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“慢滑移”地震：与潮汐形变和地球自转有关
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“慢滑移”地震：与潮汐形变和地球自转有关
杨学祥，杨冬红
关键提示
地球的潮汐形变不仅改变地球的形状，而且改变地球的自转速度，是地震的慢滑移的基本动力，我们称之
为海底扩张的潮汐模式。
https://www.doc88.com/p-680406052092.html
有报道称，1999 年以前，研究人员认为受压板块只能通过两种途径释放贮存的应变能，或者快速地在数秒内以地震的形式，或者稳定地以均匀蠕变的形式释放。但慢地震的发现揭示这两种途径并非全部。“ 这是我们第一次意识到断层有全频谱行为”，在GNS Science 研究新西兰海岸附近慢地震的新西兰地质学家LauraWallace如是说。
慢滑移从构造板块传递应力不是在数秒内完成的，而是一个数天、数周或数年的时间过程。这种持续的慢滑移效果是显著的。已经检测到一些慢地震可以释放等同于常规7 级地震的能量。而且，在很多地区，这种慢滑移是间歇周期性的。例如，在卡斯卡迪亚地区每14 个月一次，在墨西哥地区每4 年一次。
极移由于地球瞬时自转轴在地球本体内部作周期性摆动而引起的地球自转极在地球表面上移动的现象，是地极移动的简称。表现为极点的±0.″4即相当于24米×24米范围内循与地球自转相同的方向描划出一条时伸时缩的螺旋形曲线。极移包括两个主要的周期成分：一个近于14个月周期，称为张德勒项，这是弹性地球的自由摆动；另一个是周年周期，称为周年项，这是由大气环流引起的受迫摆动。极移机制的因素有外部因素和内部因素两类。外部因素包括日、月引力以及大气和海洋的作用，内部因素则涉及的各种理论模型。因此，极移研究与气象学、海洋学、地球物理学、地质学等地学学科有密切的关系。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-965018.html
https://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1405016.html
地球自转与特大地震和最强潮汐的准四年周期
1. 特大地震的准四年周期
俄科学家新的“M 8S计算法”可以对地震进行中期（几年内）预测。研究人员发现，大地震具有明显的周期性，在周期的末期地震的活动会加强。例如，20世纪所有4场特大地震都发生在一个很短的时期内：1952年堪察加发生9级地震，1957年阿拉斯加阿留申群岛发生9.1级地震，1960年智利发生9.5级地震，1964年阿拉斯加威廉王子海峡发生9.2级地震。俄地震学家认为，单独的个体不太可能具有这种密集性。1947-1976年为拉马德雷冷位相，特大地震与低温期同时发生。
1833年苏门答腊9级地震、1837年智利瓦尔的维西9.25级地震和1841年堪察加9级地震组成一个9级以上地震小高潮，对应1833年之后气温的低水平段。9级地震的准四年周期再次出现，并伴随全球低温期。
2. 地球自转的准四年周期
从1955年以后，用近代仪器观测到，地球自转加速度约每四年就有一次突然的变化。根据美国华盛顿和理士满（Richmond）两地测得的地球转速季度平均值的变化，可用一条折线近似地表示，其转折点各在1957.79，1961.93和1965.61。在这些点上加速度的变化是急剧的，但速度是连续的。地球自转加速度约每四年就有一次突然的变化不仅与最强和较强潮汐相对应，而且与1952年、1957年、1960年、1964年4场特大地震相对应。
地球自转准四年周期
图1 地球自转转四年周期（据傅承义，1976）
3. 最强潮汐组合的准四年周期
1957年、1961年和1965年都在1月17日（地球近日点附近）有月亮近地潮和日月大潮的叠加，形成最大和较大潮汐形变，影响地球自转速度，对应潮汐准4年变化周期（见表1），与四次特大地震有很好的对应关系。
表1 月亮近地潮和太阳近地潮准四年周期叠加（杨冬红，2009）
近地点 日 月 潮汐强度 厄尔尼诺年（E） 震级
年 月 日 时 农历 日食 月食 大 潮 弱w 强s 拉尼那年（L）
（1946-1976年拉马德雷冷位相时期）
1951 1 06 20.8 29 8 23 s E
