引言

中国位于欧亚板块东南部,受太平洋板块和菲律宾板块向西俯冲,以及印度板块向北碰撞的作用,地震活动强烈,地震灾害严重。在20世纪,中国发生的地震造成的生命损失达60余万,导致5000人以上生命损失的地震共有9次,其中2次发生在云南(傅征祥等,2005)。云南位于印度板块向欧亚板块碰撞的前缘,多种构造交织复合,新构造运动十分强烈。历史上,云南强烈地震频繁发生,是中国地震发生频度最高、地震灾害最严重的省份之一(M7专项工作组,2012;国家地震局《中国岩石圈动力学地图集》编委会,1989)。地震造成的灾害可分为直接灾害、次生灾害和间接灾害。直接灾害是指地面振动造成建筑物的破坏;次生灾害是指地震造成的滑坡和液化等地基破坏导致的建筑物破坏;间接灾害是指直接和次生灾害发生后进一步诱发的其他灾害,包括人员伤亡、火灾或毒气泄漏等(傅征祥等,1993;1994)。地震对人类社会造成的损害可归纳为人员伤亡和经济损失,而随着社会经济发展和文明程度的不断提高,人类生命的价值受到了前所未有的尊崇。地震造成的生命损失将带来巨大的社会创伤、经济损失和难以估量的间接损失。因此,分析地震生命损失的影响因素,进而研究地震生命损失易损性模型并用于地震生命损失的评估预测,对于减轻和避免地震灾害具有十分重要的意义(刘吉夫等,2009;吴新燕等,2014)。而地震生命损失的成因复杂,虽然与地震活动紧密相关,但还受到许多其他社会和自然环境因素的影响,其中包括人口密度、建筑物类型、地震发生时刻建筑物内活动和休息人员的分布、震区地质地貌和地表土壤条件等,其严重程度和空间、时间分布都显示出显著的不均匀性(胡聿贤,1988;傅征祥等,1994)。一次地震造成生命损失的多少具有很大的偶然性,在同一地区相同震级的地震事件中,其生命损失也会相差几倍甚至几十倍。但从较长时间的地震生命损失数据分析,仍然可以发现不同区域之间地震生命损失的严重程度存在明显的差异,这表明区域之间的社会和自然环境等长期存在的显著特征差异,对地震生命损失产生着重要的影响。例如:2014年8月3日云南鲁甸6.5级地震共造成617人死亡和112人失踪(截至8月8日),地震生命损失程度几乎与1988年11月6日云南澜沧-耿马7.6级地震(生命损失为748人)相当(楼保棠,1996),远高于云南近几十年来同等强度地震的人员伤亡程度;而鲁甸地震之后,紧接着发生的2014年10月7日云南普洱景谷6.6级地震中,地震生命损失仅为1人。

本文选取云南地区历史记录较为完整的地震灾害数据(楼保棠,1996;中国地震局等,1996;中国地震局监测预报司,2001;中国地震局震灾应急救援司,2010),计算了云南地区地震生命损失的空间分布。结果表明,20世纪以来,云南以红河断裂为界,红河断裂以东的滇西北、滇中和滇东北区域内的地震生命损失程度,显著地高于红河断裂以西的滇西和滇西南地区,尽管这两个区域内部的灾害也存在差异,但区域之间的差异却十分明显。通过对比云南地区近百年来的人口分布数据状况及其变化、民居建筑分类特征及其区域分布,以及地质地貌条件和次生灾害,分析了云南地震生命损失的区域性差异的自然环境和社会影响因素。

