1、 目 录 摘要 .(1) 0 序言 .(1) 1 地震概况 .(2) 2 大地震网络假说 .(2) 2.1 大地震形成网络性质的事实依据 .(3) 2.2 网络假说 .(3) 3 大地震的空间有序性规律 .(3) 3.1 距离的计算 .(4) 3.2 空间分布有序性规律 .(4) 3.3 孕震范围与地震预测 .(9) 3.4 讨论 . (10) 4 总结 . (11) 参考文献 . (12) Abstract. (14) 第 1页 (共 14 页 ) 中国八级强震的空间规律研究 摘要 ： 本文简单介绍大地震产生的原因，从理论层次上提出大地震间具有网络性质的假说，运用 ARCGIS 软件做出八级
2、强震的空间分布图 ，通过对我国八级强震空间规律上的探讨，得出强震间具有等腰三角形、规则四边形等的有序性，以期在预测强震领域有所进展，为国计民生谋福利。 关键词： Arcgis 图像；强震；理论假说；空间分布规律 0 序言 地震又称地动、地振动 ， 是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。地球上每年约发生 500 多万次地震，即每天要发生上万次地震。 地震给我们的生活带来难以预料的灾难。 因此，为了更好的了解自然、认识地震，并尽量把它对我们的危害
3、降低到最小程度，许多学者展开了对地震的全面研究。本文主要对我国 八 级强震间空间的分布规律进行了探讨，得出 八 级地震在空间上形成等腰三角形、梯形、矩形等规则图形的有序性。 八 级地震 (包括大于 八 级地震 )是罕见事件 ， 它的频率低 ， 时间、空间的分布不均匀 ， 通常被认为具有较强的随机性 ， 难以用数学方式加以表示。中国大陆具有相对完整的历史地震记录。通过对这些历史地震时空上的分析与研究，得出：与中小地震相比 ， 它们的形成机制有相当大的差别。大地震的次数较少 ， 但其空间有序性显 示得较为明显。遂以此为契机，探索地震的有序性规律，以期对地震预测方面有所帮助。 知其然更要知其所以然。
4、了解地震发生的原因、过程及所造成的各种灾害，寻找强震间空间分布的各种规律，对我们更好的应对自然灾害及建设家园提供丰富的科学依据和现实可能。地震各方面的研究都是一个长时间的工作，更是一个惠及万代的科研事业，需要代代有志学者为其贡献自第 2页 (共 14 页 ) 己的一份力量。本文在前辈们的研究基础上进行了更深层次的探讨与研究，欢迎各界人士前来交流、探讨。由于作者个人知识和能力有限，难免会有一些不当之处，还望读者给予批评与指正，谢谢！ 1 地震概况 地 震是 地壳 快速释放 能量 过程中造成的震动，期间会产生 地 震波 ，其中地震波又分为 S 波及 P 波。 它 可由 地震仪 所测量， 其 震级是
5、用作表示由震源释放出来的能量，通常以 “ 里氏地震规模 ” 来表示；烈度则透过 “ 修订 麦加利地震烈度 表 ” 来表示，某地点的地震烈度是指地震引致该地点地壳运动的猛烈程度，是由震动对个人、家具、房屋、 地质 结构等所产生的影响来断定。一般而言，地震一词可指 自然 现象或人为破坏所造成的地震波。人为自然 地形 的破坏、大量气体（尤其是 沼气 ）迁移或提取、水库蓄水、 采矿 、 油井 注水、地下 核试 等；自然的火山活动、大型 山崩 、地下空洞塌陷、大块 陨石 坠落等均可引发地震。 震动的发源处称为 震源 。大多数震源都在地壳和上 地幔 顶部，即 岩石圈 内。根据震源的深度，地震可分为三类：浅
6、源地震（深度在 0-70 公里）、中源地震（深度在 70-300 公 里）和深源地震（深度在 300 公里以上）。由震源竖一垂直线至地面上的位置称为 震中 。震中是地表距离震源最近的地方，因此地震波最早到达这处，震动也最为强烈，破坏程度也最大，测量震中的方式一般是透过由三点不同地点的 P 波与 S 波走时差与到达时间来计算 。 地震的类型一般 还 分为：构造地震、火山地震、陷落地震、人工诱发地震。地震释放的能量决定地震的震级，释放的能量越大震级越大，地震相 差一级，能量相差约 30 倍 。 1995年日本大阪神户 7.2级地震所释放的能量相当于 1000颗二战时美国向日本广岛长崎投放的原子弹的
