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發生中強地震前夕出現短期異常的現象已被初步證實。本文進一步討論時緯殘差異常與地震“三要素”的關系，并認為布設觀測網點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值的，建議在地震高發地區組建觀測網，并研制主要用于地學研究的小型、高精度天文時緯觀測儀器。

關鍵詞：天文時緯殘差；垂線變化；地震預測

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現、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，將有利于全面認識和了解地下質量活動，進而正確認識地下質量活動與地震發生的關系。目前，人們還沒有把檢測垂線變化作為地學研究的一個課題，究其原因主要是不易得到垂線變化的實測資料。在早期，垂線變化資料是天文測時測緯的副產物，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生強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，經典天文時緯觀測已退出天體測量研究工作，所以實測垂線變化資料已不可能作為天文觀測的副產物得到。在一般條件下，用常規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，當地方垂線出現異常變化時，由觀測恒星視運動得到的天文經緯度值也將出現異常變化。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研究，尤其是地震預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由天文測震判斷發震時間

因為地震多發生在時緯殘差異常波動開始恢復的不長時間內，從異常波動峰值到地震發生一般為幾個星期到1，2個月。因此，從天文時緯殘差異常可以給出關于發震時間有意義的預測信息，可以說這是天文測震的一個優勢。如能與其它臨震手段密切地配合，將對提高短臨地震預報的準確率具有重要意義。我國地震界已經成功地進行過幾次臨震預報，這是很可喜的。如能把臨震預報和短期預報相配合，則對于減少地震造成的損失將更具實際意義。不少測震手段在短臨階段都出現一定的異常反應，如地下水、地磁、地電、地應力和水氡等。但由于地震的孕育和發生過程極其復雜，這些觀測資料的變化也是極其復雜的，也存在一定的不確定性。由于地質結構的不同，各測點的前兆反映也不會完全相同，有的出現異常，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萬平方公里范圍的質量活動引發的引力場變化，這種場效應具有整體性和綜合性。當然，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據資料等。引力場還具有不可屏蔽性，其大小僅與質量成正比、與距離平方成反比。在地面上了解地下質量活動最有效的辦法應該是探測引力場變化。而其它多種物理效應，大都是物質運動的派生結果，如地熱、地下水、地磁、地電和水氡的變化等，而這些效應都有被屏蔽和衰減的可能，不可能在質量活動區域內各處都有相同的效果。重力測量雖然也能檢測出地下質量活動，但現有的常規重力測量多采用定點定時的重力流動測量，難以得到固定點的連續重力變化的全過程，而天文測震的結果恰好可在一定程度上彌補這方面的不足。

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報工作中最大的難點之一。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是，震中地區是應力的集中區，也應當是擾動質量的集中區。如果局部區域質量密度在一定時間內增大，這種效應可引發周圍地區的垂線向震中方向偏轉，即向質量密度增大的中心方向偏轉。如在震中周圍建有3個以上天文測震站同時進行觀測，從檢測出來的垂線變化方向進而找出它們的交匯點，就很可能是這類擾動質量的中心，這里也可能就是震中區。對以監測6級以上地震為主要目的的天文測震站，測站之間距離不應小于200km。但這要求來自其它手段的長期預報有較高的準確性，若長期預報誤差遠遠大于200km，那就應當擴大監測區域，這就要求有一定數量的天文測震站，爭取能把震中地區包圍在幾個天文測震站之內，而每一測震站都應提供定點的重力測量值。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，即如果在某地區地下有應力積累，又會在該地區釋放出來。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，則可能為檢測震中位置提供有意義的信息。如果應力在釋放的過程中不是向某一地區集中，或受到某些外來因素的激發而提前釋放，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確判斷震中位置是困難的。當然用其它手段來確定也相當困難。但天文測震有可能檢測出應力區內應力運動過程和運動方向。這可為震中位置的確定提供有意義的線索。

結束語：天文時緯觀測殘差在儀器周圍地區發生中強地震前夕出現的短期較大異常波動，目前被認為是地震前震區一定范圍內地球物理場變化引起的地方鉛垂線異常變化，對地面光學天文時間緯度觀測影響的結果，似可認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測提供有價值的信息。

參考文獻：

[1]胡輝，蘇有錦，付虹，韓延本，王銳，馬利華.大姚、普洱地震前云南天文臺時緯殘差異常[J].自然災害學報.2007（05）.

[2]胡輝，李正心，李輝，傅廣裕.云南垂線的年際變化——天體測量和重力測定資料的比較研究[J].自然災害學報.2003（02）.endprint