殷田園，殷淑燕，李富民

（陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，陜西西安710119）

0 引 言

地震是嚴(yán)重危害人類生命及其生活的自然災(zāi)害之一。由于其突發(fā)性強(qiáng)、破壞性大、難預(yù)測(cè)以及多次生災(zāi)害等特點(diǎn)，常給人們?cè)斐删薮蟮纳?cái)產(chǎn)損失。例如，2008 年汶川8.0 級(jí)地震導(dǎo)致9 萬(wàn)多人死亡和失蹤，39 萬(wàn)多人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)8 450 億人民幣（中國(guó)地震局）。環(huán)太平洋和地中海-喜馬拉雅兩大地震帶所發(fā)生的地震占全世界地震的90%以上，所釋放的能量占全世界地震釋放總能量的95%[1]，而中國(guó)正好位于這兩大地震帶之間，是世界上地震活動(dòng)最為活躍的國(guó)家之一，屬于地震多發(fā)區(qū)。由于我國(guó)地震具有頻率高、分布廣、強(qiáng)度大、震源淺、地區(qū)差異明顯等特點(diǎn)，決定了我國(guó)地震的嚴(yán)重性和廣泛性[2]。歷史上，多數(shù)省、自治區(qū)、直轄市都遭受過(guò)6 級(jí)以上地震的襲擊[3]。地震災(zāi)害對(duì)于地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極大的威脅和限制性，且這種威脅和限制性并沒(méi)有隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步而減小。

地震對(duì)人類社會(huì)造成的損害可歸納為人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文明程度的不斷提高，人類生命的價(jià)值受到了前所未有的尊崇，且地震造成的生命損失將帶來(lái)巨大的社會(huì)創(chuàng)傷、經(jīng)濟(jì)損失和難以估量的間接損失[4]。因此，生命損失型地震的研究迫在眉睫。然而地震生命損失的成因很復(fù)雜，雖然與地震活動(dòng)緊密相關(guān)，但還受到許多社會(huì)和自然環(huán)境因素的影響，其中包括人口密度、建筑物類型、地震發(fā)生時(shí)建筑物內(nèi)活動(dòng)和休息人員的分布、震區(qū)地質(zhì)地貌和地表土壤條件等，其嚴(yán)重程度和空間、時(shí)間分布都顯示出顯著的不均勻性[5-6]。一次地震造成生命損失的多少具有很大的偶然性，在同一地區(qū)相同震級(jí)的地震事件中，其生命損失也會(huì)相差幾倍甚至幾十倍。但從較長(zhǎng)時(shí)間的地震生命損失數(shù)據(jù)分析，仍然可以發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域之間地震生命損失的嚴(yán)重程度存在明顯的差異，表明區(qū)域之間的社會(huì)和自然環(huán)境等長(zhǎng)期存在的顯著特征差異，對(duì)地震生命損失產(chǎn)生重要影響[7]。因此，研究生命損失型地震對(duì)于減輕和避免地震的傷亡和損失具有十分重要的意義[8]。目前對(duì)于地震傷亡的研究主要集中在：人員傷亡的模擬與估算[9-10]、傷亡指標(biāo)的估算[11]、傷亡因素分析[12-15]、傷亡評(píng)估[16-17]、地震傷亡規(guī)律[18]、防災(zāi)對(duì)策[19-20]等，缺少歷史地震傷亡方面的研究。而歷史地震傷亡情況的研究不僅有助于了解當(dāng)時(shí)地震現(xiàn)狀，更有助于發(fā)現(xiàn)自然環(huán)境、社會(huì)作用等因素與地震傷亡之間的關(guān)系，從而為現(xiàn)在及未來(lái)地震傷亡研究提供幫助，減輕人員傷亡。

我國(guó)歷史悠久，古籍浩繁，有許多寶貴的災(zāi)害史料，內(nèi)容系統(tǒng)、豐富且連續(xù)性好[21]。與其他朝代相比，明代進(jìn)入歷史上的方志時(shí)期，地方志編修快速發(fā)展，省志編修的數(shù)量也極大增加。有明一代，省志的編修不僅非常普及，而且相當(dāng)頻繁。方志中記載了地區(qū)的自然特征、歷史沿革、風(fēng)俗習(xí)慣、奇聞逸事、災(zāi)害事件等。我國(guó)歷史地震記載悠久、豐富，被國(guó)內(nèi)外地震學(xué)者譽(yù)為“世界地震研究金庫(kù)”[22]。且明代處于有文字記載地震災(zāi)害最嚴(yán)重的時(shí)期之一，尤以1556年（明嘉靖三十四年）的陜西渭南、朝邑和山西蒲州一帶最為嚴(yán)重，死亡人數(shù)高達(dá)83 萬(wàn)之多。其慘狀如隆慶《華洲志》卷四記述:嘉靖乙卯冬,山、陜?cè)獾卣鹬儯崛A為慘不可言，山川移易，道路改觀，屹然而起者成阜，坎然而下者成壑，倏然而涌者成泉，忽焉而裂者成澗，民廬官廨，神宇城池，一瞬而傾圮矣，民之死于變者不可勝記，間有生者，亦病不能興，地方殘破，盜賊發(fā)生，莫此為甚[23]。前人對(duì)于明代地震的研究主要集中于地震的等級(jí)劃分、時(shí)空特征[24]、社會(huì)影響[25]及應(yīng)對(duì)策略[26]，而鮮少涉及生命損失型地震的規(guī)律研究；研究區(qū)域多是一個(gè)或多個(gè)省或一個(gè)地區(qū)，缺少全國(guó)性的宏觀把握。因此，本文試圖在全國(guó)尺度下研究明代生命損失型地震發(fā)生的狀況，認(rèn)識(shí)其時(shí)空分布特征及成因，掌握地震與人員傷亡之間的關(guān)系，這對(duì)于未來(lái)減輕地震人員傷亡，合理布局地震災(zāi)害救助區(qū)域和抗震減災(zāi)工作有著極為重要的作用。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

