核心提示：

　　地球不是一個(gè)孤立的天體，它受宇宙環(huán)境中各種因素的影響，如月亮引力、太陽引力等，那么地震活動(dòng)與這些天外因素有關(guān)系嗎？本版從《天文學(xué)進(jìn)展》、《大地測量與地球動(dòng)力學(xué)》雜志摘編了兩篇論文，分別從天文潮汐如何影響地震發(fā)生、如何利用潮汐形變資料獲得地震信息等角度，對地震預(yù)測方法進(jìn)行闡述。

　　名詞解釋

　　天文潮汐主要指太陽、月亮對地球的引潮力，太陽系的其它行星對地球也有引潮力，但是，它們非常小，即使九個(gè)行星排列成一行時(shí)對地球的引潮力也只有日月引潮力的1/26000。

　　天文潮汐與地震

　　吳小平(云南大學(xué)地球科學(xué)系)冒蔚(中國科學(xué)院云南天文臺(tái))黃雍(云南省地震局)

　　地震是地球內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的一種力學(xué)過程，然而地球并不是一個(gè)孤立的天體，它受宇宙環(huán)境中各種因素的影響，天文潮汐就是一種力學(xué)因素。天文潮汐主要指太陽、月亮對地球的引潮力，太陽系的其它行星對地球也有引潮力，但是，它們非常小，即使九個(gè)行星排列成一行時(shí)對地球的引潮力也只有日月引潮力的1/26000。天文潮汐不僅從天文學(xué)和地球物理學(xué)的角度對整個(gè)地球的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，也從地質(zhì)學(xué)的角度對局部地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。雖然地震的力源來自地球內(nèi)部，但是，當(dāng)震源系統(tǒng)巖石中的應(yīng)力達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，外界因素的影響在一定條件下會(huì)引起系統(tǒng)的突變而發(fā)生地震�；�于這樣的物理思想，國內(nèi)外天文地震研究者們對天文潮汐與地震關(guān)系的問題一直興趣不減。然而由于地震過程和地震發(fā)生本身是一個(gè)復(fù)雜問題，關(guān)于天文潮汐與地震關(guān)系研究，不同作者從不同角度用不同方法或不同地震樣本，所得結(jié)論不盡相同，存在較大的爭議。爭議的焦點(diǎn)早期主要在地震的發(fā)生時(shí)間是否受天文潮汐的影響，后來多集中于地震與天文潮汐究竟存在什么樣的關(guān)系。

　　日、月、地球的相對位置與地震

　　從已有的研究看，天文潮汐與地震關(guān)系的研究大致包括以下三個(gè)方面：(1)日、月、地球的相對位置與地震的關(guān)系，這方面的研究主要包括月相、月黃經(jīng)、日月高度、日月時(shí)角等位置參數(shù)分布與地震發(fā)生時(shí)間及頻度之間的關(guān)系；(2)天文潮汐的周期與地震，這類研究往往先計(jì)算日月引潮力的某一周期分量的時(shí)間函數(shù)曲線，然后統(tǒng)計(jì)發(fā)震時(shí)間所對應(yīng)的優(yōu)勢相位，或者直接從地震序列中提取潮汐周期成分；(3)天文潮汐應(yīng)力與地震，主要研究日月引潮力在地球內(nèi)部產(chǎn)生的潮汐應(yīng)力對地震的觸發(fā)作用，此方面研究主要針對大地震。

　　月赤緯是潮汐計(jì)算中用到的多種參數(shù)之一。最近的研究表明，20世紀(jì)71%%的大地震發(fā)生于赤白交角從極大變?yōu)闃O小時(shí)期，1999年9月21日的花蓮地震發(fā)生在月過赤緯極小于(-19°)時(shí)。

　　月黃經(jīng)也是潮汐計(jì)算中間接用到的參數(shù)之一，月震和地震時(shí)月黃經(jīng)非隨機(jī)的從集現(xiàn)象可能說明月震和地震的發(fā)生有著共同相互的外力因素———引潮力的影響。但所研究的每個(gè)局部地區(qū)，并不是都存在地震時(shí)月黃經(jīng)的優(yōu)勢分布。