1 云南地震生命损失的数据处理及区域特征分析
1.1 云南地震生命损失的数据选取

云南最早的历史地震及其灾害记录始自886年,但记述较为粗略。自1481年云南剑川6¼级地震开始有了人员伤亡记载(楼宝棠,1996),距现今越近地震灾害记录越为丰富和完整。综合考虑统计样本的完整性和数量要求,本文选取了1900年以来6级以上地震、1950年以来5级以上地震的生命损失数据,进行空间分布和统计分析。而对于7级以上地震数据则采用分段处理的方式,其中,1900年以来7级以上地震的生命损失记录是完整的,因而进行了空间分布和统计分析;1500—1899年期间仅有部分区域数据,其处理结果仅作为参考,不作对比分析。

1.2 云南地震生命损失的空间分布

按照5.0—5.9级地震、6.0—6.9级地震、7.0级地震三个震级档,笔者绘制了不同震级地震生命损失的空间分布,其结果如图1a—图1c所示。

图1(a)为1950—2014年5级地震生命损失的分布。从图中可以看出:云南5级地震的生命损失在零至几十人范围内,其中大多数地震生命损失为零或几人;有7次地震生命损失达到10人以上,其中1次发生在滇西,其余6次中有4次发生在滇东北,滇中南部和滇西北部各为1次。

图1(b)为1900—2014年6级地震生命损失的分布。从图中可以看出:云南6级地震的生命损失范围在零至千人量级范围内,其中多数地震生命损失为几人,少数地震生命损失达到十人以上,个别达到百人以上,达千人以上地震生命损失的事件仅1次,即1917年大关6.8级地震;所有地震生命损失达百人以上、多数生命损失为几十人的地震事件,位于滇西北、滇中和滇东北;少量地震生命损失为几十人的地震事件,位于滇西和滇西南,该区域大多数6级地震生命损失为0至几人。

(a)5.0—5.9级地震生命损失分布;(b)6.0—6.9级地震生命损失分布;(c)7.0级地震生命损失分布

图 1 云南地震生命损失空间分布 Fig. 1Spatial distribution of life loss from earthquakes in Yunnan province

图1(c)为云南所有7.0级地震生命损失的分布。从图中可以看出,云南7.0级地震生命损失的差异很大,大致在上万人的范围内。图中实心圆为1900年以来云南发生的7.0级以上地震,其中,地震生命损失在百人以下的地震事件有3次,位于滇西和滇西南;地震生命损失在百人量级的地震事件有2次,分别为滇西的1988年澜沧-耿马7.6级地震和滇西北的1996年丽江7.0级地震;地震生命损失在千人量级的地震事件有3次,位于滇西北、滇中和滇东北,它们分别为1913年云南峨山7.0级地震,生命损失1314人;1925年云南大理7.0级地震,生命损失5805人;1974年云南大关7.1级地震,生命损失1541人;地震生命损失在万人以上的地震事件有1次,是位于滇中的1970年通海7.8级地震,生命损失人数达到15621人。图中五星为1500—1899年间发生的地震事件,由于该时段云南的7.0级地震灾害记录是不完整的,滇西和滇西南地区没有7.0级地震记录,而滇中至滇西北有8次7.0级以上地震事件,地震生命损失都在千人以上,与该区域20世纪7级以上地震生命损失的严重程度是相当的。

图 2 云南省主要断裂及构造分区图(马丽芳主编,2002 Fig. 2Distribution of major faults and tectonic units in Yunnan province

在地质构造上,云南省位于特提斯-喜马拉雅构造区与滨太平洋构造区的复合部位,并兼跨古冈瓦纳和华南板块两大构造单元,具有板块边界性质的断裂带将云南划分为2个板块、6个规模不等的构造单元,如图2所示(马丽芳,2002)。红河断裂从东南至西北贯穿云南省,并与哀牢山断裂共同构成了思茅地块与扬子地台、以及滇东南加里东褶皱带和中甸印支褶皱带的边界(马丽芳,2002)。与上述云南地震生命损失的空间分布计算结果的对比分析表明,云南以红河断裂为界,以东和以西两个区域地震生命损失的空间分布存在显著差异。5.0、6.0和7.0级以上地震生命损失的分布都显示,红河断裂以东的滇中、滇东北和滇西北地区,地震生命损失的严重程度显著大于红河断裂以西的滇西和滇西南地区。