研究數(shù)據(jù)源于關(guān)于明代的可考資料，涉及明史、明實(shí)錄、各地方志和匯編資料，其中匯編資料包括《中國(guó)歷代天災(zāi)人禍表》《中國(guó)災(zāi)荒史記》（1960 版、1983 年版）《中國(guó)災(zāi)害通史》《中國(guó)地震目錄》[29]《中國(guó)地震歷史資料匯編（第二卷）》《山西自然災(zāi)害》《地震生命損失研究》《中國(guó)歷史有感地震目錄》《中國(guó)古今地震災(zāi)情總匯》《中國(guó)地震簡(jiǎn)目》《中國(guó)地震資料年表》《中國(guó)歷史強(qiáng)震目錄》《陜西省志·地震志》《西北災(zāi)荒史》。首先從文獻(xiàn)中提取公元1368—1644 年，即明代期間造成人口死亡的地震條目，進(jìn)行分析與整理，剔除重復(fù)記錄，進(jìn)而整理出明代生命損失型地震的序列。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該序列共89 條，每條記錄包括地震發(fā)生時(shí)間（格列歷、儒略歷和公歷）、地點(diǎn)、災(zāi)情、震中烈度、震級(jí)等。然后建立明代生命損失型地震的模型，統(tǒng)計(jì)地震死亡人數(shù)，據(jù)此進(jìn)行等級(jí)劃分，研究不同等級(jí)的特征。接著分析明代生命損失型地震的時(shí)間特征，數(shù)據(jù)處理時(shí)，以年為統(tǒng)計(jì)單位，在時(shí)間上不區(qū)分一年之內(nèi)生命損失型地震發(fā)生的次數(shù)和縣域，凡是一年之中有多次地震發(fā)生的均計(jì)一年，并運(yùn)用Morelet 小波分析法分析其周期性。而后分析明代生命損失型地震的空間特征，由于政區(qū)沿革中縣一級(jí)政區(qū)較穩(wěn)定，因此以縣域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單位，在空間上，一次地震一個(gè)縣域有多個(gè)地方發(fā)生的均計(jì)一次，統(tǒng)計(jì)之后利用arcgis10.0 分析明代生命損失型地震的空間差異與特征和不同時(shí)期其災(zāi)害重心的變化情況。其中，空間分析的底圖以明代萬(wàn)歷十年（1582年）版圖[27]為標(biāo)準(zhǔn)，為避免因行政名稱的變更所帶來(lái)的混淆，將歷史地名恢復(fù)至今地名進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。最后討論了明代生命損失型地震頻發(fā)的原因，希冀在研究歷史上生命損失型地震特點(diǎn)的同時(shí)，能為以后地震發(fā)生時(shí)做好防震減災(zāi)工作、減少人員傷亡做借鑒。

2 生命損失型地震等級(jí)特征

2.1 評(píng)估生命損失模型的建立與檢驗(yàn)

由于缺乏翔實(shí)的數(shù)據(jù)，前人對(duì)歷史地震等級(jí)劃分的研究主要依據(jù)謝毓壽編制的《新的中國(guó)地震烈度表》[28]和李善邦提出的“實(shí)用地震烈度與震級(jí)簡(jiǎn)表”[29]，而這種等級(jí)劃分是定性意義上的，缺乏定量的準(zhǔn)確性。然而定量確定具體死亡人數(shù)對(duì)于地震等級(jí)劃分較為重要，可考文獻(xiàn)中，地震導(dǎo)致人員死亡的數(shù)量記載較少，大多如“百余”“數(shù)百”“數(shù)千”“壓死萬(wàn)計(jì)”等，詳細(xì)至“八百四十余”“五千余”等的記載少之又少，更多的記載是關(guān)于人死亡的定性描述，如“民有壓死者”“死傷甚眾”“壓死人畜不計(jì)其數(shù)”“復(fù)墻壓人有死者”。因此，筆者試圖引入模型，確定生命損失情況并據(jù)此進(jìn)行等級(jí)劃分。在評(píng)估具體死亡人數(shù)時(shí)，一般采用地震傷亡評(píng)估模型進(jìn)行計(jì)算。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)地震傷亡評(píng)估模型的研究較多，主要可分為兩類[30]：（1）基于地震參數(shù)（主要是烈度、震級(jí)）的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停饕腔跉v史典型地震災(zāi)害死亡人口案例的回歸分析得到的相關(guān)參數(shù)；（2）建筑物倒塌或易損性的模型，基本按照地震造成人員死亡的原因構(gòu)建模型，其中相關(guān)參數(shù)來(lái)自典型地震倒損房屋和死亡人口數(shù)量的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。

