地震的地空監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

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地震的地空監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)

Л.Н.ДодаО.В.Мармынов

Л.А.ПахомовВ.Л.НамягановИ.В.Смепанов

0引言

從羅蒙諾索夫和康德的時(shí)代到當(dāng)今，科學(xué)家們一直在嘗試破解地震的原理，確定其形成的可靠征兆，并在此基礎(chǔ)上做出可行的精確預(yù)測(cè)。本階段已取得較好的長(zhǎng)期預(yù)測(cè)，更好的是能通過回顧所選定的不同等級(jí)的地球物理征兆來“預(yù)測(cè)”之前發(fā)生的地震。本文介紹了一種解決地震預(yù)測(cè)及其前兆監(jiān)測(cè)問題的方法。該方法基于：地震的孕育具有全球特性，并呈現(xiàn)出一系列全球性地球物理征兆，而地震爆發(fā)時(shí)會(huì)出現(xiàn)自然(地磁擾動(dòng))或人為因素的電磁脈沖。因而，解決地震預(yù)測(cè)這一課題其實(shí)就是解決地震孕育和爆發(fā)的反演課題。

1地震構(gòu)造成因概念——解決地球物理問題的關(guān)鍵

俄羅斯宇航局“俄羅斯太空系統(tǒng)”開放型股份公司的地球運(yùn)行監(jiān)測(cè)科學(xué)中心提出了“地震構(gòu)造成因”(STG)概念及地空監(jiān)測(cè)地震前兆的方法。“地震構(gòu)造成因”概念是地震孕育及爆發(fā)機(jī)制中的反映其相互作用和次序性的一系列規(guī)律。我們逐一列舉這些規(guī)律及簡(jiǎn)要描述其物理本質(zhì)[1]。

1.地殼與地球本體由于外太空以及地球內(nèi)部的原因而發(fā)生的質(zhì)量位移與相互作用，反映在重力場(chǎng)梯度頻率的變化系列中[2]。

2.氫在地殼中的遷移及其與地球介質(zhì)相互作用改變了其理化和力學(xué)特性，成為質(zhì)子大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)成因的基礎(chǔ)[3，4]。

3.在“太陽(yáng)-行星間磁場(chǎng)-地磁場(chǎng)-地殼”鏈中，質(zhì)子與電子遷移構(gòu)成了全球回路，維持了其在地殼中的平衡，并提供了地震孕育與爆發(fā)的結(jié)構(gòu)。

4.重力場(chǎng)異常、地球自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性、質(zhì)子在地殼中的擴(kuò)散、大地電流場(chǎng)、互相之間的因果關(guān)系，以及地震構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程，均促使地震孕育階段出現(xiàn)前兆。所標(biāo)注的異常在時(shí)間與地點(diǎn)上的吻合，可以揭示未來M6.0以上大地震即將到來。

5.地震孕育與爆發(fā)階段在地殼局部區(qū)域出現(xiàn)的地震構(gòu)造反應(yīng)，就是全球地球物理異常的局部體現(xiàn)。作為該類異常之一，地震構(gòu)造云能指示潛在地震的震級(jí)，并圈定其孕育區(qū)域的位置[1，5，6，7]。

6.地震構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過程的爆發(fā)具有磁力子午線方向性，可通過擾動(dòng)的地磁力線管在大地水準(zhǔn)面投影，并由該投影的一系列地震鏈來確定。

7.可引起一定等級(jí)地磁擾動(dòng)的太陽(yáng)地球效應(yīng)現(xiàn)象，是地震爆發(fā)前14天和(或者)22天的觸發(fā)機(jī)制決定因素，進(jìn)而可計(jì)算出潛在地震日期。

1～6條依次提到的規(guī)律，決定地震爆發(fā)機(jī)制的必要條件，同時(shí)又常是充分條件(第7條)。在此概念的基礎(chǔ)上解決了下列問題：

1.建立地震孕育及爆發(fā)的機(jī)制。

2.在地空監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，制定地震孕育分析與揭示前兆的算法。

3.地震時(shí)間可提前2～3周確定，地點(diǎn)位于圓形區(qū)域7°范圍內(nèi)，并利用顯現(xiàn)的地震構(gòu)造云確定震級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)地震的中期預(yù)測(cè)[1，6]。

