基于谷歌DEM數(shù)據(jù)分析對(duì)高山峰指標(biāo)的震例補(bǔ)充研究

任棟

摘要：高山峰指標(biāo)為郭增建于1977年提出，認(rèn)為強(qiáng)震甚至大震其附近大多都存在高山峰，為我國(guó)潛在震源區(qū)劃分的指標(biāo)之一，此后又討論了我國(guó)西部地區(qū)8級(jí)及以上大地震與高山峰指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。文章在原有震例的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Loca-Space Viewer軟件，結(jié)合GIS技術(shù)，運(yùn)用搜集到的谷歌地形影像以及DEM等數(shù)據(jù)資源進(jìn)行可視化分析，在世界范圍內(nèi)找到了符合高山峰指標(biāo)的新震例，對(duì)高山峰指標(biāo)進(jìn)行震例的補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：高山峰指標(biāo);DEM數(shù)據(jù)分析;新震例補(bǔ)充

中圖分類號(hào)：P315.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

一般認(rèn)為，強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的構(gòu)造分異帶往往是大地震多發(fā)且構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的地帶，郭增建等認(rèn)識(shí)到，這些地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)塊體的邊緣表現(xiàn)為水平擠壓兼垂直剪切構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。例如一個(gè)構(gòu)造塊體在水平擠壓力和垂直剪切力的共同耦合作用下，使得相對(duì)于另一個(gè)相鄰構(gòu)造塊體，在塊體接觸邊緣出現(xiàn)突然的隆升，從而反映出構(gòu)造塊體的邊緣垂直剪切運(yùn)動(dòng)極其強(qiáng)烈，易于產(chǎn)生新的構(gòu)造斷裂活動(dòng)從而發(fā)生大地震，而此類構(gòu)造在地貌上通常表現(xiàn)為，在大地震的發(fā)震斷層附近的地形高程往往表現(xiàn)為有一處或多處明顯突起的點(diǎn)，即大地震的震中附近存在高山峰。因此郭增建于1977年提出強(qiáng)震地區(qū)的判定的地貌指標(biāo)——高山峰指標(biāo)，認(rèn)為強(qiáng)震甚至大震其附近多存在高山峰。后來郭安寧、陳家超等對(duì)此作了進(jìn)一步研究，指出大地震之所以發(fā)生在存在高山峰的地區(qū)，是因?yàn)樗撬搅υ磁c垂直力源相疊加的地區(qū)，由于垂直運(yùn)動(dòng)的差異性，形成的垂向剪應(yīng)力疊加至水平方向，而這就有助于區(qū)域內(nèi)地應(yīng)力集中，從而造成大地震的發(fā)生。此后在1993年郭增建等曾在“8級(jí)大震的構(gòu)造物理背景與趨勢(shì)預(yù)測(cè)”的課題中討論了我國(guó)西部地區(qū)部分8級(jí)及以上大地震與高山峰指標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。文章在原有震例的基礎(chǔ)上，運(yùn)用LocaSpaceViewer軟件，結(jié)合GIS技術(shù)，運(yùn)用搜集到的谷歌DEM數(shù)據(jù)資源進(jìn)行可視化分析，在全球范圍內(nèi)尋找符合高山峰指標(biāo)的震例，對(duì)高山峰指標(biāo)進(jìn)行新震例的補(bǔ)充。