本文參考劉金龍等[31]基于地震烈度并輔以地震震級(jí)和人口密度修正給出的地震人員傷亡評(píng)估模型，建立明代地震死亡人數(shù)的評(píng)估模型。但由于具體地震發(fā)生地的人口密度數(shù)據(jù)獲取較為困難，因此，本文只進(jìn)行了地震震級(jí)的修正。模型建立過(guò)程如下：

（1）在統(tǒng)計(jì)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些有烈度無(wú)震級(jí)地震或者有震級(jí)無(wú)烈度的地震條目，根據(jù)李善邦[29]關(guān)于烈度與震級(jí)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算相應(yīng)的震級(jí)或烈度；還有一些無(wú)烈度無(wú)震級(jí)的條目，僅4 條，則參考整個(gè)時(shí)間序列中其他條目的死亡描述或人數(shù)、發(fā)生地點(diǎn)、發(fā)生時(shí)間和烈度、震級(jí)等，給出參考烈度和震級(jí)。

（2）整理得到有死亡人數(shù)記載的地震條目共37條。其中，數(shù)百以一百計(jì)，數(shù)千以一千計(jì)，數(shù)萬(wàn)以一萬(wàn)計(jì)。將死亡人數(shù)小于100 定義為一級(jí)，小于1 000定義為二級(jí)，小于10 000 定義為三級(jí)，10 000 以上定義為四級(jí)。分別從不同等級(jí)中隨機(jī)抽出一個(gè)地震條目，共4 條形成模型的檢驗(yàn)樣本，剩下的33 條自動(dòng)成為模型建立樣本。

（3）取模型建立樣本中震中烈度和死亡人數(shù)的自然對(duì)數(shù)，建立兩者的連續(xù)函數(shù)關(guān)系。采用高斯函數(shù)對(duì)其進(jìn)行擬合，經(jīng)參數(shù)回歸后得到

其中，Dm代表人員死亡數(shù)量的均值，ln t 表示震中烈度。

（4）考慮在震中烈度相同的情況下，由于震級(jí)差異可能導(dǎo)致各烈度區(qū)面積比例不同，其傷亡情況會(huì)存在較大的差異。為消除影響，引入了震級(jí)修正系數(shù)，對(duì)評(píng)估的均值進(jìn)行修正。為此，首先對(duì)上述統(tǒng)計(jì)資料建立烈度與平均震級(jí)的關(guān)系，回歸后得到

其中，ln t 為震中烈度，Magm為與ln t 對(duì)應(yīng)的平均震級(jí)。

通過(guò)震級(jí)與死亡人數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，回歸得到二者之間的對(duì)數(shù)關(guān)系:

其中，D 為死亡人數(shù)，Mag 為實(shí)際地震震級(jí)。

定義震級(jí)修正系數(shù):

（5）通過(guò)上述分析，得到考慮震級(jí)影響的地震人員死亡估算模型:

其中，震級(jí)修正系數(shù)αm按式(4)計(jì)算。

（6）地震人員死亡模型精度考察。利用模型計(jì)算模型檢驗(yàn)樣本中的死亡人數(shù)，并將其與實(shí)際死亡人數(shù)進(jìn)行對(duì)比。從表1 中可以看出，根據(jù)本文提供的地震人員死亡評(píng)估模型計(jì)算得到的死亡結(jié)果，與實(shí)際地震死亡數(shù)據(jù)在數(shù)量級(jí)上基本吻合，從而證明本文所提出的模型具有一定的可靠性。

2.2 生命損失型地震的等級(jí)劃分

根據(jù)上述地震人員死亡模型，計(jì)算只有人員死亡描述的地震條目的死亡人數(shù)，得到全部生命損失型地震的人員死亡情況，然后進(jìn)行等級(jí)劃分。若同一年有多個(gè)地方受災(zāi)，由此有多個(gè)等級(jí)，則參考楊志榮等[32]利用縣級(jí)干旱等級(jí)估算省級(jí)干旱等級(jí)的方法，得到此年的地震受災(zāi)等級(jí)。最終，得到明代生命損失型地震等級(jí)情況，見圖1。

表1 評(píng)估結(jié)果與實(shí)際地震傷亡結(jié)果比較Table 1 Comparison between evaluation results and real casualties'data

圖1 明代生命損失型地震等級(jí)序列Fig.1 Grade series of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

明代生命損失型地震共發(fā)生89 次，平均每3.1 a發(fā)生1 次。一級(jí)（死亡百人以下）地震63 次，二級(jí)（死亡千人以下）地震13 次，三級(jí)（死亡萬(wàn)人以下）地震10 次，四級(jí)（死亡萬(wàn)人以上）地震3 次，分別占生命損失型地震的70.79%，14.61%，11.24%，3.37%。由此可知，百人以下死亡的一級(jí)地震類型占主體部分；隨著地震等級(jí)的升高，地震發(fā)生次數(shù)減少。其次，從時(shí)間上看，相比明代前期，無(wú)論是總的地震發(fā)生次數(shù)還是各級(jí)別的地震發(fā)生次數(shù)，明代中后期都更多。

