基于GIS的西藏地區活動構造分布特征及地震災害危險性分析

蘇立彬, 郭永剛, 吳 悅, 楊永濤

(1.西藏農牧學院高原生態研究所，林芝 860000； 2.西藏農牧學院水利土木工程學院，林芝 860000)

西藏自治區地處中國西南邊疆，位于東經78°25′～99°06′，北緯26°50′～36°33′，東西向最大長度約1 900 km，南北向最大寬度約1 000 km。據國家統計局數據顯示，2016年全區總人口331×104，且呈增長趨勢。西藏自治區總面積約120×104km2，約占中國國土總面積的1/8，是世界上海拔最高、形成時間最晚的巨大高原，平均海拔在4 000 m以上，素有“世界屋脊”之稱。

西藏大地構造位置位于南、北大陸之間的阿爾卑斯-喜馬拉雅巨型山系的東段，是著名的特提斯構造域的重要組成部分[1]。西藏北部是起伏比較和緩的高原，位于昆侖山、唐古拉山和岡底斯山、念青唐古拉山之間，習慣稱為藏北高原或羌塘高原；藏北高原以南，岡底斯山與喜馬拉雅山之間稱為藏南谷地；藏南谷地之南直至邊境為喜馬拉雅山地。西藏地區是中國地震多發地區，具有強度大、分布廣、頻率高等特點。

①為昆侖山南麓斷陷盆地帶；②為斑公湖-丁青斷陷盆地谷地帶；③為噶爾藏布-雅魯藏布斷陷谷地帶；④為亞東-康馬-羊八井-那曲活動構造帶；⑤為定結-申扎活動構造帶；⑥為安覺錯-當穹錯活動構造帶；⑦為帕龍錯-倉木錯活動構造帶；⑧為北西向活動構造帶；⑨為北東向活動構造帶

地理信息系統(geographic information system, GIS)是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統，由計算機系統、GIS軟件、智囊(brain ware)、設施四部分組成[2]。GIS技術應用于地震科學研究，能夠將地震基礎數據庫中無法看到的數據間的關系模式和發展趨勢借助其獨有的空間分析、數學模型分析和可視化功能清晰、直觀地表現出來，同時根據實際需要，能夠準確真實、圖文并茂地滿足用戶對空間信息的查詢、檢索、統計和計算要求，從而滿足決策多維性的需求[3]。GIS作為一門新興的技術，在美國、日本等發達國家的地震科學研究中已得到了廣泛的應用，并形成了一定的規模；中國將GIS技術應用于地震科學研究工作雖然比較晚[4-5]，但發展速度較快。隨著GIS技術的不斷成熟，基于GIS平臺的地震分析預報[6]、地震應急[7-8]、地震災害損失評估[9-10]、地震信息管理和查詢[11-13]等方面，發揮著越來越重要的作用。同時，GIS技術應用于地震多發的西藏地區，具有重大的現實意義。

1 西藏地區活動構造帶

活動構造是指晚更新世(距今10萬年～12萬年)以來一直在活動、現在正在活動、未來一定時期內仍會發生活動的各類構造，如活動斷裂、活動褶皺、活動盆地、活動火山及被其所圍限的地殼和巖石圈塊體[14]。西藏是新生代的造山地區，年青的構造活動帶十分發育。西藏地震的震中一般都分布在活動構造帶或其附近，具有明顯的成帶性。大多的地震變形帶和大多數地震震中都沿著活動構造帶分布。研究表明，組成西藏活動構造帶最近的構造成分是隆起帶、斷陷帶和斷裂帶，且常呈帶狀集中分布[15]。

根據活動構造帶構造應力場產生的不同形態、力學性質、規模和次序組合及其在空間的分布關系，西藏地區的活動構造帶大致可分為9條(圖1)。

1.1 昆侖山南麓斷陷盆地帶

位于昆侖山南麓斷裂和龍木措—臥牛湖斷裂之間，長約1 000 km，寬約100 km，帶內斷陷盆地和湖泊發育，地熱活動極為微弱，但地震活動較為頻繁，且有一定的強度。普爾措以西和得雨措以東是地震密集地帶，主要活動期為中新世晚期至上新世末期。

1.2 斑公湖-丁青斷陷盆地谷地帶

由斷陷盆地、斷陷谷地和線狀斷裂谷地組成，長大于1 000 km，夏秋卡以西帶內構造線以EW為主。洛隆縣加東以西主要為EW向，以東轉為SE向。在拉果措以西，帶內發育大量雁行排列的NW向活動構造。地熱活動主要沿怒江斷裂谷地分布，在扎倉茶卡附近也很集中。