4.對(duì)于地震孕育及爆發(fā)征兆的日地物理數(shù)據(jù)，建立地空監(jiān)測(cè)與收集系統(tǒng)[9]。

5.用于地震預(yù)測(cè)及前兆監(jiān)測(cè)，建立地理信息系統(tǒng)的基本元素[8]。

6.在各個(gè)地震危險(xiǎn)區(qū)域(中國(guó)臺(tái)灣、俄羅斯勘察加、日本、地中海、中美洲、美國(guó)加利福尼亞)成功進(jìn)行了一系列地震預(yù)測(cè)及監(jiān)測(cè)試驗(yàn)[1，8，9]。

7.監(jiān)測(cè)到了核武器試驗(yàn)(2009年5月朝鮮核試驗(yàn))征兆，以及在2009年12月～2010年1月間的地球物理試驗(yàn)征兆(該試驗(yàn)引發(fā)了1月12日在海地以及2月27日在智利的超級(jí)大地震)。

8.研制一系列有前景的航天設(shè)備儀表，用于地震監(jiān)測(cè)；研究帶有地震預(yù)報(bào)性質(zhì)的地球物理數(shù)據(jù)接收、加工和驗(yàn)證方法。

2地震征兆分析算法

基于“地震構(gòu)造成因”概念的規(guī)律，算法包括兩步：

第一步：地空監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄能預(yù)測(cè)大地震發(fā)生的全球地球物理異常反應(yīng)。在許多等級(jí)征兆交叉區(qū)域，異常的時(shí)空相吻合必可揭示大地震即將來臨這一事實(shí)。獲得這一日期后的3～4天里，地震構(gòu)造云指示的全球航天監(jiān)測(cè)密度應(yīng)升高，在最近的大地構(gòu)造單元處(板塊邊界、塊體與斷裂邊界)加密其觀測(cè)區(qū)域。

第二步：使用有關(guān)方法確定潛在地震的參數(shù)，即發(fā)震時(shí)間、地點(diǎn)和震級(jí)。此時(shí)，3小時(shí)行星地磁Кр指數(shù)的相鄰數(shù)值之差不小于2小時(shí)，地磁擾動(dòng)的存在就是地震來臨的充分條件。但強(qiáng)烈電磁脈沖的爆發(fā)也可能是人為的。

最主要的分析算法列舉如下：

1.查明全球地球物理異常，根據(jù)各種級(jí)別征兆異常在時(shí)間和地點(diǎn)上的交叉情況，編輯地球物理征兆群。

2.在第1節(jié)確定的日期時(shí)段內(nèi)，進(jìn)行全球太空監(jiān)測(cè)，并調(diào)查地震構(gòu)造云指示的衛(wèi)星照片，繼續(xù)監(jiān)測(cè)至第3節(jié)規(guī)定的時(shí)間。對(duì)地震構(gòu)造云指示最明顯的區(qū)域進(jìn)行定位。編輯云征兆群。

3.覆蓋第2節(jié)描述的區(qū)域的磁力線管出現(xiàn)地磁擾動(dòng)時(shí)，則表示2～3周后有可能發(fā)生地震。

4.在含有大地構(gòu)造單元邊界區(qū)域(板塊、巖塊和裂面)，確定地磁力線管擾動(dòng)的7°扇形交叉區(qū)域。

5.對(duì)第1，2，3，4節(jié)確定的重合區(qū)域進(jìn)行分析，選出地震構(gòu)造云指示的最大伸長(zhǎng)值，假設(shè)為D，根據(jù)公式M=lnD/D0，其中D0=1km，計(jì)算出可能的震級(jí)。

6.利用地理信息系統(tǒng)和地球物理數(shù)據(jù)庫(kù)建立潛在地震的預(yù)測(cè)圖。

7.在2～3周的預(yù)測(cè)期內(nèi)，跟蹤觀察地球物理與地震數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)作相關(guān)分析。

