日本6级以上地震分布的空间点格局分析

1、第 页 (共 9 页)日本6级以上地震分布的空间点格局分析0引言日本地处太平洋西北部，是环太平洋地震带上的一个岛国，自古以来便是一个地震多发的国家。尤其是2011年3月11日13时46分在日本宫城县海域发生的311地震，至今让人记忆犹新。这次地震震级高达里氏9.0级，是世界观测史上最高震级，引发了海啸、火灾和核泄漏等事故，使日本部分地区遭受毁灭性破坏。所以对日本已发地震的空间分布数据进行处理和分析，以期得到地震点的分布特性和规律，为地震灾害的预防和监管提供一定依据很有必要。但是地震灾害点在空间上的分布(如图1)看起来似乎是“杂乱无章”的，这些地震点在空间上的分布是否遵从着某种规律呢？过去关于地

2、震点空间分布，国内外的研究主要表现为两种特点：1.停留在定性的描述阶段，对地震点在空间上的分散性与聚集性缺乏定量的认识；2.只能分析单一尺度上的空间分布格局，具有一定缺陷。因此文中引入目前被广泛应用于生态学中的点格局分析方法，即最近邻分析法和ipleyK函数法进行地震灾害空间格局分布的研究。点格局分析法以植物个体构成的空间分布点图为基础进行格局分析，可以分析各种尺度下的种群格局和种间关系，在拟合分析的过程中最大限度地利用坐标图的信息，因而检验能力较强。将这种方法应用在地震点的空间格局分布上，经部分专家的实践检验同样可行。图 SEQ 图表 * ARABIC 1 日本及周边0.5范围内地震分布图研

3、究区概述与数据处理1.1 研究区概述日本位于 HYPERLINK http:/ t _blank 亚欧大陆东部、 HYPERLINK http:/ t _blank 太平洋西北部，由数千个 HYPERLINK http:/ t _blank 岛屿组成。众岛屿呈弧形，介于东经122.93153.99、北纬24.0545.52之间。日本东部和南部为一望无际的 HYPERLINK http:/ t _blank 太平洋，西临 HYPERLINK http:/ t _blank 日本海、 HYPERLINK http:/ t _blank 东海，北接 HYPERLINK http:/ t _blank

4、 鄂霍次克海，隔海分别和 HYPERLINK http:/ t _blank 朝鲜、 HYPERLINK http:/ t _blank 韩国、 HYPERLINK http:/ t _blank 中国、 HYPERLINK http:/ t _blank 俄罗斯、 HYPERLINK http:/ t _blank 菲律宾等国相望。日本作为一个南北狭长的岛国，处在亚欧板块和太平洋板块之间。两个板相互碰撞挤压，交界处的岩层出现变性、断裂等运动。这使日本刚好成为环太平洋火山地震带上的一份子，地震灾害频发。1.2 数据处理本研究所使用数据总共包括两个部分。第一个是日本陆地国土的矢量图，第二个是日本

5、陆地国土及周边0.5范围内有记录的所有6级以上地震灾害的分布数据。为更便于使用ARCGIS软件对数据进行分析，首先要对已有数据进行建立在相同参数基础上的双标准纬线等距离圆锥投影，以达到变经纬度参数为距离参数的目的。而且考虑到日本是一个典型的群岛性海洋国家，部分地震并不落在陆地国土上，而是处在海洋里，还需要对投影后的日本陆地国土矢量图进行建缓冲区操作（如图2）。参数设置为日本陆地国土向周围缓冲0.6，使之略大于0.5。最后正是使用日本陆地国土及周边0.5范围内6级以上地震点投影和向外缓冲0.6后的日本陆地国土投影两个数据进行地震点的空间点格局分析。图 2 对日本陆地国土投影的缓冲区操作2 地震的

6、空间点格局分析地震在空间上的聚集性主要表现为地震点的空间聚集效应，利用最近邻分析法和ipley K函数法可以很好的说明这种聚集效应。2.1 基于最近邻分析法的地震空间点格局分析最近邻分析法( Nearest Neighbor Analysis) 是基于空间距离的方法，将离得最近的点对的平均距离与随机分布模式下的最邻近距离进行比较，用其比值(ANN) 来判断地震点的空间聚集性。最近邻比值定义为: （1）这里为要素与最邻近要素之间的可观测平均距离，为要素与给定随机模式的期望平均距离: （2） （3）工具进行统计后返回Zscore值，值计算公式为: （4）这里，Zscore值为负且越小，则要素分布越

7、趋向于聚类分布，相反为离散分布，从图3计算结果可以看出，日本陆地国土及周边0.5范围内地震点的Zscore值为15.025912，这说明日本陆地国土及周边0.5范围内的地震分布具有明显的聚集分布特征。图 3 最近邻分析法地震点聚集分布2.2 基于ipleyK函数法的地震空间点格局分析地震的空间分布可以看作是在二维空间的“点事件”，其空间分布格局对尺度具有很强的依赖性，不同的尺度可能会有不同的分布格局。ipleyK函数法通过函数来反映点空间布局对尺度的依赖程度。ipley提出的点格局分析法克服了传统方法只能分析单一尺度空间分布格局的缺点，最大限度地利用了空间点的信息，可以描述不同尺度的空间格局信

