青海玉樹地震的天文背景分析

李語強，胡 輝

中國科學院國家天文臺云南天文臺，昆明 650011

青海玉樹地震的天文背景分析

李語強，胡 輝

中國科學院國家天文臺云南天文臺，昆明 650011

系統(tǒng)地分析了青海玉樹地震發(fā)生時的天體位置、太陽活動與地球自轉(zhuǎn)等天文因素的影響.從大的長期天文背景來看，玉樹地震發(fā)生于中國大震頻發(fā)的月亮白赤交角由極大變到極小時期，并且是太陽活動的偶數(shù)周；從短臨看，玉樹地震正好發(fā)生在地球自轉(zhuǎn)與太陽黑子數(shù)發(fā)生突跳的時期，且此時震中所受的天體引潮力加速度又處于其變化速率最大的極值附近.研究結(jié)果表明，這些天文因素對玉樹地震的孕育與發(fā)生起到了不可忽視的作用，是值得進一步深入研究的.

地震，天體位置，太陽活動，地球自轉(zhuǎn)，引潮力加速度

1 引 言

2010年4月14日7時49分（北京時間），我國青海省玉樹藏族自治州發(fā)生了7.1級強震（簡稱玉樹地震），這是自2008年5月12日四川汶川8.0級地震以來我國西部地區(qū)發(fā)生的又一次破壞性大地震，地震造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失都非常慘重[1]，地震發(fā)生后有關(guān)科技工作者已陸續(xù)對其展開研究[1－2].

2 地震發(fā)生時的天體位置與引潮力

目前研究發(fā)現(xiàn)，引潮力是誘發(fā)地震爆發(fā)的一個重要因素[3－6]，而玉樹地震的直接原因很可能是引潮力.對地震起觸發(fā)作用的引潮力，主要是日月引潮力.由于地球繞太陽公轉(zhuǎn)，月球繞地球公轉(zhuǎn)，以及地球自轉(zhuǎn)，形成日月相對于地球的位置和距離周期性變化[3].我們根據(jù)玉樹地震發(fā)生的時刻和震中經(jīng)緯度，計算了玉樹地震發(fā)生時的太陽系9天體的位置及其對震中單位質(zhì)量的引潮力，即引潮力加速度，和發(fā)震前后幾日內(nèi)的特殊天象及其星下點的位置，分別列于表1和表2.

表1 玉樹地震發(fā)生時的太陽系9天體位置與引潮力加速度Table 1 The positions and tide generating acceleration of the celestial objects in solar system when the earthquake occurred at Yushu

表2 玉樹地震發(fā)生前后幾日內(nèi)的特殊天象及其星下點的位置Table 2 The specific astronomical phenomena and its geographical positions of the point on Earth when the earthquake occurred at Yushu

所謂星下點，就是連接天體與地心的直線通過地球表面的這一點，而該線的延長線通過地球表面的另一點，則稱為對潮點.

引潮力加速度一般為幾十微伽，這個引潮力加速度必然附加到當?shù)氐闹亓铀俣壬?，從而引起其變?國內(nèi)外學者基本公認，當重力加速度g值異常變化在30～100μGal時，就可能有較大地震[7].圖1給出了2010年4月14日北京時2時至13時期間青海省玉樹地震震中所受的引潮力加速度的變化曲線.青海省玉樹地震是發(fā)生在北京時7時49分，由圖可見，玉樹地震不僅發(fā)生在引潮力加速度比較大的極值附近（已接近82μGal），而且也正發(fā)生在其變化速率最大的時刻.此時的變化率是0.70μGal/h，遠大于其平均變化率0.39μGal/h.正如人們乘坐在一輛勻速或勻加速前進的汽車上，當汽車突然加速或剎車時，必然使車上的乘客失去平衡而發(fā)生碰撞.所以，這種由引潮力引起的加速度變化必將嚴重破壞遠離平衡態(tài)的穩(wěn)定而觸發(fā)地震.