所制定的預(yù)報(bào)記錄存檔在俄羅斯地震危險(xiǎn)預(yù)測(cè)專家委員會(huì)，其中有一些資料將定期上傳至地球運(yùn)行監(jiān)測(cè)科學(xué)中心的網(wǎng)站www.ntsomz.ru和國(guó)立圖拉大學(xué)預(yù)測(cè)中心的網(wǎng)站www.nadisa.org。

3海地大震災(zāi)難：古怪的征兆、預(yù)測(cè)和始料未及的后果

這是“地震構(gòu)造成因”概念的一次實(shí)踐，也是基于此概念研究出的ZMT征兆分析算法的現(xiàn)實(shí)運(yùn)用之一，即成功預(yù)測(cè)到2010年1月12日的海地災(zāi)難性大地震，受災(zāi)人數(shù)達(dá)20萬以上，首都太子港被完全摧毀。我們的課題內(nèi)容中出現(xiàn)了一個(gè)問題：此次地震的征兆被專家們發(fā)現(xiàn)了么？是的，我們?cè)诘卣饋砼R之前很久便發(fā)現(xiàn)了。2007年，美國(guó)研究者E·Calais和P·Mann使用全球定位系統(tǒng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)了恩里基約主斷裂之一存在異常位移。于是將觀察結(jié)果匯報(bào)至美國(guó)地球物理聯(lián)合會(huì)(AGU)的大會(huì)上，除此之外，還對(duì)海地未來幾年發(fā)生強(qiáng)烈地震的可能性做出了預(yù)測(cè)。專家們將該研究告知了海地政府。但政府并沒有任何的反應(yīng)和作為。除了基于全球定位系統(tǒng)與其他技術(shù)測(cè)定的潛在地震危險(xiǎn)區(qū)域，地球運(yùn)行監(jiān)測(cè)科學(xué)中心的專家們還把海地的預(yù)報(bào)資料寫入自己的論文中。這些潛在地震危險(xiǎn)區(qū)域包括：墨西哥西海岸、日本本州島東北、俄羅斯千島群島—勘察加區(qū)域、土耳其。上述這些區(qū)域上空都在進(jìn)行持續(xù)的衛(wèi)星云層監(jiān)控，目的是為了發(fā)現(xiàn)地震云指示。

強(qiáng)烈地震孕育還有一個(gè)重要征兆是2009年12月8～15日記錄的重力巨大異常，它是用國(guó)立圖拉大學(xué)預(yù)測(cè)中心SHGM-2，3，4站記錄的(站點(diǎn)開發(fā)者及中心科技主任為技術(shù)科學(xué)博士О·?！ぇ学猝洄恣皈咏淌?。12月9～10日實(shí)際上所有被分析的地球物理5級(jí)征兆中，都發(fā)現(xiàn)了類似的明顯異常(見圖1)。根據(jù)分析計(jì)算和發(fā)現(xiàn)的地震征兆，對(duì)幾個(gè)區(qū)域進(jìn)行了大地震預(yù)測(cè)，其中一個(gè)區(qū)域就是中美洲地區(qū)的加勒比板塊。2009年12月11日的預(yù)測(cè)被存檔在俄羅斯地震危險(xiǎn)預(yù)測(cè)專家委員會(huì)。2009年12月25日在俄羅斯科學(xué)院地球物理研究所，對(duì)重力巨大異常及災(zāi)難性可能來臨作過匯報(bào)。但是該匯報(bào)(Л·Дода)并未引起地球物理專家們的興趣和重視。而此后發(fā)生的災(zāi)難說明，這個(gè)信息非常重要，在某種程度上來說是獨(dú)一無二的。

