甘肅岷縣M S 6.6地震前天體引潮力與OLR異常間關(guān)系的研究

魏志恒 康春麗 馬未宇

中國地震臺網(wǎng)中心，北京市西城區(qū)三里河南橫街5號 100045

0 引言

現(xiàn)今，遙感技術(shù)已成為大范圍、快速、準(zhǔn)實(shí)時、精確地獲取地球物理信息的手段之一。前蘇聯(lián)學(xué)者Gorny等最早在1988年發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星熱紅外波段中的臨震溫度異常，他們在研究1984年中亞加茲利的一系列地震時意外發(fā)現(xiàn)，在震前10天左右時間，震中區(qū)2條斷裂帶交會部位上空的熱紅外輻射值出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。之后該技術(shù)被越來越多的地震工作者所關(guān)注。目前，基于統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的熱紅外異常信息識別方法的圖像解譯（呂琪琦等，2000）、差值分析（Ouzounov et al，2004）、魯棒技術(shù)（Robust Satellite Technique，RST）（Filizzola et al，2004）、亮溫增溫異常點(diǎn)對比（李金平等，2008）、基于數(shù)字圖像增強(qiáng)技術(shù)的渦度計(jì)算（康春麗等，2009）以及基于時頻域轉(zhuǎn)化方法開展的小波和功率譜手段（Zhang et al，2010；葉秀薇等，2010）等，極大地推動了遙感在地震監(jiān)測預(yù)測技術(shù)中的應(yīng)用。地震的發(fā)生是地球內(nèi)部的一種力學(xué)過程，但目前條件下地應(yīng)力不可測，這使得地震預(yù)測研究陷入困難。而地面長波輻射與地應(yīng)力變化間具有一定關(guān)聯(lián)性（Wu et al，2006），因此，可將遙感地震觀測技術(shù)引入地應(yīng)力研究中。同時，當(dāng)震源系統(tǒng)巖石中的構(gòu)造應(yīng)力達(dá)到或接近臨界狀態(tài)時，引潮力是觸發(fā)地震的重要外部力學(xué)因素（Heaton，1975；李延興等，2001），也是目前唯一可以預(yù)先計(jì)算的地球形變物理參數(shù)（武安緒等，2008），在時間指示上具有一定的優(yōu)勢。為此，本文將引潮力與地面長波輻射相結(jié)合，對甘肅岷縣MS6.6地震開展研究。

1 構(gòu)造環(huán)境

甘肅岷縣 MS6.6地震發(fā)生于2013年 7月 22日 07時 45分，震中 34.5°N、104.2°E，震源深度20km（圖1）。該地震發(fā)生在臨潭-宕昌斷裂帶上，該區(qū)域也是汶川地震應(yīng)變積累在巴顏喀拉塊體東北部產(chǎn)生的左旋變形增強(qiáng)區(qū)（江在森等，2009），震源機(jī)制解顯示發(fā)震構(gòu)造屬于逆沖型（鄧起東等，2002）。

圖1 岷山地震構(gòu)造及汶川地震對區(qū)域應(yīng)變積累的影響

2 引潮力作用

引潮力是周期性連續(xù)變化的，在不同的構(gòu)造環(huán)境條件下，其觸發(fā)地震時所處相位不同。已有研究顯示，逆沖斷層型構(gòu)造區(qū)發(fā)震時引潮力值處于周期變化中的低谷相位（馬未宇等，2006）。本文計(jì)算了岷縣MS6.6地震震中及鄰近區(qū)域2013年6月1日～7月31日的引潮力，結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，天體引潮力經(jīng)歷了連續(xù)的高峰、低谷、高峰等3個明顯的周期性（A、B、C）變化。7月22日發(fā)生地震時，引潮力處于低谷，顯示引潮力誘發(fā)地震區(qū)域的構(gòu)造屬逆沖斷層，與震源機(jī)制解的結(jié)論一致，表明引潮力對該地震確有一定的誘發(fā)作用。

圖2 2013年7月22日岷縣M S 6.6地震前后天體引潮力變化

3 OLR時空變化

目前，在利用遙感技術(shù)開展地震活動監(jiān)測的研究中，選擇不同的遙感數(shù)據(jù)類型、遙感影像處理方法可能對最終結(jié)果產(chǎn)生很大影響。為減少云層的干擾，同時考慮到地球自身向外的輻射波段主要集中在長波，故本文選取能最直接反映下墊面屬性、能量變化參量的大氣窗口波段-地面長波輻射（OLR）數(shù)據(jù)為研究對象。為了保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和普適性，采用美國NOAA系列衛(wèi)星的地面射出長波輻射產(chǎn)品，其空間分辨率為1°×1°，覆蓋全球共360×181個格點(diǎn)，時間分辨率為1d，起止時間為1954～2013年7月30日。為避免以往統(tǒng)計(jì)處理方法采用5、15、30a為背景時因數(shù)據(jù)處理背景時間長度的差異而可能帶來的不確定性，本文將引潮力引入臨震OLR遙感熱異常圖像處理。對于岷縣MS6.6地震，我們選取2013年7月16日（引潮力變化周期中最臨近的高點(diǎn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，同時也是引潮力作用轉(zhuǎn)折點(diǎn)）OLR數(shù)據(jù)為參考背景值，將 2013年 7月 17～25日、空間范圍（30°～40°N，90°～110°E）的相同時次、相同范圍的逐日地面長波輻射值與該背景值相減，獲得該地震前后逐日連續(xù)變化圖像，以此作為臨震異常分析的依據(jù)（圖3）。