3 生命損失型地震的時(shí)間特征

3.1 10 a 尺度生命損失型地震頻次特征

為揭示生命損失型地震的頻率特征，參考龔勝生等[33]定義的疫災(zāi)10 a 指數(shù)方法，將出現(xiàn)生命損失型地震的年份定義為受災(zāi)年份，統(tǒng)計(jì)每10 a 中出現(xiàn)受災(zāi)年份的數(shù)量，即可得到生命損失型地震10 a 頻次變化，見圖2。明代生命損失型地震共發(fā)生70 a，10 a 頻次為0～0.8 a，平均0.25 a，呈周期性波動(dòng)上升趨勢(shì)。從線性變化趨勢(shì)看，斜率為0.019，相關(guān)系數(shù)為0.51，并通過(guò)P＜0.01 的極顯著檢驗(yàn)，說(shuō)明生命損失型地震10 a 頻次具有明顯的長(zhǎng)期上升趨勢(shì)且達(dá)到了極顯著水平。從最小二乘法的6 次多項(xiàng)式擬合曲線看，呈現(xiàn)3 個(gè)波動(dòng)周期。第1 個(gè)周期不完整，從1368 年 開 始，于1428 年 結(jié) 束；第2 個(gè) 周 期 從1428 年開始上升，于1498－1507 年達(dá)到峰值，之后有所下降，于1578 年結(jié)束；第3 個(gè)周期從1578 年緩慢上升，上升速度遠(yuǎn)小于第2 周期，并于1618－1627 年達(dá)到峰值，其峰值大于第2 個(gè)周期，之后開始下降。明代生命損失型地震10 a 頻次變化可以劃分為4 個(gè)主要階段，第1 階段是1368－1478 年的明前期，共發(fā)生4 a，占總發(fā)生年份的5.71%，頻次最少；均值為0.37 a，平均27.25 a 發(fā)生1 次，受災(zāi)概率為3.6%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.64，波動(dòng)性最小。第2 階段是1478－1518 年的明中前期，共發(fā)生18 a，占總發(fā)生年份的25.71%，頻次較高；增速變大，均值為4.5 a，平均2.22 a 發(fā)生1 次，受災(zāi)概率為45%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.12，波動(dòng)性變大；在1498－1507 年出現(xiàn)峰值，其值為6。第3 階段是1518－1608 年的明中后期，共發(fā)生27 a，占總發(fā)生年份的38.57%，頻次最高；增速減小，均值為3 a，平均3.33 a 年發(fā)生1 次，受災(zāi)概率為30%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.82，波動(dòng)性減小。第4 階段是1608－1644 年的明末期，共發(fā)生21 次，占總發(fā)生年份的30%，頻次較高；增速再次變大，均值為5.25 a，平均1.71 a 發(fā)生1 次，受災(zāi)概率為58.3%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.64，波動(dòng)性最大；在1618－1627 年達(dá)到峰值，其值為8?？傊?，第1 階段為低頻穩(wěn)定階段，第2 和第4 階段為高頻波動(dòng)階段，第3 階段為高頻穩(wěn)定階段，即“一低頻三高頻、兩穩(wěn)定兩波動(dòng)”。

圖2 明代生命損失型地震10 a 頻次變化Fig.2 Change of decade occurring frequency of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

3.2 10 a 尺度生命損失型地震縣次特征

為衡量生命損失型地震發(fā)生時(shí)波及的廣度，參考了龔勝生等[33]定義的疫災(zāi)十年縣數(shù)，統(tǒng)計(jì)每10 a發(fā)生生命損失型地震時(shí)波及的縣數(shù)，得到生命損失型地震10 a 縣次變化圖，見圖3。明代生命損失型地震的受災(zāi)縣次共為1 827 縣，10 a 縣次為0～375縣，平均65.25 縣，呈周期性波動(dòng)上升趨勢(shì)。從線性趨勢(shì)線的變化看，其斜率為0.60，并通過(guò)P＜0.01 的極顯著檢驗(yàn)。相較生命損失型地震10 a 頻次變化的線性斜率，縣次的斜率明顯較大，說(shuō)明縣次的增長(zhǎng)速度更快。從最小二乘法的6 次多項(xiàng)式擬合曲線看，呈現(xiàn)3 個(gè)明顯的波動(dòng)周期。3 個(gè)波動(dòng)周期的劃分與生命損失型地震10 a 頻次變化的波動(dòng)周期一致，峰值年份也一致。明代生命損失型地震10 a 縣次變化亦可劃分為4 個(gè)階段，與生命損失型地震10 a 頻次的階段劃分一致。第1 階段的明前期，共波及28縣，占總發(fā)生縣數(shù)的1.5%，受災(zāi)縣次最少；平均每年有0.26 縣受災(zāi)，每個(gè)縣受災(zāi)概率為1.32%，標(biāo)準(zhǔn)差為5.40，波動(dòng)最小。第2 階段的明中前期，共波及448縣，占總發(fā)生縣數(shù)的24.52%，受災(zāi)縣次明顯增多；增速變大，平均每年有11.2 縣受災(zāi)，每個(gè)縣受災(zāi)概率為21.04%，標(biāo)準(zhǔn)差為109.38，波動(dòng)變大；峰值位于1498－1507 年，其值為300 縣。第3 階段的明中后期，共波及674 縣，占總發(fā)生縣數(shù)的36.89%，受災(zāi)縣次再次增多；增速減小，平均每年有7.49 縣受災(zāi)，每個(gè)縣受災(zāi)概率為31.66%，標(biāo)準(zhǔn)差為56.15，波動(dòng)性相對(duì)較小。第4 階段的明末期，共波及677 縣，占總發(fā)生縣數(shù)的37.06%，受災(zāi)縣次最多；增速再次變大，平均每年有18.81 縣受災(zāi)，每個(gè)縣受災(zāi)概率為31.80%，標(biāo)準(zhǔn)差為132.49，波動(dòng)性最大；于1618－1627 年達(dá)到峰值，其值為375 縣。總體來(lái)看，4 個(gè)階段呈現(xiàn)“一低廣度三高廣度、兩穩(wěn)定兩波動(dòng)”特征。

