日本6級以上地震分布的空間點格局分析

1、第 頁 (共 9 頁)日本6級以上地震分布的空間點格局分析0引言日本地處太平洋西北部，是環(huán)太平洋地震帶上的一個島國，自古以來便是一個地震多發(fā)的國家。尤其是2011年3月11日13時46分在日本宮城縣海域發(fā)生的311地震，至今讓人記憶猶新。這次地震震級高達里氏9.0級，是世界觀測史上最高震級，引發(fā)了海嘯、火災和核泄漏等事故，使日本部分地區(qū)遭受毀滅性破壞。所以對日本已發(fā)地震的空間分布數(shù)據(jù)進行處理和分析，以期得到地震點的分布特性和規(guī)律，為地震災害的預防和監(jiān)管提供一定依據(jù)很有必要。但是地震災害點在空間上的分布(如圖1)看起來似乎是“雜亂無章”的，這些地震點在空間上的分布是否遵從著某種規(guī)律呢？過去關于地

2、震點空間分布，國內(nèi)外的研究主要表現(xiàn)為兩種特點：1.停留在定性的描述階段，對地震點在空間上的分散性與聚集性缺乏定量的認識；2.只能分析單一尺度上的空間分布格局，具有一定缺陷。因此文中引入目前被廣泛應用于生態(tài)學中的點格局分析方法，即最近鄰分析法和ipleyK函數(shù)法進行地震災害空間格局分布的研究。點格局分析法以植物個體構成的空間分布點圖為基礎進行格局分析，可以分析各種尺度下的種群格局和種間關系，在擬合分析的過程中最大限度地利用坐標圖的信息，因而檢驗能力較強。將這種方法應用在地震點的空間格局分布上，經(jīng)部分專家的實踐檢驗同樣可行。圖 SEQ 圖表 * ARABIC 1 日本及周邊0.5范圍內(nèi)地震分布圖研

3、究區(qū)概述與數(shù)據(jù)處理1.1 研究區(qū)概述日本位于 HYPERLINK http:/ t _blank 亞歐大陸東部、 HYPERLINK http:/ t _blank 太平洋西北部，由數(shù)千個 HYPERLINK http:/ t _blank 島嶼組成。眾島嶼呈弧形，介于東經(jīng)122.93153.99、北緯24.0545.52之間。日本東部和南部為一望無際的 HYPERLINK http:/ t _blank 太平洋，西臨 HYPERLINK http:/ t _blank 日本海、 HYPERLINK http:/ t _blank 東海，北接 HYPERLINK http:/ t _blank

4、 鄂霍次克海，隔海分別和 HYPERLINK http:/ t _blank 朝鮮、 HYPERLINK http:/ t _blank 韓國、 HYPERLINK http:/ t _blank 中國、 HYPERLINK http:/ t _blank 俄羅斯、 HYPERLINK http:/ t _blank 菲律賓等國相望。日本作為一個南北狹長的島國，處在亞歐板塊和太平洋板塊之間。兩個板相互碰撞擠壓，交界處的巖層出現(xiàn)變性、斷裂等運動。這使日本剛好成為環(huán)太平洋火山地震帶上的一份子，地震災害頻發(fā)。1.2 數(shù)據(jù)處理本研究所使用數(shù)據(jù)總共包括兩個部分。第一個是日本陸地國土的矢量圖，第二個是日本

5、陸地國土及周邊0.5范圍內(nèi)有記錄的所有6級以上地震災害的分布數(shù)據(jù)。為更便于使用ARCGIS軟件對數(shù)據(jù)進行分析，首先要對已有數(shù)據(jù)進行建立在相同參數(shù)基礎上的雙標準緯線等距離圓錐投影，以達到變經(jīng)緯度參數(shù)為距離參數(shù)的目的。而且考慮到日本是一個典型的群島性海洋國家，部分地震并不落在陸地國土上，而是處在海洋里，還需要對投影后的日本陸地國土矢量圖進行建緩沖區(qū)操作（如圖2）。參數(shù)設置為日本陸地國土向周圍緩沖0.6，使之略大于0.5。最后正是使用日本陸地國土及周邊0.5范圍內(nèi)6級以上地震點投影和向外緩沖0.6后的日本陸地國土投影兩個數(shù)據(jù)進行地震點的空間點格局分析。圖 2 對日本陸地國土投影的緩沖區(qū)操作2 地震的

