球面地震学：地震会“跳远”新发现有望改变地震预测模型

                                         杨学祥，杨冬红

   地震会“跳远”新发现有望改变地震预测模型

一个有关地震的经验法则正在被打破。数十年来，地震学家假设个别断层（以及更长断层上的孤立碎片）的断裂与其他断层无关。这就限制了一个断裂带能产生的潜在地震的最大量级。但2016年11月14日，一场7.8级地震袭击了新西兰，随后新西兰南岛中部地区发生了震级大小不等的余震约860次。这也是该岛近代史上规模最大的地震之一，而它摧毁的不仅是道路和房屋，还动摇了人们对地震的认识。近日，一项新研究显示，这场被称为凯伊库拉地震的强震至少涉及12个不同的断裂带，而且，其中一些距离很远，曾被认为彼此之间不会产生影响。

http://tech.gmw.cn/2017-04/06/content_24139800.htm

球面地震学：月亮赤纬角变化导致地壳潮汐形变和扁率变化

地球是一个旋转体，日月引潮力导致地球扁率周期性变化，其证据就是地球自转速度的周期变化。

地球扁率变大时，低纬度圈和赤道圈突起扩张，高纬度圈凹陷收缩；地球扁率变小时，低纬度圈和赤道圈凹陷收缩，高纬度圈突起扩张。

南北纬35度线是地球形变的不变线，高低纬度以此线分界。

地震会“跳远”新发现表明，低温度地区的地震和高纬度地区的地震是相互激发的，一处大震为另一处大震的发生创造了条件。

潮汐组合和潮汐形变的特征

北风型潮汐组合：日月大潮与月亮赤纬角最小值0度的日期相距不超过三天，两者叠加，潮汐强度大，地球扁率变大，自转变慢，有利于拉尼娜发展，潮汐使两极空气向赤道流动，可激发地震火山活动和冷空气活动。此种类型的潮汐组合，北风活动较强，降温现象明显，有利于沙尘天气形成。

南风型潮汐组合：日月大潮与月亮赤纬角最大值的日期相距不超过三天，两者叠加，潮汐强度大，地球扁率变小，自转变快，有利于厄尔尼诺发展，潮汐使赤道空气向两极流动，可激发地震火山活动和暖空气活动，有利于低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成部分地方出现大雾天气。此种类型的潮汐组合，南风活动较强，增温现象明显，有利于雾霾天气形成。

这是地震形成13.6天周期变化的原因，一般称为双周循环。

月亮赤纬角极大值变化的18.6年周期

月亮赤纬角极大值不是固定不变的，在18.6-28.6度之间变化，周期为18.6年。

图 1 1896-1980年8级以上地震分布
Fig. 1  Thedistribution of global earthquakes(Ms≥8)from 1896 to 1980

图1 是根据公元1896年至公元1980年全球8级以上地震目录编绘的。在月亮赤纬角最小时的1905-1906年、1923-1925年、1941-1942年、1959-1960年、1977-1979年，地球平均扁率变大，地球自转变慢；在月亮赤纬角最大时的1896-1897年、1913-1914年、1931-1932年、1949-1951年、1968-1970年，地球平均扁率变小，地球自转变快。8级以上地震高潮也有相应的约9年变化周期：1897- 1906- 1914- 1923- 1932-1941- 1950- 1960- 1971- 1978年。1890-1924年和1947-1976年的拉马德雷冷位相对应8级以上地震频发期，1925-1946年的拉马德雷暖位相对应8级以上地震的减少时期。

应该说明的是，1960年5月22日智利南部发生9.5级地震，释放能量相当于8.5级地震的30倍。20世纪共有4次9级以上特大地震都发生在一个很短的时期内：1952年11月4日堪察加发生9级地震，1957年3月9日阿拉斯加阿留申群岛发生9.1级地震，1960年5月22日智利发生9.5级地震，1964年3月28日阿拉斯加威廉王子海峡发生9.2级地震。因此，在1952-1964年和月亮赤纬角最小值时的1959-1960年地震活动也很强烈。

特大地震路线图：往返于冰川消融山区和海平面上升的沿海地震带

我们在2008年6月1日指出，全球变暖导致山地和两极冰盖溶化，全球海平面上升，山地失去冰盖负载减少，将均衡上升；海洋水面上升增加负载，将均衡下沉。这就是冰川地壳均衡和水均衡运动[1-3]。根据山东防震减灾信息网的资料，自2004年到2007年，印度尼西亚苏门答腊岛发生了4次8级以上地震，中国和日本各2次，其他地区2次（见表1）。