2009年12月21日，預(yù)測(cè)信息在俄羅斯科學(xué)院地球物理研究所和俄羅斯生態(tài)聯(lián)盟會(huì)被拖延至2010年1月18日，可能的震級(jí)確定為7～8級(jí)，震源鎖定在兩個(gè)潛在危險(xiǎn)區(qū)域：勘察加或者加勒比板塊的加利福尼亞—墨西哥地區(qū)。12月30～31日在加勒比板塊上空出現(xiàn)了穩(wěn)定的地震構(gòu)造云指示，更進(jìn)一步確定中美洲地區(qū)即將發(fā)生大地震(圖2)。最長(zhǎng)的云指示分布達(dá)1 000km。根據(jù)公式M=ln1000≈6.9，誤差±0.2，計(jì)算出了可能的震級(jí)。之后表明，海地地震的實(shí)際震級(jí)為M7.0。

圖1　2009年12月地球物理巨大異常征兆。y軸表示2009年12月8～9日的重力測(cè)定數(shù)據(jù)，x軸表示根據(jù)SHGM-3重力梯度儀1，2，4道測(cè)出的卡文迪許扭秤的角偏移值。2009年12月10日大地電流的異常跳動(dòng)值為1700/2000mV/km。質(zhì)子從2009年12月9～10日按ЭЛ固定值位能的異常跳動(dòng)。根據(jù)GOES-14衛(wèi)星數(shù)據(jù)得到的X射線數(shù)據(jù)

圖2　2010年1月12日海地地震前的地震構(gòu)造云指示

圖3　圖拉臺(tái)站SHGM-3儀記錄的重力異常圖，包括在特羅姆瑟市EISCAT設(shè)備上記錄的輸出功率。上圖表示超高頻和甚高頻(上圖的x軸表示2009年12月9日從00∶01～23∶42的小時(shí)數(shù)，下圖表示2009年12月8～15日)

隨后于1月9～11日記錄到異常征兆。其中最有意義的異常是錢德勒磁極位移軌跡異常。1月9日Demeter地震電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星飛過海地上空時(shí)記錄到電離層電子密度異常，以及1月9日在俄羅斯勘察加彼得羅巴甫洛夫斯克的Kosmometeotektonika站記錄到質(zhì)子擴(kuò)散異常。那么，俄羅斯勘察加的質(zhì)子異常和海地的電離層電子異常有何關(guān)聯(lián)？答案就在“地震構(gòu)造成因”概念第5項(xiàng)規(guī)律中，即關(guān)于全球地球物理異常的局部顯現(xiàn)及文獻(xiàn)[2]概念(原理2)。這個(gè)規(guī)律改變了地震征兆的傳統(tǒng)觀念，使得在地震孕育與爆發(fā)結(jié)構(gòu)機(jī)制中出現(xiàn)了一個(gè)嶄新而又更總體的闡述。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，由于極化過程同其相對(duì)補(bǔ)償過程綜合作用的結(jié)果，在地殼中該構(gòu)造機(jī)制形成過程中，起主導(dǎo)作用的是位能的超低頻變化過程(極低頻，f<10-2Hz)。而高頻過程處于從屬地位，只在極化結(jié)構(gòu)形成的最后階段才顯現(xiàn)。如此超低頻過程的帶寬使得遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和記錄成為可能。誠(chéng)然，在全球分布的傳感器上都監(jiān)測(cè)到了不同等級(jí)征兆的異常，依照古典概念的思路，可能認(rèn)定在異常記錄區(qū)域正在孕育地震。遺憾的是地震往往沒有發(fā)生，于是有古典概念的學(xué)者們就說是虛假前兆。從“地震構(gòu)造成因”概念以及極化的相互關(guān)聯(lián)介質(zhì)的理論角度來看[2]，處于能量極度充實(shí)狀態(tài)下的地球物理介質(zhì)，如滿足前面所述1～6個(gè)必要條件，在自然或人為發(fā)出的電磁脈沖的作用下，該介質(zhì)將永遠(yuǎn)處于釋放地震構(gòu)造能量的狀態(tài)下。例如，受太陽(yáng)的地球效應(yīng)影響而產(chǎn)生地磁擾動(dòng)。通常，這樣的影響具有觸發(fā)作用。根據(jù)第7項(xiàng)規(guī)律，在一定等級(jí)的地磁擾動(dòng)后的第14或者第22個(gè)晝夜，根據(jù)7個(gè)晝夜諧波對(duì)地震爆發(fā)的觸動(dòng)機(jī)制作了分析處理，海地地震時(shí)未發(fā)現(xiàn)以地磁擾動(dòng)出現(xiàn)的這類自然影響作用。