7、能量。 在了解地震的相关知识后，下面我将从大地震网络假说理论，空间有序性规律等方面进行论述。 2 大地震网络假说 徐道一等学者通过对亚洲、日本等地区大地震的时空分布的研究，得出它们的形成受许多因素的制约 ， 包含着信息有序系列和信息有序网络（翁第 3页 (共 14 页 ) 文波等提出），从而提出 : 大地震具有网络特性 1。 2.1 大地震形成网络性质的事实依据 一个大地震在空间上与其他地震存在着网络关系。如 1950 年 8 月 15日西藏察隅 8.6 级地震 ， 与周围 6 个 八 级地震形成三对等距离的信息有序系列。三对的平均距离分别为 1846km， 3333km 和 5302km2。
8、公认的 BK 模型在本质上是一个网络结构 3。多数地震与断裂有关 ， 而断裂带、断裂系数组成断裂网络 2。在地震预测研究中发现的许多现象 :窗口效应、大地震时空分布等，可用网络假说解释 4。因此 ， 地震形成机制的网络假说较好地综合已有概念 ， 并解释地震预测研究中发现的许多新现象。 2.2 网络假说 把大地震看成是多层次网络的节点 5。一个地震的发生是各种动力 (包括天文 因素 )作用的结果。大地震的网络性质有：大地震的存在与各种距离和时间间隔的其他事件有关；它们之间的关系经常在变化；同一地点不同时间的两个事件对某一点的影响可以相似 (相似性一般仅是短效的 )，但更经常是在变化的； 网络是多
9、层次、 多因素 、 多尺度和多维的 6。 网络的概念与震源 (点 )、应力场 (面 )有基本性质的不同。震源着眼于孤立的点或局部区域；应力场立足于连续场的观念，潜在地承认靠近震源的影响大 ， 远离震源的影响小。网络中的点 (节点 )把震源所考虑的点的因素包括进去；网络中的线把应力场所考虑的连续场的因素考虑进去 7。点与线所包围的空间 (网络空间 )则是与地震形成机制无关 ， 或关系不密切。它们中有些部分虽与震源相距很近 ， 但是可能和地震的发生没有什么关系 ，从而可没有前兆和有关事件。相反 ， 一些远离所研究震源的网络上的点和线有可能呈现了与震源有关的前兆和事件，这是由于它们位于同一网络之中。
10、网络观把宇宙看成是一个相互联系的事件的动态网络。这个网络中任一部分其中没有一个性质是基本的，它们都被其他部分的性质所确定，相互之间的联系的所有一致性确定了整个网络的结构。 3 大地震的空间有序性规律 有序性的概念是相对于周期性和随机性概念提 出来的。当前应用的数学方法多数是立足于事物具有周期性或随机性的概念。两者在自然界确有存在 ， 并确实取得一些实用效果 ， 但也应看到它们的局限性。周期性和随第 4页 (共 14 页 ) 机性的应用都要求许多前提 ， 在满足这些要求后 ， 它们的应用才是可允许的。例如 ， 周期性一般指同一周期严格地重复出现的性质 ， 不允许在同一时间序列中 ， 同一周期的上
11、一周期与下一周期部分重复或两者衔接处出现一段空缺；随机性是假设随机变量的独立性 ， 要求随机过程的平稳和遍历 8。这些要求仅在某些情况下被满足 ， 而在天地复杂环境中许多事物的变化中却受很多因素制约 ， 与这些要求有很大差 距。为了客观地描述一些自然现象 ， 本文应用了有序性的概念。有序性是泛指一些重复出现的现象 ， 较周期性、随机性有更大的包涵性 ， 更少的假设前提。随机性和周期性是反映了客观实际的 2 个极端 (简单化了 )情况 ， 而有序性概念则位于 2 端之间广大区域 ， 在客观中大量、普遍地存在。 翁文波提出了研究信息体系的一种途径 ， 是用相对简单的模型来拟合客观实际体系 5。我们
12、采用这一思路 ， 用简单的几何图形 (三角形、四边形和多角形等 )研究 八 级大地震的空间有序性。 3.1 距离的计算 大地震的空间有序性的一个重要参数是两次地 震之间的距离， 在本文称之 为震中距离 ( )，用下列公式计算： cos =cos cos +sin sin (cos cos +sin sin )0 180式中， ， 为两次地震的经度； ， 为两次地震的地心余纬度。地心余纬度 = /2-arc tan (北纬 )。是地心纬度，它与地理纬度的关系式为 tan=(1-f)2tan ， 式中， f为地球扁度，取 f=1/297。由上式求出的是两次地震之间的角距离，由 1 =111.1km
