基于GIS的西藏地区活动构造分布特征及地震灾害危险性分析

苏立彬, 郭永刚, 吴 悦, 杨永涛

(1.西藏农牧学院高原生态研究所，林芝 860000； 2.西藏农牧学院水利土木工程学院，林芝 860000)

西藏自治区地处中国西南边疆，位于东经78°25′～99°06′，北纬26°50′～36°33′，东西向最大长度约1 900 km，南北向最大宽度约1 000 km。据国家统计局数据显示，2016年全区总人口331×104，且呈增长趋势。西藏自治区总面积约120×104km2，约占中国国土总面积的1/8，是世界上海拔最高、形成时间最晚的巨大高原，平均海拔在4 000 m以上，素有“世界屋脊”之称。

西藏大地构造位置位于南、北大陆之间的阿尔卑斯-喜马拉雅巨型山系的东段，是著名的特提斯构造域的重要组成部分[1]。西藏北部是起伏比较和缓的高原，位于昆仑山、唐古拉山和冈底斯山、念青唐古拉山之间，习惯称为藏北高原或羌塘高原；藏北高原以南，冈底斯山与喜马拉雅山之间称为藏南谷地；藏南谷地之南直至边境为喜马拉雅山地。西藏地区是中国地震多发地区，具有强度大、分布广、频率高等特点。

①为昆仑山南麓断陷盆地带；②为斑公湖-丁青断陷盆地谷地带；③为噶尔藏布-雅鲁藏布断陷谷地带；④为亚东-康马-羊八井-那曲活动构造带；⑤为定结-申扎活动构造带；⑥为安觉错-当穹错活动构造带；⑦为帕龙错-仓木错活动构造带；⑧为北西向活动构造带；⑨为北东向活动构造带

地理信息系统(geographic information system, GIS)是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统，由计算机系统、GIS软件、智囊(brain ware)、设施四部分组成[2]。GIS技术应用于地震科学研究，能够将地震基础数据库中无法看到的数据间的关系模式和发展趋势借助其独有的空间分析、数学模型分析和可视化功能清晰、直观地表现出来，同时根据实际需要，能够准确真实、图文并茂地满足用户对空间信息的查询、检索、统计和计算要求，从而满足决策多维性的需求[3]。GIS作为一门新兴的技术，在美国、日本等发达国家的地震科学研究中已得到了广泛的应用，并形成了一定的规模；中国将GIS技术应用于地震科学研究工作虽然比较晚[4-5]，但发展速度较快。随着GIS技术的不断成熟，基于GIS平台的地震分析预报[6]、地震应急[7-8]、地震灾害损失评估[9-10]、地震信息管理和查询[11-13]等方面，发挥着越来越重要的作用。同时，GIS技术应用于地震多发的西藏地区，具有重大的现实意义。

1 西藏地区活动构造带

活动构造是指晚更新世(距今10万年～12万年)以来一直在活动、现在正在活动、未来一定时期内仍会发生活动的各类构造，如活动断裂、活动褶皱、活动盆地、活动火山及被其所围限的地壳和岩石圈块体[14]。西藏是新生代的造山地区，年青的构造活动带十分发育。西藏地震的震中一般都分布在活动构造带或其附近，具有明显的成带性。大多的地震变形带和大多数地震震中都沿着活动构造带分布。研究表明，组成西藏活动构造带最近的构造成分是隆起带、断陷带和断裂带，且常呈带状集中分布[15]。

根据活动构造带构造应力场产生的不同形态、力学性质、规模和次序组合及其在空间的分布关系，西藏地区的活动构造带大致可分为9条(图1)。

1.1 昆仑山南麓断陷盆地带

位于昆仑山南麓断裂和龙木措—卧牛湖断裂之间，长约1 000 km，宽约100 km，带内断陷盆地和湖泊发育，地热活动极为微弱，但地震活动较为频繁，且有一定的强度。普尔措以西和得雨措以东是地震密集地带，主要活动期为中新世晚期至上新世末期。

1.2 斑公湖-丁青断陷盆地谷地带

由断陷盆地、断陷谷地和线状断裂谷地组成，长大于1 000 km，夏秋卡以西带内构造线以EW为主。洛隆县加东以西主要为EW向，以东转为SE向。在拉果措以西，带内发育大量雁行排列的NW向活动构造。地热活动主要沿怒江断裂谷地分布，在扎仓茶卡附近也很集中。

