地震條目，根據(jù)李善邦[29]關于烈度與震級關系的經(jīng)驗公式計算相應的震級或烈度；還有一些無烈度無震級的條目，僅4 條，則參考整個時間序列中其他條目的死亡描述或人數(shù)、發(fā)生地點、發(fā)生時間和烈度、震級等，給出參考烈度和震級。

（2）整理得到有死亡人數(shù)記載的地震條目共37條。其中，數(shù)百以一百計，數(shù)千以一千計，數(shù)萬以一萬計。將死亡人數(shù)小于100 定義為一級，小于1 000定義為二級，小于10 000 定義為三級，10 000 以上定義為四級。分別從不同等級中隨機抽出一個地震條目，共4 條形成模型的檢驗樣本，剩下的33 條自動成為模型建立樣本。

（3）取模型建立樣本中震中烈度和死亡人數(shù)的自然對數(shù)，建立兩者的連續(xù)函數(shù)關系。采用高斯函數(shù)對其進行擬合，經(jīng)參數(shù)回歸后得到

其中，Dm代表人員死亡數(shù)量的均值，ln t 表示震中烈度。

（4）考慮在震中烈度相同的情況下，由于震級差異可能導致各烈度區(qū)面積比例不同，其傷亡情況會存在較大的差異。為消除影響，引入了震級修正系數(shù)，對評估的均值進行修正。為此，首先對上述統(tǒng)計資料建立烈度與平均震級的關系，回歸后得到

其中，ln t 為震中烈度，Magm為與ln t 對應的平均震級。

通過震級與死亡人數(shù)之間的統(tǒng)計規(guī)律，回歸得到二者之間的對數(shù)關系:

其中，D 為死亡人數(shù)，Mag 為實際地震震級。

定義震級修正系數(shù):

（5）通過上述分析，得到考慮震級影響的地震人員死亡估算模型:

其中，震級修正系數(shù)αm按式(4)計算。

（6）地震人員死亡模型精度考察。利用模型計算模型檢驗樣本中的死亡人數(shù)，并將其與實際死亡人數(shù)進行對比。從表1 中可以看出，根據(jù)本文提供的地震人員死亡評估模型計算得到的死亡結果，與實際地震死亡數(shù)據(jù)在數(shù)量級上基本吻合，從而證明本文所提出的模型具有一定的可靠性。

2.2 生命損失型地震的等級劃分

根據(jù)上述地震人員死亡模型，計算只有人員死亡描述的地震條目的死亡人數(shù)，得到全部生命損失型地震的人員死亡情況，然后進行等級劃分。若同一年有多個地方受災，由此有多個等級，則參考楊志榮等[32]利用縣級干旱等級估算省級干旱等級的方法，得到此年的地震受災等級。最終，得到明代生命損失型地震等級情況，見圖1。

表1 評估結果與實際地震傷亡結果比較Table 1 Comparison between evaluation results and real casualties'data

圖1 明代生命損失型地震等級序列Fig.1 Grade series of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

明代生命損失型地震共發(fā)生89 次，平均每3.1 a發(fā)生1 次。一級（死亡百人以下）地震63 次，二級（死亡千人以下）地震13 次，三級（死亡萬人以下）地震10 次，四級（死亡萬人以上）地震3 次，分別占生命損失型地震的70.79%，14.61%，11.24%，3.37%。由此可知，百人以下死亡的一級地震類型占主體部分；隨著地震等級的升高，地震發(fā)生次數(shù)減少。其次，從時間上看，相比明代前期，無論是總的地震發(fā)生次數(shù)還是各級別的地震發(fā)生次數(shù)，明代中后期都更多。