1.3 云南地震生命损失的区域差异统计分析

笔者以红河断裂为界,计算了其以东和以西两个区域地震生命损失的差异。图3为两个区域的震级与死亡人数的对比分布。从图中可以看出:对于同等震级的地震事件而言,红河断裂以东地区的地震生命损失整体高于红河断裂以西;对于不同震级地震而言,地震生命损失最大的地震事件均分布在红河断裂以东;在红河断裂以东,造成地震生命损失的震级下限低于红河断裂以西。

红色圆圈为1900年以后红河断裂以东地震生命损失的数据;
蓝色圆圈为1900年以后红河断裂以西地震生命损失的数据;
红色三角为1900年之前红河断裂以东地震生命损失的数据

图 3 云南省的震级与死亡人数分布 Fig. 3Relationship between life loss and earthquake magnitude

笔者统计了红河断裂以东和以西两个区域不同震级、不同地震生命损失的地震事件所占比例,如图4所示。图4(a)为两个区域5.0级地震生命损失的对比结果,从图中可以看出:红河断裂以东和以西两个区域中,有地震灾害、无地震生命损失的地震事件分别为61%和77%;地震生命损失1—9人的分别为30%和21%;地震生命损失10人以上的分别为9%和2%;红河断裂以东的地震生命损失稍高于以西地区。图4(b)为两个区域6.0级地震生命损失的对比结果,从图中可以看出:红河断裂以东地震灾害损失的上限高出红河断裂以西1个数量级,较高地震生命损失的地震事件的占比显著高于红河断裂以西地区。图4(c)为两个区域7.0级以上地震生命损失的对比结果,从图中可以看出:虽然7.0级以上地震的数量较少,但红河断裂以东的地震生命损失上限和严重程度高的地震事件占比,显著高于红河断裂以西。

综合上述分析表明,红河断裂以东发生的5.0级以上的地震事件,特别是6.0级以上的地震事件,其地震生命损失整体上显著高于红河断裂以西。

1.4 云南不同区域相同震级地震生命损失对比

为了更加详细地对比红河断裂以东和以西两个区域地震生命损失的差异,笔者选取了红河断裂以东和以西两个区域中5.0、5.5、6.0、6.5、7.0级相同震级的地震事件,对比分析了每个震级的地震事件中地震生命损失和烈度数据,如表1所示。图5为这两个区域5.0、5.5、6.0、6.5、7.0级地震的生命损失平均值的对比。综合表1和图5可以看出:红河断裂以东相同震级的地震生命损失平均值,高于红河断裂以西;红河断裂以东6.0、6.5、7.0级地震的生命损失平均值,高于红河断裂以西10倍至100倍。


(a)5.0—5.9级地震事件中不同地震生命损失程度对比;
(b)6.0—6.9级地震事件中不同地震生命损失程度对比;
(c)7.0级地震事件中不同地震生命损失程度对比
图 4 云南红河断裂以东和以西两个区域中不同震级、不同地震严重程度生命损失的地震事件占比的对比 Fig. 4Comparison of life loss from earthquakes under different magnitudes in between east to west of the Honghe fault
表1 红河断裂以东和以西两个区域中5.0、5.5、6.0、6.5、7.0级相同震级的地震生命损失和烈度对比 Table 1 Comparison of the life loss from earthquakes with magnitude 5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 in the areas east to west of the Honghe fault
图 5 红河断裂以东和以西两个区域中5.0、5.5、6.0、6.5、7.0级地震的地震生命损失平均值对比 Fig. 5Comparison of the average life loss from earthquakes with magnitude 5.0、5.5、6.0、6.5、7.0 in the areas east to west of the Honghe fault
2 云南地震生命损失的区域性差异影响因素分析

