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(diǎn)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(zāi)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(duì)地震的文字記載較早，留下了極其豐富的地震史料.20世紀(jì)50年代以來，我國進(jìn)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(xiàn)中有關(guān)地震破壞的記載其詳細(xì)程度因地因時(shí)而存在較大差異，往往年代久遠(yuǎn)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(diǎn)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(jí)、震中等參數(shù).在勾畫等震線的過程中，總會(huì)進(jìn)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(gè)人經(jīng)驗(yàn)往往起到主導(dǎo)作用.另一個(gè)真實(shí)的情況，也是非常遺憾的是，除少數(shù)歷史強(qiáng)震外，大部分的等震線繪制完成后，作為更加基礎(chǔ)的烈度點(diǎn)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(xiàn)和研究成果目前仍以紙質(zhì)文本形式保存.隨著時(shí)間推移，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)為基礎(chǔ)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?yàn)槿澜缤嘘P(guān)注、應(yīng)用，我們嘗試編制基于烈度點(diǎn)的歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，盡管這會(huì)面臨許多實(shí)際困難.

1 國內(nèi)外歷史地震烈度點(diǎn)資料及研究現(xiàn)狀

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

1.1 國外地震烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)庫概況

以歐美為主的西方國家學(xué)者十分重視地震烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)（Gasperiniet al，1999；Mucciarelliet al，2000），分別建立了各自的烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)庫.例如，意大利國家地球物理和火山學(xué)研究所的DBMI08數(shù)據(jù)庫，記錄了1 571次地震的84 000個(gè)烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)；美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心的烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，記錄了美國23 000余次地震的157 015條烈度點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)值處理用來估算和校對(duì)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(diǎn)數(shù)據(jù)估計(jì)地震震中及震級(jí)的方法（BW方法）.該方法曾應(yīng)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(yáng)，2009）.意大利Gasperini等（1999）提出另外一種用烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)估計(jì)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(diǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)值計(jì)算方法來確定歷史地震震級(jí)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(jì)50年代，我國歷史學(xué)家與地震學(xué)家密切合作，查閱了8000余種歷史文獻(xiàn)，于1956年編成《中國地震資料年表》（中國科學(xué)院地震工作委員會(huì)歷史組，1956）；70年代，對(duì)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(chǔ)上，地震學(xué)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(jì)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(jì)90年代出版了《中國歷史強(qiáng)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(jī)構(gòu)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(fù)旦大學(xué)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(jìn)行不懈地努力.通過借鑒相關(guān)領(lǐng)域的新發(fā)現(xiàn)，結(jié)合野外實(shí)地考察等方法，不斷地取得歷史地震烈度評(píng)定的新資料，進(jìn)而對(duì)歷史地震參數(shù)進(jìn)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(jì)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(jì)算了全國強(qiáng)震的災(zāi)害范圍，統(tǒng)計(jì)了強(qiáng)震災(zāi)害范圍隨烈度或震級(jí)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(diǎn)資料信息.目前國內(nèi)還未見到基于烈度點(diǎn)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(chǔ)上，我們以Visual Basic為開發(fā)平臺(tái)，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(chǔ)屬性數(shù)據(jù)，并通過關(guān)鍵字段實(shí)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(diǎn)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(shè)計(jì)本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)時(shí)，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(gè)主要的層面：基礎(chǔ)層面為烈度點(diǎn)資料數(shù)據(jù)，包括歷史文獻(xiàn)中相關(guān)的震害描述等信息及對(duì)烈度值進(jìn)行的修訂；第二個(gè)層面是與烈度點(diǎn)分布相關(guān)的等震線資料；其次是歷史地震的時(shí)間、位置、震級(jí)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(diǎn)數(shù)據(jù)庫.將含有等震線圖的地震文獻(xiàn)（《中國歷史地震強(qiáng)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(chǔ)上數(shù)字化烈度點(diǎn)，再根據(jù)烈度點(diǎn)的文字描述，進(jìn)一步確定烈度點(diǎn)的烈度值.

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

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

4）基本地理數(shù)據(jù)庫.從國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)網(wǎng)站下載的中國基礎(chǔ)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(diǎn)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(xiàn)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(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，供用戶查詢、閱讀.