3 生命損失型地震的時間特征

3.1 10 a 尺度生命損失型地震頻次特征

為揭示生命損失型地震的頻率特征，參考龔勝生等[33]定義的疫災10 a 指數(shù)方法，將出現(xiàn)生命損失型地震的年份定義為受災年份，統(tǒng)計每10 a 中出現(xiàn)受災年份的數(shù)量，即可得到生命損失型地震10 a 頻次變化，見圖2。明代生命損失型地震共發(fā)生70 a，10 a 頻次為0～0.8 a，平均0.25 a，呈周期性波動上升趨勢。從線性變化趨勢看，斜率為0.019，相關系數(shù)為0.51，并通過P＜0.01 的極顯著檢驗，說明生命損失型地震10 a 頻次具有明顯的長期上升趨勢且達到了極顯著水平。從最小二乘法的6 次多項式擬合曲線看，呈現(xiàn)3 個波動周期。第1 個周期不完整，從1368 年 開 始，于1428 年 結 束；第2 個 周 期 從1428 年開始上升，于1498－1507 年達到峰值，之后有所下降，于1578 年結束；第3 個周期從1578 年緩慢上升，上升速度遠小于第2 周期，并于1618－1627 年達到峰值，其峰值大于第2 個周期，之后開始下降。明代生命損失型地震10 a 頻次變化可以劃分為4 個主要階段，第1 階段是1368－1478 年的明前期，共發(fā)生4 a，占總發(fā)生年份的5.71%，頻次最少；均值為0.37 a，平均27.25 a 發(fā)生1 次，受災概率為3.6%，標準差為0.64，波動性最小。第2 階段是1478－1518 年的明中前期，共發(fā)生18 a，占總發(fā)生年份的25.71%，頻次較高；增速變大，均值為4.5 a，平均2.22 a 發(fā)生1 次，受災概率為45%，標準差為1.12，波動性變大；在1498－1507 年出現(xiàn)峰值，其值為6。第3 階段是1518－1608 年的明中后期，共發(fā)生27 a，占總發(fā)生年份的38.57%，頻次最高；增速減小，均值為3 a，平均3.33 a 年發(fā)生1 次，受災概率為30%，標準差為0.82，波動性減小。第4 階段是1608－1644 年的明末期，共發(fā)生21 次，占總發(fā)生年份的30%，頻次較高；增速再次變大，均值為5.25 a，平均1.71 a 發(fā)生1 次，受災概率為58.3%，標準差為1.64，波動性最大；在1618－1627 年達到峰值，其值為8?？傊?，第1 階段為低頻穩(wěn)定階段，第2 和第4 階段為高頻波動階段，第3 階段為高頻穩(wěn)定階段，即“一低頻三高頻、兩穩(wěn)定兩波動”。

圖2 明代生命損失型地震10 a 頻次變化Fig.2 Change of decade occurring frequency of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

3.2 10 a 尺度生命損失型地震縣次特征

為衡量生命損失型地震發(fā)生時波及的廣度，參考了龔勝生等[33]定義的疫災十年縣數(shù)，統(tǒng)計每10 a發(fā)生生命損失型地震時波及的縣數(shù)，得到生命損失型地震10 a 縣次變化圖，見圖3。明代生命損失型地震的受災縣次共為1 827 縣，10 a 縣次為0～375縣，平均65.25 縣，呈周期性波動上升趨勢。從線性趨勢線的變化看，其斜率為0.60，并通過P＜0.01 的極顯著檢驗。相較生命損失型地震10 a 頻次變化的線性斜率，縣次的斜率明顯較大，說明縣次的增長速度更快。從最小二乘法的6 次多項式擬合曲線看，呈現(xiàn)3 個明顯的波動周期。3 個波動周期的劃分與生命損失型地震10 a 頻次變化的波動周期一致，峰值年份也一致。明代生命損失型地震10 a 縣次變化亦可劃分為4 個階段，與生命損失型地震10 a 頻次的階段劃分一致。第1 階段的明前期，共波及28縣，占總發(fā)生縣數(shù)的1.5%，受災縣次最少；平均每年有0.26 縣受災，每個縣受災概率為1.32%，標準差為5.40，波動最小。第2 階段的明中前期，共波及448縣，占總發(fā)生縣數(shù)的24.52%，受災縣次明顯增多；增速變大，平均每年有11.2 縣受災，每個縣受災概率為21.04%，標準差為109.38，波動變大；峰值位于1498－1507 年，其值為300 縣。第3 階段的明中后期，共波及674 縣，占總發(fā)生縣數(shù)的36.89%，受災縣次再次增多；增速減小，平均每年有7.49 縣受災，每個縣受災概率為31.66%，標準差為56.15，波動性相對較小。第4 階段的明末期，共波及677 縣，占總發(fā)生縣數(shù)的37.06%，受災縣次最多；增速再次變大，平均每年有18.81 縣受災，每個縣受災概率為31.80%，標準差為132.49，波動性最大；于1618－1627 年達到峰值，其值為375 縣?？傮w來看，4 個階段呈現(xiàn)“一低廣度三高廣度、兩穩(wěn)定兩波動”特征。

