基于烈度点的中国历史地震资料数据库系统试编制＊

林国良 王 健

（中国北京100081中国地震局地球物理研究所）

基于烈度点的中国历史地震资料数据库系统试编制＊

林国良 王 健

（中国北京100081中国地震局地球物理研究所）

地震灾害 历史地震 地震烈度 数据库

中国是历史悠久的文明古国，也是地震多发的国家，对地震的文字记载较早，留下了极其丰富的地震史料.20世纪50年代以来，我国进行过两次大规模的地震史料收集整理和多次的地震目录编制.我国的历史地震资料有其固有的特质，历史地震研究工作也有自身的特色.例如，历史地震文献中有关地震破坏的记载其详细程度因地因时而存在较大差异，往往年代久远的记载极为简要、高度概括.传统的历史地震研究方法特别重视归纳和概括，通常是根据各场点的烈度资料，勾画出地震等震线，然后再据此确定地震的震级、震中等参数.在勾画等震线的过程中，总会进行一定程度的“删繁就简”，最终给出的等震线一般都较为规整.在此过程中，专家的个人经验往往起到主导作用.另一个真实的情况，也是非常遗憾的是，除少数历史强震外，大部分的等震线绘制完成后，作为更加基础的烈度点数据并没有保存下来.

虽然我国历史地震资料和研究成果都极其丰富，但仍存在一些亟待解决的问题，如文献和研究成果目前仍以纸质文本形式保存.随着时间推移，依据经验所确定的数据无法还原（Wang，2004）.鉴于这些原因，急需建立我国历史地震资料数据库系统.考虑到国际上较为普遍的形式是以地震烈度点为基础的数据库，为了更加充分利用和深入研究，也为了将来使我国丰富的历史地震资料和研究成果能够为全世界同行关注、应用，我们尝试编制基于烈度点的历史地震资料数据库系统，尽管这会面临许多实际困难.

1 国内外历史地震烈度点资料及研究现状

历史地震烈度点资料是指根据历史文献记载的地震破坏情况，通过逐个场点的评估确定的烈度值.烈度点资料是最基础的地震资料，是历史地震震级和震中位置的确定依据.以下简要介绍国内外有关历史地震烈度点资料数据及其应用研究等方面的情况.

1.1 国外地震烈度点数据库概况

以欧美为主的西方国家学者十分重视地震烈度点数据（Gasperiniet al，1999；Mucciarelliet al，2000），分别建立了各自的烈度点数据库.例如，意大利国家地球物理和火山学研究所的DBMI08数据库，记录了1 571次地震的84 000个烈度点数据；美国国家地球物理数据中心的烈度点数据库，记录了美国23 000余次地震的157 015条烈度点记录；地中海EMID数据库（Stucchiet al，2000）；瑞士ECOS数据库（Faehet al，2003）；法国SISFRANCE有感地震数据库（Scottiet al，2004）；以及南美的CERESIS目录；日本的历史地震数据库等.

1.2 国外历史地震参数估算方法

将烈度点数据经过数值处理用来估算和校对历史地震震源参数，是历史地震研究的一种重要手段.美国地质调查局Bakun和Wentworth（1997）提出一种用烈度点数据估计地震震中及震级的方法（BW方法）.该方法曾应用于美国加州、西北太平洋地区、德国（Hinzen，Oemisch，2001）、法国 （Bakun，Scotti，2006）及我国华北地区（张扬，2009）.意大利Gasperini等（1999）提出另外一种用烈度点数据估计历史地震震源参数的Boxer方法.总之，欧美国家通常以地震烈度点数据为基础，通过数值计算方法来确定历史地震震级和震中位置，或估算其它历史地震震源参数.