地球是一个扁球体，一处地震变形，为另一处的地震变形提供了条件[4]。这就构成了强震的路线图。表1的地震从中国开始，又回到中国，这一闭合路线为下一次强震的发生提供了有价值的线索。

青藏高原是世界屋脊，近30年冰盖融化显著，自然是地壳均衡最强烈的地区。中国地震后，陆海地壳的负荷在内陆地区得到大致调整，接下来就是在陆海连接处的岛弧发生强震。岛弧强震是全球范围的，遍布东西太平洋和印度洋。这就完成了一个循环。

如果上述规律成立，下一个8级以上强震就必定发生在陆海连接处，按路线图，危险性的排列为：日本、印尼、堪察加半岛附近高纬度地区、南北美太平洋沿海地区。其中，日本、俄罗斯和印尼发生强震的风险最大，其后是南北美太平洋沿海地区。

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2010年智利8.8级地震、2011年日本9级地震、2012年印尼8.6级地震证实了这一预测。

除了8.5级以上地震集中在拉马德雷冷位相时期的统计特征外，另一个重要的统计特征更值得关注：海岛的9级地震发生后，8.5级以上地震连续发生，这对日本地震有参考意义。2004、2005、2007年、2012年的连续4年中，印尼苏门答腊岛发生了4次8.5级以上地震。日本的后续地震不得不防。

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海岛9级地震发生后，8.5级以上地震连续发生

我在2012年8月30日指出，2004年12月26日印尼苏门答腊9.1级地震表明印度大陆向北挤压亚洲大陆进入高潮，欧亚地震带处于活跃期。

2011年3月11日日本9级地震表明太平洋地壳挤压亚洲东部增强，环太平洋地震带进入活跃期，是北半球强震开始的信号。日本、俄罗斯和美国发生特大地震的可能性最大。

除了8.5级以上地震集中在拉马德雷冷位相时期的统计特征外，另一个重要的统计特征更值得关注：海岛的9级地震发生后，8.5级以上地震连续发生，这对日本地震有参考意义。2004、2005、2007年的连续4年中，印尼苏门答腊岛发生了3次8.5级以上地震（2012年4月11日印尼苏门答腊发生8.6级地震，2004年以来共发生4次8.5级以上地震）；阿拉斯加半岛在1957、1964、1965年也发生了3次强震（见表1-2）。日本的后续地震不得不防。

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地震数据统计表明，1889年以来，全球大于等于8.5级的地震共23次，在1889-1924年发生6次（国外资料1900-1924年2次），在1925-1945年发生1次（1次），在1946-1977年发生11次（7次），在1978-2003年发生0次（0次），在2004-2012年已发生6次。

规律表明，拉马德雷冷位相时期及其边界是全球强震的集中爆发时期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期，2000-2035年是全球强震爆发时期。1952年、1957年（国外数据低于9级）、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前17年（见表1-2）。全球大于等于8.5级的地震发生在1947-1976年拉马德雷冷位相时期前18年。

这一统计规律是我们在2006年发现的，当时2000-2006年只发生了2次大于等于8.5级的地震，后来又发生了4次，证实了这一统计规律的可预测性，持续发生的截止时间大约为2018年。

表1  1890年以特大地震和PDO（太平洋十年涛动，亦称拉马德雷）冷位相对应关系

注：括号内为国外数据。

表2  全球1890-2012年8.5级以上地震的分布特征

注：1890-1924年、1047-1976年、2000-2035年为拉马德雷冷位相时期，1925-1946年、1977-1999年为拉马德雷暖位相时期。

从表2 中可以看到，特大地震在高地纬度之间相间发生。

从表2 中可以看到，特大地震在月亮赤纬角最大值发生的概率最大，在月亮赤纬角最小值发生的概率较小。这符合2014-2016年月亮赤纬角最小值时期特大地震没有发生的实际情况。预计2017-2018年，特大地震可能集中发生，与1963-1965年特大地震连续发生相一致。

参考文献

杨冬红，杨学祥。“拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害。西北地震学报。2006，28（1）：95-96

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

杨学祥，杨冬红。拉马德雷冷位相时期的灾害链。见：高建国主编，苏门答腊地震海啸影响中国华南天气的初步研究——中国首届灾害链学术研讨会论文集。气象出版社，2007：200-204。

杨学祥。灾害链规律不容忽视。文汇报。科技文摘专刊（第683期）。2008年3月2日第五版。

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.

杨学祥。灾害链规律不容忽视。《地理教学》，2008，（5）：1-3

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

LiGuoqing.27.3-dayand13.6-dayatmospherictide and lunar forcing on atmosphericcirculation [J]. Adv.Atmos.Sci. 2005, 22:359-374.