綜上，在明前期，共110 a，占明朝的39.86%，但生命損失型地震的累計頻次和縣次的占比很小，處于生命損失型地震發(fā)生較少的穩(wěn)定時期；在明中后期，共166 a，占明朝的60.14%，但累計頻次占比達94.28%，累計縣次占比高達98.47%，處于生命損失型地震發(fā)生較多的波動時期。

圖3 明代生命損失型地震10 a 縣次變化Fig.3 Chang of decade occurring country of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

3.3 周期特征

大地震具有較強的、穩(wěn)定的周期[34]，但生命損失型地震的發(fā)生與震中位置有關，若震中位置具有隨機性，則震中位置位于人口密集區(qū)和非密集區(qū)所導致的結果大相徑庭，因此，生命損失型地震的發(fā)生具有偶然性，其周期也具“欺騙性”。但是，震中位置確實具有隨機性嗎？為了探索這一問題，筆者從國家地震科學數(shù)據(jù)共享中心（http://data.earthquake.cn）獲取了2010－2018 年我國的地震信息。由于92.13%明代生命損失型地震的震級都在5 級及以上，因此只研究2010－2018 年大于或等于5 級的地震，共163 次，將其震中位置標于圖4 上。從圖4 中可看出，存在一些震中位置集中區(qū)，即震中位置是有規(guī)律可循的，那么生命損失型地震的發(fā)生也就存在周期性。但是，生命損失型地震的發(fā)生不僅與震中位置有關，還與人口密集區(qū)有關，而人口密集區(qū)隨時間發(fā)生改變，因此，生命損失型地震的周期并不精確，但從長時間尺度和宏觀角度看，仍有一定意義。

利用Morelet 小波對明代生命損失型地震10 a頻次時間序列進行分析，從小波變換系數(shù)實部等值線圖5（a）中可看出，明代生命損失型地震發(fā)生頻次存在明顯的周期性變化特征，包括110～130，60～70 a 周期。在110～130 a 尺度上，呈現(xiàn)多-少-多-少-多5 個循環(huán)，在60～70 a 尺度上，呈現(xiàn)少-多-少-多-少-多-少-多8 個循環(huán)。圖5（b）是明代生命損失型地震10 a 頻次時間序列小波方差圖，由圖5 可知，明代生命損失型地震演變過程存在120 ，60 a 2 個明顯峰值，分別對應110～130 ，6～70 a 2 個周期，最大峰值對應120 a 的時間尺度，表明110～130 a 的周期震蕩最強，為演變過程的主周期；次峰值對應60 a 的時間尺度，表明60～70 a 為第2 主周期。在顯示強周期性位相結構的110～130 a 時間尺度上，1368－1420 年、1475－1525 年、1578－1638 年為正位相，頻次較高，尤以1578－1638 年為甚；1420－1475 年、1525－1578 年為負位相，頻次相對較低。

4 生命損失型地震空間特征

4.1 生命損失型地震頻次的空間分布

統(tǒng)計明代生命損失型地震發(fā)生的地點，繪制縣域生命損失型地震累計頻次的空間分布圖，如圖6（a）所示。生命損失型地震在明代大部分區(qū)域皆有分布，主要位于我國二、三級階梯上，青藏高原和東北平原鮮少發(fā)生，其原因應與這些地方居住人口較少、記載較少有關。主要高頻中心有4 個，第1 個高頻中心位于我國華北地區(qū)，主要包括京津唐等，頻次主要集中在3～6 次，其中最高頻次的北京可達42次；第2 個高頻中心位于我國中部，主要包括山西、陜西和寧夏等，頻次亦主要為3～6 次，最高頻次位于銀川，可達16 次；第3 個高頻地區(qū)位于西南，主要包括云南、四川等，云南主要頻次為3～6 次，四川、重慶則為1～2 次，但最高頻次同時發(fā)生在成都和昆明，為15 次；第4 個高頻地區(qū)位于東部沿海地區(qū)，主要包括江、浙、上海一帶，主要頻次為1～2 次，最高頻次可達25 次。

圖4 2010—2018 年中國震級≥5 級的震中位置分布Fig.4 Distribution of epicenter location with magnitude ≥5 in China during 2010 to 2018

圖5 明代生命損失型地震10 a 頻次小波分析Fig.5 Wavelet analysis of decade frequency of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

