西安高陵MS4.4地震天體引潮力和溫度變化過程初探①

陳聞晨，葉 瑋，馮義雄，李黎霞，馬未宇，趙 虎

（1.浙江師范大學衛星遙感與環境災害研究中心，浙江金華321004；2.浙江師范大學旅游與資源管理學院，浙江金華321004）

西安高陵MS4.4地震天體引潮力和溫度變化過程初探①

陳聞晨1，2，葉 瑋1，2，馮義雄2，李黎霞2，馬未宇1，2，趙 虎1，2

（1.浙江師范大學衛星遙感與環境災害研究中心，浙江金華321004；2.浙江師范大學旅游與資源管理學院，浙江金華321004）

對2009年11月5日西安高陵MS4.4地震的天體引潮力周期變化過程進行計算，并據該周期分析多源綜合溫度數據資料，提取地震過程的異常溫度變化圖像。結果表明：天體引潮力對地應力處于臨界狀態的活動斷層具有誘發作用；震前溫度發生明顯異常，經歷了起始增溫－異常減溫－溫度恢復的演變過程。顯示微震過程中天體引潮力作用明顯，溫度異常也有清晰反映，是地震熱異常現象的有力證據，也是對利用熱異常預測地震方法科學性的補充證實。

地震；天體引潮力；溫度變化；異常減溫；西安高陵

Abstract：The cycle process of tidal force of celestial body for Gaoling MS4.4earthquake near Xi＇an city on Nov.5，2009is calculated.According to this cycle the integrated multi－source temperature data are analyzed，and the abnormal temperature change images before the earthquake are gottern.The result indicates that the tidal force of celestial body has a triggering effect on fault activity.The temperature abnormal change can clearly reflect the procession of seismic fault activity：initial temperature rise→abnormally drop→return to baseline.It is shown that the effect of tidal force of celestial body on micro－earthquake activity is obvious and the temperature anomalies in micro－earthquakes are also clear.It is a good evidence for relationship between earthquake and thermal anomaly，and also for using geothermal anomaly to predict earthquake.

Key words：Earthquake；Tidal force of celestial body；Temperature variation；Abnormal attemperation；Gaoling in Xi′an city

0 引言

強震前地溫的異常變化現象早已為國內外學者所關注［1－3］。目前的研究工作主要集中在強震方面，取得了諸多成果，而對有感甚至破壞性的中小震研究較為缺乏。微震同樣反映地應力變化的過程，對其研究的結果在理論上是對地震研究的有力補充和完善。天體引潮力作為誘發地震的重要外部因素之一［3］，具有明顯的周期性。天體引潮力對地震構造的作用與地震活動中的溫度異常現象在物理本質上是一致的，反映的都是構造運動達到一定程度發生突變－短臨地震活動發生這一臨界點的狀態。而天體引潮力作為目前唯一能夠預先計算出的地球形變現象，在時間域上具有一定的指示作用。本文利用天體引潮力計算和多源遙感數據結合提取溫度異常信息，對2009年11月5日發生在陜西省西安市高陵的MS4.4地震進行初步的研究。

1 天體引潮力附加構造應力對發震斷層的作用

2009年11月5日在陜西省西安市高陵縣發生MS4.4地震，震中位于東經109.2°，北緯34.5°，震中平均海拔約400m，位于斷層帶上。

本文根據LONGMAN計算方法［4］，計算出西安地震前后天體引潮力隨時間變化的曲線（圖1）。看出天體引潮力變化是一個連續的過程，具有明顯的周期性，經歷高峰－低谷－高峰的循環。該周期可分為兩個階段：第一個階段從10月28日至11月4日，引潮力由低向高連續變化；第二個階段從11月4日至11月11日，引潮力由高向低連續變化。地震發生在第二個階段天體引潮力達到最大值后的第二天。應力是連續積累、加強的過程，在時間上往往存在一定的滯后性。天體引潮力對地震構造應力平衡的破壞作用是一個持續過程，當斷層應力的積累達到使斷層破裂滑動的條件時可能會發生地震。

圖1 高陵地震前后天體引潮力變化Fig.1 Variation of tidal force of celestial body before and after Gaoling earthquake.