形成地震灾害生命损失的主要原因包括地震时地面的振动、地表断裂位错造成的建筑物倒塌、地震诱发的滑坡和海啸等。由此可鉴,地震生命损失的严重程度受很多因素的影响。主要可分为社会因素和自然因素两类,前者包括人口密度、建筑物类型及质量、发震时间、公众自救能力等;后者包括地震引起的地面振动强度、地表断裂位错尺度、次生和间接灾害严重程度等。同时,社会因素又与社会发达程度和速度紧密相关,会随着社会的发展发生较大的变化;而自然因素主要与地震的强度、当地的地质构造条件相关。由于人类历史相对地质过程而言是相对短暂的,因此,在上百年至几百年的时间内自然因素影响不会发生显著的变化。

2.1 云南人口分布影响

人口分布对地震生命损失的影响是非常显著的。从定性上看,同样强度的地震发生在人烟稀少的地方和人口高度集中的地方,其地震生命损失会有极大的差异(傅征祥等,1993)。

自中华人民共和国成立以来,先后于1953年、1964年、1982年、1990年、2000年、2010年开展了6次全国人口普查,提供了我国人口分布及其变化情况的基准数据。纵观6次全国人口普查获得的人口密度分布图(中国人口分布适宜度研究课题组,2014)可知,近60年来云南省的人口密度总体上呈上升趋势。其中,滇中至滇东北的人口密度始终保持在云南省的最高水平,滇西南为最低,而滇西介于两者之间。以1982年和1990年云南省的人口普查结果为例:1982年人口普查结果显示(国务院人口普查办公室等,1987)(图6),云南省人口密度最大的地区为滇西北、滇中、滇东北和滇东南,人口密度基本在50人/km2以上,部分地区达到100—200人/km2,其中,昆明、大理附近及滇东北相对最高,局部区域达到600人/km2以上,而滇西南的人口密度最低,在10—50人/km2范围内;1990年人口普查结果也显示(云南地理研究所等,1997)(图7),红河断裂以东地区的人口密度总体上高于红河断裂以西地区,红河断裂以东的大部分地区人口密度大于200人/km2,其中,昆明、会泽、大理巍山、个旧等附近的局部区域人口密度达到10000人/km2以上,滇西南的人口密度最低,绝大多数地区在60人/km2以下,而滇西人口密度介于前两个地区之间,多数地区的人口密度在50—200人/km2范围内。

图 6 1982年全国及云南人口密度分布(国务院人口普查办公室等,1987 Fig. 6Distribution of population density in Yunnan province and China in 1982

同样依据1925—1934年人口统计资料的中华民国人口密度分布也表明(国务院人口普查办公室等,1987),云南省的滇东北、滇中部分地区、滇东南少部分地区的人口密度最大,在50—200人/km2;滇西南的人口密度最低,低于10人/km2,云南其他地区在10—50人/km2范围内。

图 7 1990年云南人口密度分布(云南地理研究所等,1997 Fig. 7Distribution of population density in Yunnan province and China in 1990

此外,云南省独特复杂的地貌环境也造成了云南人口积聚程度存在显著的区域性差异。云南地貌的特点之一是,海拔相差很大,最高点德钦县境内的梅里雪山主峰卡瓦格博峰达海拔6740m,而最低点河口县境内的南溪河与元江汇合处仅海拔76m。同时,云南省高山峡谷相间并存,山地面积占84%,10%为高原和丘陵,而适宜人类居住的坝子仅占6%(蓝天出版社,2013)。在中国西南,习称的坝子为断陷盆地和高原台地。坝子地势平坦,且常有河流蜿蜒其中,是最适宜人类聚居的地方。但由于云南高山峡谷纵横,大多数的坝子非常狭小。云南全省面积在1km2以上的小坝子有1442个,而面积在100km2以上的大坝子仅有49个(计美玲等,2011)。因此,云南省的主要人口聚居在极少量面积的土地上,局部、特别是高山间坝子里的人口聚集程度很高。2010年的中国分县人口积聚度分布(中国人口分布适宜度研究课题组,2014)显示,云南省的滇中-滇东北的人口积聚度最高,滇西南最低,而滇西和滇东南处于两者之间。由于云南省地处青藏块体东南缘、川滇菱形块体南端,构造运动强烈,北西向、北东向、南北向地震断层综横交错(国家地震局《中国岩石圈动力学地图集》编委会,1989),很多河流峡谷位于地震断层上或附近,一旦地震发生在人口集聚度高的坝子附近的地震断层上,就会造成过于严重和集中的地震生命损失。