1.3 噶尔藏布-雅鲁藏布断陷谷地带

主要沿雅鲁藏布断裂带及其南侧延伸，长大于2 000 km。西段，噶尔藏布走滑断陷盆地是喀刺昆仑断裂最近活动的显示；东段，谢通门至派区断陷谷地线状断裂谷地相间发育；派区以下线状断裂谷地呈折线状延伸。本带属继承性活动构造带，第四系以断陷活动为主，断陷谷地较发育，地热活动广泛强烈，地震活动频繁，但强度不大。

1.4 亚东-康马-羊八井-那曲活动构造带

规模巨大，横贯全区，由3段组成，南段自亚东至雅鲁藏布江以南由多个半地堑式构造盆地组成，断裂带多分布于断陷带的东侧，具多期活动的特点，带的西侧河谷深切基座阶地发育；中段自尼木往北至那曲一带，由南向北见于安岗、吉达果、羊八井、宁中、当雄、谷露、桑雄等7个较大地堑式断陷盆地中，这些断陷盆地在平面上呈“串珠”状，其中多发育向心水系、扇状水系等；北段主要在安多、唐古拉山口一带断续分布，主要由错那半地堑式断陷盆地、安多地堑式断陷盆地和香噶曲谷地平原组成。

1.5 定结-申扎活动构造带

南起喜马拉雅山脉、在扎西岗、谢通门一带切割雅鲁藏布江断裂，向北延伸到申扎，全长近400 km。带内地热活动分布较广，地震震中主要分布在萨迦以南和越恰措以北地区，但青都断陷带边缘的历史地震形变带表明，该带中段近代也有较强的地震活动。

1.6 安觉错-当穹错活动构造带

未跨越雅鲁藏布江断陷谷地和斑公湖-丁青活动构造带，由南向北全长约308 km，由一系列首尾相接的近SN或NE向地堑式断陷谷地构成，其北段地震和地热活动均较活跃，南段有水热爆炸显示，是一条中新世晚期以来逐渐形成的断陷盆地带，早期以火山活动为主，晚期以断块升降为特征。

1.7 帕龙错-仓木错活动构造带

未跨越雅鲁藏布江断陷谷地和斑公湖-丁青活动构造带，总体呈SN向延伸，长约200 km，是一条由断陷盆地和断块山地组成的复杂构造带，早期有与陆内冲断活动有关的火山活动，第四纪以来以断块升降为特征。在隆格尔断块山地的周边，均有地震形变带分布，水热活动以温泉为主。

1.8 北西向活动构造带

主要分布在羌塘地区、那曲以西的斑公错-丁青断陷谷地带南侧，墨脱及察隅地区亦有展布。羌塘地区的北西向活动构造带大约呈30 km的间距，长约150～250 km，主要由NW向右旋断裂和有关的走滑谷地平原及走滑断陷盆地组成，沿构造带地热活动以温泉为主，地震活动较活跃，但主要为小于6级的地震；那曲以西斑公错-丁青断陷谷地带南侧大约以100 km的间距呈雁列式排列，地热及地震活动主要见于夏康坚断块山以东的几条NW向活动构造带，尤其是它们与其他活动性构造带交汇地带；墨脱及察隅地区的地震震中和地热显示点主要位于NW向断裂带上或其附近具有较早的构造发展历史，并有新的活动，如金珠-贡且噶布曲活动构造带两端有地震活动，带内地震活动频繁。墨脱-沙马活动构造带有大量的地震活动，墨脱8.6级地震就分布在该构造带的喜马拉雅弧形山系转折部位。

1.9 北东向活动构造带

主要分布在羌塘地区东部和珞瑜地区。羌塘地区东部的北东向活动构造分布于昆仑山南麓活动构造带南侧至斑公错-丁青活动构造带之间，在地表不明显。主要由NE向左旋走滑断裂和相关的走滑断裂谷地平原及走滑断陷盆地组成，长约为200 km左右，沿构造带地热活动不强，但地震活动在依布茶卡-角木茶卡一带和加穷错北西侧甚为频繁；珞瑜地区地震活动频繁而强烈。