2 溫度變化圖像

為了解決不能穿透云、以及地震引起的增溫過程和氣象增溫疊加干擾而無法有效獲取異常增溫信息，消減干擾因子的作用［5］，反映地面實際溫度變化，本文采用美國國家環境預測中心全球再分析溫度數據，并輔以地面實測溫度進行同化處理的多源綜合溫度數據進行分析。該數據具有資料分析時間尺度長、空間范圍廣、全球標準統一、不受云層干擾等特點，具有明顯的可比性；每天有4個時次（00：00，06：00，12：00，18：00UTC），具有準實時性。數據以標準的二進制形式（GRIB）存儲在0.5°×0.5° lon／lat網格點上［6］，能夠滿足宏觀監測溫度時空動態變化及其所反映的板塊活動和短臨地震構造活動。同時，為了減少地形地物與非震因素等干擾，以突出地震構造活動引起的增溫異常。根據天體引潮力變化周期［7－9］采用圖像（天體引潮力變化轉折點即10月28日）為正常背景值與同時次（本文為0：00 UTC，北京時間8：00）該周期其它時間的圖像連續相減的方法，獲取該周期的逐日溫度變化異常系列圖像（圖2），以進行時空分析。

在此次地震過程中，震中附近在構造部位上處于秦嶺褶皺帶與鄂爾多斯臺地兩個構造單元的結合地帶。斷裂構造按其展布方向可分為4組，即EW向、NE向、NW向和NNE向，其中EW向、NE向和NW向斷裂最為發育，主要形成于中生代時期。2009年10月29日出現弱異常增溫現象，較背景值高1至2℃（該溫標0即為背景溫度）。此時沿斷層走向平移的傾向斷層傾角開始增大。10月30日震中附近回復平靜，周圍溫度場異常增溫面積擴大，在震中往南方向增溫明顯，增溫4至5℃，表明溫度場在空間上正在朝南特別是東南方向移動。10月31日異常增溫面積明顯衰減，在震中往南方向增溫幅度達到峰值，高達6至7℃，震中附近沒有增溫異常顯現，表明溫度場在空間上趨于集中。斷裂表現為有少量扭性活動。

自11月1日始溫度圖像在背景溫度標準以上顯示不明，采用背景溫度標準以下（圖3）顯示10月31日之后的溫度變化。10月31日震中附近出現異常減溫現象，與背景值相比減溫達到5至6℃（圖3）。斷裂表現出先壓（或壓扭）后張的活動特點，張性正斷活動較強烈。11月1日震中附近溫度場減溫面積擴大，震中往北方向減溫9至10℃。11月2日震中附近異常減溫現象非常明顯，幅度提高到15至18℃，達到峰值。11月3日異常減溫面積繼續擴大，但減溫幅度開始衰減，表明溫度開始回升，震中附近溫度與背景值相比低12℃左右。11月4日震中附近溫度繼續回升，減溫5至10℃。11月5日，即地震發生之后，震中附近溫度接近背景值，溫度異常區域基本消失（圖3）。

圖2 震前震中附近溫度場的變化特征Fig.2 Variation of the temperature field near the epicenter before earthquake.

天體引潮力是使壓應力處于高臨界狀態的構造帶誘發地震的外部因素，溫度變化的過程正是天體引潮力使巖石連續積累地應力的過程。巖石變形與破裂過程不僅引起了增溫效應，也引起降溫效應，地殼巖體及地球表面的溫度場變化一旦出現高溫異常條帶與低溫異常區相間的溫度場格局，表明地殼巖體微破裂大規模發育［10］。10月31日即開始出現該情況。無論高溫條帶還是低溫區域，在臨失穩前都出現了短暫的降溫，且低溫區域降溫幅度較大。這種臨失穩前的降溫異常是巖石破裂失穩的重要晚期前兆，其出現意味巖石即將發生宏觀破裂和失穩災變，可以作出臨期災變預報。11月2日異常減溫峰值時處于該情況。異常條帶的位置與破裂的位置相對應，降溫異常條帶對應張性破裂［11－12］。在斷層失穩引起溫度場和熱紅外輻射亮度場上升之前，在兩斷層段之間的巖橋區發生降溫變化［13］。11月4日巖石破裂加強，溫度回升。11月5日能量釋放發震。從巖石力學角度可能反映構造運動由：擠壓→巖石微破裂→能量積累→巖石破裂加強→能量釋放發震［14－17］。這可能揭示了地震構造活動的一般過程，與天體引潮力附加構造應力變化過程基本一致。

3 結論和探討

（1）本次地震發生在天體引潮力附加構造應力經歷由高峰到低谷的變化過程中，表明天體引潮力對地震構造應力平衡的破壞作用是一個連續作用的過程。天體引潮力對地應力處于臨界狀態的活動斷層具有誘發作用，在時間上有一定的滯后性，對發震時間的預測具有一定的指示意義。

圖3 臨震前震中附近顯示的降溫異常Fig.3 Temperature abnormal decrease near the epicenter before earthquake.