依據(jù)前文方法，將生命損失型地震劃分為不同的等級，統(tǒng)計各等級的縣域頻次分布（見圖6（b）～（e））。明代生命損失型地震第1 等級的空間分布特征與總累計頻次的空間分布類似，高頻中心基本一致，最高頻次可達26 次。第2 等級波及的縣域明顯減少，主要分布在山西、陜西和四川、云南一帶，頻次也較低，主要為1～2 次，華北地區(qū)零星分布，但頻次最高。第3 等級波及范圍略有減少，主要發(fā)生在3 個地區(qū)，京、津、冀、四川、云南和廣西一帶，主要頻次為1～2 次。第4 等級波及范圍則明顯減少，主要發(fā)生在我國中部，具體包括山西、陜西等，主要頻次也為1～2 次。綜上，低等級的災害區(qū)域廣泛分布在全國，高等級的災害區(qū)域主要分布在山西、陜西、四川等地；隨著災害等級的升高，波及范圍逐漸減少，發(fā)生頻次逐漸降低。

4.2 生命損失型地震重心的變化

綜上，將生命損失型地震劃分為4 個階段，統(tǒng)計不同階段的空間分布，繪制縣域明代生命損失型地震的空間分布圖（見圖7）。

明前期（1368－1478 年）共發(fā)生6 a 生命損失型地震，在山西、甘肅、四川、西藏、江蘇等省零星分布，總體上分布范圍較小，平均累計頻次為1 次，只有蘭州、南京達到5～6 次。

明中前期（1478－1518 年）共發(fā)生18 a 生命損失型地震，主要分布在云南、山西、陜西、寧夏、河北、北京等地，四川省、江浙一帶也有分布，但范圍較小。平均累計頻次為1～2 次的地區(qū)占大多數(shù)，但3～6 次的地區(qū)明顯擴大，主要分布在云南，此外，北京、南京、慶陽的累計頻次達到10 次以上。與明前期比，明中前期的波及范圍明顯增大。

明中后期（1518－1608 年）共發(fā)生26 a 生命損失型地震，大部分地區(qū)基本都有分布，主要分布在山西、陜西、寧夏、北京、河北、四川、云南、廣西、廣東、海南等地。平均累計頻次以1～2 次為主，6～8 次的高頻次地區(qū)主要分布在山西、陜西、寧夏，高頻中心尤以銀川、慶陽、西安、運城為甚，為10 次左右。與明中前期相比，明中后期生命損失型地震發(fā)生的范圍進一步擴大，但高頻次地區(qū)的范圍相對減少。

明后期（1608－1644 年）共發(fā)生20 a 生命損失型地震，除個別省份外，多數(shù)省份皆有分布。平均累計頻次以1～2 次為主，高頻次地區(qū)主要分布在河北、北京等。與明中后期相比，明后期生命損失型地震波及的省份繼續(xù)增多，高頻次地區(qū)更少，只分布在華北平原地區(qū)，但累計頻次最高達32 次，說明災害波及的范圍有所擴大，即全國大部分地區(qū)都受到災害的危害，但受災程度減輕，只有華北地區(qū)受災較頻繁。

綜合來看，隨著時間的變化，明代生命損失型地震分布范圍逐漸擴大，累計頻次逐漸增多，主要分布在河北、北京等華北地區(qū)，山西、陜西和寧夏等中西部地區(qū)，四川、廣西等西南部地區(qū)，江浙一帶，廣東、廣西等南部地區(qū)。此外，災害重心隨時間亦發(fā)生了移動，由西南到中部再到華北、華東。

5 明代生命損失型地震原因分析

5.1 明代生命損失型地震頻次變化的原因分析

地震的發(fā)生除了從地球本身的因素，諸如地質(zhì)構造、能量積累等尋找原因外，天體對地球活動的影響也不可忽視。潮汐時因月球和太陽對地球各處引力不同形成的海洋、地殼、大氣的周期性升降現(xiàn)象，太陽和地球的引潮力使彈性的地球表面及內(nèi)部發(fā)生變形，引起物質(zhì)的重新分配，成為地球重力場的擾動因素之一。趙娟等[35]分析了20 世紀以來臺灣地區(qū)Ms≥7.0 的大地震發(fā)生時刻前后的日月引潮力變化，發(fā)現(xiàn)日月引潮力的變化率與這些地震的發(fā)生時刻存在顯著相關性，認為其對臺灣地區(qū)大地震的發(fā)生可能有一定的觸發(fā)作用。韓延本等[36]研究發(fā)現(xiàn)，華北地震與日月引潮力也有很高的相關性。

