黃金剛 薛艷 宋美琴 周龍泉 易桂喜呂堅(jiān) 張致偉 任梟 韓立波 鄭建常

1）山西省地震局，太原市舊晉祠路二段69號 030021

2）中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045

3）四川省地震局，成都 610041

4）江西省地震局，南昌 330039

5）中國地震局地球物理研究所，北京 100081

6）山東省地震局，濟(jì)南 250102

0 引言

我國是全球大陸地震最頻繁、地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。最早的地震記錄可追溯到公元前23世紀(jì)的山西蒲州 5?2 級地震。我國大規(guī)模的地震預(yù)報探索始于20世紀(jì)60年代。從1966年邢臺地震開始，中國地震局針對每一次顯著地震均組織相關(guān)部門和單位編著并出版震例專著，如《一九六六年邢臺地震》、《大同-陽高地震研究》等。1986年國家地震局開創(chuàng)并啟動了中國大陸震例的規(guī)范化研究工作。截至2012年，累計(jì)編寫了266次M≥5.0地震震例資料，正式出版 10冊《中國震例》（1966－2006）（張肇誠，1988、1990a、1990b、1999、2000；陳棋福，2002a、2002b、2002c、2008），《中國震例（2007-2012）》（蔣海昆，2014）已經(jīng)成稿，正在校對、刊印階段。這些文獻(xiàn)為進(jìn)一步開展地震預(yù)測探索提供了全面的震例研究基礎(chǔ)資料，是廣大地震科學(xué)工作者必備的工具書。

目前，我國地震預(yù)測研究仍處于基于震例統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)預(yù)測階段，日常震情跟蹤與年度危險區(qū)判定依據(jù)主要來自《中國震例》的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，但是，《中國震例》均是針對單次地震前的異?，F(xiàn)象的匯總，而地震預(yù)測人員更多地需要具有普適性的指標(biāo)性方法來指導(dǎo)預(yù)測工作?！吨袊鹄焚Y料目前已經(jīng)以PDF格式掛載在Mapsis軟件平臺上，但使用者只能分別查閱不同震例，無法方便地得到一個匯總的結(jié)果，這阻礙了基于震例資料的進(jìn)一步研究。目前，已有的研究成果主要是基于部分震例資料，針對某項(xiàng)異常的系統(tǒng)研究（曲延軍等，2010；敖雪明等，2010；李瑩甄等，2011；劉蒲雄等，1989；蔣海昆等，2009），且以期刊論文的形式存在，分布零散，非常不便于查閱、使用。

測震學(xué)科技術(shù)管理組通過對1966～2012年《中國震例》收錄的266次M≥5.0地震震例前的測震學(xué)異常進(jìn)行系統(tǒng)梳理，初步清理出震前普遍存在的可量化統(tǒng)計(jì)的圖像類、參數(shù)類、數(shù)字地震學(xué)新方法等3類共計(jì)11項(xiàng)異常，分別為地震條帶、空區(qū)、平靜、b值、前震、頻度、震群、震情窗口、波速比、視應(yīng)力與震源機(jī)制解一致性。同時也發(fā)現(xiàn)，《中國震例》基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存在一些問題，為了確?；谡鹄Y料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果的可靠性，測震學(xué)科技術(shù)管理組又對震例資料進(jìn)行了逐條核實(shí)。

此外，學(xué)科組還收集了190余篇與11項(xiàng)測震學(xué)異常有關(guān)的國內(nèi)外研究論文（陳宇衛(wèi)等，2007；敖雪明等，1996；Wyss，1986、2000；蔣海昆等，2003；易桂喜等，2013；王林瑛等，2014；王蘭蘭等，2004；楊芬等，2010；李艷娥等，2012；Marsan et al，2012），并以 PDF格式存儲，供使用者查閱，同時還保存了重要研究結(jié)果的圖件。

在此基礎(chǔ)上，完成了以下工作：①匯總11項(xiàng)異常在每個震例中的開始時間、結(jié)束時間、最低震級、異常范圍、主震震級、主震位置、異常判定等基礎(chǔ)信息，建立測震學(xué)異常數(shù)據(jù)庫；②基于異常數(shù)據(jù)庫，編制測震學(xué)異常輔助判定系統(tǒng)，該系統(tǒng)易于操作，界面友好，便于使用者進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究。

