近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震時(shí)空結(jié)構(gòu)及未來趨勢(shì)再判斷

李 瑛， 延軍平

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，西安 710062)

近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震時(shí)空結(jié)構(gòu)及未來趨勢(shì)再判斷

李 瑛， 延軍平*

(陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院，西安 710062)

整理了近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震公開的災(zāi)害數(shù)據(jù)，采用可公度計(jì)算、蝴蝶結(jié)構(gòu)圖、可公度結(jié)構(gòu)系等方法分析判斷未來地震的時(shí)間；利用相鄰地震震源經(jīng)、緯度差變化分析震中的空間遷移；并利用震中經(jīng)向、緯向遷移進(jìn)行佐證，實(shí)現(xiàn)對(duì)其時(shí)空結(jié)構(gòu)的未來趨勢(shì)判斷。通過判斷發(fā)現(xiàn)菲律賓MS≥7級(jí)地震在2014年、2015年發(fā)生的信號(hào)較強(qiáng)；未來地震震中可能會(huì)在2013年10月15日菲律賓地震震中的東北方向，空間位置大致在9.8°N以北，126.704°E以東。菲律賓MS≥7級(jí)地震與地球自轉(zhuǎn)速度變化有一定的關(guān)系，減速期發(fā)生地震的可能性更大，且速率轉(zhuǎn)換的時(shí)間越長越易發(fā)生地震；同時(shí)發(fā)現(xiàn)太陽活動(dòng)處于活躍強(qiáng)烈期內(nèi)時(shí)，太陽黑子峰值、次峰值前后發(fā)生地震的概率很大。目前地球自轉(zhuǎn)正處于減速期、太陽活動(dòng)處于太陽黑子第24周期極大年附近，所以2014—2015年菲律賓發(fā)生MS≥7級(jí)地震的可能性很大。

地震；菲律賓；可公度；時(shí)空對(duì)稱；地球自轉(zhuǎn)速度變化；太陽黑子

0 引言

由于復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，位于地震活動(dòng)性集中的環(huán)太平洋火山帶的菲律賓被認(rèn)為是東南亞地震活動(dòng)性較高的地區(qū)之一。菲律賓平均每天發(fā)生5次有感、無感地震，其中棉蘭老東部、萊特和薩馬有感地震年平均就有16次，占世界地震總量的3.2%[1]。重大自然災(zāi)害一經(jīng)發(fā)生，極易借助地球各圈層之間的相互依存、制約的關(guān)系，產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，由一種災(zāi)害引發(fā)出一系列災(zāi)害[2]。菲律賓地震與中國華南、中國臺(tái)灣地區(qū)地震關(guān)系密切，菲律賓地震時(shí)空結(jié)構(gòu)的研究不僅有利于菲律賓未來地震趨勢(shì)的判斷，也為華南地區(qū)應(yīng)對(duì)重大地震災(zāi)害，盡可能的減少經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等諸多方面的損失，提供進(jìn)一步的參考依據(jù)[3]。崔徐甲關(guān)于2013—2014年菲律賓MS≥7級(jí)地震的判斷得到了驗(yàn)證，本文在其基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，對(duì)菲律賓下次地震的時(shí)空位置再做判斷，為中國華南地區(qū)防御地震災(zāi)害提供進(jìn)一步的參考依據(jù)。

1 研究思路及數(shù)據(jù)來源

本研究通過整理公開的災(zāi)害數(shù)據(jù)，運(yùn)用可公度方法，先確定災(zāi)害的時(shí)空突變點(diǎn)，再判斷災(zāi)害的趨勢(shì)?？晒燃皩?duì)稱性研究重大自然災(zāi)害未來發(fā)生趨勢(shì)，在實(shí)際工作中，一個(gè)完整的研究過程主要包括6個(gè)環(huán)節(jié)：①以可公度理論確定未來災(zāi)害可能發(fā)生的目標(biāo)年份；②構(gòu)建蝴蝶結(jié)構(gòu)圖，進(jìn)一步判斷可能年份及發(fā)生概率；③構(gòu)建可公度結(jié)構(gòu)系；④構(gòu)建空間對(duì)稱性結(jié)構(gòu)圖，判斷可能發(fā)生區(qū)域；⑤劃分時(shí)空結(jié)構(gòu)圖，確定可供參考的未來空間趨勢(shì)；⑥對(duì)稱性相關(guān)機(jī)理分析[4]。