綜上，在明前期，共110 a，占明朝的39.86%，但生命損失型地震的累計(jì)頻次和縣次的占比很小，處于生命損失型地震發(fā)生較少的穩(wěn)定時(shí)期；在明中后期，共166 a，占明朝的60.14%，但累計(jì)頻次占比達(dá)94.28%，累計(jì)縣次占比高達(dá)98.47%，處于生命損失型地震發(fā)生較多的波動(dòng)時(shí)期。

圖3 明代生命損失型地震10 a 縣次變化Fig.3 Chang of decade occurring country of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

3.3 周期特征

大地震具有較強(qiáng)的、穩(wěn)定的周期[34]，但生命損失型地震的發(fā)生與震中位置有關(guān)，若震中位置具有隨機(jī)性，則震中位置位于人口密集區(qū)和非密集區(qū)所導(dǎo)致的結(jié)果大相徑庭，因此，生命損失型地震的發(fā)生具有偶然性，其周期也具“欺騙性”。但是，震中位置確實(shí)具有隨機(jī)性嗎？為了探索這一問(wèn)題，筆者從國(guó)家地震科學(xué)數(shù)據(jù)共享中心（http://data.earthquake.cn）獲取了2010－2018 年我國(guó)的地震信息。由于92.13%明代生命損失型地震的震級(jí)都在5 級(jí)及以上，因此只研究2010－2018 年大于或等于5 級(jí)的地震，共163 次，將其震中位置標(biāo)于圖4 上。從圖4 中可看出，存在一些震中位置集中區(qū)，即震中位置是有規(guī)律可循的，那么生命損失型地震的發(fā)生也就存在周期性。但是，生命損失型地震的發(fā)生不僅與震中位置有關(guān)，還與人口密集區(qū)有關(guān)，而人口密集區(qū)隨時(shí)間發(fā)生改變，因此，生命損失型地震的周期并不精確，但從長(zhǎng)時(shí)間尺度和宏觀角度看，仍有一定意義。

利用Morelet 小波對(duì)明代生命損失型地震10 a頻次時(shí)間序列進(jìn)行分析，從小波變換系數(shù)實(shí)部等值線圖5（a）中可看出，明代生命損失型地震發(fā)生頻次存在明顯的周期性變化特征，包括110～130，60～70 a 周期。在110～130 a 尺度上，呈現(xiàn)多-少-多-少-多5 個(gè)循環(huán)，在60～70 a 尺度上，呈現(xiàn)少-多-少-多-少-多-少-多8 個(gè)循環(huán)。圖5（b）是明代生命損失型地震10 a 頻次時(shí)間序列小波方差圖，由圖5 可知，明代生命損失型地震演變過(guò)程存在120 ，60 a 2 個(gè)明顯峰值，分別對(duì)應(yīng)110～130 ，6～70 a 2 個(gè)周期，最大峰值對(duì)應(yīng)120 a 的時(shí)間尺度，表明110～130 a 的周期震蕩最強(qiáng)，為演變過(guò)程的主周期；次峰值對(duì)應(yīng)60 a 的時(shí)間尺度，表明60～70 a 為第2 主周期。在顯示強(qiáng)周期性位相結(jié)構(gòu)的110～130 a 時(shí)間尺度上，1368－1420 年、1475－1525 年、1578－1638 年為正位相，頻次較高，尤以1578－1638 年為甚；1420－1475 年、1525－1578 年為負(fù)位相，頻次相對(duì)較低。

4 生命損失型地震空間特征

4.1 生命損失型地震頻次的空間分布

統(tǒng)計(jì)明代生命損失型地震發(fā)生的地點(diǎn)，繪制縣域生命損失型地震累計(jì)頻次的空間分布圖，如圖6（a）所示。生命損失型地震在明代大部分區(qū)域皆有分布，主要位于我國(guó)二、三級(jí)階梯上，青藏高原和東北平原鮮少發(fā)生，其原因應(yīng)與這些地方居住人口較少、記載較少有關(guān)。主要高頻中心有4 個(gè)，第1 個(gè)高頻中心位于我國(guó)華北地區(qū)，主要包括京津唐等，頻次主要集中在3～6 次，其中最高頻次的北京可達(dá)42次；第2 個(gè)高頻中心位于我國(guó)中部，主要包括山西、陜西和寧夏等，頻次亦主要為3～6 次，最高頻次位于銀川，可達(dá)16 次；第3 個(gè)高頻地區(qū)位于西南，主要包括云南、四川等，云南主要頻次為3～6 次，四川、重慶則為1～2 次，但最高頻次同時(shí)發(fā)生在成都和昆明，為15 次；第4 個(gè)高頻地區(qū)位于東部沿海地區(qū)，主要包括江、浙、上海一帶，主要頻次為1～2 次，最高頻次可達(dá)25 次。