1.3 噶爾藏布-雅魯藏布斷陷谷地帶

主要沿雅魯藏布斷裂帶及其南側延伸，長大于2 000 km。西段，噶爾藏布走滑斷陷盆地是喀刺昆侖斷裂最近活動的顯示；東段，謝通門至派區斷陷谷地線狀斷裂谷地相間發育；派區以下線狀斷裂谷地呈折線狀延伸。本帶屬繼承性活動構造帶，第四系以斷陷活動為主，斷陷谷地較發育，地熱活動廣泛強烈，地震活動頻繁，但強度不大。

1.4 亞東-康馬-羊八井-那曲活動構造帶

規模巨大，橫貫全區，由3段組成，南段自亞東至雅魯藏布江以南由多個半地塹式構造盆地組成，斷裂帶多分布于斷陷帶的東側，具多期活動的特點，帶的西側河谷深切基座階地發育；中段自尼木往北至那曲一帶，由南向北見于安崗、吉達果、羊八井、寧中、當雄、谷露、桑雄等7個較大地塹式斷陷盆地中，這些斷陷盆地在平面上呈“串珠”狀，其中多發育向心水系、扇狀水系等；北段主要在安多、唐古拉山口一帶斷續分布，主要由錯那半地塹式斷陷盆地、安多地塹式斷陷盆地和香噶曲谷地平原組成。

1.5 定結-申扎活動構造帶

南起喜馬拉雅山脈、在扎西崗、謝通門一帶切割雅魯藏布江斷裂，向北延伸到申扎，全長近400 km。帶內地熱活動分布較廣，地震震中主要分布在薩迦以南和越恰措以北地區，但青都斷陷帶邊緣的歷史地震形變帶表明，該帶中段近代也有較強的地震活動。

1.6 安覺錯-當穹錯活動構造帶

未跨越雅魯藏布江斷陷谷地和斑公湖-丁青活動構造帶，由南向北全長約308 km，由一系列首尾相接的近SN或NE向地塹式斷陷谷地構成，其北段地震和地熱活動均較活躍，南段有水熱爆炸顯示，是一條中新世晚期以來逐漸形成的斷陷盆地帶，早期以火山活動為主，晚期以斷塊升降為特征。

1.7 帕龍錯-倉木錯活動構造帶

未跨越雅魯藏布江斷陷谷地和斑公湖-丁青活動構造帶，總體呈SN向延伸，長約200 km，是一條由斷陷盆地和斷塊山地組成的復雜構造帶，早期有與陸內沖斷活動有關的火山活動，第四紀以來以斷塊升降為特征。在隆格爾斷塊山地的周邊，均有地震形變帶分布，水熱活動以溫泉為主。

1.8 北西向活動構造帶

主要分布在羌塘地區、那曲以西的斑公錯-丁青斷陷谷地帶南側，墨脫及察隅地區亦有展布。羌塘地區的北西向活動構造帶大約呈30 km的間距，長約150～250 km，主要由NW向右旋斷裂和有關的走滑谷地平原及走滑斷陷盆地組成，沿構造帶地熱活動以溫泉為主，地震活動較活躍，但主要為小于6級的地震；那曲以西斑公錯-丁青斷陷谷地帶南側大約以100 km的間距呈雁列式排列，地熱及地震活動主要見于夏康堅斷塊山以東的幾條NW向活動構造帶，尤其是它們與其他活動性構造帶交匯地帶；墨脫及察隅地區的地震震中和地熱顯示點主要位于NW向斷裂帶上或其附近具有較早的構造發展歷史，并有新的活動，如金珠-貢且噶布曲活動構造帶兩端有地震活動，帶內地震活動頻繁。墨脫-沙馬活動構造帶有大量的地震活動，墨脫8.6級地震就分布在該構造帶的喜馬拉雅弧形山系轉折部位。

1.9 北東向活動構造帶

主要分布在羌塘地區東部和珞瑜地區。羌塘地區東部的北東向活動構造分布于昆侖山南麓活動構造帶南側至斑公錯-丁青活動構造帶之間，在地表不明顯。主要由NE向左旋走滑斷裂和相關的走滑斷裂谷地平原及走滑斷陷盆地組成，長約為200 km左右，沿構造帶地熱活動不強，但地震活動在依布茶卡-角木茶卡一帶和加窮錯北西側甚為頻繁；珞瑜地區地震活動頻繁而強烈。