13、 可变为两地震之间的距离值。由上式计算的震中距离的精度基本上能满足本文 研究的需要。 表 1 中的每个震中的经纬度取到小数点后一位，即 .度，约 10km左右。本文中未考虑大地震的震源深度，一是因震源深度数据误差大，二是许多历史地震难以确定震源深度。 3.2 空间分布有序性规律 首先引入一个两边相等的概念。考虑到震中、震源深度和历史地震震中确定误差等因素对震中位置的确定存在着随机性 ， 因此 ， 在研究两震中距离是否相等时允许有一定误差。在本文中如两两地震间的距离小于100km， 且误差在 10km 之内的，可以认为这些震中距是大体相等的。本文将根据中国 M 8.0 地震基本信息表（见 表 1
14、）内容分 析 八 级地震间的空间第 5页 (共 14 页 ) 分布有序性规律。 表 1 中国 M 8.0 地震基本信息 序号 发震时间 地名 经度 纬度 震级 1 1303-09-17 山西 赵城 洪洞 36.3 111.7 8 2 1556-01-23 陕西 华县 34.5 109.7 8 3 1604-12-19 福建 泉州 海外 25.0 119.5 8 4 1668-07-25 山东 郯城 莒县 35.3 118.6 8.5 5 1679-09-02 河北 三河 平谷 40.0 117.0 8 6 1739-01-03 宁夏 银川 平 罗 38.9 106.5 8 7 1833-09-
15、06 云南 崇明 25.2 103.0 8 8 1902-08-22 新疆 阿图什 40.0 76.5 8.3 9 1906-12-23 新疆 玛纳斯 43.9 85.6 8 10 1920-06-05 台湾 花莲 海外 23.5 122.7 8 11 1920-12-16 宁夏 海原 36.5 105.7 8.5 12 1927-05-23 甘肃 古浪 37.6 102.6 8 13 1931-08-11 宁夏 银川 平罗 38.9 106.5 8 14 1950-08-15 西藏 察隅 28.4 96.7 8.5 15 1951-11-18 西藏 当雄 31.1 91.4 8 16 197
16、2-01-25 台湾 新港东 海中 23.0 122.3 8 17 2001-11-14 新疆 若羌 青海交界 36.2 90.9 8.1 18 2008-05-12 四川 汶川县 31.0 103.4 8 （表 1 中地名有些为古地名；由于受一些客观因素的制约，震级有些是推测震级。 本地震信息表摘自中国地震台网中心 CENC） 本文以后的图示都由 表 1信息用 ARCGIS软件制作而成。 有些大地震的空间距离成等腰三角形。如图 1所示：玛纳斯县与若羌县距离为 968.32km，若羌县与古浪县距离为 1052.40km，相差为 84.08km，可看成是等腰三角形。玛纳斯县与阿图什县距离为 86
17、8.78km，玛纳斯县与若羌县间的距离为 968.32km，相差为 99.54km，可看成是等腰三角形。另外，把其周围的 8级地震用线连接起来，有一组连线近似平行，且距离相差为387.90km，另一组距离相差为 78.45km，由此可得近似等腰梯形的四边形。这样我们得到了以若羌县地震为中心，以附近四个八级地震为顶点而组成的等腰梯形的空间分布有序性特征之一。 第 6页 (共 14 页 ) 图 以若羌县地震点为中心的 8级地震形成的有序性 图中实心圆圈代表震中，线附近的数字代表震中距离，单位为 km（下同） 以汶川县为中心，到古浪县距离为 738.30km，到华县距离为 706.64km，到崇明县
18、距离为 646.83km，到察隅县距离为 709.38km，两两之间距离分别相差为： 31.66km， 59.81km， 62.55km， 28.92km。这 些距离都在本文划定的等腰三角形边长范围内，所以以汶川县为中心，形成了 4个以汶川县为顶点的等腰三角形，即四边形对角线相等。另外，根据勾股定理， 725.93的平方加上 1219.94的平方等于 1387.19的平方，所以以古浪县、华县、崇明县组成的三角形为直角三角形。所以以汶川县地震为中心的八级地震的连线图为由 4个等腰三角形组成的一个矩形。此地区为地震活动活跃区，八级地震空间分布形成典型的规则图形，为寻找 8级地震间的规律和预测地震发
