地震形成的潮汐模式及其预测方法的相关博文和参考文献

地震形成的潮汐模式及其预测方法 

已有 200 次阅读 2018-6-1 15:48   

                        地震形成的潮汐模式及其预测方法

                                杨学祥，杨冬红

                                 （吉林大学）

     摘要：地球的潮汐形变导致地球扁率周期变化，从而形成地球转动惯量的周期变化和自转速的周期变化。地球扁率变大，自转速度变小，低纬度全扩张，高纬度圈；地球扁率变小，自转速度变大，地纬度圈收缩，高纬度圈扩张。扩张导致新地壳在大洋中脊生成，收缩导致旧地壳在俯冲带消减，由此形成大洋地壳的新旧交替和环太平洋地震火山带的地震火山活动。这是地球自转速度变化与地震相关的原因，也是我们通过地球自转速度变化周期预测地震的理论基础。

     关键词：地球自转速度变化；地球形变；地震周期规律；可间断周期

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1116883.html

参考文献

参考文献

解朝娣，吴小平，雷兴林，冒蔚，孙楠。长周期潮汐与全球地震能量释放。地球物理学报。2013，56（10）：3425-3433.

刘国华，王一博，高泽永，文晶。1957-2012年青藏高原五道梁盆地气候变化趋势分析。兰州大学学报(自然科学版)。2014 50（3）：410-416.

郭增建，郭安宁，周可兴。地球物理灾害链[M]。西安地图出版社，2007：111～114，146～158。

杜品仁。18.6a地震轮回及其成因初探[J]。地球物理学报，1994，37（3）：36～369。

胡辉，赵洪声，和宏伟。日月影响与云南未来地震趋势研究[J]。云南天文台台刊。2003，（4）：49-55

蓝永超，丁永建，康尔泗，等。黄河上游径流长期变化及趋势预测模型[J]。冰川冻土。2003，25（3）：321-326。

郭增建, 秦保燕,郭安宁. 地气耦合与天灾预测[M]. 北京: 地震出版社,1996. 165-188, 116－117, 135－138, 198.

杨冬红, 杨学祥.澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关. 地球物理学进展, 2007,22(5): 1680-1685.

Yang Donghong, Yang Xxuexiang.Australiasnowin summer and three ice regulators for El Nino [J]. Progress in Geophysics, 2007,22（5）:1680～1685.

杨冬红，杨德彬，杨学祥. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报，2011，54（4）：926-934

Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climate changes. Chinese Journal of geophysics(inChinese),2011, 54(4): 926-934

杨冬红, 杨学祥.全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”. 地球物理学进展, 2008,23(6): 1813~1818

YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdown of global warming. Progress in Geophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

杨学祥. 海底扩张的潮汐模式. 大地测量与地球动力学. 2003,23(2): 77-80.

http://www.docin.com/p-1502793640.html

Yang Xuexiang, Chen Zhen, Chen Dianyuo, Qiao Qiyuan. The Relation between Tectonic Movement and Climatic Change. J. Geosci. Res. NE Asia, 2003, 6 (1): 82~88.

杨冬红。潮汐周期性及其在灾害预测中应用。博士论文，吉林大学，2009.

Yang Dong-hong. 2009.Tidal Periodicity and its Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D.thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin University.

杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。

Yang D H, Yang XX. 2013a. Study and model on variation ofEarth’s Rotation speed. Progress inGeophysics (in Chinese), 28（1）：58-70.

杨学祥.  2001年发生厄尔尼诺事件的天文条件. 地球物理学报.2002,45(增刊):56-61

YANG X X. The astronomical conditionof El Nino in 2001[J]. Chinese Journal of geophysics.2002, 45 (Supp): 56～61.

杨学祥，陈震，陈殿友，等。厄尔尼诺事件与强潮汐的对应关系[J]。吉林大学学报(地球科学版)，2003，33(1)：87～91。

Yang, Xuexiang, Chen Zhen and ChenDianyou, et al. The corelation between El Nino events and strong tides[J].Journal of Ji Lin Univrsity(Earth Science Edition), 2003, 33(1): 87～91.

杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温[J]。地球物理学进展。2006，21（3）：1023～1027。

Yang Donghong,Yang Xxuexiang, Liu Cai. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) inIndonesia[J].Progress in Geophysics, 2006, 21（3）: 1023～1027.

杨冬红, 杨学祥.北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性. 地球物理学进展, 2014,29(2): 610-615.

YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Study on the relation between ice sheets melting and low temperature in Northern Hemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.

YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Study on cause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (in Chinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

杨学祥, 陈殿友.1998, 地球差异旋转动力学. 长春:吉林大学出版社, 2, 99~104, 196~198

Yang X X, Chen D Y. 1998,Geodynamics of the Earth’s differential rotation and revolution (in Chinese). Changchun: Jilin University Press, 2, 99~104,196~198

杨学祥, 韩延本,陈震等.2004, 强潮汐激发地震火山活动的新证据. 地球物理学报, 47(4): 616~621

YANG X X, HAN Y B, CHEN Z, et al. 2004. New Evidence of Earthquakes andVolcano Triggering by Strong Tides. ChineseJournal of geophysics (in Chinese), 47(4):616~621

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-930149.html

相关博文

板块运动的潮汐扩张模式

已有 2088 次阅读 2014-10-3 08:41   

板块运动的潮汐扩张模式

                       杨学祥

1.    问题的提出

由地幔对流驱动的海底扩张模式遇到了新的困难, 最新的地震层析成像技术并没有提供这方面的可靠证据, 人们提出的种种质疑有助于地球动力学的发展^[1].

潮汐波动理论从最直观的地表潮汐波动现象出发, 论证了潮汐振荡对地球各圈层的动力学意义^[2].这种尝试是值得赞赏的, 是十分有意义的. 为了检验该理论, 本文计算了潮汐振荡产生的力矩规模, 并给出了海底扩张的潮汐模式.

2.    地壳潮汐形变的数值计算

对潮汐运动的最新计算结果表明, 月亮在赤道时产生的半日潮使大气对流层、水圈和液核分别有54181864、43275和3103 km³的体积绕固体地球向西运动, 形成赤道高空风、西向海潮和液核表层西向漂移. 由于大陆地形的阻挡, 形成大气、海洋和液核的涡旋、湍流和异常大潮以及冷暖海水的上下和东西向振荡与混合. 岩石圈和下地幔分别有2754和10599 km³的体积胀缩, 是其中熔融部分流动、上涌和喷发的动力. 太阳相对地球在南北回归线之间的摆动, 使流体相对固体南北振荡与混合. 地球在春分和秋分扁率变为最大, 形成赤道大潮, 两极高纬地区分别有6605998、5251和368 km³体积的大气、海水和液核流体通过临界纬度（35^o）流向赤道, 并在科里奥利力和西向引潮力作用下加速向西漂移, 使各圈层自转速度变小, 差异旋转速度增大, 高纬地区排气排液活动强烈, 其中大气对流层日长增加最为显著, 为97s, 是岩石圈日长增加值（0.00027s）的359259倍. 地磁活动在两分点达到最大值是其证据^[3]. 潮汐形变引起的全球性地壳容积和地表面积变化的计算实例,可参看文献[4-6].

实际上，由于潮汐形变导致地球扁率变小，每年4月9日-7月28日及11月18日-1月23日为地球自转加速阶段；由于潮汐形变导致地球扁率变大，1月25日-4月7日及7月30日-11月6日为地球自转减速阶段^{[46, 47]}。快慢时段的昼夜时间（日长）长短的差别不超过几千分之几秒，但是这种变化可以影响到气象事件，与计算值量级完全相符。

图1 潮汐形变导致赤道圈周期性扩展和收缩

对于一个封闭完整的弹性地球, 上述计算值只能给出地球弹性形变的规模. 但是, 对于岩石圈具有复杂断裂系统的地球, 上述计算值就给出了地下流体流动、上涌和喷发的可能性和规模.

3.    观测证据

据科学时报 2002年9月6日2版报道，2000年6~8月，历史上记录到最活跃的密集地震袭击日本Izu半岛南部60公里的区域，其中7000次震级大于或等于3，5次大于或等于6。该密集地震伴随着Miyake火山的几次蒸气和碎石喷发。

图2  宫岛(Miyakejima)的地震频率 (引自吉野泰造等, 2002)

自1996年以来, 在东京都地区的4个台站用空间大地测量技术进行了地壳变形观测. 这个项目称为”基石”计划(Keystone Project, KSP). 2000年6月26日, 东京以南约150km的Miyake岛发生群震. 6月27日,又开始火山活动. 地震活动见图2所示. 可以看出, 7月和8月的地震活动较多. 在此之后, “基石”网络观测到异常的地壳变形. 地震活动于2000年9月基本停止.2000年6月26日至9月15日期间, 馆山相对于鹿岛的移动速率是62.5px/月, 三浦相对于鹿岛的移动速率是37.5px/月, 这与过去3年的平均运动速率(35px/月和32.5px/月)相比是相当大的. 吉野泰造等人把这个现象解释为伊豆岛的岩脉侵入.估计模型计算得到的岩脉参数是:长20km, 深3 ~ 15km, 张开5m. 根据该参数模型计算得到位移场. 馆山和三浦站的位移分别是125px和75px^[7].