1.3 我国历史地震资料和数据库现状

20世纪50年代，我国历史学家与地震学家密切合作，查阅了8000余种历史文献，于1956年编成《中国地震资料年表》（中国科学院地震工作委员会历史组，1956）；70年代，对历史地震资料做更为广泛的收集整理，编辑出版了《中国地震历史资料汇编》（谢毓寿等，1983）.在整理地震史料的基础上，地震学家们开始编撰地震目录.李善邦先生主编了《中国地震目录（1960年）》（李善邦等，1960）；“文革”期间，以中央地震工作小组办公室（1971）的名义再版了《中国地震目录（1971年）》；20世纪80年代第三次出版了《中国地震目录（1983年）》（顾功叙等，1983）；20世纪90年代出版了《中国历史强震目录》（闵子群等，1995）.除了上述地震目录外，各地方的地震部门以及一些研究机构和研究者还出版过多种地震目录.此外，在中国历史地震研究中，也十分重视等震线资料，一般在地震目录中绘出部分地震的等震线图，也有专门的图集（国家地震局地球物理研究所，复旦大学中国历史地理研究所，1986，1990a，b）.

近年来，我国在历史地震资料整理和研究方面仍在进行不懈地努力.通过借鉴相关领域的新发现，结合野外实地考察等方法，不断地取得历史地震烈度评定的新资料，进而对历史地震参数进行校订（王健等，2010）.

尽管我国历史地震资料极其丰富，但历史地震资料数据库的编制方面显得十分滞后.历史地震目录数据库确有一些，但涉及历史地震烈度资料的数据库很少.20世纪90年代，中国地震局地球物理研究所第二研究室的部分同志编制了我国历史地震等震线数据库，并利用数字化的资料分析计算了全国强震的灾害范围，统计了强震灾害范围随烈度或震级的变化趋势（王健等，1998）.但是该历史地震资料数据库仅包括等震线数据，并不含烈度点资料信息.目前国内还未见到基于烈度点的历史地震资料数据库系统.

2 数据库系统的建立

在我国丰富的历史地震资料的基础上，我们以Visual Basic为开发平台，嵌入GIS软件MapInfo显示空间图形数据，SQL Server数据库存储属性数据，并通过关键字段实现属性数据与空间数据间的连接，建立基于烈度点的中国历史地震资料数据库系统.

2.1 数据的收集和整理

在设计本数据库系统时，充分考虑了我国历史地震资料情况和研究特色.该系统包括3个主要的层面：基础层面为烈度点资料数据，包括历史文献中相关的震害描述等信息及对烈度值进行的修订；第二个层面是与烈度点分布相关的等震线资料；其次是历史地震的时间、位置、震级等震源参数.系统中包含的数据库内容如下：

1）烈度点数据库.将含有等震线图的地震文献（《中国历史地震强震目录》，《中国历史地震图集》）中底图经过数字化，然后在此基础上数字化烈度点，再根据烈度点的文字描述，进一步确定烈度点的烈度值.

2）等震线数据库.将地震文献中含有等震线图的地震图像进行配准、数字化，得到等震线分布图.

3）全国历史强震目录库.历史强震目录数据来源于《中国历史强震目录（公元前23世纪—公元1911年）》.

4）基本地理数据库.从国家基础地理信息系统网站下载的中国基础地理信息数据，主要包括国家地名边界水系、简化湖泊、居民点或市镇、乡镇、主要河流水系等数据.

5）多媒体资料.主要是将地震目录文献中提供的纸质地震图像、碑文记录等资料经激光扫描仪扫描成位图文件，存储在计算机上，供用户查询、阅读.

6）其它数据库.包括中国活动断层分布、新生代盆地、全国地形图、重力异常值等.

2.2 空间数据库和属性数据库的建立

空间数据库与属性数据库通过用户标识符互相匹配.两者的数据模型如何选择，数据结构如何组织对地震数据的管理操作和空间分析至关重要.下面简要介绍空间数据库和属性数据库的建立及其连接.

1）属性数据库的建立.SQL Server具有强大的数据操纵和管理功能，我们选择其关系表结构作为属性数据的存储方式.地震属性数据库入库有两种方式：一是逐条人工录入地震记录，根据数据库表结构，将相关数据通过键盘输入到计算机中；二是直接用SQL Server的数据导入功能，将各种格式类型的数据文件自动导入到数据库中，形成属性数据库.