2 西藏地区地震及其分布

西藏地区位于地中海-南亚(或喜马拉雅)环球地震带中段。地震活动十分频繁和强烈，具有强度大、复发周期短和具有明显的成带性、重复性、间歇性和迁移性等特点[16]。据中国地震信息网和相关文献统计，西藏历次共发生过≥8级地震5次，8级以上地震数居全国地区之首[17]。西藏的地震以浅源地震为主，震源深度分布不均匀，大致介于1～107 km，并有南部较北部深的特点，这与印度板块的自南向北挤压活动有关。地震震中一般分布在活动构造上或其附近，且具有明显的成带性，在活动构造带的一端、转折部位或两条和多条活动构造带相接的交叉部位，往往有地震发生，有的震中密集或成为带上的最大地震，这些地段是最有利于岩石圈应力集中和释放的构造部位。

2.1 西藏地区地震震级与区域分布

根据中国地震台网(http://www.ceic.ac.cn/speedsearch)公布的数据，统计了整个西藏地区2007年11月11日—2018年5月30日的地震信息(表1)，并将相关震级信息、震源深度信息、发震时间以及参考位置信息录入地理信息系统数据库中，根据震级大小不同划分为5类：1.5～3.0级、3.0～4.0级、4.0～5.0级、5.0～6.0级、6.0～7.0级，并定义不同分级符号大小，制作出西藏地区地震震级分布图(图2)。

表1 2007年11月11日—2018年5月30日西藏地区地震统计(发生地震540次)

由表1、图2可知，2007年11月—2018年5月，西藏地区地震所发于3～4级的频率最高，占63.70%；6级以上的地震仅有4次。由图2可知，在540次地震中，地震多发于阿里地区的日土县和改则县；那曲地区的尼玛县、班戈县、申扎县、安多县、聂荣县；日喀则地区的仲巴县、吉隆县、聂拉木县、定日县、定结县、谢通门县；山南地区的错那县；林芝地区的林芝县、波密县、察隅县、墨脱县；昌都地区的丁青县、八宿县、左贡县。所统计的这些地区中占所发生地震的91.48%。

西藏自治区分为山南地区、日喀则地区、那曲地区、林芝地区、阿里地区、昌都地区、拉萨地区，统计2007年11月11日—2018年5月30日各地区发生地震及震级频率情况(表2)。由表2可知，全区发生地震次数最多为那曲地区，为215次，其中5.0级以上地震次数最多；其次为日喀则地区，共发生99次，其中5.0级以上地震发生7次；然后是阿里地区、林芝地区和昌都地区，其中阿里地区发生5.0级以上地震共5次，6.0级以上2次；地震次数发生最少地区为山南地区，并且级数较低。各地区震级大多为3～4级。

图2 西藏地区地震震级分布

表2 2007年11月11日—2018年5月30日西藏不同地区地震统计(发生地震540次)

2.2 地震分布与活动构造带叠加分析

地震分布与区域活动构造带有着直接的联系[18]。为探究西藏地区地震分布特征，通过GIS将2007年以来发生的地震分布区域与西藏活动构造带进行叠加(图3)，从空间上分析其内在联系。从图3中的叠加结果可以看出：东西向活动构造带中，阿里地区昆仑山南麓断陷盆地带、斑公湖-丁青断陷盆地谷地带和日喀则地区及林芝地区的噶尔藏布-雅鲁藏布断陷谷地带为地震大量分布区域，尤其以林芝地区林芝县、墨脱县和察隅县最为明显，地震呈某一区域集中分布，且震级多为3～5级；南北向活动构造带中，拉萨地区羊八井地震集中，但震级较小，多为3.5级以下，日喀则地区定结和谢通门以及帕龙错为地震高发区，地震分布在区域内较为集中，且震级多在4级以上；北西向活动构造带中，羌塘地区、那曲以西的斑公错-丁青断陷谷地带南侧地震分布较为广泛，尤其是那曲地区，地震发生次数最多，震级多为3级以上，墨脱和察隅地区数量较少；北东向活动构造带中，昆仑山南麓、格仁错周围和波密县西北部分布集中，震级多为4级以下。

2.3 西藏地区地震发生密度分析

利用ArcGIS中核密度工具，采用自然间断点分类方法将西藏地区地震发生频率分为5级，即低发生区域、较低发生区域、中发生区域、较高发生区域、高发生区域，制作西藏地区地震发生频率分布图(图4)，并统计不同区域密度占比情况(图5)。