2 西藏地區地震及其分布

西藏地區位于地中海-南亞(或喜馬拉雅)環球地震帶中段。地震活動十分頻繁和強烈，具有強度大、復發周期短和具有明顯的成帶性、重復性、間歇性和遷移性等特點[16]。據中國地震信息網和相關文獻統計，西藏歷次共發生過≥8級地震5次，8級以上地震數居全國地區之首[17]。西藏的地震以淺源地震為主，震源深度分布不均勻，大致介于1～107 km，并有南部較北部深的特點，這與印度板塊的自南向北擠壓活動有關。地震震中一般分布在活動構造上或其附近，且具有明顯的成帶性，在活動構造帶的一端、轉折部位或兩條和多條活動構造帶相接的交叉部位，往往有地震發生，有的震中密集或成為帶上的最大地震，這些地段是最有利于巖石圈應力集中和釋放的構造部位。

2.1 西藏地區地震震級與區域分布

根據中國地震臺網(http://www.ceic.ac.cn/speedsearch)公布的數據，統計了整個西藏地區2007年11月11日—2018年5月30日的地震信息(表1)，并將相關震級信息、震源深度信息、發震時間以及參考位置信息錄入地理信息系統數據庫中，根據震級大小不同劃分為5類：1.5～3.0級、3.0～4.0級、4.0～5.0級、5.0～6.0級、6.0～7.0級，并定義不同分級符號大小，制作出西藏地區地震震級分布圖(圖2)。

表1 2007年11月11日—2018年5月30日西藏地區地震統計(發生地震540次)

由表1、圖2可知，2007年11月—2018年5月，西藏地區地震所發于3～4級的頻率最高，占63.70%；6級以上的地震僅有4次。由圖2可知，在540次地震中，地震多發于阿里地區的日土縣和改則縣；那曲地區的尼瑪縣、班戈縣、申扎縣、安多縣、聶榮縣；日喀則地區的仲巴縣、吉隆縣、聶拉木縣、定日縣、定結縣、謝通門縣；山南地區的錯那縣；林芝地區的林芝縣、波密縣、察隅縣、墨脫縣；昌都地區的丁青縣、八宿縣、左貢縣。所統計的這些地區中占所發生地震的91.48%。

西藏自治區分為山南地區、日喀則地區、那曲地區、林芝地區、阿里地區、昌都地區、拉薩地區，統計2007年11月11日—2018年5月30日各地區發生地震及震級頻率情況(表2)。由表2可知，全區發生地震次數最多為那曲地區，為215次，其中5.0級以上地震次數最多；其次為日喀則地區，共發生99次，其中5.0級以上地震發生7次；然后是阿里地區、林芝地區和昌都地區，其中阿里地區發生5.0級以上地震共5次，6.0級以上2次；地震次數發生最少地區為山南地區，并且級數較低。各地區震級大多為3～4級。

圖2 西藏地區地震震級分布

表2 2007年11月11日—2018年5月30日西藏不同地區地震統計(發生地震540次)

2.2 地震分布與活動構造帶疊加分析

地震分布與區域活動構造帶有著直接的聯系[18]。為探究西藏地區地震分布特征，通過GIS將2007年以來發生的地震分布區域與西藏活動構造帶進行疊加(圖3)，從空間上分析其內在聯系。從圖3中的疊加結果可以看出：東西向活動構造帶中，阿里地區昆侖山南麓斷陷盆地帶、斑公湖-丁青斷陷盆地谷地帶和日喀則地區及林芝地區的噶爾藏布-雅魯藏布斷陷谷地帶為地震大量分布區域，尤其以林芝地區林芝縣、墨脫縣和察隅縣最為明顯，地震呈某一區域集中分布，且震級多為3～5級；南北向活動構造帶中，拉薩地區羊八井地震集中，但震級較小，多為3.5級以下，日喀則地區定結和謝通門以及帕龍錯為地震高發區，地震分布在區域內較為集中，且震級多在4級以上；北西向活動構造帶中，羌塘地區、那曲以西的斑公錯-丁青斷陷谷地帶南側地震分布較為廣泛，尤其是那曲地區，地震發生次數最多，震級多為3級以上，墨脫和察隅地區數量較少；北東向活動構造帶中，昆侖山南麓、格仁錯周圍和波密縣西北部分布集中，震級多為4級以下。

2.3 西藏地區地震發生密度分析

利用ArcGIS中核密度工具，采用自然間斷點分類方法將西藏地區地震發生頻率分為5級，即低發生區域、較低發生區域、中發生區域、較高發生區域、高發生區域，制作西藏地區地震發生頻率分布圖(圖4)，并統計不同區域密度占比情況(圖5)。