2）空间数据库的建立.为了实现地震数据的地图显示、查询、检索等空间操作分析功能，需要采用空间数据模型，赋予地理坐标，形成矢量图.MapInfo作为一款流行的地理信息系统软件，其具有强大的空间操作能力.本系统中的空间矢量图形数据采用MapInfo的Tab格式，数据操作中产生的图形用Map－Info的图形交换格式文件MIF生成，其它的栅格图形采用JPEG、BMP、GIF、EMF等图像格式.

3）空间数据库与属性数据库的连接.MapInfo中属性数据和空间图形数据是分开存储的，两者通过一定的索引机制建立联系.SQL中的属性数据均有MapInfo中空间数据格式按字段与之对应，这样便于完成属性数据与空间数据的双向查询.

3 历史地震资料数据库系统的功能

该历史地震资料数据库系统含有1 000多条地震记录，部分地震有相应的烈度分布、等震线资料.本文以1303年山西洪洞地震为例，介绍历史地震数据库系统的部分功能.

3.1 数据库管理功能

系统具有对数据表的创建、删除、合并、更名、清空，记录的添加、修改、删除，以及数据库的导入、导出、备份等通用数据库管理功能，满足了数据管理操作的基本要求.

3.2 数据查询显示功能

按字段进行选择性逻辑查询，查询结果用二维表格的形式显示，同时也可用图形的方式显示；直接查询与记录对应的空间地理要素，或查询地理要素所对应的属性信息.图1为1303年山西洪洞8级地震主要数据的系统显示.

3.3 数据输出功能

数据输出主要包括将用户查询的数据以表格或者文本文件的形式输出；用户数据操作过程中组合的不同图层制作的各种专题图，以图像类型文件形式输出.

3.4 历史地震资料超级链接功能

根据用户查询的结果，对某一对象单击热链接工具按钮，显示与地震事件或烈度点相关的震害图、碑文记载、地震图像等文字和图表描述，为用户提供了更多的历史地震资料信息，方便了对震害资料的分析和研究.

3.5 烈度值的确定

地震烈度数据是本数据库系统的核心内容，尤其针对历史地震，如何准确地确定烈度点处的烈度值，显得尤其重要.该数据库中烈度值大小主要是根据参考点的文字、碑文等地震破坏信息，参考用于历史地震烈度评定的《历史地震烈度－震级简表》和《历史地震烈度表》方案（鄢家全等，2011），确定和修改烈度值.

图1 1303年山西洪洞8级地震系统显示Fig.1 Data system display of the 1303Hongdong M8earthquake in Shanxi

例如1303年洪洞地震中对汾阳的文字描述为：“神祠、官廨、民居殆尽，压死者甚.岱宗汾州行祠圮.西岳庙震后重建.北城陷长一里，东城陷七十余步.地裂成渠，泉涌黑沙.肖家庄乡望春村后土圣母庙震后重建.张堡乡魏家庄仙姑庙墙壁倒塌；栋梁摧隤.张家堡乡郝家庄仙姑庙颓圮”.“神祠、官廨、民居殆尽、墙壁倒塌、栋梁摧隤”、“地裂成渠，泉涌黑沙”、“压死者甚”分别与历史地震烈度表中Ⅸ度点关于房屋结构物损坏、地表破坏、人畜伤亡相对应，因而可将该参考点的烈度值评定为Ⅸ度.修改烈度值的界面如图2所示.

4 烈度点数据应用实例

1303年山西洪洞地震是我国史料记载的第一个8级破坏性地震，也是第一个能给出完整等震线的历史地震.该震震中位置为36.3°N，111.7°E，震级为8.0级.本文借鉴BW方法，用历史地震资料数据库中的74个烈度点数据，在系统外对该地震进行了尝试，来估计地震震中位置和震级大小.该方法的具体思路为：将一以地震宏观震中为中心的区域划分网格，假设网格点j为假想震中，则第i个烈度点的震级Mi为

式（1）为烈度衰减关系震级项公式.其中，Ii和Δij分别为第i个烈度点的值和它到假想震中j的震中距，c0、c1、c2和c3为待定系数.本文所用的烈度衰减关系如下：

图2 烈度值修订界面Fig.2 Modification of intensity data

再求网格点j的烈度震级Mj和均方根值rms（Mj－Mi）

式中，n为该次地震的烈度点总数.