由圖3可見，在研究區(qū)范圍內(nèi)震中及其鄰近區(qū)域，地震前后OLR發(fā)生明顯變化。2013年7月17日OLR處于平靜狀態(tài)，18日震中西北異常初現(xiàn)，增幅達(dá)到75W／m2，19日異常增強(qiáng)并向北部擴(kuò)散，20日異常進(jìn)一步增強(qiáng)，增幅達(dá)到98W／m2，21日衰減，22日發(fā)震當(dāng)天再次出現(xiàn)輻射增強(qiáng)，并達(dá)到峰值，增強(qiáng)區(qū)域不僅覆蓋震中而且涵蓋了汶川地震后巴顏喀拉塊體運(yùn)動在該地區(qū)產(chǎn)生的2個大的對應(yīng)變積累的正影響區(qū)。震后7月23日異常開始消減，但仍集中在2個大的正影響區(qū)。24日異常消失。由此可見，OLR異常在時間上經(jīng)歷了起始增溫—異常加強(qiáng)—高峰—衰減—平靜的演化過程；在空間分布上圍繞2個大的對應(yīng)變積累的正影響區(qū)運(yùn)動擴(kuò)展，且輻射異常位置與震中位置間有較好的空間對應(yīng)關(guān)系。此過程與巖石在受力破裂過程中的空間演化，即擠壓—巖石微破裂—巖石破裂擴(kuò)展—應(yīng)力閉鎖—破裂終止具有較好的一致性（吳立新等，2004），基本反映了巖石構(gòu)造應(yīng)力加載—準(zhǔn)靜態(tài)成核—動態(tài)破裂—應(yīng)力重分布—斷層強(qiáng)度再恢復(fù)的演化過程（Yin et al，1991）。

圖3 甘肅岷縣M S 6.6地震OLR異常變化

4 結(jié)論和討論

汶川地震后巴顏喀拉塊體運(yùn)動對應(yīng)變積累的影響呈現(xiàn)2個大的主體區(qū)域，而岷縣MS6.6地震發(fā)生在其北側(cè)的應(yīng)力累積區(qū)域（江在森等，2009）?；谝绷χ芷讷@得的OLR異常圖像出現(xiàn)在岷山附近，不僅在空間上覆蓋了這2個應(yīng)力增強(qiáng)主體區(qū)，而且異常時空演化過程表現(xiàn)出與巖石應(yīng)力加載破裂過程明顯的一致性，基本反映了該地區(qū)發(fā)震構(gòu)造應(yīng)力的變化特征。此外，引潮力具有明顯的周期性，但并非在引潮力每個周期的相同相位處都必然發(fā)生地震，因此，如何判斷地應(yīng)力達(dá)到臨界狀態(tài)是一個關(guān)鍵問題（陳榮華等，2006）。本文依據(jù)潮汐周期得到熱異常與構(gòu)造應(yīng)力環(huán)境一致的認(rèn)識，進(jìn)而認(rèn)為，當(dāng)震源處巖石的構(gòu)造應(yīng)力積累到巖石破裂滑動的臨界狀態(tài)時，天體引潮力變化可能觸發(fā)地震，而地面OLR異?？赡苁窃撨^程輻射物理量的表現(xiàn)。

引潮力可能為遙感地震監(jiān)測提供確定的異常起始時間指示，而消除背景選擇的隨意性，則可能將震前OLR異常通過天體引潮力而統(tǒng)一在力學(xué)基礎(chǔ)上，進(jìn)而揭示發(fā)震構(gòu)造環(huán)境在應(yīng)力—應(yīng)變—破裂的演化過程中遵從應(yīng)力—微破裂—破裂—閉鎖的特點(diǎn)，通過遙感地震監(jiān)測獲得的影像演化也可能符合該特點(diǎn)，而非零星、多旋回、跳躍等。但是引潮力變化究竟如何調(diào)制、觸發(fā)地震的，如何影響輻射異常的，特別是對于復(fù)雜的下墊面條件下的地震，受地形、地貌以及大氣環(huán)流等非震因素的影響，其機(jī)理還不清楚。今后需要深入研究引潮力誘震模式的物理機(jī)制，探索輻射異常的前兆性與規(guī)律性特征，以提高特定區(qū)域強(qiáng)震的預(yù)測能力。此外，震前7月21日的OLR衰減過程可能表征的巖石應(yīng)力閉鎖期現(xiàn)象可能為地震的發(fā)生提供指示。

致謝：感謝申旭輝研究員在寫作思路上的指導(dǎo)。