1 系統(tǒng)技術(shù)流程與數(shù)據(jù)處理步驟

圖1為“基于震例的測震學(xué)異常輔助判定系統(tǒng)”的技術(shù)流程圖。本系統(tǒng)最核心的內(nèi)容是建立測震學(xué)異常數(shù)據(jù)庫。基于1966～2012年266次M≥5.0地震震例資料，匯總測震學(xué)中地震活動圖像、數(shù)字地震學(xué)、參數(shù)等3類11項(xiàng)異常，分別為地震空區(qū)、條帶、前震、震群、震情窗口、波速比、震源機(jī)制解一致性、視應(yīng)力、b值、頻度與平靜。以每一次震例的發(fā)震時刻為檢索指標(biāo)，建立異常信息庫，異常信息包括：異常項(xiàng)名稱、異常最低震級、異常范圍、異常判據(jù)、異常開始時間、異常結(jié)束時間、預(yù)測三要素（指震例中主震的發(fā)生時間、強(qiáng)度與地點(diǎn)）、對應(yīng)震例名稱、異常圖件編號等。其中，異常圖件編號與相應(yīng)的圖一一對應(yīng)，編號以“發(fā)震時刻＋方法＋序號”為命名規(guī)則，以便于后期檢索調(diào)用。數(shù)據(jù)庫采用EXCEL格式。

在建立測震學(xué)異常數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，編制測震學(xué)異常輔助判定系統(tǒng)?；谠撓到y(tǒng)，使用者可以對266次不同構(gòu)造區(qū)域的地震，統(tǒng)計(jì)某項(xiàng)測震學(xué)異常的時間、地點(diǎn)與強(qiáng)度，如統(tǒng)計(jì)異常出現(xiàn)時間與發(fā)震時間間的關(guān)系、異常持續(xù)時間與主震強(qiáng)度間的關(guān)系、異常范圍與主震位置間的關(guān)系等，根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)結(jié)果，提煉預(yù)測指標(biāo)。

圖1 系統(tǒng)平臺的技術(shù)流程

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

GIS技術(shù)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心部件。本系統(tǒng)基于.Net Framework的桌面程序，使用了桌面GIS組件Map Win Gis。區(qū)別于傳統(tǒng)的桌面GIS應(yīng)用，Map Win Gis是一個非常輕量化的GIS組件，Map Win Gis的核心組件只有10M左右，而且不依賴任何GIS桌面與GIS系統(tǒng)。這意味著系統(tǒng)可以獨(dú)立使用，不需要安裝龐大的GIS專業(yè)軟件（如Arc Gis、Map Info等）。

2.1 Map Win Gis簡介

Map Win Gis是開源的GIS二次開發(fā)組件，基于MPL開源協(xié)議，可以免費(fèi)使用并自由修改和發(fā)布，類似于 Arc Gis的 AO，基于微軟的 COM思想編寫，其核心是 Map Win Gis的Active X控件。開發(fā)人員可以利用Active X控件在自己的系統(tǒng)中添加與GIS相關(guān)的功能（楊益飛等，2010）。

Map Win Gis的主要功能包括：直接打開、編輯、保存 Shape File、Image、Grid、Tin、Dbf等格式的文件；在地圖中對圖像進(jìn)行瀏覽、標(biāo)注，支持矢量數(shù)據(jù)的符號化、柵格數(shù)據(jù)的透明顯示，在地圖中對矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間數(shù)據(jù)查詢，動態(tài)地在圖層上標(biāo)注空間數(shù)據(jù)、存儲地圖中的相關(guān)數(shù)據(jù)，對不同格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換等功能（鄭大鵬，2012；呂秀琴等，2012）。

2.2 Map Win Gis在系統(tǒng)中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)中使用的地圖文件都是Shape File格式，系統(tǒng)借助Map Win Gis組件對Shape File進(jìn)行圖層加載、顯示、查詢、編輯和保存。

2.2.1 加載和顯示圖層

調(diào)用Map Win Gis控件的Add Layer方法，傳入要加載的Shape File文件名，即可加載和顯示該圖層。Add Layer的方法簽名如下：int Add Layer（object，bool）。

2.2.2 獲取和選擇圖層中的內(nèi)容

首先，獲取當(dāng)前圖層，將Shape File圖層添加到 Map Win Gis中，得到1個唯一的句柄（Handel），通過句柄可以得到某一圖層，調(diào)用方法為：object get＿shape file（int）。

返回對象為Shape File對象，獲取當(dāng)前圖層選擇的對象時，可以遍歷當(dāng)前圖層的所有圖形對象，調(diào)用Shape File的get＿Selected方法判斷圖形是否被選擇，傳入的參數(shù)為圖形的索引，方法簽名如下：Bool get＿selected（int index）。選擇當(dāng)前圖層上某些圖形時，也可以遍歷當(dāng)前圖層所有圖形，調(diào)用Shape File的set＿selected方法手動選擇圖形，參數(shù)是圖形的索引，方法簽名如下：Bool set＿selected（int index，bool pVal）。