　　我國從20世紀(jì)80年代起對日月位置與地震關(guān)系有不少研究，但多數(shù)僅局限于月相統(tǒng)計(jì)。有人對不同地區(qū)的地震作了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)有的地區(qū)的地震與朔望關(guān)系明顯，有的與下弦關(guān)系明顯，認(rèn)為不同地區(qū)、不同震源機(jī)制的地震可有不同的月相效應(yīng)，進(jìn)行月相統(tǒng)計(jì)應(yīng)注意劃分不同區(qū)域和地震帶。近來的研究表明，太陽、月亮的地方時(shí)角對強(qiáng)震序列的發(fā)震時(shí)刻也有影響。

　　上述研究大多都將所得到的日月位置與地震的關(guān)系歸因于潮汐對地震的觸發(fā)作用，從潮汐理論看，雖然引潮力與日月位置有關(guān)，但是嚴(yán)格地說，簡單地從月相、日月黃經(jīng)或時(shí)角等位置參數(shù)來研究潮汐與地震的關(guān)系，而不作引潮力的計(jì)算是不合適的。然而，很多研究卻顯示出日月位置統(tǒng)計(jì)比通過復(fù)雜的引潮力計(jì)算的研究效果更為明顯。

　　天文潮汐周期、相位與地震

　　研究潮汐周期、相位與地震的關(guān)系通常采用兩種方法：一是先計(jì)算某一潮汐分量如半日潮、日潮、雙周潮的時(shí)間函數(shù)曲線，然后將地震發(fā)生時(shí)刻與之比較，統(tǒng)計(jì)地震是否有從集發(fā)生在某一優(yōu)勢相位處的趨勢，若存在優(yōu)勢相位，則表明地震發(fā)生時(shí)間與這一周期的潮汐分量有關(guān)；另一種方法是將地震序列作頻譜分析，提取地震活動(dòng)中的潮汐周期成分。

　　自從月震證據(jù)表明月震確實(shí)與地球在月球上產(chǎn)生的引潮力有密切關(guān)系后，地震與天文潮汐關(guān)系的研究得到了推動(dòng)。Lammlein等人的研究表明，月震活動(dòng)高峰有一個(gè)非常明顯的周期，這個(gè)周期是27.2d，這正是地球在月球上產(chǎn)生潮汐的交點(diǎn)月周期，說明引潮力能引起或觸發(fā)月震。

　　Palumbolz4的研究證實(shí)了地震和天文潮汐相位的關(guān)系具有區(qū)域性，他對全球范圍9157個(gè)地震的統(tǒng)計(jì)研究沒有顯示出有意義的結(jié)果，而對意大利范圍內(nèi)沿ApPennine山脈發(fā)生的地震研究卻發(fā)現(xiàn)，無論是主震還是余震，其頻度當(dāng)半日潮東西分量達(dá)最大時(shí)都明顯增加，主震和余震分別增至平均值的2.7倍和1.8倍，認(rèn)為存在區(qū)域性的潮汐觸發(fā)特點(diǎn)。韓延本等人的研究也認(rèn)為日月引潮力對地震的觸發(fā)作用存在地區(qū)性特點(diǎn)或與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)，故將地震樣本按所處斷裂構(gòu)造帶分區(qū)，結(jié)果表明不同構(gòu)造帶上地震發(fā)生時(shí)刻與引潮力的東西向水平分量的不同變化時(shí)段有相關(guān)性，例如，在鮮水河地震帶和松潘地震活動(dòng)區(qū)，88%的超過5.8級(jí)的強(qiáng)震發(fā)生在東西水平分量正次峰附近的7d中，而在龍陵、瀾滄地震活動(dòng)區(qū)，70%的超過5.8級(jí)的強(qiáng)震發(fā)生在該分量負(fù)次峰附近的7d中。