综上所述,云南省人口密度和积聚度存在显著的区域性差异,人口密度大、积聚度高的区域与地震生命损失程度高的区域基本一致,这表明云南省人口分布不均匀是造成地震生命损失差异的主要因素之一。

2.2 云南民居建筑特点影响

各类建筑物倒塌是造成地震生命损失最主要的直接原因(傅征祥等,1993)。近100年来云南省的破坏性地震主要发生在农村,云南民居建筑是造成地震生命损失的主要影响因素之一。

“建筑之始,产生于实际需要,受制于自然物理,…。其结构之系统,及形式之派别,乃其材料环境所形成”(梁思成,2007)。在社会经济发达到相当高度之前,自然环境因素对建筑形式、营造方式的影响要大于人文环境,云南民居的类型分布主要受地理气候和材料资源的影响和限制。云南的气候类型多种多样(计美玲等,2011;杨大于等,2012),若按干湿度进行划分,云南省可分成两大区域类型。其中,红河断裂以西的滇西-滇西南,主要是湿热气候,年均气温高、温差小,降雨量充沛,地面长期潮湿,有周期性积水,但是植被丰茂,竹、木资源极为丰富;而红河断裂以东的滇中、滇东北和滇西北,主要是干冷、干热气候,白天温度高,昼夜和季节温差大。

云南虽然是我国少数民族最多的省份,但从总体上看主要有图8所示的两种民居结构体系(杨大于等,2012):一种是外向型开放式竹木构架体系;另一种是内向型封闭式土木结构体系。竹木架构体系以干栏式和井干式建筑为主。其中,干拦式民居为底层架空、人居楼上的建筑形式,地板和墙面有缝隙,以实现防湿、防水、遮阳、通风的居住需求,主要分布在云南省西双版纳州、德宏州、怒江州、思谋地区、临沧地区及红河州部分地区,以适应当地河谷地区热带、亚热带湿热的气候;而井干式民居是由圆形或方形木料层层堆彻而成,纵横交错堆叠成“井框”状的空间而得名,以木墙、木板屋顶和压顶石为重要特征,主要分布在云南西北的中甸、丽江、宁蒗、维西、兰坪、漾濞、贡山等比较寒冷但取材方便的林区。

(a)干栏式民居;(b)井干式民居;(c)土掌房民居;(d)汉式合院民居

图 8 云南民居建筑素描图(杨大于等,2012 Fig. 8Typical civil houses in Yunnan province

其他主要的土木结构体系有土掌房,以及从土掌房演化发展的汉式合院等建筑,其布局紧凑,以厚实的土墙和土平顶结构为特点,以实现保温隔热的目标,适合干热和干冷的气候。土掌房民居主要分布在元谋、峨山、新平、元江、墨江、石屏、建水、红河、元阳、绿春、江城和德钦等地区。汉式合院是土掌房与汉民族建筑文化融合的民居形式,主要分布在云南腹地交通便利、与汉族交往频繁的坝区。

由此可见,滇西和滇西南的民居以竹木构架的干栏式民居为主,滇中、滇东北和滇西北的民居以井干式和土掌房系列民居为主。对比几种民居的重量,干栏式民居最为轻薄,土掌房系列民居最为厚重,而井干式民居介于两者之间。地震生命损失调查显示,以上三种民居倒塌导致地震生命损失的严重程度与其重量成正比关系,这可能也是云南地震生命损失区域性差异的另一个重要因素。

