对“地震的远程触发”应当予以关注

        杨学祥，杨冬红

 

中科院院士、中国地震局地球物理研究所名誉所长、北京大学地球与空间科学学院院长陈运泰教授最近指出，地震的发生与板块之间的相互作用是密切关联的。比如1976年7月28日发生的唐山大地震，在此前的7月14日在印尼的巴厘岛就发生了6.9级地震，在这之后的8月16日在棉兰老岛又发生了8.1级地震。再比如两年前苏门答腊岛地震前三天，在南极洲附近的麦夸尔岛也发生了8.1级地震。这种“远程触发”作用，如果有的话，到底是怎么触发的，目前科学家仍在研究中。对“地震的远程触发”应当予以关注【1】。

 

                   地震路线与潮汐组合的关系

 

    地震发生并没有一条固定的路线，但是，地应力的变化和相互作用，可能具有区域性传递的特征。重走2004年12月26日印尼地震路线，对未来全球的地震趋势可能有参考意义【2】。

 

2004年上半年发生7级以上地震2次，下半年17次。上半年的地震异常是非常明显的。平静之后是爆发，这是一条规律。

 

地震爆发集中在2004年11-12月强潮汐时期。2004年1月为强潮汐时期，2-4月为弱潮汐时期，5-7月为强潮汐时期，8-10月为弱潮汐时期，11-12月为强潮汐时期。2005年1-3月为强潮汐时期，4月为弱潮汐时期，5-9月为强潮汐时期，10-12月为弱潮汐时期。8级以上强震都发生在2004年12月26日、2005年3月29日和2005年6月14日的强潮汐时期。

 

突出特征为：12月26日在冬至22日附近，太阳直射南回归线，太阳潮使赤道突起变小，地球扁率也相应变小，地球自转加快，赤道收缩，地震以挤压收缩为主；2005年3月29日在3月22日春分附近，太阳直射赤道，太阳潮使赤道突起变大，地球扁率也相应变大，地球自转变慢，赤道扩张，地震以张裂膨胀为主；6月14日在夏至22日附近，太阳直射北回归线，太阳潮使赤道突起变小，地球扁率也相应变小，地球自转加快，赤道收缩，地震以挤压收缩为主。后一次地震是前一次地震的调整过程。

 

    2007年上半年发生7级以上地震4次，也处于地震异常状态，但小于2004年。我们分析，2007年下半年也要发生强震爆发。由于2007年1月微弱潮汐时期，2-6月为强潮汐时期，7-8月为弱潮汐时期，9-12月为强潮汐时期。所以，我们预测2007年9月强震进入高潮[2]。由于2008年1-3月为弱潮汐时期，4-7月为强潮汐时期，8-9月为弱潮汐时期，10-12月为强潮汐时期，所以，强震的循序在2007年12月有较强地震调整（如果强拉尼娜发生，地震也会增强），在2008年3月末4月初有次一级调整（拉尼娜将结束），在2008年6月可能发生调整（视3月的地震强度而定）。这一轮强震爆发则最终结束。如果2008年爆发厄尔尼诺事件，地震活动还会有所增强（事实上2008年5月12日发生了四川汶川8级地震）【2】。

 

    印尼大震发生后，日本、智利、秘鲁、美国加利福尼亚北部相继发生了7级以上地震。这些地区也都是我们列举的未来强震危险区。相应的监测和防范是非常必要的。

 

    2007年的气候异常已成为世界气象界的共识。从地质界的角度出发，2007年不仅仅有坏天气，构造运动也将十分强烈。据美国国防部秘密报告预测， 由于全球变暖，到2020年欧洲沿海城市将被上升的海平面所淹没，英国气候将像西伯利亚一样寒冷干燥。这看似对立的两种现象共存正是物极必反的辩证规律。全球变暖导致的海平面上升，破坏了地壳的重力均衡，引起加载的海洋地壳均衡下沉（如同轮船加载，吃水线加深一样），由此而引发的深海强震和海啸又将迫使深海冷水上翻到海洋表面，从而将会引发全球变冷。这就是大自然的自调节作用。2004年12月26日印尼8.7级大震发生后，全球8级大震频繁发生就是证据。

 

    我们考虑整个陆海地壳的平衡运动。由于剥蚀沉积使陆海地壳高度发生反向变化，质量的增加使海洋地壳下降，质量的减少使大陆地壳上升；大陆地壳和海洋地壳在合力矩的作用下发生旋转，形成跷跷板运动。计算表明，大陆被剥蚀5厘米，施加在陆海地壳两端的力矩M = 436000000000000N•m；相当于在陆海地壳两端施加的反向力p = 436000000 N。这样大的跷跷板累加力矩和累加力是出人意料的，因为它是2000km长的地壳受力变化通过同向力矩叠加而成；相应的地壳运动不是整体升降，而是跷跷板旋转，足以使青藏高原隆升和断裂，或使西太平洋海沟下沉和挤压。以大陆平均每年被削去1mm计算，青藏高原被削平5厘米大约需要50年。因此，十年际的地震周期活动可用陆海地壳跷跷板运动来解释。大洋地壳的跷跷板运动与之相互加强，强潮汐起激发作用。赤道信风使暖水集中在赤道西太平洋，温差为3~9摄氏度，高差为40~60厘米. 当厄尔尼诺到来时, 情况发生逆转。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13~20厘米, 引发强烈的地震活动和火山活动。这就是大洋地壳的跷跷板运动。算得累加力p = 13000000000 N。大陆冰川融化，海平面不断上升，也会产生同样的陆海地壳均衡作用。

 

我们曾预测，2007年是强震多发年：2006/2007年为白赤交角最大值年，胡辉等人认为云南下一个地震活跃期可能开始于2006/2007年。张建国预测在2007年XX西部地区将发生8级或7级以上的双震。杨冬红预测2006-2007年白赤交角最大值附近全球8级以上大震多发。多种预测方法的结果表明，2007年XX西部和全球的强震形势严峻，应加强监测和防范工作【2】。

 

太空同震效应和地震远距离传播

 

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【3】。

 

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。证据在于更多资料的积累（摘自杨冬红博士论文）。

 

 

参考文献

 

1．  沈广安。为何印度尼西亚最近两年地震频繁？2010-10-27 20:46:15 来源：搜狐IT http://www.jiaodong.net/news/system/2010/10/27/010991130.shtml

2．  杨冬红，杨学祥. 重走2004年12月26日印尼地震路线. 2007-9-14上海环境热线.绿色论坛. http://www.envir.gov.cn/forum/2007/200711800.htm

3．  杨学祥，杨冬红. 太空同震效应和地震远距离传播. 发表于 2010-9-21 17:57:01 http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=365369

 

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