1952 1 26 20.1 30 12 27 ss E，特大地震 9.0
1953 1 17 7.0 3 30 15 30 s E
1954 1 10 17.8 6 5 19 5 19 ww L
1955 1 06 16.8 13 8 24 s L
1956 1 26 20.8 14 13 27 ss L
1957 1 17 6.3 17 1 16 ss E，特大地震 9.1
1958 1 09 7.7 20 6 20 0 E
1959 1 06 4.6 27 9 25 0
1960 1 26 17.8 28 14 28 s 特大地震 9.5
1961 1 17 7.0 1 2 17 sss
1962 1 08 21.9 3 6 21 s
1963 1 04 16.2 9 25 10 25 www E
1964 1 26 9.3 12 14 15 29 0 E-L，特大地震 9.2
1965 1 17 8.5 15 3 17 sss L-E
1966 1 08 18.3 17 7 21 ss E
注：当日同时发生月亮近地潮和日月大潮为最强潮汐sss，相差一天为较强潮汐ss，相差两天为强潮汐s，相差三天为一般潮汐0，相差四天为弱潮汐w，相差五天为较弱潮汐ww，相差六天以上为最弱潮汐www。特大地震为当年最强潮汐附近发生9级以上地震。
4. 特大地震与低温的对应关系
2002年郭增建提出“深海巨震降温说”：海洋及其周边地区的巨震产生海啸，可使海洋深处冷水迁到海面，使水面降温，冷水吸收较多的二氧化碳，从而使地球降温近20年。20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关，同时这一时期也没有发生巨大的海震。巨震指赤道两侧各40°范围内的8.5级和大于8.5级的海震。郭增建等人指出，9级和9级以上地震与北半球和我国的气温有很好的相关性。
深海巨震，特别是地震引起的海啸，将海底冷水翻到表面，降温效果是明显的，这可以从2004年12月26日印尼地震海啸后气温的剧烈波动变化中得到验证。2004年、2005年、2007年、苏门答腊三次8.5级以上强震和2009年9月30日南大洋萨摩亚群岛8级地震海啸，是2005年中国18年暖冬终结、2006年初低温寒流、2008年初中国南方罕见冰雪冻灾、2010年初低温暴雪袭击北半球的前兆和成因，2010年2月27日智利8.8级地震和海啸与2010年12月欧美暴雪低温和英国三百年来的最强寒流的对应性再次验证了这一结论。今后20年是强震和低温频发时期。大陆内部巨震作用需要进一步观察。
刚刚过去的这个冬季，广州出现了有气象记录以来的第6冷年，广东也出现了有记录以来的第10冷年，从全国的情况看，最近的5个冬季更出现了3个明显的“冷冬”。然而美国国家航空航天局此前公布的数据却表明，2011年全球气温为有记录以来第9高？
入冬以来，我国平均气温为-5.5℃，为近27年来同期次低值，去年是最低值。与我国类似，欧亚大陆很多国家也正在遭遇寒冬。世界气象组织指出，对比欧洲2009年至2010年那个冬季，那时寒潮来得更早，持续时间更长，自2009年12月开始，贯穿整个2010年1月和2月的大部分时间。而2006年冬天，情况也比今年严重。国家气候中心王启认为，与近几年相比，2012年这次欧洲暴风雪和寒流造成的灾害比2007年、2008年、2009年严重得多，但还比不上2006年、2010年和2011年，其中2006年的情况基本是最严重的。中国工程院院士丁一汇也认为，全球变暖在时间上并不是均匀的，有相对的冷期，也有相对的暖期，但总体的趋势是上升的。
国家气候中心张培群指出了一个重要的事实：全球变暖在2000年以前表现为连续发生暖冬，在2000年以后出现了一些阶段性低温，2006年以来基本每年1月份都出现了阶段性低温，有时12月份也有。他还认为在最近100年全球气温总体变暖的趋势里，我们也曾经历过这种20-30年尺度的气候波动。上世纪20至40年代是一个相对显著偏暖的阶段，之后的50至70年代，就经历了一个相对冷期。但之后的80年代开始，全球又进入一个变暖的时期。最近几年虽然全球气温没有逐年增加（2010年是最暖的一年，2011年依然偏暖，但比2010年有所减弱），但总体增暖的趋势依然没有改变。
今年4月，中国科技出版社计划将出版新书《自然是全球气候变化的主要驱动因素》。中国科学院院士陈运泰表示，他很赞同作者发出的与众不同的声音。“由中国科学院地理研究所、中国科学院地球物理研究所、中国科学院遥感应用研究所、北京大学空间科学学院和核工业部地质科学院等单位组成的全球气候变化研究组，对于自然是气候变化的主要驱动因素方面的研究成果，对于全球变化研究很有参考价值。”