6、空間點格局分析地震在空間上的聚集性主要表現(xiàn)為地震點的空間聚集效應，利用最近鄰分析法和ipley K函數(shù)法可以很好的說明這種聚集效應。2.1 基于最近鄰分析法的地震空間點格局分析最近鄰分析法( Nearest Neighbor Analysis) 是基于空間距離的方法，將離得最近的點對的平均距離與隨機分布模式下的最鄰近距離進行比較，用其比值(ANN) 來判斷地震點的空間聚集性。最近鄰比值定義為: （1）這里為要素與最鄰近要素之間的可觀測平均距離，為要素與給定隨機模式的期望平均距離: （2） （3）工具進行統(tǒng)計后返回Zscore值，值計算公式為: （4）這里，Zscore值為負且越小，則要素分布越

7、趨向于聚類分布，相反為離散分布，從圖3計算結果可以看出，日本陸地國土及周邊0.5范圍內(nèi)地震點的Zscore值為15.025912，這說明日本陸地國土及周邊0.5范圍內(nèi)的地震分布具有明顯的聚集分布特征。圖 3 最近鄰分析法地震點聚集分布2.2 基于ipleyK函數(shù)法的地震空間點格局分析地震的空間分布可以看作是在二維空間的“點事件”，其空間分布格局對尺度具有很強的依賴性，不同的尺度可能會有不同的分布格局。ipleyK函數(shù)法通過函數(shù)來反映點空間布局對尺度的依賴程度。ipley提出的點格局分析法克服了傳統(tǒng)方法只能分析單一尺度空間分布格局的缺點，最大限度地利用了空間點的信息，可以描述不同尺度的空間格局信

8、息。值可反映地震點在空間尺度上的分布格局，公式如下: （5） 式中:A為研究區(qū)域面積，文中以“向外緩沖0.6的日本陸地國土投影”作為研究區(qū)域；n為研究區(qū)內(nèi)地震點總數(shù)；為第i個地震點與第j個地震點之間的距離；t 為空間尺度，當 時，反之，；是邊緣校正的權重，可以校正邊界效應引起的誤差，它是以點i 為圓心，以為半徑的圓落在研究區(qū)域內(nèi)的弧長和整個圓周長的比值。實際上的平方根在表現(xiàn)格局關系時更有用，在隨機分布條件下，它可使方差保持穩(wěn)定，同時與尺度t 有線性關系，由此，上式可簡化為: （6）通常用函數(shù)的估計值來判斷點事件的分布類型。當0時，在尺度t服從聚集分布，當偏離數(shù)值越大說明聚集強度越高；當=0時，

9、服從隨機分布；當0時，服從均勻分布。一般利用MonteCarlo法來求解隨機分布上下包跡線，即置信區(qū)間，來檢驗偏離零值的顯著程度。如果觀測曲線落在上包跡線以上，則在此距離尺度下地震點是聚集分布的；如果觀測曲線落在上下包跡線區(qū)間內(nèi)，則在此距離尺度下地震點是隨機分布的；如果觀測曲線落在下包跡線以下，則在此距離尺度下地震點是均勻分布的。從圖4可以看出，在以1218.1km為起始距離，以30km為距離增量的設置下，01418.1km空間尺度上，觀測曲線在上包跡線以上，地震點的空間分布呈聚集分布狀態(tài)；1448.11838.1km空間尺度上，觀測曲線在上下包跡線之間，地震點空間分布呈隨機分布；大于1868

10、.1km空間尺度上，觀測曲線在下包跡線之下，地震點的空間分布呈均勻分布。圖 4 日本0.5范圍內(nèi)地震點格局分析結果3 討論地震在空間上呈現(xiàn)出一定的點分布格局，如何定量的分析這種格局對于認識地震的空間分布模式有著重要的作用。最近鄰分析法基于空間距離，將離得最近的點對的平均距離與隨機分布模式下的最鄰近距離進行比較，用其比值(ANN)來判斷點事件的空間聚集性，已在其它領域分析點格局取得不錯的效果。本文通過最近鄰分析法計算得出，日本地震點的Zscore值為15.025912，這說明日本地震點具有明顯的聚集分布特征。但是伴隨而來的問題是，這些地震點的空間分布格局對尺度具有很強的依賴性，不同的尺度可能會有

