從天文觀測提取地震前兆信息

陳琳+訾茹

摘要：天文時間和緯度觀測的殘差值在儀器周圍地區(qū)發(fā)生中強(qiáng)地震前夕出現(xiàn)短期異常的現(xiàn)象已被初步證實(shí)。本文進(jìn)一步討論時緯殘差異常與地震“三要素”的關(guān)系，并認(rèn)為布設(shè)觀測網(wǎng)點(diǎn)獲得多架儀器的資料，將可為地震“三要素”，尤其對震中位置的判定提供有意義的信息。多架儀器的資料對垂線變化和垂線偏差研究也將是有價(jià)值的，建議在地震高發(fā)地區(qū)組建觀測網(wǎng)，并研制主要用于地學(xué)研究的小型、高精度天文時緯觀測儀器。

關(guān)鍵詞：天文時緯殘差；垂線變化；地震預(yù)測

1天文測震方法獲取的前兆信息的地球物理意義

這里所說的天文測震，是指通過分析天文時緯殘差發(fā)現(xiàn)、測定地方鉛垂線變化、提取地震前兆信息。鉛垂線變化即重力加速度方向的變化，重力變化的另一部分是各類重力儀測得的重力加速度絕對值的變化。同時檢測出這兩部分重力的變化，將有利于全面認(rèn)識和了解地下質(zhì)量活動，進(jìn)而正確認(rèn)識地下質(zhì)量活動與地震發(fā)生的關(guān)系。目前，人們還沒有把檢測垂線變化作為地學(xué)研究的一個課題，究其原因主要是不易得到垂線變化的實(shí)測資料。在早期，垂線變化資料是天文測時測緯的副產(chǎn)物，即從天文測時測緯的殘差資料中分析得出，而且又只是在天文時緯臺站附近發(fā)生強(qiáng)震前才能檢測出較明顯的垂線變化，這就更顯示出垂線變化資料的珍貴。目前，經(jīng)典天文時緯觀測已退出天體測量研究工作，所以實(shí)測垂線變化資料已不可能作為天文觀測的副產(chǎn)物得到。在一般條件下，用常規(guī)地球物理儀器不能測出垂線變化，這是由于在地球上一切物體都處于地球引力場的控制之下，如果以地球引力場內(nèi)物體作為參照系，則不可能測出垂線變化。相比之下，天文觀測是以恒星為參照系，而恒星位置完全不受地球引力場的影響。另一方面，天文時緯測量儀器又以地方垂線為其測量基準(zhǔn)，當(dāng)?shù)胤酱咕€出現(xiàn)異常變化時，由觀測恒星視運(yùn)動得到的天文經(jīng)緯度值也將出現(xiàn)異常變化。通過某架儀器的測值與全球儀器測得的綜合值的比較，就可得到反映地方垂線異常變化的信息。垂線變化資料在地學(xué)研究，尤其是地震預(yù)測研究中有其特殊的意義。天文觀測檢測出的垂線變化通常以角秒為單位表示。為討論方便，可將角秒換算為重力值；把這部分重力變化稱作重力水平分量變化，而各類重力儀測得的重力變化稱作重力垂直分量變化。