1889年以来，全球大于等于8.5级的地震共23次。在1889-1924年PDO（太平洋十年涛动，亦称拉马德雷现象）“冷位相”发生6（1900年以来国外数据：2）次，在1925-1945年PDO“暖位相”发生1（1）次，在1946-1977年PDO“冷位相”及其边界发生11(7)次，在1978-2003年PDO“暖位相”发生0次，在2004-2008年PDO“冷位相”已发生5次。规律表明，PDO冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期。2000年进入了PDO冷位相时期，2000-2030年是全球强震爆发时期和低温期[1-7]。2004-2018年是8.5级以上地震集中爆发期。郭增建的“深海巨震降温说”是PDO冷位相与低温冻害对应的物理原因。
5. 讨论和结论
1952年、1957年、1960年、1964年4场特大地震就发生在1947~1976年拉马德雷冷位相时期中的前17年，2000年进入拉马德雷冷位相，2004年12月26日印尼地震海啸发生，特大强震可能发生在2000~2030年拉马德雷冷位相时期中的前17年左右，最强和较强潮汐重复时期（2006年，2010年，2014年，2018年）每一年及其前一年都是特大地震可能发生年。2004年12月26日爆发的印尼地震海啸并非偶然，它和1952年11月4日堪察加发生9级地震一样，拉开了特大强震集中爆发的序幕。
根据前一次拉马德雷冷位相时期特大地震发生特征，2010年（可能的拉尼娜年）及其前一年、2014年（可能的拉尼娜年）及其前一年（可能的拉尼娜年）、2018年（可能的厄尔尼诺年）及其前一年（可能的拉尼娜年）爆发特大强震的可能性大。由于2010年、2014年、2018年1月2日为月亮近地点，与地球近日点1月3日或4日相差不过2天，叠加后的最强潮汐和较强潮汐强度相对较大，激发出的特大强震也会相当强烈。这是杨冬红在2009年博士论文中的预测，2010年2月27日智利8.8级地震验证了特大强震的准4年周期。
由于智利地震没有达到9级，所以2011年3月11日日本9级地震补充发生。
2010年2月27日智利发生8.8级地震和2011年3月11日日本发生9级地震，符合2010年9级地震发生的预测；下两次9级地震应该在2014年和2018年，其最强潮汐组合非常明显。
表1 月亮近地潮和太阳近地潮准四年周期叠加（杨冬红，2009）
近地点 日 月 潮汐强度 厄尔尼诺年（E） 震级
年 月 日 时 农历 日食 月食 大 潮 弱w 强s 拉尼那年（L）
（2000-2030年拉马德雷冷位相时期）
2003 1 24 6.6 22 3 18 www
2004 1 20 3.4 29 22 7 s
2005 1 10 18.1 1 10 25 sss 特大地震 9.1
2006 1 02 6.8 3 31(上年12月) s E
2007 1 22 20.6 4 19 3 0 L
2008 1 19 16.5 12 8 22 0
2009 1 10 18.8 15 26 26 11 ss
2010 1 02 4.6 18 15 1 15 1 ss 特大地震L 8.8
2011 1 22 8.1 19 04 4 20 s 特大地震L 9.0
2012 1 18 9 23 www
2013 1 10 12 27 s L？
2014 1 02 1 16 31 ss 特大地震L？
2015 1 22 5 20 s E?
2016 1 15? （据gdufo ） 10 24 ww L？
2017 1 10 12 28 s L?
2018 1 02 2 17 31 sss 特大地震E?
注：当日同时发生月亮近地潮和日月大潮为最强潮汐sss，相差一天为较强潮汐ss，相差两天为强潮汐s，相差三天为一般潮汐0，相差四天为弱潮汐w，相差五天为较弱潮汐ww，相差六天以上为最弱潮汐www。特大地震为当年最强潮汐附近发生9级以上地震。
参考文献
1. 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
2. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.
