地震天文后向分析

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1引言

2010年4月14日7时49分（北京时间），我国青海省玉树藏族自治州发生了7．1级强震（简称玉树地震），这是自2008年5月12日四川汶川8．0级地震以来我国西部地区发生的又一次破坏性大地震，地震造成的人员伤亡和财产损失都非常惨重［1］，地震发生后有关科技工作者已陆续对其展开研究［1－2］．

2地震发生时的天置与引潮力

目前研究发现，引潮力是诱发地震爆发的一个重要因素［3－6］，而玉树地震的直接原因很可能是引潮力．对地震起触发作用的引潮力，主要是日月引潮力．由于地球绕太阳公转，月球绕地球公转，以及地球自转，形成日月相对于地球的位置和距离周期性变化［3］．我们根据玉树地震发生的时刻和震中经纬度，计算了玉树地震发生时的太阳系9天体的位置及其对震中单位质量的引潮力，即引潮力加速度，和发震前后几日内的特殊天象及其星下点的位置，分别列于表1和表2．所谓星下点，就是连接天体与地心的直线通过地球表面的这一点，而该线的延长线通过地球表面的另一点，则称为对潮点．引潮力加速度一般为几十微伽，这个引潮力加速度必然附加到当地的重力加速度上，从而引起其变化．国内外学者基本公认，当重力加速度g值异常变化在30～100μGal时，就可能有较大地震［7］．图1给出了2010年4月14日北京时2时至13时期间青海省玉树地震震中所受的引潮力加速度的变化曲线．青海省玉树地震是发生在北京时7时49分，由图可见，玉树地震不仅发生在引潮力加速度比较大的极值附近（已接近82μGal），而且也正发生在其变化速率最大的时刻．此时的变化率是0．70μGal／h，远大于其平均变化率0．39μGal／h．正如人们乘坐在一辆匀速或匀加速前进的汽车上，当汽车突然加速或刹车时，必然使车上的乘客失去平衡而发生碰撞．所以，这种由引潮力引起的加速度变化必将严重破坏远离平衡态的稳定而触发地震．

3月亮白赤交角、太阳活动与地球自转等对玉树地震的影响

月震的发生与地球和太阳对月亮产生的引潮力作用密切相关［8－9］，而全球大地震的发生，同样与天体引潮力有明显的关联［3－4，10－11］．天体引潮力主要是日月引潮力，太阳系中其余7大行星引潮力之和也比日月引潮力要小三个量级，而日月引潮力中月亮对地球的引潮力又为太阳的2．25倍，故首当其冲就应考虑月亮的影响［7，12－13］．月亮除在其轨道上的回归之外，月亮轨道（白道）与赤道之间的交角也在不断地变化．白赤交角的变化，实际上就决定了月亮回归的赤纬极值，即月亮在赤道带区的运动范围，从而决定了月亮对地球表面引潮力作用的纬度区．所以这种影响，实际上就是月亮对地球的引潮力所致．我们在分析20世纪中国大陆7．0级以上的地震时，发现其绝大部分都发生在月亮白赤交角从极大变到极小的5个时间段内．2006年下半年，月亮白赤交角已达其最大值，并由此开始逐渐变小．并预测2007年中国可能进入大震高发期［10］．事实上，2008年5月中国汶川已发生了8．0级大地震．地震是地球内部运动的一种力学特征，然而地球并不是孤立的天体，它受宇宙环境中各种因素的影响，其中太阳活动、地球自转与中国大地震的关系，已有许多学者作了较为深入的研究［14－18］，虽然目前太阳活动仍然处于较低水平，但已进入24周．根据赵洪声等的研究［15］，中国大陆强烈地震大都发生于太阳活动11a周期的偶数周．描述地球自转轴方向的有两种坐标，即天极坐标与地极坐标，这是由参考系所决定的，相对于惯性天球参考系的地球自转轴北极点的位置叫天极坐标，而相对于地球本体，地球自转轴北极点位置叫地极坐标，一般研究地球自转，讲地球方位参数均是指地极坐标与地球自转速率，故本文也就只给出这两方面的情况．描述地球自转速率的有角速度、相对角速度、日长（LOD），实际上，这三者是等价的，可以互换．无论是天文工作者还是地学工作者，他们在监测地球自转的变化时所得到的都是UT1－UTC．现令Ψ表示某一系统的UT1－UTC，则这里Dt表示t时刻日长的变化，其意义表示相对于标准日长D（取值86400s）延长或缩短了Dt秒，式中ωt为t时刻地球瞬时自转角速度，单位为10－6mrad／s，而对应的ωt计算公式中Dt的单位为0．01ms，ω为地球自转平均角速度，Δωt／ω为相对角速度．显然，Dt变长，ωt就小，Δωt／ω就是负值，反之则相反．本文仅给出2010年以来太阳活动与地球自转的相关情况，对于太阳活动4月13日的太阳黑子数是7，而14日突然跳为0（图2）；对于地球自转速率，则出现在日长变化的一个小峰之后，其变化速率较大的时刻；对于地极坐标，其x分量变化很小，而y分量变化比较大（图3）．这虽然需要更多的震例来研究，但也非偶然．

4讨论

地震已被证明是开放系统的产物，尤其是大地震很可能是属于复杂系统的产物，在地震的孕育、发展与发生过程中，与外界乃至宇宙中的多种物质进行着能量与物质的交换，地震是发震动力作用在发震构造上的一种响应，其发震动力源应是两种，一种来自地球本身物质的相变，地幔物质的上涌与板块运动，一种来自太阳活动，月亮等天体的引潮力等．当因某种原因处于由稳定状态向不稳定状态转变的临界平衡状态时，某些外力可能触发它发生剧烈运动，即发生地震．从大的长期天文背景来看，玉树地震发生于中国大震频发的月亮白赤交角由极大变到极小时期，和太阳活动的偶数周．而从短临情况来看，玉树地震发生时正处于震中所受引潮力较大的极值附近，且其变化速率最大的时刻；地球自转速率的变化也处于与引潮力变化类似的时刻，即其极值附近，且其变化速率最大的时刻；至于太阳活动，玉树地震发生时正处于太阳黑子数发生突跳时期．即三个天文因素正处于其变化速率最大时刻，所以这三个天文因素对玉树地震的触发作用是很明显的．当然，地球自转与太阳活动是作用于整个地球的，作为一个外力，其影响仅限于大气与地壳运动潜势极不稳定、远离平衡状态的地区，因此，当地震孕育到短临阶段，震源区及其附近应变能量高度积累时，外力的作用将是一个重要的触发因素．而本文所分析计算的引潮力作用点在玉树地震的震中位置，所以无论从玉树地震的孕育还是发生来看，月亮白赤交角、太阳活动、地球自转与天体引潮力等天文因素的影响都是明显的．但是，能否利用上述天文因素作地震短临预报？对这一问题，地震学界至今仍有不同意见，这一问题是值得探讨的有实际应用价值的课题．致谢中国地球物理学会天灾预测专业委员会顾问、英籍华人陈一文博士给予了很多帮助，对此我们表示衷心感谢．