圖4 2010—2018 年中國(guó)震級(jí)≥5 級(jí)的震中位置分布Fig.4 Distribution of epicenter location with magnitude ≥5 in China during 2010 to 2018

圖5 明代生命損失型地震10 a 頻次小波分析Fig.5 Wavelet analysis of decade frequency of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

依據(jù)前文方法，將生命損失型地震劃分為不同的等級(jí)，統(tǒng)計(jì)各等級(jí)的縣域頻次分布（見圖6（b）～（e））。明代生命損失型地震第1 等級(jí)的空間分布特征與總累計(jì)頻次的空間分布類似，高頻中心基本一致，最高頻次可達(dá)26 次。第2 等級(jí)波及的縣域明顯減少，主要分布在山西、陜西和四川、云南一帶，頻次也較低，主要為1～2 次，華北地區(qū)零星分布，但頻次最高。第3 等級(jí)波及范圍略有減少，主要發(fā)生在3 個(gè)地區(qū)，京、津、冀、四川、云南和廣西一帶，主要頻次為1～2 次。第4 等級(jí)波及范圍則明顯減少，主要發(fā)生在我國(guó)中部，具體包括山西、陜西等，主要頻次也為1～2 次。綜上，低等級(jí)的災(zāi)害區(qū)域廣泛分布在全國(guó)，高等級(jí)的災(zāi)害區(qū)域主要分布在山西、陜西、四川等地；隨著災(zāi)害等級(jí)的升高，波及范圍逐漸減少，發(fā)生頻次逐漸降低。

4.2 生命損失型地震重心的變化

綜上，將生命損失型地震劃分為4 個(gè)階段，統(tǒng)計(jì)不同階段的空間分布，繪制縣域明代生命損失型地震的空間分布圖（見圖7）。

明前期（1368－1478 年）共發(fā)生6 a 生命損失型地震，在山西、甘肅、四川、西藏、江蘇等省零星分布，總體上分布范圍較小，平均累計(jì)頻次為1 次，只有蘭州、南京達(dá)到5～6 次。

明中前期（1478－1518 年）共發(fā)生18 a 生命損失型地震，主要分布在云南、山西、陜西、寧夏、河北、北京等地，四川省、江浙一帶也有分布，但范圍較小。平均累計(jì)頻次為1～2 次的地區(qū)占大多數(shù)，但3～6 次的地區(qū)明顯擴(kuò)大，主要分布在云南，此外，北京、南京、慶陽(yáng)的累計(jì)頻次達(dá)到10 次以上。與明前期比，明中前期的波及范圍明顯增大。

明中后期（1518－1608 年）共發(fā)生26 a 生命損失型地震，大部分地區(qū)基本都有分布，主要分布在山西、陜西、寧夏、北京、河北、四川、云南、廣西、廣東、海南等地。平均累計(jì)頻次以1～2 次為主，6～8 次的高頻次地區(qū)主要分布在山西、陜西、寧夏，高頻中心尤以銀川、慶陽(yáng)、西安、運(yùn)城為甚，為10 次左右。與明中前期相比，明中后期生命損失型地震發(fā)生的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，但高頻次地區(qū)的范圍相對(duì)減少。

明后期（1608－1644 年）共發(fā)生20 a 生命損失型地震，除個(gè)別省份外，多數(shù)省份皆有分布。平均累計(jì)頻次以1～2 次為主，高頻次地區(qū)主要分布在河北、北京等。與明中后期相比，明后期生命損失型地震波及的省份繼續(xù)增多，高頻次地區(qū)更少，只分布在華北平原地區(qū)，但累計(jì)頻次最高達(dá)32 次，說(shuō)明災(zāi)害波及的范圍有所擴(kuò)大，即全國(guó)大部分地區(qū)都受到災(zāi)害的危害，但受災(zāi)程度減輕，只有華北地區(qū)受災(zāi)較頻繁。

綜合來(lái)看，隨著時(shí)間的變化，明代生命損失型地震分布范圍逐漸擴(kuò)大，累計(jì)頻次逐漸增多，主要分布在河北、北京等華北地區(qū)，山西、陜西和寧夏等中西部地區(qū)，四川、廣西等西南部地區(qū)，江浙一帶，廣東、廣西等南部地區(qū)。此外，災(zāi)害重心隨時(shí)間亦發(fā)生了移動(dòng)，由西南到中部再到華北、華東。