3. 杨学祥, 杨冬红. 全球进入特大地震频发期. 百科知识2008.07上,《百科知识》2008/07上, 8-9. http://www.jllib.cn/library/magazine/20080707k.htm
4. 郭增建, 郭安宁, 周可兴. 地球物理灾害链. 西安地图出版社, 2007. 111~114, 146~158
5. 郭增建. 海洋中和海洋边缘的巨震是调节气候的恒温器之一. 西北地震学报, 2002, 24(3): 287
6. 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。地球物理学进展。2006，21（3）：1023-1027
7. 杨冬红,杨学祥. 海洋中和海洋边缘巨震是调节气候恒温器理论的检验. 西北地震学报. 2005, 27(1): 96
8. 叶卡斯。这个冬天广州史上第6冷。2012-03-15 04:02:29 来源： 广州日报。http://news.cqnews.net/html/2012-03/15/content_13842582.htm
9. 冯兰蔺, 程绩. 严寒席卷北半球 气象专家激辩“小冰河期来临”. 2012年02月06日 13:26 来源：新闻晚报. http://news.ifeng.com/world/detail_2012_02/06/12322423_0.shtml
10. 张培群:异常冷冬未改气候变暖趋势 每十年上升0.2度. 2012年02月07日 10:55:14 来源： 新华网. http://news.xinhuanet.com/society/2012-02/07/c_122666499.htm
11. 中国气象局专家：全球变暖趋势未逆转 寒冷天气被夸大. 2012年02月08日 03:40 来源：人民日报. http://news.ifeng.com/world/detail_2012_02/08/12359201_0.shtml
12. 易蓉蓉. 全球环境新看法:大自然是气候变化的主推手。2012-02-13 09:08:42来源：科学网。http://tech.gmw.cn/2012-02/13/content_3556753.htm
13. 杨学祥。我希望中国的地震专家做些什么：日本防震 中国辟谣？ 2012-4-4 05:39 科学网。http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=555106
14. 杨冬红;潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D]; 吉林大学; 2009年. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10183-2009094610.htm
15. 据gdufo，http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=555106
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-556278.html
相关报道
“慢滑移”与地震
“慢地震”指的是微小且难以察觉的震颤，这种震颤可以持续数周。然而，这些奇怪的事件一定先于或者甚至直接导致了我们所熟知的“快”地震吗？Sophia Chen对此进行了研究。
美国西北部和加拿大不列颠哥伦比亚省地下大约每14 个月都发生怪事：地下开始运动。这个称为卡斯卡迪亚(Cascadia)俯冲带的地区，包含一条长达1000 km 的断层，数个构造板块在此汇聚。当地下35—55 km 处岩石发生滑动时，它还会每秒钟沿前后方向振动几次。今年这样的滑移始于2 月22 日，并且持续了几周。
但是与地震不同，这样的地下运动并没有造成破坏。在地球表面，人们不会有任何感觉。甚至连地球物理学家使用地震仪器数十年以来也未能注意到这些运动。“运动如此之小，以致被认为只是风和波浪引起的噪声”，研究卡斯卡迪亚地区滑移现象的美国华盛顿大学地球物理学家Heidi Houston 如是说。
这种滑动发生在俯冲带，即遍布在全球的、一个板块滑向另一个板块下方的边界。1999 年，日本和加拿大的两个独立研究小组几乎同时首次发现这一现象，在此之前两个小组均在各自研究区域内布设了更好、更密集的传感器网络。从那以后，这些“慢地震”或“慢滑移事件”便从根本上改变了地球物理学家对地壳深部作用力的理解。地球内部基本上仍是个谜，但是研究慢地震使地球物理学家们距离他们的“圣杯”——准确的地震预测更进一步。这些静地震可能对描绘一些大地震如何形成有所帮助。
微弱震颤
在地幔放射性元素衰变产生的热的驱动力作用下，构造板块以平均每年2-5 cm 的速率在地表运动。板块因构造运动压缩变形，贮存增加的弹性应变能。
1999 年以前，研究人员认为受压板块只能通过两种途径释放贮存的应变能，或者快速地在数秒内以地震的形式，或者稳定地以均匀蠕变的形式释放。但慢地震的发现揭示这两种途径并非全部。“ 这是我们第一次意识到断层有全频谱行为”，在GNS Science 研究新西兰海岸附近慢地震的新西兰地质学家LauraWallace如是说。