　　地震與天文潮汐的關(guān)系不能一概而論

　　從日、月、地球的相對位置與地震、天文潮汐周期與地震等的研究可以看出，地震與天文潮汐的關(guān)系不像月震那么簡單，很難得出絕對一致的結(jié)論，這與月球上的潮汐比地球上大得多有關(guān)，也與地球的復(fù)雜構(gòu)造有關(guān)。然而，上述大量研究結(jié)果表明地震與潮汐關(guān)系確實(shí)存在，只是這種關(guān)系以不同形式和不同程度表現(xiàn)出來而已。

　　從上述情況我們可明確目前天文潮汐與地震研究的初步結(jié)果、存在的某些問題以及進(jìn)一步研究的方向：對地震與天文潮汐的關(guān)系不能一概而論，因?yàn)檫@種關(guān)系的強(qiáng)弱程度是依賴于震源位置、發(fā)震斷層類型和潮汐應(yīng)力作用類型的。在今后的研究中，應(yīng)該注意劃分區(qū)域，不僅是地理區(qū)域、構(gòu)造應(yīng)力區(qū)域，還應(yīng)注意區(qū)分發(fā)震斷層類型。

　　關(guān)于潮汐應(yīng)力對大地震觸發(fā)的力學(xué)機(jī)制研究目前還缺乏細(xì)致的物理模型描述，多數(shù)研究采用潮汐應(yīng)力優(yōu)勢相位統(tǒng)計(jì)的方法來研究大地震，以是否存在優(yōu)勢相位來判斷大地震的發(fā)生是否具有潮汐觸發(fā)性。如果能建立一種物理模型，來分析天文潮汐應(yīng)力對地震斷層的力學(xué)作用，并在此基礎(chǔ)上提出一種大地震的潮汐應(yīng)力觸發(fā)判別方法，這將有助于天文潮汐與大地震關(guān)系研究更深層次的開展。

　　人們對太陽、月亮(尤其是月亮)相對地球位置與地震的關(guān)系已有不少現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)方面的研究，其中，大多數(shù)統(tǒng)計(jì)研究是針對單一的位置參數(shù)。實(shí)際上，地球在某一時(shí)刻受到的引潮力不僅與某一個(gè)位置參數(shù)有關(guān)，而是同時(shí)與多個(gè)參數(shù)有關(guān)，僅對單一位置參數(shù)做統(tǒng)計(jì)，所得到的結(jié)果只能從一個(gè)側(cè)面反映天文潮汐與地震關(guān)系，因此，同時(shí)考慮與天文潮汐有關(guān)的多種位置參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對得到整體全面的統(tǒng)計(jì)圖像是必要的。

　　潮汐形變資料中地震前兆信息的識(shí)別與提取

　　張燕吳云施順英(中國地震局地震研究所)

　　劉永啟褚永海(武漢大學(xué))

　　如何從潮汐形變觀測資料中獲取地震前兆，一直是廣大學(xué)者努力探索的重要問題。20世紀(jì)80年代中后期興起的小波變換是泛函分析、Fourier分析、樣條分析、調(diào)和分析、數(shù)值分析比較完美的結(jié)合。它具有多分辨率分析的特點(diǎn)。將小波變換應(yīng)用到潮汐形變資料處理中，提取某頻段的信息，結(jié)合多個(gè)臺(tái)站綜合分析，可找出地震前兆。地震前多個(gè)觀測臺(tái)站出現(xiàn)相同頻段的異常信號(hào)

　　在2001年10月發(fā)生的云南永勝6.0級(jí)地震前，震中附近的永勝、渡口、彌渡和楚雄臺(tái)同樣出現(xiàn)了一致性顯著異常信號(hào)。我們分析的資料是各個(gè)臺(tái)站2001年全年的整點(diǎn)值數(shù)據(jù)，在各個(gè)臺(tái)站分解結(jié)果中出現(xiàn)了一個(gè)振幅較大的異常信號(hào)，該信號(hào)在永勝臺(tái)和楚雄臺(tái)出現(xiàn)的時(shí)間基本相同，均在5—7月，在渡口臺(tái)和彌渡臺(tái)出現(xiàn)的時(shí)間有些提前，從2月一直持續(xù)到7月。雖然出現(xiàn)時(shí)間稍有差異，(可能是傳播速度和距離不同引起的)，但周期(頻段)是一樣的，都是幾天到十幾天。