月球与强潮汐、地球排气、厄尔尼诺、臭氧洞扩大、旱涝、地震有关系的重要条件是“近地点兼朔、望”, 以及月球赤纬角变化（极大/小值对应涝/旱年）和各大行星的配合. 张元东称之为“特殊天象组合期” ^[8,9]. 强潮汐(简记为强或Q)的标准是, 月亮近地潮和日月大潮两者同时出现. 若两者与日月食同时出现则为较强潮汐, 三者或前两者同时在春分点、秋分点和近日点附近（前后不超过15天）出现为最强或较强潮汐. 三者的时间最大差不超过3天^[10].通过2000年强潮汐天文条件与日本Miyake岛地震火山活动对比, 我们发现在月平均尺度上, 强潮汐天文条件与地震火山活动有很好的对应关系(见表1).

表. 1  2000年强潮汐天文条件及Miyake岛地震火山活动

Table 1. Theastronomical condition in 2000 and activities of earthquakes and volcanoes atMiyakejima

注：29*和28*表示当月没有30.

4.    海底扩张的潮汐模式

为了计算方便, 我们将潮汐引起的海面升降简化为平面模型(见图2)

图3 潮汐引起的海面升降与太平洋地壳的跷跷板运动

设跷跷板支点为坐标原点, 如图2所示, 东西太平洋海面斜线的近似表达式为

y =Hx/L                                 （1）

其中, 2L为东西太平洋地壳长度; 2H为东西太平洋海面高差; x为横坐标变量. 取一段宽25px长2L的东西向太平洋地壳, 在x处所受压力增量微元和力矩微元分别为

dp =ydx                                 （2）

               dM =xydx                                （3）

其中, p表示增高的海水对洋壳的压力; M表示增高的海水产生的力矩, 取海水的密度为1g/cm³. 在区间[0, L]上积分后得增减海水在东西太平洋地壳产生的力矩分别为

M = HL²/3                                 （4）

这相当于在宽25px长2L高为洋壳厚度的跷跷板两端分别施加的反向力为

p = M/L =HL/3                            （5）

将H = 1500px, L = 10000km代入公式得p = 2×10⁷kg. 这样大的力足以使东太平洋海隆张裂和闭合, 或使西太平洋海沟下沉和岛弧抬升.

如图3所示, 当潮汐使西太平洋海面增高和东太平洋海面降低时, 西太平洋地壳下降,形成海沟处的消减带, 挤压地下流体上喷形成西太平洋暖池, 或向西部大陆和东部大洋的地壳下流动, 形成岛弧火山和大陆火山; 东太平洋地壳相对抬升, 使东太平洋海隆和沿岸断裂带张开, 岩浆和热气喷出, 形成海底火山. 当潮汐使东太平洋海面增高和西太平洋海面降低, 东太平洋地壳下降, 使东太平洋海隆闭合下降, 挤压地下流体向东部大陆和西部大洋的地壳下流动, 挤压新生大洋地壳向大陆地壳之下运动; 西太平洋地壳相对抬升, 使西太平洋岛弧断裂张开, 岩浆喷出, 形成陆地火山.

赤道信风使暖水集中在赤道西太平洋, 冷水集中在赤道东太平洋, 温差为3~9^oC, 高差为40~1500px. 当厄尔尼诺到来时, 情况发生逆转. 由于地壳均衡原理和水均衡作用, 东西太平洋地壳在拉尼娜事件和厄尔尼诺事件交替中至少分别升降13~20cm, 引发地震活动和火山活动, 由此引发的地壳均衡运动具有东西太平洋地壳反向升降的特点, 与潮汐引起的太平洋地壳“跷跷板运动”完全相同^[3,11]. 两者叠加, 相互加强. 这就是日本Miyake岛地震和火山在2000年与拉尼娜事件末期的强潮汐时段同时发生的原因.地球自转最快、西太平洋海面上升到最高值(见图3a)和日长变化(△LOD)取得极小值是这个时期的主要特点^[12].

科里奥利力使上升物体西移, 下降物体东移^[13]. 所以, 西升东降的断裂处于引张状态, 有利于火山喷发和岩脉侵入（图3中a情况）; 东升西降的断裂处于挤压状态,不利于火山喷发和岩脉侵入 (图3中b情况). 这是日本伊豆岛的岩脉侵入发生在1998年6月~2000年6月强拉尼娜事件末期（图2中a情况）的原因.

图4  潮汐扩张的球面模型

在地球形成的早期阶段，地求和月亮距离比现在更近，潮汐引力也更大，潮汐扩张速度也更快。

发表文献

杨学祥. 海底扩张的潮汐模式. 大地测量与地球动力学. 2003,23(2): 77-80.

杨学祥, 陈震,陈殿友. 岩石圈伸缩的机制和规模.  地壳形变与地震. 1996,16(3): 89-94.

杨学祥, 宋秀环,刘淑琴. 地球潮汐形变的数值评价. 地壳形变与地震. 1997,17(2):53-58.

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-832685.html