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2017-04-06 08:22　来源：中国科学报　 2017-04-06 08:22:26来源：中国科学报作者：责任编辑：战钊

凯伊库拉地震使怀帕帕湾暗礁升高数米。图片来源：Andrew Spencer

　　一个有关地震的经验法则正在被打破。数十年来，地震学家假设个别断层（以及更长断层上的孤立碎片）的断裂与其他断层无关。这就限制了一个断裂带能产生的潜在地震的最大量级。但2016年11月14日，一场7.8级地震袭击了新西兰，随后新西兰南岛中部地区发生了震级大小不等的余震约860次。这也是该岛近代史上规模最大的地震之一，而它摧毁的不仅是道路和房屋，还动摇了人们对地震的认识。近日，一项新研究显示，这场被称为凯伊库拉地震的强震至少涉及12个不同的断裂带，而且，其中一些距离很远，曾被认为彼此之间不会产生影响。

　　凯伊库拉地震显示，科学家低估了看似独立的断层出现滑动的可能性，或误判了地震可能产生的危害。这些断层的滑动可能让地震更强烈。“我们认为大家应该警惕。”美国地质调查局地震学家、加州地震灾害模型团队负责人Ned Field说。基于此，该团队近日升级了美国出现强震的可能性。

　　“长期以来，人们认为如果断裂带之间的距离为5公里，就会阻止断裂继续蔓延。”新西兰地质与核子科学研究所大地测量学家IanHamling说，“最大的震惊主要来自事件本身的复杂程度。我认为，世界上没有任何地震危险预测模型此前曾考虑过这种可能性，就是断裂在一些断层与断层间的明显跳跃。”

　　但越来越多的证据开始驳斥这一观点。例如，2010年墨西哥发生7.2级地震，而断裂在断裂带之间跳过了10公里距离。2011年，9级的日本东北地震也比人们预想的强烈，原因是之前被认为相互独立的数个断裂段发生破裂。而Field表示，凯伊库拉地震提供了最引人注意的证据，显示人们需要新的地震风险评估策略。

　　基于实地考察、地震数据、GPS测量结果和卫星雷达图像，Hamling和同事发现，新西兰地震导致的地表断裂十分松散，有的甚至间隔15公里。由于地震量级与断层破裂长度直接相关，新西兰地震震级明显比断裂没有跳过断层所产生的地震更大。

　　这一现象不仅会增加潜在地震的最大量级，还会改变大地震出现的几率：一旦更多断层可能同时活动，就会有更多方式汇集成大地震，从而增加其发生的可能性。而且，Field表示，这也意味着大桥和摩天大楼会面临更高风险，它们更易受到在大地震中长时间释放的地震波的影响。

　　加州正带头示范应对这些更大更复杂地震的方法。该州最近一次地震预报发生在2015年，Field及其同事发布的模型精确了断层分段原则，并首次涵盖了多重独立断裂带同时断裂的可能性。Field表示，虽然这一模型使用的仍是5公里就能中断断层同时破裂，但它将该州的大多数断层联系在一起。

　　而这些变化将加州在未来30年里发生8级及以上地震的可能性从4.7%提高到7%。但由于断层系统只能释放与构造板块摩擦产生的一致的能量，因此大地震频率的增加意味着没有太多能量产生小地震。例如，对加州而言，发生6.7级左右地震的可能性降低了30%，而相比之前的模型，这与历史记录更接近。

　　“这朝着真实再现断层相互作用更近了一步。”Field说。目前，新模型已经被用于更新该州的地震灾害地图，以便为建筑物和其他重要设施的设计提供信息。

　　目前，科学家仍在研究凯伊库拉地震中那些距离15公里的看似不相关的断层。Hamling团队推断之前未在地图上标注的地表附近的断层，帮助在这些空隙上“架构了桥梁”，表明隐藏的断层也可能是未知的风险源。

　　不过，加州理工学院地质学家Jean-Philippe Avouac表示，断层发生同时断裂可能甚至不需要物理连接。一个可能的解释是，一个断裂带产生的地震波有足够的能量引发遥远断裂带的滑动，这一过程也被称为动态触发。“我不确定是否需要真实的连接。”Avouac说。

　　无论如何，该论文合作者、新西兰地质与核子科学研究所地震地质学家Kate Clark表示，新西兰地震不仅会影响未来地震模型，还会改变科学家对过去地震的理解。Clark寻找了之前地震引发的沿海地区升高的地质记录，这些升高不太可能是由一次一个断裂带断裂引发的。“我们可能误解了之前的一些沿海地区升高的记录，并可能过于简化了过去发生的地震的‘情节’。”（唐一尘编译）

[责任编辑:战钊]

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