根據(jù)范圍手動選擇某些圖形時，其實(shí)現(xiàn)相對比較復(fù)雜。例如，選擇某省范圍內(nèi)所有條帶異常，條帶異常指標(biāo)為一圖層，而省界為另一底圖圖層。首先，從底圖圖層查找某省的范圍圖形對象，然后，調(diào)用該對象的Contains方法依次判斷條帶圖層的圖形是否在范圍圖形對象內(nèi)，方法簽名如下：Bool Contains（Shape shape）。

2.2.3 繪制異常指標(biāo)統(tǒng)計(jì)圖

系統(tǒng)中所有異常指標(biāo)都是以Shape File保存，異常指標(biāo)的Shape File圖層中包含了異常指標(biāo)的所有字段，其中，經(jīng)緯度使用地震震例的經(jīng)緯度，其他字段為與指標(biāo)相關(guān)的屬性，如條帶指標(biāo)包含起始震級、主震震級、異常持續(xù)時間等，繪制異常指標(biāo)統(tǒng)計(jì)圖時，需要從Shape File中提取相關(guān)字段的值，然后繪制統(tǒng)計(jì)圖。

從 Shape File中提取字段的值時，首先，調(diào)用Shape File對象的get＿Field Index By Name，獲得該字段索引，然后，對圖層中每個圖形調(diào)用Shape File對象的get＿Cell Value方法獲取圖形對應(yīng)字段的值，參數(shù)為字段索引和圖形的編號，方法簽名如下：Object get＿Cell Value（int field Index，int shape Index）。

2.2.4 系統(tǒng)的發(fā)布

用戶使用Map Win Gis開發(fā)的GIS系統(tǒng)時，不需安裝Map Win Gis系統(tǒng)，也不依賴其他桌面GIS系統(tǒng)（如Arc Gis、Map Info等），只需將Map Win Gis控件及其依賴庫打包到安裝程序中。

Map Win Gis控件需要注冊，可在安裝腳本中自動注冊，依賴包的大小取決于需要的功能，如果只需要使用Map Win Gis的基礎(chǔ)功能，只需打包幾個關(guān)鍵依賴包即可。在系統(tǒng)中依賴包包括：Shape File庫、圖形庫及GDAL庫，依賴包的大小共約10M。

3 主要功能及特色

3.1 主要功能

3.1.1 查詢功能

（1）可以對11項(xiàng)測震學(xué)異常信息進(jìn)行查詢，包括定義、基本原理、適用范圍、主要參考文獻(xiàn)等信息。例如，選擇波速比異常項(xiàng)，點(diǎn)擊“定義”功能鍵，就可以出現(xiàn)波速比的相關(guān)信息（圖2）。

（2）PDF格式的震例報告查詢

系統(tǒng)收集到《中國震例》1966～2006年所有已經(jīng)發(fā)表的震例報告，并以PDF格式存儲。查閱方法如下：選中軟件左側(cè)數(shù)據(jù)圖層中的“震例”，則右側(cè)底圖上就會顯示出所有震例的空間分布，點(diǎn)擊功能菜單“參考文獻(xiàn)”，即可出現(xiàn)所有PDF震例報告，使用者可選擇某個報告雙擊閱讀。

（3）與11項(xiàng)測震學(xué)異常相關(guān)的研究論文查閱

除了收集《中國震例》資料外，系統(tǒng)還收集了190余篇與11項(xiàng)測震學(xué)異常有關(guān)的國內(nèi)外研究論文，并以PDF格式存儲。例如，如果查閱與前震有關(guān)的研究論文，則選擇軟件左側(cè)數(shù)據(jù)圖層中的“前震”，再點(diǎn)擊功能菜單中的“參考文獻(xiàn)”，則在右側(cè)就會出現(xiàn)與前震相關(guān)的研究論文，使用者可以雙擊閱讀（圖3）。（4）震例報告中異常圖件查詢

圖2 異常項(xiàng)相關(guān)信息查詢結(jié)果

圖3 “前震”相關(guān)論文查閱示意圖

可以查閱《中國震例》中任意一次震例報告中與11項(xiàng)測震學(xué)異常相關(guān)的圖件。例如，查閱地震條帶異常圖件，首先選擇數(shù)據(jù)圖層中的“條帶”，則右側(cè)就會顯示出震前出現(xiàn)條帶異常的所有震例分布，任意選擇某個地震（圖4中的紅色矩形），則右側(cè)就會在原底圖上出現(xiàn)該次地震前的條帶異常圖件（圖4）。