然而，覆蓋在加勒比板塊上的磁力線管監(jiān)測(cè)到了一系列的異常擾動(dòng)。2009年12月10日Demeter地震電磁監(jiān)測(cè)衛(wèi)星飛過海地上空時(shí)，監(jiān)測(cè)到電離層電子密度高異常。根據(jù)所獲信息，地磁力線管異常的原因可能是在阿拉斯加和波多黎各利用高頻主動(dòng)極光研究計(jì)劃(HARRP)設(shè)備對(duì)電離層進(jìn)行了加溫試驗(yàn)所致。用極化補(bǔ)償概念與ZMT觸發(fā)機(jī)制理論，該推測(cè)得到了充分解釋。于是在2009年12月9日6～9時(shí)(圖3)，特羅姆瑟世界時(shí)記錄的功率輸出迴形圖和圖拉SHGM-3臺(tái)站記錄的異常圖，它們之間的同步性就顯得不那么費(fèi)解與神秘了。質(zhì)子與大地電流值異常的同步出現(xiàn)于2009年12月9～10日在勘察加半島的質(zhì)子記錄站和日本北海道的監(jiān)測(cè)站也記錄到了。

圖4.1　特羅姆瑟熱試驗(yàn)臺(tái)的工作(白點(diǎn))對(duì)布拉瓦火箭發(fā)射故障(預(yù)計(jì)飛行軌道用白虛線標(biāo)出)的影響

圖4.2　2009年12月9日在挪威上空的螺旋狀結(jié)構(gòu)

圖5　澳大利亞上空的圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)(2010年1月22日)證實(shí)為某協(xié)調(diào)性試驗(yàn)對(duì)電離層的全球性(周期性)影響。2010年2月27日的智利8.6級(jí)大地震可能就是此類試驗(yàn)的結(jié)果，2010年2月26日在智利上空監(jiān)測(cè)到類似的圓形結(jié)構(gòu)也證實(shí)了這一點(diǎn)。因而，波多黎各和阿拉斯加同時(shí)進(jìn)行的高頻主動(dòng)極光研究計(jì)劃實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致電離層的等離子體分布不均勻，所形成的等離子團(tuán)能反射一定頻率訊號(hào)，后者可能引發(fā)既定地區(qū)的地震(不一定是在試驗(yàn)臺(tái)上方或者沿著磁力線管發(fā)生)，在海地周邊這兩處都出現(xiàn)過

在巖石層與電離層的構(gòu)造關(guān)系中，運(yùn)用極化過程與補(bǔ)償過程的全新理論，該征兆可揭示全球地球物理活動(dòng)的影響。該技術(shù)由Н·Тесла[10]制定并使用。此外，2009年12月6～22日，覆蓋特羅姆瑟的震磁子午線7°帶內(nèi)(地磁力線管集合區(qū))馬拉維地區(qū)(非洲)發(fā)生了4次M5.8/6.0的地震。亞丁灣和埃塞俄比亞也發(fā)生了M4.5/3.5的一系列事件。上述地震未排除人為引發(fā)因素。根據(jù)一系列地球物理征兆，記錄到了阿拉斯加與特羅姆瑟兩地設(shè)備工作的同步性。同步最為明顯的日期為2009年12月9日，發(fā)現(xiàn)在世界時(shí)06∶00～09∶00三個(gè)時(shí)間段內(nèi)同步(見圖3)。更可信的論據(jù)將在特別研究報(bào)告中提及。報(bào)告中對(duì)2009年12月9日從白海水域發(fā)射的布拉瓦火箭故障所受的影響，對(duì)特羅姆瑟熱試驗(yàn)臺(tái)工作進(jìn)行了分析。支持這一推測(cè)的基本論據(jù)如下：

