从天文观测提取地震前兆信息

陈琳+訾茹

摘要：天文时间和纬度观测的残差值在仪器周围地区发生中强地震前夕出现短期异常的现象已被初步证实。本文进一步讨论时纬残差异常与地震“三要素”的关系，并认为布设观测网点获得多架仪器的资料，将可为地震“三要素”，尤其对震中位置的判定提供有意义的信息。多架仪器的资料对垂线变化和垂线偏差研究也将是有价值的，建议在地震高发地区组建观测网，并研制主要用于地学研究的小型、高精度天文时纬观测仪器。

关键词：天文时纬残差；垂线变化；地震预测

1天文测震方法获取的前兆信息的地球物理意义

这里所说的天文测震，是指通过分析天文时纬残差发现、测定地方铅垂线变化、提取地震前兆信息。铅垂线变化即重力加速度方向的变化，重力变化的另一部分是各类重力仪测得的重力加速度绝对值的变化。同时检测出这两部分重力的变化，将有利于全面认识和了解地下质量活动，进而正确认识地下质量活动与地震发生的关系。目前，人们还没有把检测垂线变化作为地学研究的一个课题，究其原因主要是不易得到垂线变化的实测资料。在早期，垂线变化资料是天文测时测纬的副产物，即从天文测时测纬的残差资料中分析得出，而且又只是在天文时纬台站附近发生强震前才能检测出较明显的垂线变化，这就更显示出垂线变化资料的珍贵。目前，经典天文时纬观测已退出天体测量研究工作，所以实测垂线变化资料已不可能作为天文观測的副产物得到。在一般条件下，用常规地球物理仪器不能测出垂线变化，这是由于在地球上一切物体都处于地球引力场的控制之下，如果以地球引力场内物体作为参照系，则不可能测出垂线变化。相比之下，天文观测是以恒星为参照系，而恒星位置完全不受地球引力场的影响。另一方面，天文时纬测量仪器又以地方垂线为其测量基准，当地方垂线出现异常变化时，由观测恒星视运动得到的天文经纬度值也将出现异常变化。通过某架仪器的测值与全球仪器测得的综合值的比较，就可得到反映地方垂线异常变化的信息。垂线变化资料在地学研究，尤其是地震预测研究中有其特殊的意义。天文观测检测出的垂线变化通常以角秒为单位表示。为讨论方便，可将角秒换算为重力值；把这部分重力变化称作重力水平分量变化，而各类重力仪测得的重力变化称作重力垂直分量变化。

2由天文测震判断发震时间

因为地震多发生在时纬残差异常波动开始恢复的不长时间内，从异常波动峰值到地震发生一般为几个星期到1，2个月。因此，从天文时纬残差异常可以给出关于发震时间有意义的预测信息，可以说这是天文测震的一个优势。如能与其它临震手段密切地配合，将对提高短临地震预报的准确率具有重要意义。我国地震界已经成功地进行过几次临震预报，这是很可喜的。如能把临震预报和短期预报相配合，则对于减少地震造成的损失将更具实际意义。不少测震手段在短临阶段都出现一定的异常反应，如地下水、地磁、地电、地应力和水氡等。但由于地震的孕育和发生过程极其复杂，这些观测资料的变化也是极其复杂的，也存在一定的不确定性。由于地质结构的不同，各测点的前兆反映也不会完全相同，有的出现异常，有的没有异常；有的异常较明显，有的不明显。这使得这些手段带有一定的局限性。天文测震观测到的信息是来自地下数万平方公里范围的质量活动引发的引力场变化，这种场效应具有整体性和综合性。当然，天文观测方法肯定也有它的局限性，如要求有较多的可观测晴夜才能获得有意义的数据资料等。引力场还具有不可屏蔽性，其大小仅与质量成正比、与距离平方成反比。在地面上了解地下质量活动最有效的办法应该是探测引力场变化。而其它多种物理效应，大都是物质运动的派生结果，如地热、地下水、地磁、地电和水氡的变化等，而这些效应都有被屏蔽和衰减的可能，不可能在质量活动区域内各处都有相同的效果。重力测量虽然也能检测出地下质量活动，但现有的常规重力测量多采用定点定时的重力流动测量，难以得到固定点的连续重力变化的全过程，而天文测震的结果恰好可在一定程度上弥补这方面的不足。

3由天文测震确定震中位置

确定震中位置或许是目前地震预报工作中最大的难点之一。天文测震对震中位置的确定有可能提供有益线索。天文测震确定震中位置的主要理论依据是，震中地区是应力的集中区，也应当是扰动质量的集中区。如果局部区域质量密度在一定时间内增大，这种效应可引发周围地区的垂线向震中方向偏转，即向质量密度增大的中心方向偏转。如在震中周围建有3个以上天文测震站同时进行观测，从检测出来的垂线变化方向进而找出它们的交汇点，就很可能是这类扰动质量的中心，这里也可能就是震中区。对以监测6级以上地震为主要目的的天文测震站，测站之间距离不应小于200km。但这要求来自其它手段的长期预报有较高的准确性，若长期预报误差远远大于200km，那就应当扩大监测区域，这就要求有一定数量的天文测震站，争取能把震中地区包围在几个天文测震站之内，而每一测震站都应提供定点的重力测量值。上述判断震中位置的方法，先决条件是震源具有一定的确定性，即如果在某地区地下有应力积累，又会在该地区释放出来。在这一前提下只要把震中范围事先基本上划定，由3个以上天文测震站包围震中地区，则可能为检测震中位置提供有意义的信息。如果应力在释放的过程中不是向某一地区集中，或受到某些外来因素的激发而提前释放，则震中位置的确定性就较差。这种情况下用天文测震方法准确判断震中位置是困难的。当然用其它手段来确定也相当困难。但天文测震有可能检测出应力区内应力运动过程和运动方向。这可为震中位置的确定提供有意义的线索。

结束语：天文时纬观测残差在仪器周围地区发生中强地震前夕出现的短期较大异常波动，目前被认为是地震前震区一定范围内地球物理场变化引起的地方铅垂线异常变化，对地面光学天文时间纬度观测影响的结果，似可认为它的物理意义是较明确的。这种影响对天文时纬观测是不利的，但却可能为短期地震预测提供有价值的信息。

参考文献：

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