太空同震效应和地震远距离传播

                            杨学祥，杨冬红

台“中央大学”太空科学所教授刘正彦21日表示，地震会引起太空中同震效应的研究成果，利用研究原理，还可提早预警海啸的发生。刘正彦和“中央大学”地球科学系副教授颜宏元进行研究，利用全球定位系统(GPS)的讯号波动，证实地震会影响太空中同震效应，并可根据讯号反推地表震动最剧烈的地方，研究成果获顶尖期刊《地球物理研究》 (Journal of Geophysical Research)刊登。

刘正彦表示，地震发出的震波会影响太空电离层变化，当地表错动8米，能量传到太空被放大万倍以上，会造成80公里的跳动，根据太空跳动发生时间、空间位置，可找出太空震动源头；像是集集东北方30公里被量测到的震动源，也是地面错动最大的地方。

颜宏元指出，电离层和地震的确有相互关联，GPS丰富的观测资料，可作为研究预设的良好基础。根据GPS讯号的变化，可以推估地表发生震动的源头。

此原理还可运用在海啸预警，刘正彦表示，海水表面同样会影响电离层，利用海啸的能量与电离层的变化，可找出海啸发生时间和源头；他运用这个原理找出苏门答腊海啸的起源点。他说，这个方法能提早半小时到1小时预警海啸，让民众能及早因应。

根据地壳、海水、空气的密度比，固体潮、海洋潮、大气潮的幅度比为1：3：400。当地表错动8米，能量传到太空被放大万倍以上，会造成80公里的跳动，相当于地壳密度和太空气体密度比为10000：1，即固体、、海洋、大气、太空的密度比为10000：3333：25：1。大气、太空的密度比为25：1。

地震和潮汐都具有周期震荡特征，因而都具有不同圈层的同震效应。

地震会发生连锁反应，一场地震可能是千里之外的另一场地震的原因。美国地震学家分析了近20年发生在南加州的数以千计的地震中余震的数据后，得出地震波可激发地震这一结论。他们的研究可能改变了关于以前余震发生原因的预测。

美国地质学家发现，1990年以来，15次7级以上的大地震中，12个产生表面波（即地震波沿地表或地球内部界面迅速向远方传递），在其他大洲的断层系统上引发了较小型地震。美国地质勘探局的专家帕森斯解释说，科学家早就知道强震的表面波会迅速向远方传递，不过他们此前认为这些所谓的表面波移动引发地震只是特例，但让人惊讶的是，这种地震一直在发生。

这些沿着地表或地球内部界面游走的地震波被称为面波，经过遥远的距离后也未缩小的原因在于地球表面是球面：在震中同一半球传播时是扩散，在另一半球是集中。

地震波在传播过程中的能量密度变化，与单位时间扩散的大圆周长C成反比。设地震的总能量为Q，能量密度为δ，穿过的面积为S=Cl = 2πRlsinφ，l为单位弧长，R为地球半径，则有

δ= Q/S = Q/ (Cl) = Q/ (2πRlsinφ)                               (5.1)

其中，圆心角φ为震中和地心连线与大圆上任一点和地心连线的夹角。同样，在球壳中点源喷射造成的球面对流，也会有扩散、集中、返回的震荡过程（见图5.6和图5.7）。

由（5.1）式可知，在φ= 0和φ= π时，能量密度δ为无穷大，在φ= π/2时，即经过地表最大圆时，能量密度δ最小。这就是说，假定地震波能量在传播中无损耗，震中的地心对称点处的能量密度最大。该公式表明，能量密度δ在震中同一半球中，随震中与地心连线的长度增加而减少；在震中的另一半球，能量密度δ随震中与地心连线延长线的长度增加而增加。

举例来说，2004年12月发生在印尼苏门答腊外海的强震，就在遥远的阿拉斯加、加州与厄瓜多尔引发了地震。厄瓜多尔（西经80，南纬0）恰恰就是印尼苏门答腊（东经100，南纬0）的地心对称点。这是一个很有说服力的解释。点源激发在球面上的震荡和对流对余震和强降水都存在激发作用（见图5.7和图5.8）。从汶川8级地震的4级以上余震目录中可以看到这一作用（见：附录表10和附录表11）。

图5.7  点源激发震荡在球面上的能量密度变化(杨冬红，2009)

2003年23日22时左右，“重庆井喷”发生。井喷事故压井方案的实施时间从26日上午推迟到27日上午10时。整个井喷事件历时84小时，大约17.5至21百万立方米石油天然气喷入大气中，其环境效应不仅仅是硫化氢中毒。据气象部门提供的消息，2004年9月2至5日，川东北地区的达州、南充、巴中等市普降暴雨，多数地方降雨量超过100毫米，这次降雨是今年以来四川境内雨量最大、强度最强、持续时间最长的一次。其中，达州市渠县累计降雨量已超过360毫米，是百年一遇的特大暴雨。开县受灾最为严重——惨遭200年一遇特大暴雨洪灾，部分地区为500年一遇。 由此看来，2003年12月23日重庆开县井喷、2004年9月2-7日重庆开县又遭受暴雨洪水的袭击、2006年重庆大旱高温和2008年四川强震可能有因果关系（见图5.8）。

图5.8  点源喷发在球壳中的对流(杨冬红，2009)

潮汐震荡的特点是，在地球和月亮的中心连线上，面对月亮的地球球面上的点及其地心对称点的潮汐最大，与点源激发在球面上的震荡特征相同。这是潮汐易于激发地震活动的一个原因。本文在这里只是提出问题，并不是严格的论证。证据在于更多资料的积累（摘自博士论文）。