5 明代生命損失型地震原因分析

5.1 明代生命損失型地震頻次變化的原因分析

地震的發(fā)生除了從地球本身的因素，諸如地質(zhì)構(gòu)造、能量積累等尋找原因外，天體對(duì)地球活動(dòng)的影響也不可忽視。潮汐時(shí)因月球和太陽(yáng)對(duì)地球各處引力不同形成的海洋、地殼、大氣的周期性升降現(xiàn)象，太陽(yáng)和地球的引潮力使彈性的地球表面及內(nèi)部發(fā)生變形，引起物質(zhì)的重新分配，成為地球重力場(chǎng)的擾動(dòng)因素之一。趙娟等[35]分析了20 世紀(jì)以來(lái)臺(tái)灣地區(qū)Ms≥7.0 的大地震發(fā)生時(shí)刻前后的日月引潮力變化，發(fā)現(xiàn)日月引潮力的變化率與這些地震的發(fā)生時(shí)刻存在顯著相關(guān)性，認(rèn)為其對(duì)臺(tái)灣地區(qū)大地震的發(fā)生可能有一定的觸發(fā)作用。韓延本等[36]研究發(fā)現(xiàn)，華北地震與日月引潮力也有很高的相關(guān)性。

此外，太陽(yáng)活動(dòng)通過(guò)大氣擾動(dòng)，即地震天氣異常，觸發(fā)或孕育地震的效應(yīng)，將大氣與地殼這兩個(gè)似乎不相干的因子，構(gòu)成地震-氣候系統(tǒng)。有研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)活動(dòng)期間，由于極地大氣或整個(gè)大氣層的擴(kuò)張，使得受制于極地和赤道間溫度梯度的全球大氣環(huán)流發(fā)生擾動(dòng)[37]。此種擾動(dòng)導(dǎo)致全球和區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)和氣壓場(chǎng)重新調(diào)整，使大氣質(zhì)量和動(dòng)量在地球上重新分配，造成千百公里范圍內(nèi)的大氣傾斜及重力變化，從而產(chǎn)生附加應(yīng)力，使深處孕震巖層錯(cuò)動(dòng)。因此，本文嘗試探索地震與氣候的對(duì)應(yīng)關(guān)系。以ZHENG 等[38]重建的過(guò)去1 500 a 中國(guó)東部地區(qū)干濕變化序列和GE 等[39]重建和模擬的過(guò)去2 000 a 東部冬半年溫度變化序列為依據(jù)，截取1350－1650 年的時(shí)間段，對(duì)比分析濕度和溫度變化與生命損失型地震的關(guān)系。從干濕指數(shù)序列看（見圖8（a）），1430 年以前，即明前期，偏濕潤(rùn)，此時(shí)對(duì)應(yīng)較少的地震頻次，1430－1550 年，即明中期，偏干旱，地震發(fā)生頻次增多，1550 年以后，即明后期，波動(dòng)轉(zhuǎn)干，地震頻次仍然只增不減。發(fā)現(xiàn)干旱與強(qiáng)震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從溫度變化序列看（見圖8（b）），明代總體溫度呈現(xiàn)螺旋式緩慢下降的趨勢(shì)，生命損失型地震發(fā)生的頻次呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，即隨著溫度的下降，生命損失型地震發(fā)生的頻次增多，體現(xiàn)出寒冷和強(qiáng)震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但徐道一等[40]認(rèn)為，寒冷與強(qiáng)震并不是簡(jiǎn)單的因果關(guān)系，而是更高層次因素作用結(jié)果的體現(xiàn)，可能是與天文因素有關(guān)的地圈和大氣圈等多個(gè)圈層耦合作用的結(jié)果，這需要更多的數(shù)據(jù)模型和深層次的機(jī)理研究。

圖6 明代生命損失型地震空間分布Fig.6 Spatial distribution of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

圖7 明代生命損失型地震重心變化Fig.7 Change of center gravity of life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

5.2 明代生命損失型地震死亡人數(shù)特征的原因分析

前文將生命損失型地震劃分為4 個(gè)階段，第1 階段發(fā)生頻次為6 a，死亡人數(shù)628 人，平均104 人·a-1；第2 階段發(fā)生頻次為18 a，死亡人數(shù)13 923 人，平均773.5 人·a-1；第3 階 段 發(fā) 生 頻 次 為27 a，死 亡 人 數(shù)841 732 人，平均31 175.3 人·a-1；第4 階段發(fā)生頻次為20 a，死亡人數(shù)23 884 人，平均1 194.2 人·a-1。研究發(fā)現(xiàn)，在明代中后期生命損失型地震導(dǎo)致的死亡人數(shù)明顯增加，且平均每次死亡人數(shù)也明顯增加，因此，這不僅與頻次的增多有關(guān)，還應(yīng)與明代人口數(shù)量增加有關(guān)。根據(jù)王紅印[41]提供的明代人口數(shù)據(jù)，得到明代人口數(shù)量變化曲線（見圖9（a））。對(duì)比明代生命損失型地震導(dǎo)致死亡人數(shù)的變化（由于1556 年陜西華縣大地震死亡人數(shù)過(guò)多，若要在圖中顯示則會(huì)掩蓋死亡人數(shù)變化趨勢(shì)，因此未全部顯示），發(fā)現(xiàn)2 條曲線趨勢(shì)吻合較好。首先，人口數(shù)量隨著時(shí)間變化增加，死亡人數(shù)也隨著時(shí)間變化增加，尤其是明后期，當(dāng)人口數(shù)量接近2 億時(shí)，平均死亡人數(shù)較前期增加明顯。其次，死亡人數(shù)曲線有3 個(gè)峰值，第1 次出現(xiàn)在1500 年左右，此時(shí)人口數(shù)量出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)；第2 次出現(xiàn)在1556 年左右，人口數(shù)量的增加速率明顯加快；第3 次出現(xiàn)在1625 年，人口數(shù)量位于峰值。