圖3 西藏地區地震分布與活動構造帶疊加

圖4 西藏地區地震發生密度分布

圖5 西藏地區不同區域地震發生密度占比

從圖4中的發震密度分布可以看出，發震頻率最高的地區為那曲地區班戈縣中部和尼瑪縣南部、日喀則地區謝通門縣中部、拉薩市當雄縣南部、林芝地區林芝縣東部地區和波密縣的西部地區、昌都地區丁青縣西北部和左貢縣東北部，發震次數占比26.48%；發震頻率較高的地區主要為日喀則地區隆格爾縣、聶拉木縣、定日縣、定結縣、謝通門縣，那曲地區尼瑪縣、班戈縣、安多縣和聶榮縣，占比17.04%；中等頻率發生區域主要為阿里地區日土縣的北部、改則縣的南部、日喀則地區隆格爾縣和仲巴縣的交界地區、聶拉木縣和定結縣，那曲地區尼瑪縣中部、班戈縣中部和北部、安多縣東部、聶榮縣邊界，林芝地區墨脫縣中部和昌都地區八宿縣，占比34.44%；較低發生區域主要阿里地區日土縣、改則縣、措勤縣，那曲地區尼瑪縣北部，林芝地區墨脫縣南部，昌都地區江達縣等，占比18.89%；其余部分為低發生區域，占比3.15%。

3 結論

西藏地區是地震頻發地區，而地震的發生往往與區域地質活動構造有極大的關系。通過查閱文獻及史料，分析整個西藏地區的活動構造特征并利用ArcGIS進行矢量化圖形顯示。基于此，統計西藏地區2007年11月—2018年5月發生的所有地震并作圖顯示；根據圖上顯示信息，分析統計地區震級分布情況，并將地震分布與活動構造帶疊加，分析近期較為活躍的活動構造帶。制作西藏地區地震發生頻率分布圖，得到以下結論。

(1)西藏全區發生地震次數最多為那曲地區，主要分布在尼瑪縣、班戈縣、申扎縣、安多縣、聶榮縣，并且5.0級以上地震次數最多；其次為日喀則地區，主要為仲巴縣、吉隆縣、聶拉木縣、定日縣、定結縣以及謝通門縣；然后為阿里地區日土縣和改則縣，林芝地區的林芝縣、波密縣、察隅縣和墨脫縣，昌都地區丁青縣、八宿縣和左貢縣；地震次數發生最少地區為山南地區，并且級數較低。全區震級大多為3～4級。

(2)西藏地區活動構造帶按走向主要分為東西向、南北向、北東向和北西向四大活動構造帶。東西向活動構造帶中，阿里地區昆侖山南麓斷陷盆地帶、斑公湖¨丁青斷陷盆地谷地帶和日喀則地區及林芝地區的噶爾藏布¨雅魯藏布斷陷谷地帶為地震大量分布區域；南北向活動構造帶中，康馬-羊八井、定結-謝通門、帕龍錯為地震高發區；北西向活動構造帶中，羌塘地區、那曲以西的斑公錯-丁青斷陷谷地帶南側地震分布較為廣泛；北東向活動構造帶中，昆侖山南麓、格仁錯周圍和波密縣西北部地震分布集中。

(3)按照發震密度將西藏全區劃分為低發生區域、較低發生區域、中發生區域、較高發生區域、高發生區域，發震頻率最高的地區為班戈縣中部和尼瑪縣南部、謝通門縣中部、當雄縣南部、林芝縣東部地區和波密縣的西部地區、丁青縣西北部和左貢縣東北部，占比26.48%；發震頻率較高的地區主要為隆格爾縣、聶拉木縣、定日縣、定結縣、謝通門縣，尼瑪縣、班戈縣、安多縣和聶榮縣，占比17.04%；中等頻率發生區域主要為日土縣北部、改則縣南部、隆格爾縣和仲巴縣的交界地區、聶拉木縣和定結縣、尼瑪縣中部、班戈縣中部和北部、安多縣東部、聶榮縣邊界以及墨脫縣中部和八宿縣，占比34.44%；較低發生區域主要為日土縣、改則縣、措勤縣、尼瑪縣北部、墨脫縣南部、江達縣等，占比18.89%；低發生區域占比3.15%。

西藏地區地域遼闊，人口密度小，作為地震易發和高發區，所引發的崩塌、滑坡等地質災害也日趨頻繁和嚴重，并對地區的農牧業和旅游交通業產生了一定的影響。通過ArcGIS的空間分析和疊加分析功能，統計地區震級及活動構造帶分布狀況，并對區域危險性做了分析和顯示，研究成果可為相關道路及建筑規劃設計做參考。目前，地震預測仍然是難點問題，應做好地震的設防工作，提高防災減災水平。而基于GIS的地震危險性分析、地震應急響應、地震災害評估對于提高西藏科學減災水平具有重大的現實意義。