圖4 查閱某一地震前的異?！皸l帶”圖件

（5）已有研究結(jié)果的典型圖件查詢

提供了與11項(xiàng)異常有關(guān)的重要研究論文圖件，并與系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行對比。例如，在功能菜單中選中“條帶”，點(diǎn)擊右鍵，選擇“時間預(yù)測指標(biāo)”，則會出現(xiàn)已有的研究結(jié)果圖件（圖5中的右圖）及本系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖5中的左圖，藍(lán)色柱狀圖）。

圖5 關(guān)于地震“條帶”的已有研究結(jié)果圖件（關(guān)于時間預(yù)測的圖件）

3.1.2 統(tǒng)計(jì)與繪圖功能

本系統(tǒng)可以對11項(xiàng)異常進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪圖。選中某個數(shù)據(jù)圖層（即選中某個異常項(xiàng)），分別點(diǎn)擊“強(qiáng)度指標(biāo)”、“時間指標(biāo)”及“地點(diǎn)指標(biāo)”，可以得到該異常項(xiàng)的時、空、強(qiáng)統(tǒng)計(jì)圖件。例如，選擇“空區(qū)”異常項(xiàng)，右側(cè)底圖中就會顯示出在震前出現(xiàn)空區(qū)異常的所有震例的位置（圖6中黃色矩形）；在此基礎(chǔ)上，再選擇功能菜單“強(qiáng)度指標(biāo)”，則會出現(xiàn)“空區(qū)”持續(xù)時間與主震震級間（圖7（a））、圍空震級與主震震級間（圖7（b））、“空區(qū)”尺度與主震震級間的關(guān)系圖（圖7（c）），由圖7可見，“空區(qū)”持續(xù)時間、圍空震級及“空區(qū)”尺度等均與主震震級呈正相關(guān)關(guān)系。

圖6 選擇“空區(qū)”異常項(xiàng)與所有震前出現(xiàn)“空區(qū)”異常的震例空間分布

點(diǎn)擊功能菜單“時間指標(biāo)”，則出現(xiàn)“空區(qū)”持續(xù)時間的統(tǒng)計(jì)圖（圖8）。當(dāng)震情跟蹤過程中出現(xiàn)了1個地震“空區(qū)”，其圍空震級為3.0，“空區(qū)”尺度為200km，則可根據(jù)圖7大致推測未來強(qiáng)震的震級。由圖8可見，利用“空區(qū)”預(yù)測地震的優(yōu)勢時間為“空區(qū)”持續(xù)3個月內(nèi)，其次為持續(xù)3個月至1年內(nèi)。由于地震均發(fā)生在“空區(qū)”內(nèi)部或邊緣，所以，軟件不再統(tǒng)計(jì)地點(diǎn)預(yù)測。

3.1.3 分區(qū)域統(tǒng)計(jì)功能

可根據(jù)預(yù)測需求，分多邊形、方形、矩形、構(gòu)造區(qū)域、省界等不同區(qū)域給出11項(xiàng)測震學(xué)異常與主震時、空、強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)圖件。例如，選擇“空區(qū)”，再點(diǎn)擊“選擇”功能菜單，則出現(xiàn)一個下拉菜單，內(nèi)容主要有“按矩形選擇、按多邊形選擇、按統(tǒng)計(jì)分區(qū)選擇、按省選擇”等，如果點(diǎn)擊按“統(tǒng)計(jì)分區(qū)選擇”，則又出現(xiàn)一個下拉菜單“青藏高原北部、天山、南北地震帶中南部、華北”，即中國大陸按照構(gòu)造分為這4個統(tǒng)計(jì)分區(qū)，如果選擇“南北地震帶中南部”，則右側(cè)底圖中南北地震帶中南部的震例顏色將變?yōu)辄S色，即選擇了該區(qū)的震例資料（圖9）；然后再次點(diǎn)擊“強(qiáng)度指標(biāo)”功能菜單，則會出現(xiàn)根據(jù)該區(qū)震例得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果（圖10）。

圖7 中國大陸地區(qū)5級以上震例前的“空區(qū)”強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

圖8 中國大陸地區(qū)5級以上震例前的“空區(qū)”持續(xù)時間統(tǒng)計(jì)

3.1.4 存儲功能

系統(tǒng)產(chǎn)出的每一幅圖件，只要點(diǎn)擊菜單條上方的截圖按鈕，即可將其保存到指定的文件夾；或者點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，也可以實(shí)現(xiàn)對所繪圖件的存儲。存儲的圖件為jpg格式。