6）其它數(shù)據(jù)庫.包括中國活動(dòng)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(biāo)識(shí)符互相匹配.兩者的數(shù)據(jù)模型如何選擇，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何組織對(duì)地震數(shù)據(jù)的管理操作和空間分析至關(guān)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(qiáng)大的數(shù)據(jù)操縱和管理功能，我們選擇其關(guān)系表結(jié)構(gòu)作為屬性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)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(jié)構(gòu)，將相關(guān)數(shù)據(jù)通過鍵盤輸入到計(jì)算機(jī)中；二是直接用SQL Server的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，將各種格式類型的數(shù)據(jù)文件自動(dòng)導(dǎo)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(shí)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(biāo)，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(qiáng)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(chǔ)的，兩者通過一定的索引機(jī)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(duì)應(yīng)，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(yīng)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(duì)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(dǎo)入、導(dǎo)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(jìn)行選擇性邏輯查詢，查詢結(jié)果用二維表格的形式顯示，同時(shí)也可用圖形的方式顯示；直接查詢與記錄對(duì)應(yīng)的空間地理要素，或查詢地理要素所對(duì)應(yīng)的屬性信息.圖1為1303年山西洪洞8級(jí)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(jí)鏈接功能

根據(jù)用戶查詢的結(jié)果，對(duì)某一對(duì)象單擊熱鏈接工具按鈕，顯示與地震事件或烈度點(diǎn)相關(guān)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(duì)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(duì)歷史地震，如何準(zhǔn)確地確定烈度點(diǎn)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(diǎn)的文字、碑文等地震破壞信息，參考用于歷史地震烈度評(píng)定的《歷史地震烈度－震級(jí)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(jí)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(duì)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(diǎn)關(guān)于房屋結(jié)構(gòu)物損壞、地表破壞、人畜傷亡相對(duì)應(yīng)，因而可將該參考點(diǎn)的烈度值評(píng)定為Ⅸ度.修改烈度值的界面如圖2所示.

4 烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)例

1303年山西洪洞地震是我國史料記載的第一個(gè)8級(jí)破壞性地震，也是第一個(gè)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(jí)為8.0級(jí).本文借鑒BW方法，用歷史地震資料數(shù)據(jù)庫中的74個(gè)烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)外對(duì)該地震進(jìn)行了嘗試，來估計(jì)地震震中位置和震級(jí)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(shè)網(wǎng)格點(diǎn)j為假想震中，則第i個(gè)烈度點(diǎn)的震級(jí)Mi為

式（1）為烈度衰減關(guān)系震級(jí)項(xiàng)公式.其中，Ii和Δij分別為第i個(gè)烈度點(diǎn)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(guān)系如下：

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

再求網(wǎng)格點(diǎn)j的烈度震級(jí)Mj和均方根值rms（Mj－Mi）

式中，n為該次地震的烈度點(diǎn)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(diǎn)中的最小值，震中區(qū)域所對(duì)應(yīng)的烈度震級(jí)Mj可作為最后估計(jì)震級(jí).

由圖3a，b可知，估計(jì)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(jì)烈度震中的烈度震級(jí)為8.25，比地震目錄略高.

傳統(tǒng)確定歷史地震震中和震級(jí)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(shí)，往往還特別重視破壞最重的地點(diǎn)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(diǎn)數(shù)據(jù)去定量計(jì)算并確定地震震中和震級(jí)的方法，如果所用的烈度數(shù)據(jù)是合理可信的，其結(jié)果更趨“平均”；但可能在一些特定情況下，會(huì)有失偏頗.今后，在研究歷史地震參數(shù)等問題時(shí)，若能有效地結(jié)合這兩類方法并加以應(yīng)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(lán)色三角為估計(jì)烈度震中，青色圓圈為烈度點(diǎn)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(jié)論

本文強(qiáng)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(diǎn)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(chǔ)上，以Visual Basic為平臺(tái)，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(shí)現(xiàn)了對(duì)地震史料的管理和應(yīng)用.

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

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(yīng)用中必然會(huì)遇到更多的實(shí)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(jié)構(gòu)，增加不同的地震目錄資料，以及嵌入各種烈度點(diǎn)應(yīng)用方法的計(jì)算功能等.此外，烈度點(diǎn)數(shù)據(jù)庫也應(yīng)實(shí)現(xiàn)用Web－GIS技術(shù)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(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程專業(yè)畢業(yè)，獲工學(xué)碩士學(xué)位.現(xiàn)主要的研究方向?yàn)闅v史地震、地震活動(dòng)性和地震危險(xiǎn)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

林國良，王健.2012.基于烈度點(diǎn)的中國歷史地震資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)試編制.地震學(xué)報(bào)，34（1）：118－124.

Lin Guoliang，Wang Jian.2012.Compilation of Chinese historical earthquake data by building up a database system based on seismic intensity points.Acta Seismologica Sinica，34（1）：118－124.

地震行業(yè)科研專項(xiàng)（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