最后由rms（Mj－Mi）－rms0（Mj－Mi）做等值线来估算震中区域.rms0（Mj－Mi）为所有网格点中的最小值，震中区域所对应的烈度震级Mj可作为最后估计震级.

由图3a，b可知，估计的烈度震中为36.38°N，117.78°E，与第四版目录的震中位置差11.4km，为历史地震震中位置2类精度（≤25km）；估计烈度震中的烈度震级为8.25，比地震目录略高.

传统确定历史地震震中和震级的方法，除了根据地震史料描述确定地震震害空间烈度分布外，在确定震中位置时，往往还特别重视破坏最重的地点或区域，震中可能并不位于等震线的几何中心.这样的考虑有其合理性，但也不能排除存在人为因素.上述直接用烈度点数据去定量计算并确定地震震中和震级的方法，如果所用的烈度数据是合理可信的，其结果更趋“平均”；但可能在一些特定情况下，会有失偏颇.今后，在研究历史地震参数等问题时，若能有效地结合这两类方法并加以应用，相信将取得一定的效果.

图3 1303年洪洞地震rms［Mj］等值线（a）和Mj等值线（b）红色六角星为震中，蓝色三角为估计烈度震中，青色圆圈为烈度点Fig.3 Maps of contours of rms［Mj］（a）and Mj（b）Red star，blue triangle and cyanic circles denote epicenter，intensity center and intensity assignments，respectively

5 讨论与结论

本文强调历史地震资料中烈度资料的重要性，以及建立基于烈度点的历史地震资料数据库系统的必要性.该系统主要在华北地区14次历史地震资料基础上，以Visual Basic为平台，SQL Server作为底层数据库，并嵌入MapInfo软件部分功能建立了数据库系统.文中以1303年山西洪洞地震为例，简要说明该系统实现了对地震史料的管理和应用.

目前只是将历史地震资料中烈度点录入系统，并假定这些场点的烈度值是正确的.接下来的工作将借助该系统的相关功能，根据各个烈度点的震害描述，进行对比、分析，并参照烈度表来判定烈度评定是否具有标度一致性；对于缺乏烈度值的场点，重新确定其烈度值.这将会是一项重大而艰巨的任务.

本系统作为历史地震专家分析地震史料，合理、正确地确定历史地震烈度和参数的辅助工具，能起到积极的作用.但在今后的应用中必然会遇到更多的实际问题，需要我们不断加以完善.例如，优化数据库系统的结构，增加不同的地震目录资料，以及嵌入各种烈度点应用方法的计算功能等.此外，烈度点数据库也应实现用Web－GIS技术将其发布在互联网上，以方便更多的用户查询、浏览和下载研究.

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林国良 云南省地震局助理工程师.2011年中国地震局地球物理研究所防灾减灾工程及防护工程专业毕业，获工学硕士学位.现主要的研究方向为历史地震、地震活动性和地震危险性分析等.

注：孟令媛、李宇彤、郑建常、蒋海昆、王秀英、宋美琴等的简介分别见本刊：Vol.33，No.4；Vol.30，No.4；Vol.29，No.4；Vol.17，No.4；Vol.31，No.6；Vol.33，No.5.

Compilation of Chinese historical earthquake data by building up a database system based on seismic intensity points

Lin Guoliang Wang Jian
（Institute of Geophysics，China Earthquake Adiministration，Beijing100081，China）Key words：seismic damage；historical earthquake；seismic intensity；database

10.3969／j.issn.0253－3782.2012.01.012

P316

A

林国良，王健.2012.基于烈度点的中国历史地震资料数据库系统试编制.地震学报，34（1）：118－124.

Lin Guoliang，Wang Jian.2012.Compilation of Chinese historical earthquake data by building up a database system based on seismic intensity points.Acta Seismologica Sinica，34（1）：118－124.

地震行业科研专项（200708020，200708048）资助.

2011－03－03收到初稿，2011－06－02决定采用修改稿.

e－mail：wangjian＠cea－igp.ac.cn