此外，太陽活動通過大氣擾動，即地震天氣異常，觸發(fā)或孕育地震的效應，將大氣與地殼這兩個似乎不相干的因子，構成地震-氣候系統(tǒng)。有研究發(fā)現(xiàn)，太陽活動期間，由于極地大氣或整個大氣層的擴張，使得受制于極地和赤道間溫度梯度的全球大氣環(huán)流發(fā)生擾動[37]。此種擾動導致全球和區(qū)域的風場和氣壓場重新調(diào)整，使大氣質(zhì)量和動量在地球上重新分配，造成千百公里范圍內(nèi)的大氣傾斜及重力變化，從而產(chǎn)生附加應力，使深處孕震巖層錯動。因此，本文嘗試探索地震與氣候的對應關系。以ZHENG 等[38]重建的過去1 500 a 中國東部地區(qū)干濕變化序列和GE 等[39]重建和模擬的過去2 000 a 東部冬半年溫度變化序列為依據(jù)，截取1350－1650 年的時間段，對比分析濕度和溫度變化與生命損失型地震的關系。從干濕指數(shù)序列看（見圖8（a）），1430 年以前，即明前期，偏濕潤，此時對應較少的地震頻次，1430－1550 年，即明中期，偏干旱，地震發(fā)生頻次增多，1550 年以后，即明后期，波動轉干，地震頻次仍然只增不減。發(fā)現(xiàn)干旱與強震有較好的對應關系。從溫度變化序列看（見圖8（b）），明代總體溫度呈現(xiàn)螺旋式緩慢下降的趨勢，生命損失型地震發(fā)生的頻次呈現(xiàn)增長的趨勢，即隨著溫度的下降，生命損失型地震發(fā)生的頻次增多，體現(xiàn)出寒冷和強震有較好的對應關系。但徐道一等[40]認為，寒冷與強震并不是簡單的因果關系，而是更高層次因素作用結果的體現(xiàn)，可能是與天文因素有關的地圈和大氣圈等多個圈層耦合作用的結果，這需要更多的數(shù)據(jù)模型和深層次的機理研究。

圖6 明代生命損失型地震空間分布Fig.6 Spatial distribution of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

圖7 明代生命損失型地震重心變化Fig.7 Change of center gravity of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

5.2 明代生命損失型地震死亡人數(shù)特征的原因分析

前文將生命損失型地震劃分為4 個階段，第1 階段發(fā)生頻次為6 a，死亡人數(shù)628 人，平均104 人·a-1；第2 階段發(fā)生頻次為18 a，死亡人數(shù)13 923 人，平均773.5 人·a-1；第3 階 段 發(fā) 生 頻 次 為27 a，死 亡 人 數(shù)841 732 人，平均31 175.3 人·a-1；第4 階段發(fā)生頻次為20 a，死亡人數(shù)23 884 人，平均1 194.2 人·a-1。研究發(fā)現(xiàn)，在明代中后期生命損失型地震導致的死亡人數(shù)明顯增加，且平均每次死亡人數(shù)也明顯增加，因此，這不僅與頻次的增多有關，還應與明代人口數(shù)量增加有關。根據(jù)王紅印[41]提供的明代人口數(shù)據(jù)，得到明代人口數(shù)量變化曲線（見圖9（a））。對比明代生命損失型地震導致死亡人數(shù)的變化（由于1556 年陜西華縣大地震死亡人數(shù)過多，若要在圖中顯示則會掩蓋死亡人數(shù)變化趨勢，因此未全部顯示），發(fā)現(xiàn)2 條曲線趨勢吻合較好。首先，人口數(shù)量隨著時間變化增加，死亡人數(shù)也隨著時間變化增加，尤其是明后期，當人口數(shù)量接近2 億時，平均死亡人數(shù)較前期增加明顯。其次，死亡人數(shù)曲線有3 個峰值，第1 次出現(xiàn)在1500 年左右，此時人口數(shù)量出現(xiàn)增長趨勢；第2 次出現(xiàn)在1556 年左右，人口數(shù)量的增加速率明顯加快；第3 次出現(xiàn)在1625 年，人口數(shù)量位于峰值。

