馮恩國 連凱旋 陳其鋒 王偉孫丕鋒 李月強 溫麗媛 劉保華

山東省聊城地震水化試驗站，山東聊城高新區(qū)中華南路24號 252000

0 引言

地震大部分發(fā)生在地殼的中上部，且震中易密集成帶，并常與一定斷裂帶相吻合（中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2007），這也是中國地震活動的一個特征，因此地震活動與活動斷裂的關(guān)系一直備受關(guān)注?；顒訑嗔延址Q活斷層，是距今10萬年以來有充分位移證據(jù)證明曾活動過或現(xiàn)今仍在活動，并在未來一定時期內(nèi)仍有可能活動的斷層，其與地震活動及其它的地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān)。

地震臺站的主要工作目標是保證觀測儀器正常工作，并及時準確地提供可靠、連續(xù)、完整的觀測資料。地震臺站位置的選擇是產(chǎn)出高質(zhì)量資料的一個重要前提。

地理信息系統(tǒng)是近些年來引入地震研究領(lǐng)域的新技術(shù)之一，該系統(tǒng)是在計算機軟硬件支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性，以一定的格式輸入、存儲、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析和應(yīng)用的技術(shù)系統(tǒng)（鄧炯等，2004）。它是為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來的計算機技術(shù)系統(tǒng)，其強大的空間分析功能正逐漸應(yīng)用于地震各學(xué)科的研究中。

本文以ArcGIS Desktop為主要技術(shù)平臺，通過對山東省地震臺站和行政區(qū)圖、活動斷裂帶圖層、地震峰值加速度區(qū)劃等圖層進行疊加分析及緩沖區(qū)分析來研究山東省地震臺站的分布特點。

1 研究區(qū)概述

山東內(nèi)陸及其附近沿海分布有3條大型活動斷裂帶，即NNE向的郯廬斷裂帶、NE向聊考斷裂帶和NW向的渤海至威海斷裂帶。此外，還有NW向、NE向、近NS向等多組中小型活動斷裂構(gòu)造。它們共同構(gòu)成了山東內(nèi)陸及附近沿海斷裂構(gòu)造的主要格局。有歷史地震記載以來，山東及近海共發(fā)生5級以上地震70余次，其中20世紀發(fā)生了10次。公元1668年郯城8.5級地震是中國東部強度最大的地震，據(jù)記載死5萬余人。

作為本文研究樣本的山東省地震臺網(wǎng)由省級地震監(jiān)測臺站與國家級地震監(jiān)測臺站共同構(gòu)建而成，是山東省地震監(jiān)測的骨干資源，涵括測震臺網(wǎng)、前兆臺網(wǎng)等。截止到2012年止，據(jù)山東地震臺網(wǎng)中心相關(guān)資料顯示（季愛東等，2011），測震臺網(wǎng)有63個臺站；前兆臺網(wǎng)由流體、形變、電磁等不同學(xué)科測項共39個臺站構(gòu)成。

2 研究思路與數(shù)據(jù)選擇

首先通過ArcGIS建立空間數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一坐標系，通過外部數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換以及紙介質(zhì)圖件掃描數(shù)字化進行數(shù)據(jù)采集入庫。本研究所需要的資料包括：山東省行政區(qū)劃圖，采用Mapsis里的中國縣界Tab文件，通過通用轉(zhuǎn)換器工具轉(zhuǎn)存為shp格式文件，并將這個縣級的行政區(qū)劃圖，通過Dissolve命令合并成山東省地級市要素圖層；Dissolve命令可以把多個要素，通過相同的字段建立連接，溶解成一個要素。山東省活動斷裂分布圖，主要是依據(jù)《中國巖石圈動力學(xué)地圖集》（馬杏垣，1989）中的山東地震構(gòu)造圖及其相關(guān)資料，通過掃描數(shù)字化進行入庫。山東省地震動峰值加速度區(qū)劃圖，是通過對Mapsis中的中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖進行格式轉(zhuǎn)換，并進行裁剪獲得的。同樣方法可獲得山東省地震烈度區(qū)劃圖。山東省前兆臺網(wǎng)以及測震臺網(wǎng)分布圖，則通過臺站經(jīng)緯度直接導(dǎo)入到ArcGIS并入庫。之后對斷裂帶圖層做緩沖區(qū)，再對點圖層與行政區(qū)劃圖、斷裂緩沖區(qū)、地震峰值加速度圖等進行疊置分析，統(tǒng)計上述各個圖層中不同區(qū)間的臺站個數(shù)，定量研究山東省地震臺站空間分布特征。

3 空間分布特征研究

3.1 臺站空間分布密度

通過對山東省地震臺站站點圖層與山東省地級市行政區(qū)劃進行疊加分析，統(tǒng)計落入山東省不同地級行政區(qū)內(nèi)地震站點的個數(shù)（圖1、表1），依此研究山東省地震臺站空間分布密度。

由圖1和表1可知，山東省地震臺站分布是不均勻的，前兆臺站最多的地市是臨沂，有9個，其次為菏澤和濰坊（各4個），而淄博沒有前兆臺站；統(tǒng)計每萬平方千米面積上的前兆臺站數(shù)，全省平均值為2.55個，其中密度最高的是威海市（5.52個），其次為臨沂和萊蕪，均多于4個，每萬平方千米平均前兆臺站個數(shù)超過3個的有日照、菏澤、濟南，不足1個的地市有淄博、濟寧和青島。測震臺站數(shù)最多的依然為臨沂市（9個），其次為煙臺和濟寧（各8個），萊蕪市沒有測震臺站；全省的測震臺站（補同前的統(tǒng)計范圍）平均值為4.01個，其中密度最高的為日照（7.53個），密度超過5的還有威海、濟寧、煙臺、青島和臨沂，不足1個的為萊蕪市。從總數(shù)上來說，全省17地市中地震臺站最多的為臨沂市（18個），其次為煙臺和濰坊，均有10個或10以上地震臺站，除淄博和萊蕪僅有1個外，其他地市均有2個以上的地震臺站.從全省地震臺站分布密度來看，最高的為威海市（12.88個），其次為日照和臨沂，均超過10個，其余地市除煙臺和濟寧超過全省平均值（6.56個）外，均低于全省平均水平。