19、生提供了科学参考。 图 2 以汶川县地震点为中心的 8级地震形成的 有序性 2010年 4月 14日青海省玉树县（ 33.1N， 96.7E）发生了里氏 7.1级的地第 7页 (共 14 页 ) 震，对当地造成了巨大的破坏。如果把玉树县地震加入分析中，可得到如图 3所看见的以玉树县为中心所组成的由古浪县、汶川县、当雄县和若羌县所组成的四边形。其中，若羌县与古浪县的纬度相近，距离为 1052.40km；当雄县与汶川县的纬度相近，距离为 1143.90km，两者相差 91.50km，可看成相等。若羌县与当雄县的经度相近，古浪县与汶川县的经度也相近，即两边平行。所以，图中形成了一个由三个等腰三角形组
20、成的平行四边形，具有明显的 空间分布有序性特征。 图 3 以玉树县地震点为中心的 8级地震形成的有序性 注：玉树县虽然不是 8级以上的地震，但是以它为中心的 8级地震有很明显的四边形规律，所以本文也作为探讨内容，用空心圆圈表示。 按震级，玉树县地震不在本文研究范围内。但是，计算以汶川县为中心，且到玉树县、华县、察隅县的距离分别为 682.67km、 706.64km、 709.38km，相差的距离分别为 23.97km， 26.71km，形成了两个等腰三角形。由于玉树县和察隅县的经度相近，所以结合上述空间分布有序性规律，我们可以推测，在以汶川县为中心的另一边即与玉树县相对的位置上可能会有一次
21、八级地震发生。根据本文确定的距离范围，在图示？中的地震高发地区可能发生 八 级以上的大地震 ，即在重庆市南部、贵州省北部、湖南省西南部和湖北省西南部的结合地带。 第 8页 (共 14 页 ) 图 4 以汶川县地震点为中心参考玉树县地震形成的有序性 注：？处为预测的地震高发区，为与之相连的距离。 由图 5所示，洪洞县到三河县的距离为 620.18km，到郯城县的距离为632.69km，到平罗县的距离为 542.16km，由此三个距离线段形成了 2个等腰三角形。根据 上述几个地区地震形成的空间分布有序性规律，可推测图 5所示的地震高发区处也可能有一个八级地震，即在陕西省南部、四川省东部和重庆市交界
22、处发生 八 级大地震。这样，以洪洞县为中心就形成了一个较规则的 八 级地震四边形，可能是梯形、平行四边形或矩形等规则四边形。若此四边形为矩形，取值 600.00km，取值 550.00km，取值 900.00km，那么？ 地震高发区所在的 地震高发地最可能为 31.3N106.5E即四川省遂宁市内。 图 5 以洪洞县地震点为中心的 8级地震形成的有序性 如图 6 所示：海原县到 古浪县、平罗县、华县的距离分别为： 301.39km、第 9页 (共 14 页 ) 276.29km、 425.35km，古浪县、海原县和平罗县三点组成一个等边三角形。因此，根据 八 级地震空间分布有序性规律，以海原县
23、为中心，在平罗县对面还有一个 八 级地震存在。由此，可推断，在甘肃省东南部、四川省北部或陕西省南部省级交界处可能有八级大地震。这样，形成如图 6 所示：一个以海原县大地震为中心 4 个八级地震为顶点而组成的四边形。如距离都为 450km，则？处的具体地点可能为 32.5N104.7E即绵阳市内。 图 6 以海原县 地震点为中心推测地震高发地 至此，本文已经把 12世纪以来中国发生的 八 级 以上 地震和玉树县地震在空间分布上可能出现的多边形有序性 规律 全部分析、归纳出来了。为了更直观的向学者们显示本文中所形成以一个八级地震为中心由另外 4个 八级 以上 地震为顶点组成的规则的四边形的空间分布
24、有序性信息， 附图 7一个完整的 八 级 以上 地震空间分布有序性的区域分布综合图。 3.3 孕震范围与地震预测 如图 8所示：中国 八 级以上地震震中距离分布范围主要集中在 600km到800km间。说明 八 级以上地震之间形成一个 600km到 800km的孕震范围圈，在这个 圈内，发生大地震的可能性很大。图示 4、 5、 6所预测的地震高发区都 在孕震范围内，符合上示信息。只有从长时间尺度和大范围空间尺度孕震过程的观点出发，才能正确理解大震孕育演化过程。特定孕震区内的任何破裂都是有联系的，任何事件都不是孤立的，都与锁固体在不同变形阶段的破裂过程密切相关，即孤立型地震是不存在的。研究表明，虽然大地震和特大地震的孕震过程千差万别且十分复杂，但其孕震过程仍遵循着一个基本、确定乃至简单的力学规律，大地震是可以预测的 10-19。秦四清、熊巨华等学者认为，科学的强震预测理论应具有以下特点： 以地震地质资料为划定孕震时空区域的基础；与岩石破裂演化过程密切相关；基于长期可靠的地震活动性监测数据，如地震目录等，掌握岩石的