　　再看1998年11月發(fā)生在川滇交界地區(qū)的6.2級(jí)寧蒗地震。震中周圍的永勝、渡口、彌渡及西昌等臺(tái)(震中距分別約50km、110km、140km和160km)在地震前也出現(xiàn)了同步的一致性異常信號(hào)。選取的資料是各個(gè)臺(tái)站1998年全年的整點(diǎn)值數(shù)據(jù)。從處理結(jié)果中同樣可以看到，在各個(gè)臺(tái)站高頻部分分解結(jié)果中，出現(xiàn)了一個(gè)幅度較大的異常信號(hào)。頻段一致，出現(xiàn)時(shí)間也較為集中均在6—9月份，周期大約是幾天到十幾天。

　　異常信號(hào)可能就是從震源發(fā)出的

　　從以上幾次強(qiáng)震前的潮汐形變資料處理結(jié)果來看，將小波變換的多分辨率分析用于形變資料處理，其結(jié)果是可以肯定的。臺(tái)站記錄的信息中，既包含有潮汐成分，又有非潮汐成分，小波變換的多分辨率分析能按頻率將某一頻段的信號(hào)提取出來，潮汐波的明顯分離就是明證。可以看出，在強(qiáng)震前的2~5個(gè)月，震中附近的形變臺(tái)站都接收到一個(gè)頻段相同的異常信號(hào)，周期大約為幾天到十幾天，出現(xiàn)的時(shí)間也大致相同。這會(huì)不會(huì)是同一個(gè)源發(fā)出來的信號(hào)呢?為此，我們對提取出來的相同頻段的信號(hào)做相關(guān)性分析，結(jié)果表明信號(hào)兩兩之間的相關(guān)程度平均達(dá)到80%以上，這說明它們之間是相關(guān)的。由此我們可以認(rèn)為：在相同的時(shí)間段出現(xiàn)在相鄰多個(gè)臺(tái)站的同一頻段的信號(hào)，是由同一個(gè)源發(fā)出來的，這個(gè)源可能就是地震的震源。

　　盡管已有不少學(xué)者將小波分析引入到地震資料的處理中，但用小波變換多分辨率分析來分析和處理潮汐形變資料尚屬首次。從結(jié)果看，效果是不錯(cuò)的，它能將同一頻段的信號(hào)單獨(dú)提取出來，達(dá)到了預(yù)想的目的。

　　反過來，我們在進(jìn)行形變資料處理時(shí)，可以將相鄰多個(gè)臺(tái)站綜合分析，找出在同一時(shí)段共同記錄到的相同頻段的異常信號(hào)，確定出地震前兆信息，進(jìn)行地震預(yù)報(bào)。根據(jù)前兆信息出現(xiàn)的時(shí)段可大致確定發(fā)震時(shí)間；將提取的異常信息與震源模型結(jié)合起來，利用多臺(tái)的信息能找出發(fā)出這些異常信號(hào)的共同源即震源，同時(shí)地震的強(qiáng)度也可以確定。

　　相關(guān)鏈接

　　俄專家認(rèn)為地震與潮汐有關(guān)

　　俄羅斯國立莫斯科大學(xué)核物理研究所的專家認(rèn)為，在太平洋地震帶上所發(fā)生的大地震大都與海洋潮汐有關(guān)。

　　據(jù)俄《消息報(bào)》報(bào)道，這家研究所的專家對1964年至1992年間在太平洋地震帶上所發(fā)生的地震進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多數(shù)情況下在發(fā)生大地震的當(dāng)日或大地震發(fā)生前后2至3天內(nèi)，夜空中均出現(xiàn)過新月或滿月。而且在地震發(fā)生前，俄羅斯或其他國家的中子射線測量機(jī)構(gòu)都曾探測到超過正常標(biāo)準(zhǔn)數(shù)十倍的中子射線波動(dòng)。