圖1 山東省各地市級行政區(qū)劃與地震臺站分布圖

表1 各地市臺站分布數(shù)統(tǒng)計

3.2 臺站分布與活動斷裂的空間關(guān)系

世界上90%以上的地震以及幾乎所有的破壞性地震均為構(gòu)造地震。構(gòu)造地震由地殼斷裂發(fā)生突然錯動而引起。山東省范圍內(nèi)分布著郯廬活動斷裂帶、渤海-威?；顒訑嗔褞?、聊考活動斷裂帶等3大斷裂帶，共計80多條活動斷裂（晁洪太等，1997）。

地震臺站布設(shè)原則之一是要在活動斷裂帶上或其兩側(cè)，最好是布在活動斷裂帶的端點、拐點處，這些點位是未來地震可能發(fā)生的部位，也可能是觀測地震信息敏感的部位（汪成民等，1990）。因此，可以通過研究地震臺站分布和斷裂帶的空間關(guān)系來檢驗地震臺站的空間布設(shè)質(zhì)量。

通過對山東省活動斷裂帶圖層進行寬度分別為3km、6km的緩沖區(qū)分析，統(tǒng)計落入山東省活動斷裂帶圖層緩沖區(qū)內(nèi)地震站點的個數(shù)（圖2、表2），依此研究臺站與活動斷裂的關(guān)系。斷裂的緩沖區(qū)半徑是重要參數(shù)，對于以后的疊加分析至關(guān)重要。臺站布設(shè)距斷裂原則是≤3km，但考慮到一定的誤差范圍，我們認定6km也是合理的。依此，分別做半徑為3km、6km的斷層緩沖區(qū)（圖2）。通過對圖2的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，前兆臺站距斷裂＜3km的有18個，占46.2%；測震臺站距斷裂＜3km的有22個，占34.9%。前兆臺站距斷裂＜6km的有24個，占61.5%；測震臺站距斷裂＜6km的有36個，占57.1%。前兆、測震臺站距斷裂＜6km的臺站比例均超過了半數(shù)。劉峰等（2009）通過研究活動斷裂與地震的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，80%的破壞性地震都落入到距活動斷裂25km緩沖區(qū)內(nèi)。由表3可知，山東省的全部前兆臺站和絕大部分測震臺站都落入到距活動斷裂25km緩沖區(qū)內(nèi)。

圖2 活動斷裂緩沖區(qū)與臺站疊加結(jié)果

表2 活動斷裂不同緩沖區(qū)臺站分布

表3 活動斷裂不同緩沖區(qū)臺站分布

圖3 地震峰值加速度區(qū)劃圖與臺站疊加結(jié)果

表4 各地震峰值加速度區(qū)內(nèi)的臺站分布

表5 地震峰值加速度與烈度對照

3.3 臺站分布與峰值加速度區(qū)劃的關(guān)系

以《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（中國地震局，2001）為背景，統(tǒng)計區(qū)劃圖上在一定程度上代表未來地震危險性的地震動峰值加速度值達到0.1g以上的區(qū)域中地震臺站的分布，依此研究臺站與地震峰值加速度區(qū)的關(guān)系。

山東省內(nèi)地震動峰值加速度值均在0.2g以下（圖3、表4），即山東省最大基本烈度為Ⅷ度（表5）。山東省地震臺站分布在地震動峰值加速度值達到0.1g以上區(qū)域（即烈度區(qū)大于Ⅶ度）的個數(shù)，前兆臺站為27個，占69.2%；測震臺站為39個，占61.9%。山東省地震臺站位于地震動峰值加速度值達到0.1g及以上（即地震烈度Ⅶ度區(qū)及以上）的區(qū)域超過了60%。

4 結(jié)語

基于以上分析，可對山東省地震臺站空間分布得出以下結(jié)論：

（1）山東省地震臺網(wǎng)在空間分布上是不均勻的，臺站總數(shù)臨沂最多，為18個，其次為煙臺和濰坊；全省每萬平方千米面積上的地震臺站分布值最高的為威海市（12.88個），其次為日照和臨沂，均超過10個。

（2）前兆、測震臺站距離斷裂＜6km的臺站比例均超過了半數(shù)，全部前兆臺站和絕大部分測震臺站都落入到距活動斷裂25km緩沖區(qū)內(nèi)。前兆臺站距活動斷裂越近其映震能力越強，從這一點來講，山東地震臺網(wǎng)的布局尚有一定的提升空間，新布設(shè)的臺站應(yīng)盡可能靠近活動斷裂。

（3）山東省地震臺站位于地震動峰值加速度值達到0.1g以上（或地震烈度Ⅶ度區(qū)及以上的）數(shù)量超過了60%。根據(jù)測震臺站的性質(zhì)，應(yīng)布設(shè)在未來地震活動危險性較大的區(qū)域。

致謝：在本文的修改過程中，匿名審稿專家提出了詳盡而中肯的修改意見和建議，謹此表示誠摯的感謝。