1LSV介紹及GlS技術(shù)運(yùn)用

LocaSpace Viewer（簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)SV）為一款集傾斜分量、區(qū)域地形、衛(wèi)星遙感影像等多種數(shù)據(jù)的閱讀和處理于一體的三維地球可視化運(yùn)用軟件。LocaSpace Viewer（LSV）三維數(shù)字地球軟件擁有多個(gè)可視化模塊，極大的增強(qiáng)了與用戶的交互性和使用時(shí)的便捷性。集成了Google Earth、天地圖等影像和三維地形在線服務(wù)。軟件能夠快速地瀏覽、測(cè)量、分析和標(biāo)注三維地理信息數(shù)據(jù)和傾斜攝影實(shí)景數(shù)據(jù)LSV功能強(qiáng)大，能夠方便的對(duì)地理信息包括DEM、衛(wèi)星影像、地質(zhì)分布、城市人口建筑分布以及其他地理矢量信息等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、加工、編輯及瀏覽，LSV支持的影像和地形等柵格數(shù)據(jù)的格式主要包括*.tiff、*.img、*1rp等，矢量數(shù)據(jù)格式主要包括*.shp、*.kml、*.tab等，這些格式數(shù)據(jù)可便于其他GIS軟件之間的兼容與使用。LSV同時(shí)具有精度高的特點(diǎn)，其支持的地形數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)全國(guó)范圍內(nèi)的最高分辨率等級(jí)可達(dá)0.6m級(jí)。在本文研究中，首先選取符合研究精度的震源區(qū)內(nèi)地形及影像數(shù)據(jù)行進(jìn)下載，通過LSV軟件進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)換以及經(jīng)緯度的校訂，再運(yùn)用Arcmap中的Arctoolbox功能對(duì)矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行拆檢、高程要素提取、設(shè)置工作空間、輸出坐標(biāo)系、處理數(shù)據(jù)范圍等工作，使得對(duì)應(yīng)的震中附近的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量化圖像輸出，流程如圖1所示。

2震例的選取

在本文震例的選取時(shí)，首先考慮的是大的破壞性地震。因?yàn)榇蟮钠茐男缘卣鹜叶葏^(qū)較大，容易引起十分嚴(yán)重的人民生命和財(cái)產(chǎn)的損失，并且震時(shí)由于能量釋放量巨大，產(chǎn)生較大的斷裂規(guī)模和錯(cuò)動(dòng)幅度，同時(shí)在大地構(gòu)造的角度來說，大的地震非常有助于判別大地構(gòu)造活動(dòng)要素。此外，最關(guān)鍵的一點(diǎn)是，一次大的地震往往是一個(gè)地區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)進(jìn)入活躍期的標(biāo)志，即就是說對(duì)未來這個(gè)區(qū)域破壞性地震的再次發(fā)生具有參考意義。

在本文研究中，地形及影像數(shù)據(jù)均來自于NASA（美國(guó)航空航天局）的共享資料以及google earth全球數(shù)據(jù)資料，選取震例時(shí)首先要考慮的要素是地形數(shù)據(jù)以及影像數(shù)據(jù)資料的完整性和精確性。在此次數(shù)據(jù)搜集過程中雖然有很多區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，但大多數(shù)是因地形數(shù)據(jù)精度不夠而無法進(jìn)一步研判。在符合精度條件下，將數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整理，經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)資料的篩選，發(fā)現(xiàn)我國(guó)1902年8月22日阿圖什M81/a地震、美國(guó)1984年4月24日M，7.3地震、1985年9月19日墨西哥M，8.1地震等3個(gè)震例的極震區(qū)的地形影像資料滿足研究精度，即選取以上3個(gè)震例進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)下載并經(jīng)過上述工作處理。

3高山峰指標(biāo)新震例的判別

3.1 1902年8月22日阿圖什Ms 81/8地震

新疆地處歐亞板塊內(nèi)陸地區(qū)，位于我國(guó)西北部邊疆，與蒙古等許多國(guó)家接壤，土地面積約165萬km²。在我國(guó)大陸地區(qū)內(nèi)相比于其他省份，構(gòu)造活躍度最高。新疆地震活動(dòng)頻度高、震源淺、強(qiáng)度大、成帶分布等特征與新疆的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景和深部構(gòu)造環(huán)境、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以及發(fā)育的地震構(gòu)造等地震地質(zhì)條件密切相關(guān)。

1902年8月22日，新疆阿圖什地區(qū)發(fā)生M，81/8大震震中（N39.9°，E76.1°）位于塔里木盆地西北邊緣和西南天山的交匯處，此次大震的震中以北為南天山褶皺帶，以南為塔里木構(gòu)造塊體。震中處于地區(qū)地形復(fù)雜。震中以南為塔里木盆地邊緣，震中東南方以山前洪積區(qū)平原為主，海拔為1 200～1 400 m，距震中NS向約87.8 km處存在地勢(shì)的陡然突起（最高海拔為5 915 m），DEM以及分布曲線如圖2所示。經(jīng)判斷，1902年8月22日新疆阿圖什地區(qū)發(fā)生M81/4大震的震例符合在極震區(qū)內(nèi)出現(xiàn)高山峰的指標(biāo)特征。