（2）震前溫度發生明顯異常，經歷了起始增溫－異常減溫－溫度恢復的演變過程。表明震前不僅存在異常增溫現象，同時亦存在異常減溫現象，該現象對應了巖石變形與破裂的過程，可能反映了地震構造活動的一般過程。

（3）對此次微震的研究結果表明溫度異常不僅在強震方面，在微地震方面也有清晰反映。微震過程中引力作用明顯，是對地震－熱異常的有力證據，同時也是對用熱異常預測地震方法科學性的補充證實。

［1］ 馬宗晉，傅征祥，張珍.1966－1976年中國九大地震［M］.北京：地震出版社，1982.

［2］ Gorny V I，Salman A G，Tronin.The earth outgoing IR radiation as an indicator of seismic activity［J］.Sci.USSR，1988，30（1）：67－69.

［3］ 聶永安，姚蘭予，趙國敏.大震前宏觀異常的機理研究［J］.西北地震學報，2009，31（2）：196－200.

［4］ Mcnutt S R，Beavan R J.Volcanic earthquakes at Pavlof volcano correlated with the earth tide［J］.Nature，1981 294：615－618.

［5］ 汪忠德.中國大陸自然電場的前兆機理［J］.西北地震學報，2008，30（4）：360－365.

［6］ 周波，瞿有甜，趙虎.河北文安地震異常增溫識別［J］.地理與地理信息科學，2008，24（4）：2.

［7］ MA W Y.A preliminary study on the use of NCEP temperature images and Astro－Tidal－Triggering to forecast short－im－pending earthquake［J］.Earthquake Research in China，2007，21（1）：85－93.

［8］ 馬未宇，趙虎，周波.汶川MS8.0地震天體引潮力和溫度變化過程［J］.國際地震動態，2008，（11）：104.

［9］ 馬未宇，徐秀登，徐保華.印度尼西亞Mw9.0地震序列與增溫異常和天體引潮力的相關關系研究［J］.西北地震學報，2006，28（2）：129－133.

［10］ 劉善軍，吳立新，張艷博.巖石破裂前紅外熱像的時空演化特征［J］.東北大學學報（自然科學版），2009，30（7）：1034－1038.［11］ 耿乃光，崔承禹，鄧明德.巖石破裂實驗中的遙感觀測與遙感巖石力學的開端［J］.地震學報，1992，14（S）：645－652.

［12］ Wu L X，Liu S J，Wu Y H.Precursors for rock fracturing and failure－part 1：IRR image abnormalities［J］.International Journal of Rock Mechanics ＆Mining Sciences，2006，43（3）：473－482.

［13］ 馬瑾，劉力強，劉培洵.斷層失穩錯動熱場前兆模式：雁列斷層的實驗研究［J］.地球物理學報，2007，50（4）：1141－1149.

［14］ 吳立新，劉善軍，吳育華.遙感－巖石力學（Ⅰ）：非連續組合斷層破裂的熱紅外輻射規律及其構造地震前兆意義［J］.巖石力學與工程學報，2004，23（1）：24－30.

［15］ 吳立新，劉善軍，吳育華.遙感－巖石力學（Ⅱ）：斷層雙剪黏滑的熱紅外輻射規律及其構造地震前兆意義［J］.巖石力學與工程學報，2004，23（2）：192－198.

［16］ 吳立新，劉善軍，許向紅.遙感－巖石力學（Ⅲ）：交匯斷層黏滑的熱紅外輻射與聲發射規律及其構造地震前兆意義［J］.巖石力學與工程學報，2004，23（3）：401－407.

［17］ 梁慶國，韓文峰.強震區巖體地震動力破壞特征［J］.西北地震學報，2009，31（1）：15－20.

Primary Research on the Tidal Force of Celestial Body and Temperature Change during Gaoling MS4.4Earthquake in Xi′an City

CHEN Wen－chen1，2，YE Wei1，2，FENG Yi－xiong2，LI Li－xia2，MA Wei－yu1，2，ZHAO Hu1，2

（1.Lab.of Remote Sensing Application，Zhejiang Normal University，Zhejiang Jinhua 321004，China；2.College of Tourism and Resource Management，Zhejiang Normal University，Zhejiang Jinhua 321004，China）

P315.728

A

1000－0844（2011）01－0080－04

2009－12－12

國家自然科學基金（40572167；41071002）

陳聞晨（1985－），男（漢族），浙江杭州人，碩士研究生，現主要從事地理信息與遙感應用研究.