11、不同的分布格局。ipley提出的點格局分析法克服了傳統(tǒng)方法只能分析單一尺度空間分布格局的缺點，最大限度地利用了空間點的信息，可以描述不同尺度的空間格局信息。經(jīng)過計算得出，以1218.1km為開始距離，30km為距離增量的設置下，01418.1km空間尺度上，地震點的空間分布呈聚集分布狀態(tài)。兩種點格局分析方法都發(fā)現(xiàn)：地震在空間上的分布表現(xiàn)為聚集分布狀態(tài)。地震的這種分布格局特征，與地震的成因是密不可分的。地震這種具有強大破壞性的地質災害是由地殼板塊的相互碰撞或朝反方向分裂引發(fā)的。在碰撞或分裂的過程中地殼會產(chǎn)生強力的運動來釋放地球內(nèi)部的能量，這種運動就是地震。日本剛好處在亞歐板塊和太平洋兩大板塊相互

12、撞擊的中間地帶，地殼運動異常活躍，因此在日本面向太平洋的東海岸顯現(xiàn)出地震點的聚集分布。4 結論通過使用最近鄰分析法和ipleyK函數(shù)法兩種點格局分析方法，定量的刻畫了日本地震的空間分布格局，揭示了其點空間分布模式。 研究結果發(fā)現(xiàn):(1)地震點的分布并不是雜亂無章的，而是具有明顯的空間聚集性分布特征，這種聚集性可以通過最近鄰分析法和ipleyK函數(shù)法定量的刻畫；(2)通過ipleyK函數(shù)法的分析，證明了地震點的空間分布格局對尺度具有很強依賴性，其空間聚集性程度會隨著尺度的變化而變化；(3)地震的多發(fā)地段或區(qū)域是地震空間分布聚集效應的反映，正如日本面向太平洋的東海岸是地震多發(fā)地帶一樣。以上是作者初

13、次運用點格局分析方法對地震的空間分布格局進行分析，勢必還存在一定不足。進一步的研究方向為：將地震的空間分布格局研究與時間分布研究相結合，考慮在不同的時間梯度內(nèi)地震的空間分布會呈現(xiàn)出什么樣的特點和差異，進行多時間段、多空間尺度的地震點時空分布研究。作者認為，在今后的研究中，國內(nèi)要對這方面的研究予以重視，借鑒國外的經(jīng)驗，不斷深化和探討隱藏在各種現(xiàn)象背后的規(guī)律。參 考 文 獻1 邱海軍，曹明明，劉聞，郝俊卿，王雁林區(qū)域地質災害的空間點格局分析研究以寧強縣為例J.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2014，28(3)：107111.2 劉志華，楊健，賀紅士，常禹黑龍江大興安嶺呼中林區(qū)火燒點格局分析研究及影響因素J生態(tài)

14、學報，2011，31(6)：166916773 時培建空間點格局分析和社會研究J.社會，2009，29(5)：187203.4 馮玉婷，常禹，胡遠滿，王曉莉大興安嶺呼中森林景觀的空間點格局分析J生態(tài)學雜志，2012，31（4）：101610215 田光進，沙默泉基于點狀數(shù)據(jù)與GIS的廣州大都市區(qū)產(chǎn)業(yè)空間格局J地理科學進展，2010，4：387-3956 金輝，李永寧，霍艷玲，等冀北山地楊樺次生林空間點格局分析J. 河北農(nóng)業(yè)大學學報，2012，3：63-687 宋思銘，余新曉，岳永杰，等北京山區(qū)典型針葉林群落空間點格局研究J水土保持研究,2011，4：36-428 趙安玖，胡庭興，黃從德，等.山

15、地常綠落葉闊葉林空間點格局特征J浙江林業(yè)科技，2008，4：1-7.9 遲文學，王勁峰，李新虎，等. 出生缺陷的空間點格局分析J. 環(huán)境與健康雜志，2007，4：238-240.10 張運春，張橋英，羅鵬，等. 克隆喬木黃牛奶樹空間點格局分析J.北京林業(yè)大學學報，2007, 3: 37-73.11 時培建，劉杰，楊振.汶川地震的時空點格局分析J.地震學報，2009，31 （5）：506515.Spatial Point Pattern Analysis of Earthquakes (6.0) in JapanAbstract:The article analyses the Spatial

16、point pattern of earthquakes on Japans land area and the surrounding within 0.5 with the method and the adjacent RipleyK function method. The earthquake on the Japanese territory and the surrounding land within the scope of 0.5 presents a clustering in general. However, it is different in different spatial scales. I operate software with the opening of the 1218.1km distance, incremental set for 30km distance. In 0-1418.1km spatial scales, the points are distributed in the spatial distribution of aggregation state. In 1448.1-1838.1km sp