圖8 明代生命損失型地震與氣候的關(guān)系Fig.8 Relationship between climate and life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

圖9 明代人口數(shù)量變化與生命損失型地震導(dǎo)致的死亡人數(shù)變化Fig.9 Changes of the population and death tolls caused by life-loss earthquakes in the Ming Dynasty

從空間上看，明代生命損失型地震頻發(fā)的地區(qū)有4 個(gè)，京津唐一帶，山西、陜西一帶，四川、云南一帶和江浙一帶。一方面，中國(guó)位于亞歐板塊，受印度板塊、太平洋板塊和菲律賓海板塊的作用，是一個(gè)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)。板塊與板塊的邊界形成重要的活動(dòng)構(gòu)造帶，板塊內(nèi)部亦不是剛性的，存在板塊內(nèi)部塊體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形成活動(dòng)程度不同的活動(dòng)構(gòu)造帶。我國(guó)的活動(dòng)構(gòu)造區(qū)主要包括喜馬拉雅(PB1)和臺(tái)灣(PB2) 2 條現(xiàn)代板塊活動(dòng)邊界構(gòu)造帶，大陸板塊內(nèi)部可以分為青藏(A)、新疆(B)、東北(C)、華北(D)、華南(E)和南海(F)等6 個(gè)活動(dòng)斷塊區(qū)[42]。其中活動(dòng)強(qiáng)烈的主要包括青藏、新疆、華北3 個(gè)斷塊區(qū)，除此之外的活動(dòng)斷塊區(qū)的活動(dòng)程度都相對(duì)較弱。而京津唐就處于華北斷塊區(qū)的D3 華北平原斷塊，江浙處于D7蘇滬-南黃海斷塊，山西、陜西處于D1 鄂爾多斯斷塊，四川云南則處于A6 川滇斷塊、A7 滇西南斷塊。綜上，這是生命損失型地震在某些特定地區(qū)頻發(fā)的主要自然原因。另一方面，根據(jù)張民服[43]提出的不同時(shí)期各省人口數(shù)據(jù)，將各省不同時(shí)期的人口數(shù)據(jù)求平均得到明代時(shí)期的人口數(shù)，再求得各省份占全國(guó)人口的百分比，見表2（表2 中，省去了明中期奴兒干和西北六衛(wèi)的人口百分比），發(fā)現(xiàn)南方地區(qū)人口主要集中在南直隸、浙江一帶，北方地區(qū)則集中在山西、北直隸和陜西一帶，這與生命損失型地震多發(fā)地區(qū)一致，即人口密集的地區(qū)，地震導(dǎo)致人口死亡的數(shù)量更大。

表2 明代各省份的人口百分比Table 2 Percentage of population in the provinces of the Ming Dynasty

6 結(jié) 論

對(duì)明代生命損失型地震的時(shí)空分布特征進(jìn)行了分析，進(jìn)而簡(jiǎn)析地震頻發(fā)的原因，討論了明代前后期和不同地區(qū)生命損失型地震所導(dǎo)致的死亡人數(shù)差異的原因。結(jié)果表明：

6.1 對(duì)生命損失型地震進(jìn)行等級(jí)劃分顯示，從明初到明末的276 a 間，生命損失型地震等級(jí)強(qiáng)度有逐漸增強(qiáng)趨勢(shì)，明中后期地震發(fā)生次數(shù)明顯增多，且等級(jí)高的地震較多。

6.2 在明前期，處于生命損失型地震發(fā)生較少的穩(wěn)定時(shí)期；在明中后期，生命損失型地震的累計(jì)頻次占比達(dá)94.28%，累計(jì)縣次占比高達(dá)98.47%，處于生命損失型地震發(fā)生波動(dòng)的較多時(shí)期。明代生命損失型地震發(fā)生頻次存在明顯的周期性變化特征，包括110～130 ，60～70 a 周期。

6.3 生命損失型地震在明代大部分區(qū)域皆有分布，主要位于我國(guó)二、三級(jí)階梯上。低等級(jí)的災(zāi)害區(qū)域廣泛分布于全國(guó)，高等級(jí)的災(zāi)害區(qū)域主要分布在山西、陜西、四川等地；隨著災(zāi)害等級(jí)的升高，波及范圍逐漸減少，發(fā)生頻次逐漸降低。災(zāi)害重心隨時(shí)間變化發(fā)生移動(dòng)，由西南移到中部再到華北、華東。

6.4 明代地震頻繁的原因除地球本身因素外，太陽(yáng)活動(dòng)還通過(guò)影響氣候變化，進(jìn)而間接影響地殼活動(dòng)。氣候寒冷與干旱與地震亦有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。明后期生命損失型地震導(dǎo)致死亡人數(shù)大量增加，不僅與地震的頻發(fā)有關(guān)，還應(yīng)與明代經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)展、人口密度逐漸增大有關(guān)；不同地區(qū)生命損失型地震導(dǎo)致死亡人數(shù)不同，一方面與地震頻發(fā)地區(qū)處于板塊之間的活動(dòng)構(gòu)造帶有關(guān)，另一方面應(yīng)與人口分布有關(guān)。