　　另外，位于帕米爾高原上的俄中子射線測量站的觀測結(jié)果也證實(shí)，每當(dāng)新月和滿月發(fā)生時(shí)，太平洋地區(qū)就會(huì)出現(xiàn)不同程度的中子射線波動(dòng)。俄專家指出，上述現(xiàn)象說明，太平洋地區(qū)部分地震的原因與海洋潮汐有關(guān)。海洋潮汐是在月球、太陽等天體的引力作用下產(chǎn)生的。在萬有引力的作用下，天體對地球的海水會(huì)產(chǎn)生引潮力。當(dāng)新月或滿月出現(xiàn)，即太陽、月球和地球處在一條直線上時(shí)，月球和太陽的引潮力會(huì)形成合力，引發(fā)大潮。

　　俄專家認(rèn)為，大潮能夠?qū)μ�平洋地區(qū)的地殼產(chǎn)生巨大的壓力，部分堅(jiān)固性稍差的地殼會(huì)出現(xiàn)裂縫，裂縫中會(huì)釋放出中子及其他原子粒子和核子的射線，而處于正常水平的中子射線就會(huì)因此產(chǎn)生波動(dòng)。如這種破裂正好發(fā)生在地震帶上，就會(huì)使該地區(qū)的地球內(nèi)部能量得以猛烈地釋放，這樣地震的發(fā)生也就在所難免。俄專家表示，潮汐作用只是引發(fā)地震的一種因素，能否形成地震還要取決于很多其他因素。但是，與潮汐作用密切相關(guān)的中子射線波動(dòng)狀況，完全可成為短期地震預(yù)報(bào)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

　　猛烈的潮汐可能引發(fā)地震

　　據(jù)《山東青年報(bào)》報(bào)道，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家在《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版上發(fā)表文章指出：地球上的潮汐可能會(huì)引發(fā)地震。

　　在月亮以及太陽的引力作用下，海水不斷地潮起潮落，地球斷面層上受到的壓力也因此每天有大約兩次的起伏。該文章的作者伊麗莎白·哥奇蘭說：“猛烈的潮汐在地震的引發(fā)過程中發(fā)揮了很大的作用，地震發(fā)生的時(shí)間會(huì)因潮汐造成的壓力波動(dòng)而提前或推遲。”

　　科學(xué)家已經(jīng)就潮汐對地震的影響猜測了很長時(shí)間，但到目前為止還沒有人論證過它對全球范圍的影響效果，以前只發(fā)現(xiàn)在海底或火山附近，地震與潮汐才呈現(xiàn)出比較清楚的聯(lián)系。該文章另一位作者，加州大學(xué)洛杉磯分校地球與空間科學(xué)系教授約翰·維大說：“地震起因還是一個(gè)謎，而這一理論可以說是其中的一種解釋。我們發(fā)現(xiàn)海平面高度在數(shù)米范圍內(nèi)的改變所產(chǎn)生的力量會(huì)顯著地影響地震發(fā)生的幾率�！�

　　哥奇蘭等人首次將潮的相位和潮的大小合并計(jì)算，使用的計(jì)算方法比3年前所能做到的精確了很多。他們分析了1977—2000年間全球2000多個(gè)5.5級(jí)以上的地震。

　　他們重點(diǎn)研究了發(fā)生在消減帶的地震。哥奇蘭和維大發(fā)現(xiàn)地震的發(fā)生與斷面層潮汐壓力處于高度密切相關(guān)，而這種相關(guān)性偶然發(fā)生的幾率不到萬分之一。他們發(fā)現(xiàn)猛烈的潮汐在淺斷面層施加了足夠的壓力從而會(huì)引發(fā)地震。當(dāng)潮很大，達(dá)到大約2—3米/時(shí)，3/4的地震都會(huì)發(fā)生，而潮汐越小，發(fā)生的地震也越少。

　　他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)生在美國阿拉斯加、日本、新西蘭以及南美洲西部海岸附近的地震都顯示出了與潮汐的相互關(guān)系。不過，維大也承認(rèn)，在美國加利福尼亞以及世界上大多數(shù)地方，地震與潮汐的聯(lián)系卻相當(dāng)小。