近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震資料主要來源為國際地震中心和中國地震臺(tái)網(wǎng)中心，同時(shí)參考已有研究[3]對(duì)獲得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性做出進(jìn)一步驗(yàn)證，確?？晒融厔?shì)判斷的準(zhǔn)確性。

表1 近40年菲律賓MS≥7級(jí)中、淺源地震參數(shù)

2 時(shí)間對(duì)稱性及趨勢(shì)判斷

時(shí)間對(duì)稱性是指某些地理現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化存在一定的時(shí)間周期或多重時(shí)間周期疊加組合，在周期的任意對(duì)應(yīng)時(shí)刻都存在相同或相似的性狀或狀態(tài)[4]。

2.1 可公度計(jì)算

設(shè)X1=1972，X2=1973，X3=1975，X4=1976，X5=1977，X6=1982，X7=1989，X8=1990，X9=1992，X10=1994，X11=1995，X12=1999，X13=2001，X14=2002，X15=2012，X16=2013，X17=?

表2為可公度計(jì)算的結(jié)果，三元可公度結(jié)果是2015年地震信號(hào)更強(qiáng)；四元、五元可公度結(jié)果是2014年地震信號(hào)強(qiáng)。為了保證結(jié)果更加準(zhǔn)確，采用蝴蝶對(duì)稱結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行進(jìn)一步的判斷。

表2 可公度計(jì)算結(jié)果

2.2 蝴蝶結(jié)構(gòu)圖趨勢(shì)判斷

蝴蝶對(duì)稱結(jié)構(gòu)圖是自然災(zāi)害時(shí)間對(duì)稱性結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)，是可公度方法關(guān)于時(shí)間結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步表達(dá)，主要用于解決可公度計(jì)算中2個(gè)年份信號(hào)都較強(qiáng)時(shí)，如何抉擇的問題[2]。從圖1可以看出，該組數(shù)據(jù)具有明顯的時(shí)間對(duì)稱性。在16次事件中(年份相同時(shí)只留一個(gè))，繪制時(shí)要求保留有5個(gè)及其以上的成組。分析可知：

(1)與2014年相關(guān)的周期有5組，分別是19 a、13 a、12 a、2 a 、1 a；與2015年相關(guān)的周期有4組，分別是13 a、3 a、2 a、1 a。2014年、2015年菲律賓發(fā)生MS≥7級(jí)地震的隨機(jī)概率分別為81.25%、81.25%，2個(gè)年份發(fā)震概率都很大。

(2)1972—1992年及1992—2012年是2個(gè)主周期，主周期內(nèi)年份具有明顯的對(duì)稱性特點(diǎn)，都具有一個(gè)3 a的小周期和一個(gè)17 a的大周期(包括一個(gè)7 a、10 a的周期)。

(3)1972—1975年、1992—1995年為活躍期，1975—1992年、1995—2012年為平靜期；平靜期內(nèi)又有一個(gè)7 a的活躍期和10 a的平靜期。

(4)從2012年開始應(yīng)該是地震的活躍期，根據(jù)對(duì)稱性關(guān)系，正好進(jìn)入下一個(gè)3 a的小周期，判斷2015年發(fā)震幾率更大些。

圖1 近40年菲律賓MS≥7級(jí)中、淺源地震時(shí)間序列蝴蝶結(jié)構(gòu)圖

2.3 可公度結(jié)構(gòu)系趨勢(shì)判斷

為了便于直觀描述研究區(qū)域特征，基于時(shí)間對(duì)稱性的周期特點(diǎn)，繪制出近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震的可公度結(jié)構(gòu)系(圖2)。其中：周期1 a出現(xiàn)7次(6次不參與預(yù)測(cè))，周期13 a出現(xiàn)4次，周期2 a、周期7 a、周期10 a各出現(xiàn)3次，周期3 a、周期12 a、周期23 a、周期4 a各出現(xiàn)2次，周期20 a出現(xiàn)1次。此18次事件(2次發(fā)生年份相同)發(fā)生的時(shí)間年份表現(xiàn)出良好的可公度性?？晒冉Y(jié)構(gòu)系判斷該地區(qū)在2014年和2015年有發(fā)生MS≥7級(jí)地震的信號(hào)。圖中橫向以1 a、7 a、13 a、20 a為主周期，縱向以2 a、3 a、10 a、12 a為主周期，橫向周期與縱向周期相互嵌套，與預(yù)測(cè)年份形成完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖2 近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震的可公度結(jié)構(gòu)系