圖8 明代生命損失型地震與氣候的關系Fig.8 Relationship between climate and life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

圖9 明代人口數(shù)量變化與生命損失型地震導致的死亡人數(shù)變化Fig.9 Changes of the population and death tolls caused by life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

從空間上看，明代生命損失型地震頻發(fā)的地區(qū)有4 個，京津唐一帶，山西、陜西一帶，四川、云南一帶和江浙一帶。一方面，中國位于亞歐板塊，受印度板塊、太平洋板塊和菲律賓海板塊的作用，是一個構造活動強烈的地區(qū)。板塊與板塊的邊界形成重要的活動構造帶，板塊內(nèi)部亦不是剛性的，存在板塊內(nèi)部塊體的相對運動，形成活動程度不同的活動構造帶。我國的活動構造區(qū)主要包括喜馬拉雅(PB1)和臺灣(PB2) 2 條現(xiàn)代板塊活動邊界構造帶，大陸板塊內(nèi)部可以分為青藏(A)、新疆(B)、東北(C)、華北(D)、華南(E)和南海(F)等6 個活動斷塊區(qū)[42]。其中活動強烈的主要包括青藏、新疆、華北3 個斷塊區(qū)，除此之外的活動斷塊區(qū)的活動程度都相對較弱。而京津唐就處于華北斷塊區(qū)的D3 華北平原斷塊，江浙處于D7蘇滬-南黃海斷塊，山西、陜西處于D1 鄂爾多斯斷塊，四川云南則處于A6 川滇斷塊、A7 滇西南斷塊。綜上，這是生命損失型地震在某些特定地區(qū)頻發(fā)的主要自然原因。另一方面，根據(jù)張民服[43]提出的不同時期各省人口數(shù)據(jù)，將各省不同時期的人口數(shù)據(jù)求平均得到明代時期的人口數(shù)，再求得各省份占全國人口的百分比，見表2（表2 中，省去了明中期奴兒干和西北六衛(wèi)的人口百分比），發(fā)現(xiàn)南方地區(qū)人口主要集中在南直隸、浙江一帶，北方地區(qū)則集中在山西、北直隸和陜西一帶，這與生命損失型地震多發(fā)地區(qū)一致，即人口密集的地區(qū)，地震導致人口死亡的數(shù)量更大。

表2 明代各省份的人口百分比Table 2 Percentage of population in the provinces of the Ming Dynasty

6 結 論

對明代生命損失型地震的時空分布特征進行了分析，進而簡析地震頻發(fā)的原因，討論了明代前后期和不同地區(qū)生命損失型地震所導致的死亡人數(shù)差異的原因。結果表明：

6.1 對生命損失型地震進行等級劃分顯示，從明初到明末的276 a 間，生命損失型地震等級強度有逐漸增強趨勢，明中后期地震發(fā)生次數(shù)明顯增多，且等級高的地震較多。

6.2 在明前期，處于生命損失型地震發(fā)生較少的穩(wěn)定時期；在明中后期，生命損失型地震的累計頻次占比達94.28%，累計縣次占比高達98.47%，處于生命損失型地震發(fā)生波動的較多時期。明代生命損失型地震發(fā)生頻次存在明顯的周期性變化特征，包括110～130 ，60～70 a 周期。

6.3 生命損失型地震在明代大部分區(qū)域皆有分布，主要位于我國二、三級階梯上。低等級的災害區(qū)域廣泛分布于全國，高等級的災害區(qū)域主要分布在山西、陜西、四川等地；隨著災害等級的升高，波及范圍逐漸減少，發(fā)生頻次逐漸降低。災害重心隨時間變化發(fā)生移動，由西南移到中部再到華北、華東。

6.4 明代地震頻繁的原因除地球本身因素外，太陽活動還通過影響氣候變化，進而間接影響地殼活動。氣候寒冷與干旱與地震亦有較好的對應關系。明后期生命損失型地震導致死亡人數(shù)大量增加，不僅與地震的頻發(fā)有關，還應與明代經(jīng)濟逐漸發(fā)展、人口密度逐漸增大有關；不同地區(qū)生命損失型地震導致死亡人數(shù)不同，一方面與地震頻發(fā)地區(qū)處于板塊之間的活動構造帶有關，另一方面應與人口分布有關。