(a)世界時(shí)6∶40～6∶45時(shí)間段內(nèi)，熱試驗(yàn)臺(tái)能量功率輸出時(shí)間與火箭發(fā)射臺(tái)事故時(shí)間相吻合。

(b)大氣中出現(xiàn)螺旋狀結(jié)構(gòu)，該現(xiàn)象為這類作用所特有(圖4.2)。

(c)由于試驗(yàn)臺(tái)熱輻射的作用，在電離層中形成了顯著規(guī)模的等離子非均勻體。

(d)因在已形成的等離子非均勻體中落入了大箭體，由此可能造成電力或自動(dòng)化設(shè)備的故障，進(jìn)而引起了不可逆轉(zhuǎn)的后果。

值得一提的是，1986年SOI聯(lián)合計(jì)劃中美方曾提到過作為其中一環(huán)的類似系統(tǒng)(Авраменко博士計(jì)劃)。挪威的實(shí)驗(yàn)表明，在實(shí)踐中該古老設(shè)想在上述的某個(gè)方面得以實(shí)現(xiàn)。而這一系統(tǒng)的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)將導(dǎo)致無可預(yù)知的后果(圖5)。

4日本大地震：預(yù)測(cè)、征兆與后果

2011年3月11日，日本發(fā)生了9級(jí)大地震。震源位于海底24km深度處，距離本州島東北沿岸125km。該地震引發(fā)了強(qiáng)烈海嘯，浪高達(dá)到約10m，速度400～600km/h。海浪在10～15min內(nèi)到達(dá)海岸邊，成為造成90%人員傷亡和房屋損毀的禍?zhǔn)?，其中最可怕的后果就是福島一號(hào)核電站事故。

2011年3月11日的日本大地震成為自20世紀(jì)以來世界上最大的5次地震之一。其余4次分別為：1960年智利9.5級(jí)大地震、1964年阿拉斯加9.2級(jí)大地震、2004年蘇門答臘島9.1級(jí)大地震、1952年勘察加9級(jí)大地震。日本歷史上從未發(fā)生過類似強(qiáng)度的地震，值得一提的是1896年本州島北部三陸沿海發(fā)生的M8.5強(qiáng)震，這次強(qiáng)震引發(fā)了浪高25m的海嘯，傷亡人數(shù)超過27 000人。1923年的關(guān)東大地震(M8.3)是日本傷亡人數(shù)最多、破壞程度最大的一次地震。

4.1未曾重視的預(yù)測(cè)

由此必然會(huì)產(chǎn)生對(duì)日本大地震預(yù)測(cè)這一問題。是的，當(dāng)時(shí)有過這類預(yù)測(cè)。其預(yù)測(cè)經(jīng)過了嚴(yán)密的數(shù)學(xué)計(jì)算。?！ぇ唰悃唰咬唰堙唰硬┦吭贛8算法的基礎(chǔ)上計(jì)算出可能在本州島東北部會(huì)發(fā)生8級(jí)以上大地震。該預(yù)測(cè)自2002年起就公布在МИТЦАН網(wǎng)站上，但出人意料的是在2011年1月，日本每半年例行的警報(bào)被取消。2005年С·А·Фецотов院士在曾發(fā)生大地震的區(qū)域發(fā)現(xiàn)了地質(zhì)構(gòu)造裂縫。在日本地震學(xué)家和地球物理學(xué)家的一些地震預(yù)測(cè)圖上，在本州東北潛在地震的危險(xiǎn)區(qū)出現(xiàn)了危險(xiǎn)指示。這在之后不止一次地被全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)及板塊運(yùn)動(dòng)干涉測(cè)量所證實(shí)。

圖6.1　日本地震孕育的地球物理征兆。y軸表示重力測(cè)定日期：2011年2月10日至2011年3月8日，x軸是SHGM-3重力梯度儀1，2，4角偏移曲線；ОНЧ，ВЧ是特低頻及高頻過程

圖6.2　日本地震孕育的地球物理征兆。地球自轉(zhuǎn)參數(shù)[x，y軸分別為角位移(ms)曲線，日期標(biāo)在附近點(diǎn)上]