3 空間對(duì)稱性及趨勢(shì)判斷

注：正值表示向西、南遷移，負(fù)值表示向東、北遷移

3.1震中時(shí)空遷移特征

從圖3a可以看出，震中緯向整體遷移趨勢(shì)表現(xiàn)為向南、北交替跳躍發(fā)展。每4年為1個(gè)地震周期，共有4個(gè)完整的周期。完整的周期中前2個(gè)年份遷移方向總是相反的。根據(jù)規(guī)律判斷下次地震應(yīng)向北遷移，大致位于9.8°N以北。圖3b中，震中經(jīng)向整體遷移趨勢(shì)表現(xiàn)為向西、東交替跳躍發(fā)展。每4年為1個(gè)地震周期，共有4個(gè)完整的周期。完整的周期中前2個(gè)年份遷移方向總是相反的。根據(jù)規(guī)律，判斷下次地震位于124.2°E東側(cè)。完整的周期中前2個(gè)年份向北遷移的距離大于向南遷移的距離，2012年與2013年相鄰的經(jīng)度差為2.504°，則2013年與下次地震震中經(jīng)度差應(yīng)大于此值，從而進(jìn)一步判斷下次地震震中位于126.704°E以東。綜上判斷，下次地震的空間位置可能位于9.8°N以北，126. 704°E以東。

圖4 近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震震中經(jīng)向、緯向遷移趨勢(shì)

3.2 空間遷移的佐證

從圖4中可以看出，震中經(jīng)向遷移與緯向遷移呈現(xiàn)出螺旋式旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)。整體上震中向東遷移時(shí)，緯向震中向南遷移；震中向西遷移時(shí)，緯向震中向北遷移。但在1975—1976年、2001—2002年、2002—2013年間，震中向西遷移時(shí)，緯向震中向南遷移；震中向東遷移時(shí)，緯向震中向北遷移。據(jù)此判斷下次震中向東、向北遷移的可能性較大。

4 對(duì)稱性相關(guān)機(jī)理分析

4.1 菲律賓地震與地球自轉(zhuǎn)速度變化的關(guān)系

一般而言，地球自轉(zhuǎn)速率的變化將導(dǎo)致地球內(nèi)部圈層力學(xué)耦合狀態(tài)的改變，必然將引起地殼，特別是地震帶上應(yīng)力的重新分布[5]。從表3中可以看出減速期發(fā)生地震11次，加速期發(fā)生地震7次；減速期地震概率61.11%，加速期地震概率38%?？芍?，減速期發(fā)生地震的可能性更大。俄羅斯科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，地球自轉(zhuǎn)速度的減慢，會(huì)使地表以下深處的巖石承受的壓力加大，從而有可能觸發(fā)地震[6]。這與陳學(xué)忠研究的全球強(qiáng)震與地球自轉(zhuǎn)速度的變化關(guān)系相類似。2011年后地球進(jìn)入減速期，發(fā)生地震的可能性會(huì)大大增強(qiáng)。且減速(加速)轉(zhuǎn)換為加速(減速)的時(shí)間越長，發(fā)震的幾率就越大。

4.2太陽黑子活動(dòng)與MS≥7地震的關(guān)系

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，地球上許多物理和地理現(xiàn)象的發(fā)生與太陽活動(dòng)有著直接或間接的關(guān)系[7-8]。從圖5中可以看出：(1)大致以10 a為界劃分成活躍期和平靜期，從2012年開始進(jìn)入地震活躍期，發(fā)生地震的可能性非常大。(2)太陽黑子數(shù)較多或較少的極大年、極小年附近地震較多。太陽活動(dòng)處于活躍強(qiáng)烈期內(nèi)，太陽黑子峰值、次峰值前后發(fā)生地震的概率為72.22%。(3)10 a的劃分界線與蝴蝶圖確定的地震主周期、可公度結(jié)構(gòu)系主周期均保持一致。目前正處在太陽黑子第24周期極大年時(shí)期或者過渡時(shí)期，2014—2015年菲律賓發(fā)生MS≥7級(jí)地震的可能性很大。

表3 地球自傳加速和減速期地震發(fā)生率統(tǒng)計(jì)

圖5 太陽黑子活動(dòng)與近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震的相互關(guān)系