2由天文測震判斷發(fā)震時間

因?yàn)榈卣鸲喟l(fā)生在時緯殘差異常波動開始恢復(fù)的不長時間內(nèi)，從異常波動峰值到地震發(fā)生一般為幾個星期到1，2個月。因此，從天文時緯殘差異?？梢越o出關(guān)于發(fā)震時間有意義的預(yù)測信息，可以說這是天文測震的一個優(yōu)勢。如能與其它臨震手段密切地配合，將對提高短臨地震預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率具有重要意義。我國地震界已經(jīng)成功地進(jìn)行過幾次臨震預(yù)報(bào)，這是很可喜的。如能把臨震預(yù)報(bào)和短期預(yù)報(bào)相配合，則對于減少地震造成的損失將更具實(shí)際意義。不少測震手段在短臨階段都出現(xiàn)一定的異常反應(yīng)，如地下水、地磁、地電、地應(yīng)力和水氡等。但由于地震的孕育和發(fā)生過程極其復(fù)雜，這些觀測資料的變化也是極其復(fù)雜的，也存在一定的不確定性。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，各測點(diǎn)的前兆反映也不會完全相同，有的出現(xiàn)異常，有的沒有異常；有的異常較明顯，有的不明顯。這使得這些手段帶有一定的局限性。天文測震觀測到的信息是來自地下數(shù)萬平方公里范圍的質(zhì)量活動引發(fā)的引力場變化，這種場效應(yīng)具有整體性和綜合性。當(dāng)然，天文觀測方法肯定也有它的局限性，如要求有較多的可觀測晴夜才能獲得有意義的數(shù)據(jù)資料等。引力場還具有不可屏蔽性，其大小僅與質(zhì)量成正比、與距離平方成反比。在地面上了解地下質(zhì)量活動最有效的辦法應(yīng)該是探測引力場變化。而其它多種物理效應(yīng)，大都是物質(zhì)運(yùn)動的派生結(jié)果，如地?zé)?、地下水、地磁、地電和水氡的變化等，而這些效應(yīng)都有被屏蔽和衰減的可能，不可能在質(zhì)量活動區(qū)域內(nèi)各處都有相同的效果。重力測量雖然也能檢測出地下質(zhì)量活動，但現(xiàn)有的常規(guī)重力測量多采用定點(diǎn)定時的重力流動測量，難以得到固定點(diǎn)的連續(xù)重力變化的全過程，而天文測震的結(jié)果恰好可在一定程度上彌補(bǔ)這方面的不足。

3由天文測震確定震中位置

確定震中位置或許是目前地震預(yù)報(bào)工作中最大的難點(diǎn)之一。天文測震對震中位置的確定有可能提供有益線索。天文測震確定震中位置的主要理論依據(jù)是，震中地區(qū)是應(yīng)力的集中區(qū)，也應(yīng)當(dāng)是擾動質(zhì)量的集中區(qū)。如果局部區(qū)域質(zhì)量密度在一定時間內(nèi)增大，這種效應(yīng)可引發(fā)周圍地區(qū)的垂線向震中方向偏轉(zhuǎn)，即向質(zhì)量密度增大的中心方向偏轉(zhuǎn)。如在震中周圍建有3個以上天文測震站同時進(jìn)行觀測，從檢測出來的垂線變化方向進(jìn)而找出它們的交匯點(diǎn)，就很可能是這類擾動質(zhì)量的中心，這里也可能就是震中區(qū)。對以監(jiān)測6級以上地震為主要目的的天文測震站，測站之間距離不應(yīng)小于200km。但這要求來自其它手段的長期預(yù)報(bào)有較高的準(zhǔn)確性，若長期預(yù)報(bào)誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于200km，那就應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大監(jiān)測區(qū)域，這就要求有一定數(shù)量的天文測震站，爭取能把震中地區(qū)包圍在幾個天文測震站之內(nèi)，而每一測震站都應(yīng)提供定點(diǎn)的重力測量值。上述判斷震中位置的方法，先決條件是震源具有一定的確定性，即如果在某地區(qū)地下有應(yīng)力積累，又會在該地區(qū)釋放出來。在這一前提下只要把震中范圍事先基本上劃定，由3個以上天文測震站包圍震中地區(qū)，則可能為檢測震中位置提供有意義的信息。如果應(yīng)力在釋放的過程中不是向某一地區(qū)集中，或受到某些外來因素的激發(fā)而提前釋放，則震中位置的確定性就較差。這種情況下用天文測震方法準(zhǔn)確判斷震中位置是困難的。當(dāng)然用其它手段來確定也相當(dāng)困難。但天文測震有可能檢測出應(yīng)力區(qū)內(nèi)應(yīng)力運(yùn)動過程和運(yùn)動方向。這可為震中位置的確定提供有意義的線索。

結(jié)束語：天文時緯觀測殘差在儀器周圍地區(qū)發(fā)生中強(qiáng)地震前夕出現(xiàn)的短期較大異常波動，目前被認(rèn)為是地震前震區(qū)一定范圍內(nèi)地球物理場變化引起的地方鉛垂線異常變化，對地面光學(xué)天文時間緯度觀測影響的結(jié)果，似可認(rèn)為它的物理意義是較明確的。這種影響對天文時緯觀測是不利的，但卻可能為短期地震預(yù)測提供有價(jià)值的信息。

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