慢滑移从构造板块传递应力不是在数秒内完成的，而是一个数天、数周或数年的时间过程。这种持续的慢滑移效果是显著的。已经检测到一些慢地震可以释放等同于常规7 级地震的能量。而且，在很多地区，这种慢滑移是间歇周期性的。例如，在卡斯卡迪亚地区每14 个月一次，在墨西哥地区每4 年一次。
最简单的慢地震模型由两个板块构成，在俯冲带地区一个板块俯冲于另一板块之下(图1)。断层最浅部处于闭锁静止，积累势能；在大约33—55 km 深度范围，慢滑移零星地发生；在更深的深度上，地质学家则认为断层全年都在进行稳定地滑移。
图1 卡斯卡迪亚俯冲区(Steve Malone/华盛顿大学)。在俯冲带地区，一个构造板块俯冲到另一个之下。在靠近地表处板块闭锁在一起，此处只以地震的形式运动；在深部，板块会自由地滑动；而中间则会发生缓慢震动的滑移
摩擦， 取决于岩石的成分组成，又决定了断层岩石的运动方式。但直接测量岩石的摩擦性质非常困难，因为岩石太深而无法直接采样或者成像。取而代之，研究人员通过其他方法来间接推断岩石的摩擦性质。例如，通过地震台网测量获得穿过地壳的地震波速度来计算岩石弹性，进而推断岩石的摩擦性质。但是这些弹性计算过于简化，通常假定岩石非均匀含水，对此，研究人员还需要详细研究。
研究人员仍然不能完全确定是什么驱动着慢滑移事件，它们对比常规地震强度弱得多的动力即有所反应。例如，我们知道来自于太阳和月球的重力可以影响慢滑移。研究者观测到在卡斯卡迪亚地区发生慢滑移期间，与慢滑移相伴随发生的另一种称为颤动(tremor)事件的频次，随着海洋潮汐发生波动。“这表明，这些极微弱的应力，尽管非常微弱难以影响普通地震，但相对于慢滑移来说则相当强大”，Houston说道。
研究慢滑移最有用的工具之一是过去十年间建成的GPS 传感器网络。它们足够敏感，可以检测毫米量级的地表运动。在日本和卡斯卡迪亚地区，GPS 测量结果显示慢滑移以每天10 km 的速率从一个地区向下一个地区迁移。另外，通过测量地表位移，研究人员可以进一步模拟造成地表位移的深部慢滑移事件。不同区域的模型不同，取决于特定断层的几何形状。例如，在墨西哥西南海岸，那里常发生一些大的慢滑移事件，某些GPS 站检测到5 mm的地表位移，对应于滑移界面上约3 cm的位移量。然而，在卡斯卡迪亚俯冲带地区，研究人员们模拟发现5 mm 的地表位移则相应于深部2 cm的滑移量。
建立这些台网富有挑战。GPS传感器一般只能安装在陆地上，但许多俯冲带都在水下。例如，引发海啸造成15000 多人死亡并导致福岛核事故的2011 年日本东北地震，始于距离海岸70 km 的地方。于是，研究人员正在探索在海洋中进行测量的新方法。例如，Wallace 的团队在新西兰海岸的海床上安装了压力计。她说：“如果海底在一次慢滑移事件中向上移动，那么其上面的水会减少。”压力计可以测量慢滑移期间海底上下移动造成的水压波动。
图2 深部物理(Yoshihiro Ito/京都大学)。24 个海底压力表中的一个安装在远离新西兰东北海岸的希库朗伊俯冲带
更深层次的理解
关于慢滑移事件，最吸引人的神秘之处在于为什么它们经常发生在俯冲带大的“大逆冲型”地震之前。例如，我们知道，在2011 年日本东北地震之前发生了慢滑移事件，持续近十年之久。类似地，研究人员后来发现在2014 年智利伊基克8.1 级地震几周之前发生了慢滑移。
有一个例子，慢滑移事件确实触发了2014 年4 月墨西哥西南海岸7.3 级的大地震。震后的分析中，法国格勒诺布尔阿尔卑斯大学的一位地球物理学家Mathilde Radiguet 和她的同事在绘制该地区的地震活动时发现了慢滑移。两个多月的时间，慢滑移沿断层迁移到地震起始点。Radiguet 说：“慢滑移使应力增加， 当应力达到一定的阈值时，岩石发生破坏，于是破裂开始。”Radiguet 的团队在地震发生的两年后发表了分析结果，但地球物理学家能否最终利用慢地震来预测大地震仍耐人寻味。也许某一天终会实现。Radiguet 说：“我们距离利用慢滑移作出地震预测还很遥远。”她又补充说，现在还不可能归纳不同区域的慢滑移的特征。慢滑移恰巧触发了2014 年墨西哥7.3 级地震，是因为它向断层的特定部位迁移，但如果它沿另一个方向迁移，它可能降低断层的张力甚至阻止此次地震。Wallace 说，“它们是一把双刃剑，在某些地方慢滑移事件有助于降低发生地震的可能。”
为什么慢滑移如此之慢？它究竟是如何使地球变形？许多关于慢滑移的基本科学问题悬而未决。Radiguet 说，摆在面前的简单任务是安装更多的传感器，特别是在海洋中。由此开展的研究将是及时的，因为地震学家预计每年至少有一次8 级以上地震发生在世界的某个地方。她说，“我们不清楚地震如何开始，慢滑移可能发挥了作用。”
目前卡斯卡迪亚俯冲带下一次巨大地震的发生已经逾期。该地区大地震之间的平均时间约为240年。317 年前该地区发生的最近一次的大地震引起了太平洋另一侧的日本发生了海啸。同时，明年4 月左右，地下将再次开始缓慢移动，而人类对此毫无察觉。
(中国地震局地球物理研究所尹凤玲、来贵娟编译自Sophia Chen. Physics World，2017，(7)：29)
本文选自《物理》2017年第7期
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