圖9 選擇南北地震帶中南部5級以上震例作為研究對象

圖10 南北地震帶中南部“空區(qū)”持續(xù)時間（a）、圍空震級（b）、“空區(qū)”規(guī)模（c）與主震震級間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系

3.1.5 添加新震例

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫具有開放性特征，可以隨時添加新震例。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，數(shù)據(jù)庫的更新是有權(quán)限的，一般使用者無此權(quán)限，不能隨意添加新震例。當(dāng)有新震例時，測震學(xué)科技術(shù)管理組會及時整理異常信息，更新數(shù)據(jù)庫，并盡快將更新后的軟件發(fā)送給使用者。

3.2 系統(tǒng)使用

進(jìn)入系統(tǒng)后，界面上方提供系統(tǒng)工具欄，包括GIS基礎(chǔ)縮放、選擇、統(tǒng)計(jì)圖等功能；系統(tǒng)左側(cè)提供了圖層導(dǎo)航欄；系統(tǒng)右側(cè)為圖層顯示區(qū)域。

在圖層導(dǎo)航欄中，勾選／反勾選某一圖層，可以顯示或隱藏該圖層。點(diǎn)擊圖層右側(cè)圖標(biāo)，可以編輯圖層中的數(shù)據(jù)顯示形狀。點(diǎn)選某一數(shù)據(jù)圖層（異常指標(biāo)圖層）后，點(diǎn)擊工具欄的功能按鈕，進(jìn)行相應(yīng)功能使用，如點(diǎn)擊“強(qiáng)度指標(biāo)”，則在彈出對話框中顯示該異常的強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)圖。在右側(cè)圖層區(qū)，點(diǎn)擊查看“屬性”，然后點(diǎn)擊某一異常圖形，可以查看該異常的相關(guān)圖件等內(nèi)容。

系統(tǒng)對各類統(tǒng)計(jì)圖都提供了保存功能，并同時提供了圖層的截圖功能，以方便用戶保存制作的底圖。

4 小結(jié)

（1）首次建立了可實(shí)現(xiàn)檢索的測震學(xué)異常數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)來源于11冊《中國震例》（張肇誠，1988、1990a、1990b、1999、2000；陳棋福，2002a、2002b、2002c、2008；蔣海昆，2014），其中，前10冊已經(jīng)正式出版，而最近1冊（2006～2012）待出版，共涉及266次震例前出現(xiàn)的測震學(xué)異常信息。該數(shù)據(jù)庫具有開放性，可以隨時追加最新的震例研究結(jié)果。

（2）首次建立了測震學(xué)異常輔助判定系統(tǒng)。該系統(tǒng)界面友好，操作簡單，便于安裝。GIS技術(shù)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心部件。系統(tǒng)是基于.Net Framework的桌面程序，使用了桌面GIS組件Map Win Gis。區(qū)別于傳統(tǒng)的桌面 GIS應(yīng)用，Map Win Gis是一個非常輕量化的 GIS組件，Map Win Gis的核心組件只有10M左右，而且不依賴任何GIS桌面與GIS系統(tǒng)。這意味著系統(tǒng)可以獨(dú)立使用，不需要安裝傳統(tǒng)的龐大的GIS專業(yè)軟件（如Arc Gis、Map Info等）。

（3）軟件平臺可以實(shí)現(xiàn)如下功能：

①提供基于GIS的3類共計(jì)11項(xiàng)測震學(xué)異常信息的查詢。

②可以查閱所有已發(fā)表的PDF格式的震例報告。

③可以查閱190余篇與11項(xiàng)測震學(xué)異常相關(guān)的國內(nèi)外研究論文。

④點(diǎn)擊功能菜單可實(shí)現(xiàn)11項(xiàng)測震學(xué)異常與主震時、空、強(qiáng)間的統(tǒng)計(jì)圖件；并提供了相應(yīng)方法已有研究結(jié)果的典型圖件。

⑤可根據(jù)預(yù)測需求，分多邊形、方形、矩形、構(gòu)造區(qū)域、省界等不同區(qū)域給出11項(xiàng)測震學(xué)異常與主震時、空、強(qiáng)間的統(tǒng)計(jì)圖件。

⑥針對某一種方法，點(diǎn)擊目標(biāo)地震，即可釋放出《中國震例》中該方法在該次震例前的異常圖件。

⑦點(diǎn)擊“截圖”按鈕，可將所繪圖件保存到目標(biāo)文件夾中。