圖1 2010 年4月14日北京時2—13時玉樹地震震中所受引潮力加速度曲線Fig.1 The curves of the tide generating force acceleration at the epicenter from 2to 13hour of Beijing time of Apr 14，2010

3 月亮白赤交角、太陽活動與地球自轉(zhuǎn)等對玉樹地震的影響

月震的發(fā)生與地球和太陽對月亮產(chǎn)生的引潮力作用密切相關(guān)[8－9]，而全球大地震的發(fā)生，同樣與天體引潮力有明顯的關(guān)聯(lián)[3－4，10－11].天體引潮力主要是日月引潮力，太陽系中其余7大行星引潮力之和也比日月引潮力要小三個量級，而日月引潮力中月亮對地球的引潮力又為太陽的2.25倍，故首當其沖就應(yīng)考慮月 亮 的 影 響[7，12－13].月 亮 除 在 其 軌 道 上 的 回歸之外，月亮軌道（白道）與赤道之間的交角也在不斷地變化.白赤交角的變化，實際上就決定了月亮回歸的赤緯極值，即月亮在赤道帶區(qū)的運動范圍，從而決定了月亮對地球表面引潮力作用的緯度區(qū).所以這種影響，實際上就是月亮對地球的引潮力所致.我們在分析20世紀中國大陸7.0級以上的地震時，發(fā)現(xiàn)其絕大部分都發(fā)生在月亮白赤交角從極大變到極小的5個時間段內(nèi).2006年下半年，月亮白赤交角已達其最大值，并由此開始逐漸變小.并預(yù)測2007年中國可能進入大震高發(fā)期[10].事實上，2008年5月中國汶川已發(fā)生了8.0級大地震.

地震是地球內(nèi)部運動的一種力學特征，然而地球并不是孤立的天體，它受宇宙環(huán)境中各種因素的影響，其中太陽活動、地球自轉(zhuǎn)與中國大地震的關(guān)系，已有許多學者作了較為深入的研究[14－18]，雖然目前太陽活動仍然處于較低水平，但已進入24周.根據(jù)趙洪聲等的研究[15]，中國大陸強烈地震大都發(fā)生于太陽活動11a周期的偶數(shù)周.

描述地球自轉(zhuǎn)軸方向的有兩種坐標，即天極坐標與地極坐標，這是由參考系所決定的，相對于慣性天球參考系的地球自轉(zhuǎn)軸北極點的位置叫天極坐標，而相對于地球本體，地球自轉(zhuǎn)軸北極點位置叫地極坐標，一般研究地球自轉(zhuǎn)，講地球方位參數(shù)均是指地極坐標與地球自轉(zhuǎn)速率，故本文也就只給出這兩方面的情況.

描述地球自轉(zhuǎn)速率的有角速度、相對角速度、日長（LOD），實際上，這三者是等價的，可以互換.無論是天文工作者還是地學工作者，他們在監(jiān)測地球自轉(zhuǎn)的變化時所得到的都是UT1－UTC.現(xiàn)令Ψ表示某一系統(tǒng)的UT1－UTC，則

這里Dt表示t時刻日長的變化，其意義表示相對于標準日長D（取值86400s）延長或縮短了Dt秒，式中ωt為t時刻地球瞬時自轉(zhuǎn)角速度，單位為10－6mrad/s，而對應(yīng)的ωt計算公式中Dt的單位為0.01ms，ω為地球自轉(zhuǎn)平均角速度，Δωt/ω為相對角速度.顯然，Dt變長，ωt就小，Δωt/ω就是負值，反之則相反.

本文僅給出2010年以來太陽活動與地球自轉(zhuǎn)的相關(guān)情況，對于太陽活動4月13日的太陽黑子數(shù)是7，而14日突然跳為0（圖2）；對于地球自轉(zhuǎn)速率，則出現(xiàn)在日長變化的一個小峰之后，其變化速率較大的時刻；對于地極坐標，其x分量變化很小，而y分量變化比較大（圖3）.這雖然需要更多的震例來研究，但也非偶然.