圖6.3　日本地震孕育的地球物理征兆。質(zhì)子數(shù)據(jù)(Космометеотектоника站，彼得羅巴甫洛夫斯克勘察加市)、美國(guó)GAKONG站的地磁變化數(shù)據(jù)。上圖和中圖：x軸表示以一定單位設(shè)定的日期，y軸為毫伏單位的位能值；粗體數(shù)字標(biāo)示質(zhì)子異常的日期；下圖：x軸表示2011年3月9～11日，時(shí)間間隔為4小時(shí)，y軸表示地磁感應(yīng)，單位為毫微特斯拉(nT)

俄羅斯地球物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家А·Любушин預(yù)測(cè)到日本將發(fā)生M8.5～9的高強(qiáng)度地震，可能發(fā)生的時(shí)間為2010年7月，該預(yù)測(cè)于2008年11月通報(bào)至日本方面，2010年4月，該預(yù)測(cè)在俄羅斯地震危險(xiǎn)預(yù)測(cè)專家委員會(huì)記錄備案。后來國(guó)立圖拉大學(xué)地震預(yù)測(cè)中心的專家們?cè)讧啊ぇ！ぇ学猝洄恣擐唰缨呀淌诘闹鞒窒?，預(yù)測(cè)到仙臺(tái)地區(qū)將發(fā)生M6.5～7大地震，發(fā)生的時(shí)間可能在2010年7月。圖拉大學(xué)預(yù)測(cè)專家們向日本駐俄羅斯大使館發(fā)送了關(guān)于可能發(fā)生高強(qiáng)度地震預(yù)警的信件。盡管該事實(shí)應(yīng)當(dāng)引起日本地球物理學(xué)家的警覺并證實(shí)該預(yù)測(cè)的可信度，但是，即便在2010年7月4日，在圖拉大學(xué)專家與俄羅斯宇航局地球運(yùn)行監(jiān)測(cè)科學(xué)中心專家所預(yù)估的地區(qū)確實(shí)發(fā)生了M6.4地震事件后，日本方面也未做出回應(yīng)。此外，俄羅斯宇航局地球運(yùn)行監(jiān)測(cè)科學(xué)中心網(wǎng)站上還展示了一些有關(guān)日本地震的成功預(yù)測(cè)。在2003年9月，根據(jù)日本地球物理學(xué)家的請(qǐng)求，俄羅斯宇航局地球運(yùn)行監(jiān)測(cè)科學(xué)中心的專家對(duì)日本高危地震區(qū)域進(jìn)行了檢測(cè)，獲得了“Метеор-3M”衛(wèi)星的地震云指示衛(wèi)星照片，在2003年9月25日北海道島大地震(M8.3)爆發(fā)的前夜，俄羅斯專家向日本方面轉(zhuǎn)達(dá)了預(yù)測(cè)報(bào)告。很遺憾，本次仍未能取得緊密而有效的合作。

圖6.4　彼爾戈斯站(希臘)測(cè)得的大地電流。圖上方曲線是“南北向”測(cè)定線。下方是“東西向”測(cè)定線，x軸表示2月13日至3月6日的日期；y軸單位為mV/km的電位；粗體數(shù)字表示數(shù)值異常日期

也許會(huì)出現(xiàn)這樣的疑問：為什么要進(jìn)行逾期預(yù)測(cè)？答案很簡(jiǎn)單：這些預(yù)測(cè)整體上較準(zhǔn)確地評(píng)估了日本地震的潛在高危地區(qū)及震級(jí)。在對(duì)時(shí)間間隔14～21個(gè)晝夜的長(zhǎng)期及中期預(yù)測(cè)間隔作數(shù)字化后，我們的方法能將數(shù)字化后的結(jié)果轉(zhuǎn)化在有效的預(yù)測(cè)平面上。換句話說，在每半年期或者其他任意時(shí)間段數(shù)字化的每個(gè)例行步驟中，對(duì)于地震預(yù)警評(píng)估可以確定：在未來的2～3周內(nèi)日本發(fā)生高強(qiáng)度地震的概率有多大。基于“地震構(gòu)造成因”概念、ZMT征兆分析算法以及著述[2]基本原理，本方法的運(yùn)用如下所述。