图3 西藏地区地震分布与活动构造带叠加

图4 西藏地区地震发生密度分布

图5 西藏地区不同区域地震发生密度占比

从图4中的发震密度分布可以看出，发震频率最高的地区为那曲地区班戈县中部和尼玛县南部、日喀则地区谢通门县中部、拉萨市当雄县南部、林芝地区林芝县东部地区和波密县的西部地区、昌都地区丁青县西北部和左贡县东北部，发震次数占比26.48%；发震频率较高的地区主要为日喀则地区隆格尔县、聂拉木县、定日县、定结县、谢通门县，那曲地区尼玛县、班戈县、安多县和聂荣县，占比17.04%；中等频率发生区域主要为阿里地区日土县的北部、改则县的南部、日喀则地区隆格尔县和仲巴县的交界地区、聂拉木县和定结县，那曲地区尼玛县中部、班戈县中部和北部、安多县东部、聂荣县边界，林芝地区墨脱县中部和昌都地区八宿县，占比34.44%；较低发生区域主要阿里地区日土县、改则县、措勤县，那曲地区尼玛县北部，林芝地区墨脱县南部，昌都地区江达县等，占比18.89%；其余部分为低发生区域，占比3.15%。

3 结论

西藏地区是地震频发地区，而地震的发生往往与区域地质活动构造有极大的关系。通过查阅文献及史料，分析整个西藏地区的活动构造特征并利用ArcGIS进行矢量化图形显示。基于此，统计西藏地区2007年11月—2018年5月发生的所有地震并作图显示；根据图上显示信息，分析统计地区震级分布情况，并将地震分布与活动构造带叠加，分析近期较为活跃的活动构造带。制作西藏地区地震发生频率分布图，得到以下结论。

(1)西藏全区发生地震次数最多为那曲地区，主要分布在尼玛县、班戈县、申扎县、安多县、聂荣县，并且5.0级以上地震次数最多；其次为日喀则地区，主要为仲巴县、吉隆县、聂拉木县、定日县、定结县以及谢通门县；然后为阿里地区日土县和改则县，林芝地区的林芝县、波密县、察隅县和墨脱县，昌都地区丁青县、八宿县和左贡县；地震次数发生最少地区为山南地区，并且级数较低。全区震级大多为3～4级。

(2)西藏地区活动构造带按走向主要分为东西向、南北向、北东向和北西向四大活动构造带。东西向活动构造带中，阿里地区昆仑山南麓断陷盆地带、斑公湖¨丁青断陷盆地谷地带和日喀则地区及林芝地区的噶尔藏布¨雅鲁藏布断陷谷地带为地震大量分布区域；南北向活动构造带中，康马-羊八井、定结-谢通门、帕龙错为地震高发区；北西向活动构造带中，羌塘地区、那曲以西的斑公错-丁青断陷谷地带南侧地震分布较为广泛；北东向活动构造带中，昆仑山南麓、格仁错周围和波密县西北部地震分布集中。

(3)按照发震密度将西藏全区划分为低发生区域、较低发生区域、中发生区域、较高发生区域、高发生区域，发震频率最高的地区为班戈县中部和尼玛县南部、谢通门县中部、当雄县南部、林芝县东部地区和波密县的西部地区、丁青县西北部和左贡县东北部，占比26.48%；发震频率较高的地区主要为隆格尔县、聂拉木县、定日县、定结县、谢通门县，尼玛县、班戈县、安多县和聂荣县，占比17.04%；中等频率发生区域主要为日土县北部、改则县南部、隆格尔县和仲巴县的交界地区、聂拉木县和定结县、尼玛县中部、班戈县中部和北部、安多县东部、聂荣县边界以及墨脱县中部和八宿县，占比34.44%；较低发生区域主要为日土县、改则县、措勤县、尼玛县北部、墨脱县南部、江达县等，占比18.89%；低发生区域占比3.15%。

西藏地区地域辽阔，人口密度小，作为地震易发和高发区，所引发的崩塌、滑坡等地质灾害也日趋频繁和严重，并对地区的农牧业和旅游交通业产生了一定的影响。通过ArcGIS的空间分析和叠加分析功能，统计地区震级及活动构造带分布状况，并对区域危险性做了分析和显示，研究成果可为相关道路及建筑规划设计做参考。目前，地震预测仍然是难点问题，应做好地震的设防工作，提高防灾减灾水平。而基于GIS的地震危险性分析、地震应急响应、地震灾害评估对于提高西藏科学减灾水平具有重大的现实意义。