圖2 2010年1—6月的太陽黑子數(shù)分布Fig.2 Distribution of sunspot number from Jan to Jun in 2010

圖3 2010年1—6月的日長變化曲線Fig.3 Curve of the variation of the length of day from Jan to Jun in 2010

圖4 2010年1—6月的地極坐標曲線Fig.4 Curve of the terrestrial polar coordinate from Jan to Jun in 2010

4 討 論

地震已被證明是開放系統(tǒng)的產(chǎn)物，尤其是大地震很可能是屬于復(fù)雜系統(tǒng)的產(chǎn)物，在地震的孕育、發(fā)展與發(fā)生過程中，與外界乃至宇宙中的多種物質(zhì)進行著能量與物質(zhì)的交換，地震是發(fā)震動力作用在發(fā)震構(gòu)造上的一種響應(yīng)，其發(fā)震動力源應(yīng)是兩種，一種來自地球本身物質(zhì)的相變，地幔物質(zhì)的上涌與板塊運動，一種來自太陽活動，月亮等天體的引潮力等.當因某種原因處于由穩(wěn)定狀態(tài)向不穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界平衡狀態(tài)時，某些外力可能觸發(fā)它發(fā)生劇烈運動，即發(fā)生地震.

從大的長期天文背景來看，玉樹地震發(fā)生于中國大震頻發(fā)的月亮白赤交角由極大變到極小時期，和太陽活動的偶數(shù)周.而從短臨情況來看，玉樹地震發(fā)生時正處于震中所受引潮力較大的極值附近，且其變化速率最大的時刻；地球自轉(zhuǎn)速率的變化也處于與引潮力變化類似的時刻，即其極值附近，且其變化速率最大的時刻；至于太陽活動，玉樹地震發(fā)生時正處于太陽黑子數(shù)發(fā)生突跳時期.即三個天文因素正處于其變化速率最大時刻，所以這三個天文因素對玉樹地震的觸發(fā)作用是很明顯的.當然，地球自轉(zhuǎn)與太陽活動是作用于整個地球的，作為一個外力，其影響僅限于大氣與地殼運動潛勢極不穩(wěn)定、遠離平衡狀態(tài)的地區(qū)，因此，當?shù)卣鹪杏蕉膛R階段，震源區(qū)及其附近應(yīng)變能量高度積累時，外力的作用將是一個重要的觸發(fā)因素.而本文所分析計算的引潮力作用點在玉樹地震的震中位置，所以無論從玉樹地震的孕育還是發(fā)生來看，月亮白赤交角、太陽活動、地球自轉(zhuǎn)與天體引潮力等天文因素的影響都是明顯的.但是，能否利用上述天文因素作地震短臨預(yù)報？對這一問題，地震學界至今仍有不同意見，這一問題是值得探討的有實際應(yīng)用價值的課題.

致 謝 中國地球物理學會天災(zāi)預(yù)測專業(yè)委員會顧問、英籍華人陳一文博士給予了很多幫助，對此我們表示衷心感謝.

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Analysis of astronomical background of Yushu earthquake in Qinghai

LI Yu－Qiang，HU Hui
National Astronomical Observatories/Yunnan Observatory，Chinese Academy of Sciences，Kunming650011，China

This paper analyses systematically the astronomical background when the Yushu earthquake occurred，such as the positions of celestial objects，solar activities and earth rotation，etc.The analysis results show that from view of long period，the Yushu earthquake occurred at the time when major earthquakes in China frequently occur during the inclination between the Moon′s path and Earth′s equator changing from its maximum to minimum and in the even cycle of the solar activity；from view of short time，it occurred at the time when sudden variations appeared in both the acceleration of Earth′s rotation and sunspot numbers，as well as the time near the maximum of the changing rate of the celestial tide generating force acceleration at the epicenter.These all show that for either the pregnancy or the occurrence of the earthquake the influence of these astronomical factors can not be ignored and merits further in－depth research.

Earthquake，Positions of celestial objects，Solar active，Earth rotation，Tide generating force acceleration

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.019

P183

2010－12－03，2012－04－10收修定稿

國家自然科學基金（10803019）和云南省自然科學基金（2008CD154）項目資助.

李語強，男，1978年生，助理研究員，主要從事天文地球動力學及空間目標探測研究工作.E－mail：lyq＠ynao.ac.cn

李語強，胡輝.青海玉樹地震的天文背景分析.地球物理學報，2012，55（6）：1980－1984，

10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.019.

Li Y Q，Hu H.Analysis of astronomical background of Yushu earthquake in Qinghai.Chinese J.Geophys.（in Chinese），2012，55（6）：1980－1984，doi：10.6038/j.issn.0001－5733.2012.06.019.

（本文編輯 何 燕）