江蘇省地震發(fā)生的分布規(guī)律及發(fā)生趨勢(shì)

摘要：地震災(zāi)害給國(guó)家和人民帶來(lái)了嚴(yán)重傷害和損失，本文根據(jù)江蘇省3.0級(jí)以上的地震資料，利用灰色理論對(duì)今后江蘇省可能發(fā)生地震的年份和可能發(fā)生的地區(qū)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：地震灰色理論江蘇省

近年來(lái)，地震帶給我國(guó)帶來(lái)了一次又一次的災(zāi)難，奪走了無(wú)數(shù)人的生命，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。1976 年發(fā)生在河北唐山的7.8級(jí)大地震，造成至少24萬(wàn)人死亡，16.4萬(wàn)人受重傷，毀壞公產(chǎn)房屋1479萬(wàn)平方米，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)100億元。2008年5月12日發(fā)生在四川汶川的 8.0級(jí)大地震、2010年4月14日發(fā)生在青海玉樹(shù)的7.1級(jí)大地震，給人民群眾生命財(cái)產(chǎn)遭受?chē)?yán)重?fù)p失。

江蘇省是我國(guó)地震多發(fā)的省份之一，對(duì)我省今后可能發(fā)生地震的年份和地區(qū)進(jìn)行預(yù)測(cè)，有非常大的實(shí)際意義。我們通過(guò)國(guó)家地震局和國(guó)家統(tǒng)計(jì)局相關(guān)資料得到江蘇省發(fā)生3.0級(jí)以上地震的年份和地區(qū)，利用灰色理論進(jìn)行預(yù)測(cè)。

一、江蘇所處地震帶

江蘇及鄰區(qū)地處中國(guó)東部，在大地構(gòu)造上跨越中朝斷塊、 揚(yáng)子斷塊和秦嶺—大別褶皺帶三大一級(jí)單元構(gòu)造，區(qū)內(nèi)有切割巖石圈級(jí)的深大斷裂—郯廬斷裂，以淮陰、響水口斷裂為界的以北地區(qū)為超高壓變質(zhì)帶的特殊塊體—蘇魯塊體，東鄰南黃海海域，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。

江蘇有可能造成破壞地震的區(qū)域主要是：徐州、南京、句容、揚(yáng)州、淮安等地。

二、預(yù)測(cè)今后江蘇地震發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)

地震的孕育和發(fā)生，有許多未知的因素，其灰色度很大，因此可以把地震系統(tǒng)視為一個(gè)本征性灰色系統(tǒng)。灰色理論認(rèn)為，盡管客觀系統(tǒng)數(shù)據(jù)離散，表象復(fù)雜，但它總是有整體功能，總是有序的，必然潛藏著某種內(nèi)在規(guī)律，對(duì)無(wú)規(guī)律的原始數(shù)列加以生成處理，所生成的數(shù)列就會(huì)有較強(qiáng)的規(guī)律性，我們的目的就在于挖掘出這種內(nèi)在規(guī)律，據(jù)此預(yù)測(cè)下一次中強(qiáng)震的發(fā)生，為此應(yīng)用灰色理論的災(zāi)變預(yù)測(cè)方法，按下列步驟建立微分方程型GM（l，1） 動(dòng)態(tài)模型。GM（1，1） 模型是只含有一個(gè)變量的一階線(xiàn)性灰微分方程，它是用于灰色預(yù)測(cè)的主要模型。我們根據(jù)已有信息，建立地震灰色預(yù)測(cè)模型。