5 結(jié)論

通過近40年菲律賓MS≥7級(jí)地震時(shí)空結(jié)構(gòu)及未來趨勢(shì)的再判斷，得出以下結(jié)論：

(1)菲律賓MS≥7地震具有良好的時(shí)間對(duì)稱特征。經(jīng)過三元、四元和五元可公度法進(jìn)行計(jì)算可知，2014年和2015年地震信號(hào)較強(qiáng)。蝴蝶結(jié)構(gòu)圖的周期對(duì)稱性較好，2014年、2015年菲律賓發(fā)生MS≥7級(jí)地震的隨機(jī)概率都很大。有明顯的對(duì)稱性特點(diǎn)，都具有一個(gè)3 a的小周期和一個(gè)17 a的大周期，大周期中又包括一個(gè)7 a、10 a的周期。根據(jù)對(duì)稱性關(guān)系，判斷2015年發(fā)震幾率更大些?？晒冉Y(jié)構(gòu)系進(jìn)一步佐證了2014—2015年發(fā)震幾率很大的觀點(diǎn)。

(2)菲律賓MS≥7級(jí)地震具有良好的空間對(duì)稱特征。震中空間遷移經(jīng)緯度存在明顯的對(duì)稱性，震中經(jīng)向遷移與緯向遷移呈現(xiàn)出螺旋式旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)。震中緯向整體遷移趨勢(shì)表現(xiàn)為向南、北交替跳躍發(fā)展,經(jīng)向表現(xiàn)為向西、東交替跳躍發(fā)展。下次地震的空間位置可能位于9.8°N以北，126. 704°E以東。

(3)菲律賓MS≥7級(jí)地震與天文因素存在顯著相關(guān)性，與地球自轉(zhuǎn)速度變化也有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在減速期比加速期地震次數(shù)多；且減速(加速)轉(zhuǎn)換為加速(減速)的時(shí)間越長，發(fā)震的幾率就越大。地震多發(fā)生在極大年、極小年附近，尤其是太陽黑子峰值、次峰值前后發(fā)生地震的幾率很大。

本文采用可公度結(jié)構(gòu)系圖，克服依據(jù)一種可公度關(guān)系進(jìn)行趨勢(shì)判斷可靠性不足的缺陷，通過構(gòu)造其地震年份的關(guān)系結(jié)構(gòu)圖進(jìn)一步分析，并利用震中經(jīng)向、緯向遷移進(jìn)行佐證，發(fā)現(xiàn)地震發(fā)生的機(jī)理與太陽黑子活動(dòng)、地球自轉(zhuǎn)速度存在一定的聯(lián)系，但其物理機(jī)理仍需要進(jìn)一步探究。

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Space-timeStructureofMS7EarthquakeinRecent40yearsinthePhilippinesandItsFutureTrend

LI Ying, YAN Jun-ping*

(Shaanxi Normal University College of Tourism and Environment, Shaanxi Xi'an 710062, China)

Based onMS≥7 earthquakes data of Philippines in recent 40 years, using methods like commensurable calculation, map of butterfly structure and commensurable structure, this paper analysesMS≥7 earthquakes activity in the Philippines and its future trends. The result shows that PhilippinesMS≥7 earthquakes in 2014, 2015 send stronger signals, the future epicenters may be in the northeast of the epicenter of the October 15, 2013 Philippines earthquake, about in the north of 9.8°N, in the east of 126.704°E. PhilippinesMS≥7 earthquake has a certain relationship with the earth's change of the rotation speed, and the possibility is higher in the deceleration phase, and the longer conversion, the more possible earthquakes happen. It is also found that when solar activity is in the strong active period, sunspots before and after the peak, the probability of an earthquake is very big. Now, Earth rotation is in the deceleration stage, solar activity is in the 24 sunspot cycle which is near the Great Years, so in 2014—2015, the possibility ofMS≥7 earthquakes in Philippines is very big.

earthquake; Philippines; commensurability; space-time symmetry; the change of earth's rotation speed; sunspots

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.02.003

2014-03-02

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“部分重大自然災(zāi)害的時(shí)空對(duì)稱性：結(jié)構(gòu)、機(jī)理與適應(yīng)對(duì)策”(項(xiàng)目編號(hào):41171090)

李瑛(1980—)，女，陜西渭南市人，在讀碩士研究生，主要從事學(xué)科教學(xué)工作及地方性自然災(zāi)害研究. E-mail: 659239106@qq.com

*通訊作者：延軍平(1956—),男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事區(qū)域發(fā)展與自然災(zāi)害研究.E-mail:yanjp@snnu.edu.cn

P315.75

A

1003-1375(2014)02-0014-06