8、息。值可反映地震点在空间尺度上的分布格局，公式如下: （5） 式中:A为研究区域面积，文中以“向外缓冲0.6的日本陆地国土投影”作为研究区域；n为研究区内地震点总数；为第i个地震点与第j个地震点之间的距离；t 为空间尺度，当 时，反之，；是边缘校正的权重，可以校正边界效应引起的误差，它是以点i 为圆心，以为半径的圆落在研究区域内的弧长和整个圆周长的比值。实际上的平方根在表现格局关系时更有用，在随机分布条件下，它可使方差保持稳定，同时与尺度t 有线性关系，由此，上式可简化为: （6）通常用函数的估计值来判断点事件的分布类型。当0时，在尺度t服从聚集分布，当偏离数值越大说明聚集强度越高；当=0时，

9、服从随机分布；当0时，服从均匀分布。一般利用MonteCarlo法来求解随机分布上下包迹线，即置信区间，来检验偏离零值的显著程度。如果观测曲线落在上包迹线以上，则在此距离尺度下地震点是聚集分布的；如果观测曲线落在上下包迹线区间内，则在此距离尺度下地震点是随机分布的；如果观测曲线落在下包迹线以下，则在此距离尺度下地震点是均匀分布的。从图4可以看出，在以1218.1km为起始距离，以30km为距离增量的设置下，01418.1km空间尺度上，观测曲线在上包迹线以上，地震点的空间分布呈聚集分布状态；1448.11838.1km空间尺度上，观测曲线在上下包迹线之间，地震点空间分布呈随机分布；大于1868

10、.1km空间尺度上，观测曲线在下包迹线之下，地震点的空间分布呈均匀分布。图 4 日本0.5范围内地震点格局分析结果3 讨论地震在空间上呈现出一定的点分布格局，如何定量的分析这种格局对于认识地震的空间分布模式有着重要的作用。最近邻分析法基于空间距离，将离得最近的点对的平均距离与随机分布模式下的最邻近距离进行比较，用其比值(ANN)来判断点事件的空间聚集性，已在其它领域分析点格局取得不错的效果。本文通过最近邻分析法计算得出，日本地震点的Zscore值为15.025912，这说明日本地震点具有明显的聚集分布特征。但是伴随而来的问题是，这些地震点的空间分布格局对尺度具有很强的依赖性，不同的尺度可能会有

11、不同的分布格局。ipley提出的点格局分析法克服了传统方法只能分析单一尺度空间分布格局的缺点，最大限度地利用了空间点的信息，可以描述不同尺度的空间格局信息。经过计算得出，以1218.1km为开始距离，30km为距离增量的设置下，01418.1km空间尺度上，地震点的空间分布呈聚集分布状态。两种点格局分析方法都发现：地震在空间上的分布表现为聚集分布状态。地震的这种分布格局特征，与地震的成因是密不可分的。地震这种具有强大破坏性的地质灾害是由地壳板块的相互碰撞或朝反方向分裂引发的。在碰撞或分裂的过程中地壳会产生强力的运动来释放地球内部的能量，这种运动就是地震。日本刚好处在亚欧板块和太平洋两大板块相互

12、撞击的中间地带，地壳运动异常活跃，因此在日本面向太平洋的东海岸显现出地震点的聚集分布。4 结论通过使用最近邻分析法和ipleyK函数法两种点格局分析方法，定量的刻画了日本地震的空间分布格局，揭示了其点空间分布模式。 研究结果发现:(1)地震点的分布并不是杂乱无章的，而是具有明显的空间聚集性分布特征，这种聚集性可以通过最近邻分析法和ipleyK函数法定量的刻画；(2)通过ipleyK函数法的分析，证明了地震点的空间分布格局对尺度具有很强依赖性，其空间聚集性程度会随着尺度的变化而变化；(3)地震的多发地段或区域是地震空间分布聚集效应的反映，正如日本面向太平洋的东海岸是地震多发地带一样。以上是作者初

13、次运用点格局分析方法对地震的空间分布格局进行分析，势必还存在一定不足。进一步的研究方向为：将地震的空间分布格局研究与时间分布研究相结合，考虑在不同的时间梯度内地震的空间分布会呈现出什么样的特点和差异，进行多时间段、多空间尺度的地震点时空分布研究。作者认为，在今后的研究中，国内要对这方面的研究予以重视，借鉴国外的经验，不断深化和探讨隐藏在各种现象背后的规律。参 考 文 献1 邱海军，曹明明，刘闻，郝俊卿，王雁林区域地质灾害的空间点格局分析研究以宁强县为例J.干旱区资源与环境，2014，28(3)：107111.2 刘志华，杨健，贺红士，常禹黑龙江大兴安岭呼中林区火烧点格局分析研究及影响因素J生态

14、学报，2011，31(6)：166916773 时培建空间点格局分析和社会研究J.社会，2009，29(5)：187203.4 冯玉婷，常禹，胡远满，王晓莉大兴安岭呼中森林景观的空间点格局分析J生态学杂志，2012，31（4）：101610215 田光进，沙默泉基于点状数据与GIS的广州大都市区产业空间格局J地理科学进展，2010，4：387-3956 金辉，李永宁，霍艳玲，等冀北山地杨桦次生林空间点格局分析J. 河北农业大学学报，2012，3：63-687 宋思铭，余新晓，岳永杰，等北京山区典型针叶林群落空间点格局研究J水土保持研究,2011，4：36-428 赵安玖，胡庭兴，黄从德，等.山

15、地常绿落叶阔叶林空间点格局特征J浙江林业科技，2008，4：1-7.9 迟文学，王劲峰，李新虎，等. 出生缺陷的空间点格局分析J. 环境与健康杂志，2007，4：238-240.10 张运春，张桥英，罗鹏，等. 克隆乔木黄牛奶树空间点格局分析J.北京林业大学学报，2007, 3: 37-73.11 时培建，刘杰，杨振.汶川地震的时空点格局分析J.地震学报，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