1、模型介紹

（1）、將江蘇地震區(qū)（帶）過(guò)去一段時(shí)期內(nèi)所發(fā)生的地震按年最大震級(jí)組成原始序Y（0）

Y（0）={Y（0）（1），Y（0）（2），…，Y（0）（n）}

適當(dāng)選定預(yù)測(cè)震級(jí)的閥值ξ，作災(zāi)變映射ξ：{Y（0）}→{Y（0）ξ}

得序列Y（0）ξ={Y（0）ξ（1′），Y（0）ξ（2′），…，Y（0）ξ（n′）}

其中Y（0）ξ（i′）≥ξ，i′∈{1′，2′，…，n′}，Y（0）ξ（i′）∈Y（0），n′

若二序列的編序有Y（0）ξ（i′）=Y（0）（q），再作序號(hào)映射p：{i′}→{q}，q∈{1，2，…，n}

則得發(fā)震年時(shí)間序列X（0）={X（0）（1′），X（0）（2′），…，X（0）（n′）}

（2）、利用

δ=X（0）（k′）1∑k1i′=1X（0）（i′）≤ε（1）

檢驗(yàn)X（0）的光滑性條件，如滿(mǎn)足，則X（0）為光滑離散函數(shù)列。

（3）、將X（0）進(jìn)行1-AGO累加生成處理，以削弱隨機(jī)性，得到新的序列X（1），其公式

X（1）（k）=∑k1i=1X（0）（i）（2）

（4）、構(gòu)成數(shù)據(jù)矩陣B及數(shù)據(jù)向量YN：

B=-112（X（1）（1）+X（1）（2））11

-112（X（1）（2）+X（1）（3））11

1

-112（X（1）（N-1）+X（1）（N））11（3）

（5）、用最小二乘法求參數(shù)列=a

u=（BTB）-1BTYN（4）

（6）、響應(yīng)函數(shù)即解的形式為

（1）（k+1）=X（1）（0）-u1ae-ak+u1a（5）

（7）、灰色理論建立的不是原始數(shù)據(jù)模型，而是生成數(shù)據(jù)模型，因此必須利用公式

X（0）（k）=X（1）（k）-X（1）（k-1）（6）

還原，才得到模型的預(yù)測(cè)值。

2、預(yù)測(cè)與檢驗(yàn)

我們選取江蘇全省及其鄰近的海域自1940 年以來(lái)震級(jí) 3.0 級(jí)地震資料： 1942年黃海5級(jí)；1949年黃海5級(jí)；1973年南黃海北部4.7級(jí)；1974年江蘇溧陽(yáng)5.5級(jí)；1975年南黃海郎家沙5.4級(jí)；1979年江蘇溧陽(yáng)6.0級(jí)；1984年南黃海5.7級(jí)；1987年江蘇射陽(yáng)5.1級(jí)；1990年常熟5.1級(jí)；1991年江蘇射陽(yáng)4.7級(jí)；1992年南黃海北部坳陷5.2級(jí)； 1996年南黃海6.1級(jí)；1997年南黃海南部坳陷5.1級(jí)；2004年-11-15 江蘇東部海域4.9級(jí)；2004年江蘇東部4.0級(jí)；2010年江蘇建湖境內(nèi)鐘莊3.5級(jí)；2011年江蘇鹽城市東部海5.0級(jí)；2012年江蘇省揚(yáng)州市4.9級(jí)地震。（同一年中有數(shù)個(gè)地震，取最大者代表）得：

X（0）={42，49，73，74，75，79，84，87，90，91，96，97，104，110，111，112}

用公式（1）檢驗(yàn)X（0）的光滑性：

表1光滑性檢驗(yàn)K1213141516171819110111112113114115116δ14914210.810.45110.31510.25210.21410.18210.1610.13910.12410.10410.10110.09710.0910.089ε1不符合10.910.510.410.310.310.210.210.210.210.210.210.110.110.1可見(jiàn)，當(dāng)k足夠大時(shí)，X（0）滿(mǎn)足光滑性條件。將X（0）經(jīng)1-AGO處理，可得，

