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地震探源:能否利用潮汐預測地震1

核心提示:

  地球不是一個孤立的天體,它受宇宙環境中各種因素的影響,如月亮引力、太陽引力等,那麼地震活動與這些天外因素有關係嗎?本版從《天文學進展》、《大地測量與地球動力學》雜誌摘編了兩篇論文,分別從天文潮汐如何影響地震發生、如何利用潮汐形變資料獲得地震信息等角度,對地震預測方法進行闡述。

  名詞解釋

  天文潮汐主要指太陽、月亮對地球的引潮力,太陽系的其它行星對地球也有引潮力,但是,它們非常小,即使九個行星排列成一行時對地球的引潮力也只有日月引潮力的1/26000。

  天文潮汐與地震

  吳小平(雲南大學地球科學系)冒蔚(中國科學院雲南天文台)黃雍(雲南省地震局)

  地震是地球內部運動的一種力學過程,然而地球並不是一個孤立的天體,它受宇宙環境中各種因素的影響,天文潮汐就是一種力學因素。天文潮汐主要指太陽、月亮對地球的引潮力,太陽系的其它行星對地球也有引潮力,但是,它們非常小,即使九個行星排列成一行時對地球的引潮力也只有日月引潮力的1/26000。天文潮汐不僅從天文學和地球物理學的角度對整個地球的運動產生影響,也從地質學的角度對局部地殼運動產生影響。雖然地震的力源來自地球內部,但是,當震源系統岩石中的應力達到臨界狀態時,外界因素的影響在一定條件下會引起系統的突變而發生地震。基於這樣的物理思想,國內外天文地震研究者們對天文潮汐與地震關係的問題一直興趣不減。然而由於地震過程和地震發生本身是一個複雜問題,關於天文潮汐與地震關係研究,不同作者從不同角度用不同方法或不同地震樣本,所得結論不盡相同,存在較大的爭議。爭議的焦點早期主要在地震的發生時間是否受天文潮汐的影響,後來多集中於地震與天文潮汐究竟存在什麼樣的關係。

  日、月、地球的相對位置與地震

  從已有的研究看,天文潮汐與地震關係的研究大致包括以下三個方面:(1)日、月、地球的相對位置與地震的關係,這方面的研究主要包括月相、月黃經、日月高度、日月時角等位置參數分佈與地震發生時間及頻度之間的關係;(2)天文潮汐的週期與地震,這類研究往往先計算日月引潮力的某一週期份量的時間函數曲線,然後統計發震時間所對應的優勢相位,或者直接從地震序列中提取潮汐週期成分;(3)天文潮汐應力與地震,主要研究日月引潮力在地球內部產生的潮汐應力對地震的觸發作用,此方面研究主要針對大地震。

  月赤緯是潮汐計算中用到的多種參數之一。最近的研究表明,20世紀71%%的大地震發生於赤白交角從極大變為極小時期,1999年9月21日的花蓮地震發生在月過赤緯極小於(-19°)時。

  月黃經也是潮汐計算中間接用到的參數之一,月震和地震時月黃經非隨機的從集現象可能說明月震和地震的發生有著共同相互的外力因素———引潮力的影響。但所研究的每個局部地區,並不是都存在地震時月黃經的優勢分佈。

  我國從20世紀80年代起對日月位置與地震關係有不少研究,但多數僅局限於月相統計。有人對不同地區的地震作了統計,發現有的地區的地震與朔望關係明顯,有的與下弦關係明顯,認為不同地區、不同震源機制的地震可有不同的月相效應,進行月相統計應注意劃分不同區域和地震帶。近來的研究表明,太陽、月亮的地方時角對強震序列的發震時刻也有影響。

  上述研究大多都將所得到的日月位置與地震的關係歸因於潮汐對地震的觸發作用,從潮汐理論看,雖然引潮力與日月位置有關,但是嚴格地說,簡單地從月相、日月黃經或時角等位置參數來研究潮汐與地震的關係,而不作引潮力的計算是不合適的。然而,很多研究卻顯示出日月位置統計比通過複雜的引潮力計算的研究效果更為明顯。

  天文潮汐週期、相位與地震

  研究潮汐週期、相位與地震的關係通常採用兩種方法:一是先計算某一潮汐份量如半日潮、日潮、雙周潮的時間函數曲線,然後將地震發生時刻與之比較,統計地震是否有從集發生在某一優勢相位處的趨勢,若存在優勢相位,則表明地震發生時間與這一週期的潮汐份量有關;另一種方法是將地震序列作頻譜分析,提取地震活動中的潮汐週期成分。

  自從月震證據表明月震確實與地球在月球上產生的引潮力有密切關係後,地震與天文潮汐關係的研究得到了推動。Lammlein等人的研究表明,月震活動高峰有一個非常明顯的週期,這個週期是27.2d,這正是地球在月球上產生潮汐的交點月週期,說明引潮力能引起或觸發月震。

  Palumbolz4的研究證實了地震和天文潮汐相位的關係具有區域性,他對全球範圍9157個地震的統計研究沒有顯示出有意義的結果,而對意大利範圍內沿ApPennine山脈發生的地震研究卻發現,無論是主震還是餘震,其頻度當半日潮東西份量達最大時都明顯增加,主震和餘震分別增至平均值的2.7倍和1.8倍,認為存在區域性的潮汐觸發特點。韓延本等人的研究也認為日月引潮力對地震的觸發作用存在地區性特點或與地質構造有關,故將地震樣本按所處斷裂構造帶分區,結果表明不同構造帶上地震發生時刻與引潮力的東西向水平份量的不同變化時段有相關性,例如,在鮮水河地震帶和松潘地震活動區,88%的超過5.8級的強震發生在東西水平份量正次峰附近的7d中,而在龍陵、瀾滄地震活動區,70%的超過5.8級的強震發生在該份量負次峰附近的7d中。
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