3.2 1985年9月19日墨西哥MS8.1地震

1985年9月19日清晨7時(shí)19分，墨西哥西南岸外太平洋底發(fā)生m8.1強(qiáng)震，震波約2 min到達(dá)墨西哥城。導(dǎo)致墨西哥市大量建筑物嚴(yán)重?fù)p毀。該次地震為墨西哥歷史上震級(jí)最強(qiáng)、損失最為嚴(yán)重的地震。1985年9月19日晨發(fā)生M8.1地震之后，48 h內(nèi)又發(fā)生M6.5強(qiáng)余震，之后又陸續(xù)出現(xiàn)30余次強(qiáng)余震。在這場(chǎng)大地震中，烈度中心面積達(dá)30 km²，造成數(shù)萬人受傷，數(shù)千人死亡，房屋建筑物倒塌嚴(yán)重，數(shù)十萬人失去家園，經(jīng)濟(jì)損失巨大。此次地震的特別之處在于，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，極震區(qū)內(nèi)的震后損失并不大，而距離極震區(qū)約400 km的墨西哥城由于松散地下介質(zhì)的原因，導(dǎo)致地震波被放大，從而損失巨大。

1985年墨西哥M，8.1大地震是由COCOS板塊與北美洲板塊之間的滑動(dòng)兼擠壓而形成的，震中位于墨西哥城西南約400 km處的巴爾薩斯河口附近，即（N 18.5°，W 102.3°）。震源深度約為18 km。這次大地震標(biāo)志著Lazaro Lardenas港口附近的Miehoaean斷層進(jìn)入了活躍期。震源區(qū)內(nèi)的平均海拔為500～800 m，震中西南方為海域，震中WN向約61.3 km處具有地勢(shì)的突起，即存在高山峰現(xiàn)象（最高海拔為2 869 m），如圖3所示。

3.3 1983年10月28日美國(guó)Ms7.3地震

愛達(dá)荷州（Idaho），位于美國(guó)西部，其中部、東部及東北部全是落基山脈盤亙之地。其中的波拉峰海拔高約3 821 m（此數(shù)據(jù)由google數(shù)據(jù)顯示），為州內(nèi)最高點(diǎn)。著名的斯內(nèi)克河谷深達(dá)1.6 km，為北美洲最深的峽谷。州內(nèi)具有受強(qiáng)烈大地構(gòu)造作用而形成的的肖肖尼瀑布（shoshone Falls）高達(dá)65 m，其規(guī)模為世界前十，愛達(dá)荷州地形復(fù)雜多樣，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)生過多次強(qiáng)烈地震。

1983年10月28日在美國(guó)愛達(dá)荷州中部發(fā)生/1/，7.3強(qiáng)地震，震中位于波拉山底部（N44.1°，W113.8°）在迷失河斷層附近。在距離震中45 km的位置，迷失河流域的地層同震形變上升最高為0.2 m，相鄰的千泉谷區(qū)域地層形變下降約1.0 m。根據(jù)前人研究，這是一次以正斷為主兼具少量右旋走滑的強(qiáng)地震。本文所搜集到此次地震的地形資料經(jīng)處理后發(fā)現(xiàn)，距震中北東向僅2.7 km處存在高山突起（最高海拔達(dá)3 821 m），如圖4所示。即此次地震的震例符合高山峰指標(biāo)。

4結(jié)論和討論

基于GIS技術(shù)運(yùn)用LoeaSpaee Viewer軟件，對(duì)所搜集到的google全球影像及DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和分析，對(duì)1902年8月22日阿圖什MS81/4大震、1985年9月19日墨西哥M，8.1大震、1983年10月28日美國(guó)M，7.3強(qiáng)震進(jìn)行高山峰指標(biāo)特性分析，發(fā)現(xiàn)以上地震均符合高山峰指標(biāo)特征。有效的為高山峰指標(biāo)進(jìn)行了新震例的補(bǔ)充。更進(jìn)一步加強(qiáng)論證了由郭增建提出的高山峰指標(biāo)在地震危險(xiǎn)區(qū)判斷以及潛在震源區(qū)劃分的普適性。由于本次研究是在較少的goo甜e全球影像及DEM數(shù)據(jù)下進(jìn)行的，隨著以后更多數(shù)據(jù)的開放，可展開更多震例的研究和討論。