X（1）={42，91，164，238，313，392，476，563，653，744，836，932，1029，1133，1243，1354，1466}

并代入公式（3）（4），可得

BTB=101980821-10915

-10915116，=-0.0372

63.6508

最終得到江蘇地區(qū)及其近海地震的灰色預(yù)測(cè)模型：

（1）（k+1）=1753.0430e0.0382k-1711.0430

據(jù)此模型算得：

（1）（1）=42，（1）（2）=108.44，（1）（3）=177.40，（1）（4）=248.97

（1）（5）=323.26，（1）（6）=400.36，（1）（7）=480.38，（1）（8）=563.44

（1）（9）=649.65，（1）（10）=739.12，（1）（11）=831.98，（1）（12）=928.36

（1）（13）=1028.40，（1）（14）=1132.22，（1）（15）=1239.98，（1）（16）=1351.83

再通過(guò)公式（6）計(jì)算還原得表2：

表2江蘇地區(qū)及近海Ms3.0級(jí)地震預(yù)測(cè)原始數(shù)據(jù)142149173174175179184模型值142166.44168.96171.57174.29177.1180.02殘差101-17.4414.0412.4310.7111.913.98擬合精度1100%173.75%194.47%196.72%199.05%197.59%195.26%原始數(shù)據(jù)1871901911921961971104模型值183.06186.21189.47192.86196.381100.041103.82殘差13.9413.7911.531-0.861-0.381-3.0410.18擬合精度195.47%195.79%198.32%199.07%199.61%199.96%199.83%原始數(shù)據(jù)111011111112模型值1107.761111.851116.08殘差12.241-0.851-4.08擬合精度197.96%199.24%196.49%顯然，模型值與17次地震實(shí)際年份擬合得相當(dāng)好。

圖11940-2012年江蘇地震分析圖為了可靠起見(jiàn)，需用灰色理論的后驗(yàn)差檢驗(yàn)法對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，由此計(jì)算得：

原始數(shù)據(jù)均值： x=86.24，殘差平均值：e=-0.12，原始數(shù)據(jù)方差s1=9.0138，殘差的方差s2=2.8，后驗(yàn)差比值c=0.31<0.35，小誤差概率p={|e（k）-e|<0.6745}=1.

根據(jù)灰色理論后驗(yàn)差指標(biāo)：C=0.2253<0.35；P=1>0.95，故預(yù)測(cè)精度為一級(jí)。這表明所建模型可用，從而預(yù)測(cè)值可信，利用公式（5）計(jì)算：

（1）（17）=1467.91，（1）（18）=1588.40，（1）（19）=1717.45，（1）（20）=1843.24

（1）（21）=1977.95，（1）（22）=2117.74

再由公式（6）還原得：116.22，120.49，125.05，129.79.，134.71，139.81

由此預(yù)測(cè)地震發(fā)生的相關(guān)年份為：

2016年、2020年、2025年、2029年、2034年、2039年。

根據(jù)上面預(yù)測(cè)，政府部門(mén)可以加大對(duì)上述年份之前和當(dāng)年的地震監(jiān)測(cè)，提前預(yù)防，以達(dá)到最大限度的減輕地震帶來(lái)的災(zāi)難危害。

江蘇有可能造成破壞地震的區(qū)域：徐州，原因是地處郯廬斷裂帶中段（沈陽(yáng)-宿遷）；南京市和句容市地區(qū)，原因是地處茅山斷裂帶上；揚(yáng)州、淮安等地，微小斷裂帶的地下應(yīng)力調(diào)整造成。

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本課題資助項(xiàng)目：江蘇省“十二五”應(yīng)急體系建設(shè)重點(diǎn)研究課題《江蘇省“十二五”應(yīng)急資源整合機(jī)制與對(duì)策研究》（編號(hào)：1105）、江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研課題《工程事故預(yù)測(cè)預(yù)警的遺傳算法研究》（編號(hào)JYA311-12）和教研課題《高職院校基于學(xué)分制改革的高等數(shù)學(xué)教考分離的研究與實(shí)踐》。