2.3 地质条件和次生地质灾害易发性影响

一次地震发生之后,在地表附近将产生地面振动并导致地表断裂和位错,而地震灾害主要是由地面振动和地表断裂造成的。地震动作用于地表的山体和建筑物上,在适当的条件下可引起破坏,造成灾害(傅征祥等,1993;1994)。同时,地震区的地质条件也会对地震动产生影响,即相同震级的地震在不同地质条件区域造成的地震动存在差异。

笔者挑选云南红河断裂以东和以西两个区域中相同震级地震的烈度进行对比(见表1),其结果表明,5.0、5.5、6.0级3个震级地震的烈度差异不大,而6.5、7.0级地震的烈度稍有差异,主要表现为红河断裂以东地震烈度的上限高于红河断裂以西。

图 9 中国崩塌、滑坡、泥石流易发程度空间分布图(中国人口分布适宜度研究课题组,2014 Fig. 9Map of distribution of potential hazard areas of collapse, landslide and lahar in China

地震的次生灾害是指地面振动和地表破裂造成的地基破坏,进而造成建筑物破坏和人员被埋压,主要包括山体崩塌、滑坡和泥石流等。图9为中国崩塌、滑坡、泥石流易发程度空间分布图(中国人口分布适宜度研究课题组著,2014),从图中可以看出,滇中、滇东北和滇西的大部、滇西北和滇东南的部分地区为高易发区,而滇西南地区为中、低易发区。

上述分析表明,地质条件较差造成地震烈度偏高和次生灾害多发也是红河断裂以东地区地震生命损失严重程度高于红河断裂以西的影响因素之一。

3 结论与讨论

(1)1900年以来,云南省的地震生命损失存在显著的区域性差异,以红河断裂为界,以东的滇西北、滇中和滇东北地区的地震生命损失严重程度显著地高于以西的滇西和滇西南。

(2)云南省地震生命损失的区域性差异影响因素主要包括自然环境和社会两方面。可能的主要影响因素有三种:第一,人口分布的区域性差异。近100年来云南省的人口分布呈现的区域性差异与地震生命损失的情况基本一致,即红河断裂以东人口密度和积聚度高的地区,其地震生命损失的严重程度高于红河断裂以西地区。第二,民居建筑的区域特征差异。云南省红河断裂以东的地区为适应干热、干冷气候,满足隔热保温的居住需求,民居建筑以土木构架为主,厚墙厚顶为突出特点;红河断裂以西的地区为适应湿热气候,满足防潮、通风的居住需求,民居建筑以竹木构架为主,房屋较为轻便;而红河断裂以东地区民居建筑倒塌致人员伤亡的严重程度,显著高于红河断裂以西地区。第三,地质地貌条件的差异。云南省以红河断裂为界,分属不同的地质构造(马丽芳,2002),其地质地貌条件、地表土壤和地层等可能存在区域差异,这就造成了红河断裂以东地区的地震烈度稍高于红河断裂以西,从而导致滑坡、泥石流、崩塌等地质灾害的易发性,高于红河断裂以西的滇西南地区。

(3)云南省的民居建筑具有鲜明的民族和区域特色,是众多民族经过很长历史积累,为适应气候和地貌环境,采用当地现有的丰富建材资源而发展的特色建筑。在我国大力提高城乡抗震设防能力、推进农村安居工程的过程中,应因地制宜地制定各地区的房屋加固改造方案。综合考虑区域自然地理和传统文化需求,在提高农村房屋抗震能力的同时,发挥传统民居抗震性能的优势,改进不利因素,最大限度地保护民族文化遗产,实现防震减灾事业与社会经济的融合式发展。

致谢:感谢闻学泽研究员、姜立新研究员在本文工作中给予重要指导建议。

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