4.2大地震征兆

根據(jù)地震征兆分析算法對(duì)日本兩起相互關(guān)聯(lián)的地震進(jìn)行分析：

2011年3月9日-2∶45-(38.5；142.8)-7.3-32-本州(S1)

2011年3月11日-5∶46-(38.3；142.4)-9.0-24-本州

2011年2月18日至3月3日，在用5級(jí)征兆的地空檢測(cè)系統(tǒng)的協(xié)助下，記錄到全球地球物理異常的反應(yīng)，尤其是大地震事件到來之前的征兆。最為顯著的異常出現(xiàn)在重力征兆異常類中(圖6.1)，特別是在3月2～3日，還有與此征兆相關(guān)的磁極錢德勒震蕩的地球轉(zhuǎn)動(dòng)異常、地球自轉(zhuǎn)加快(圖6.2)、大地電流與質(zhì)子擴(kuò)散異常(圖6.3，圖6.4)。3月7日監(jiān)測(cè)到錢德勒晃動(dòng)及質(zhì)子擴(kuò)散的劇烈異常。這一類異常通常警示在遠(yuǎn)離未來震源地方，實(shí)際上所有地球物理場(chǎng)均處于激蕩狀況。因此，在加利福尼亞地區(qū)發(fā)生大規(guī)模沙丁魚死亡現(xiàn)象便不足為奇，原因可能是聲學(xué)異常、電磁異常、氡氣異常等。

根據(jù)上述標(biāo)出的時(shí)段計(jì)算，必須弄清地震構(gòu)造云指示的情況。首先是從全球，隨后是在它們數(shù)值表現(xiàn)最高的具體區(qū)域。具體這樣的特定區(qū)域被鎖定在日本。2011年2月18～22日，在本州島上空發(fā)現(xiàn)了地震云指示。從中之一的云結(jié)構(gòu)計(jì)算出地震的可能強(qiáng)度為M=ln1500≈7.3，這實(shí)際符合第一次地震的震級(jí)(s1)。為了更細(xì)致地研究該云結(jié)構(gòu)，運(yùn)用了“Meтeop-M”，“Terra”，“Aqua”等衛(wèi)星拍攝的照片。信息量最豐富及最有研究意義的照片是“Meтeop-M”衛(wèi)星于2011年2月19日00∶36拍攝的，對(duì)其主要分析見圖7。

該衛(wèi)星照片中表現(xiàn)出若干特性。首先是A與B構(gòu)造相對(duì)于所劃出的地質(zhì)構(gòu)造塊體區(qū)段有明顯位移。巨大的位移量可能揭示潛在地震的巨大強(qiáng)度(M8.5+)和巨大的應(yīng)力積累。A與B兩個(gè)云指示還確定了塊體的“逆時(shí)針”旋轉(zhuǎn)分量，以及東南區(qū)段上的應(yīng)力值。我們注意到本州島北部上空地震云指示的“波峰狀”區(qū)域。震后表明，根據(jù)全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及環(huán)境衛(wèi)星(Envisat)和大地號(hào)衛(wèi)星(Alos)的雷達(dá)干涉儀數(shù)據(jù)，得出正是在這一區(qū)域發(fā)現(xiàn)了最大程度的位移。美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)噴氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室

圖7　在2011年3月9日和11日本州島發(fā)生1號(hào)、2號(hào)地震之前于2011年2月19日由“Meтeop-M”衛(wèi)星拍攝的地震云指示照片

(JPL)的專家們，在對(duì)比了衛(wèi)星數(shù)據(jù)之后，確定位移向本州島東部沿海地區(qū)的東方位移了2.5m并下沉。位于本州東北的牡鹿半島在地震后向東南方向位移了5.3m，沉降了1.2m。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，A與B角的形狀結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)了相似的位移方向。要知道這是在2月19日，即大地震前3周的情況。征兆預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性可見一斑。

4.3關(guān)于時(shí)間的預(yù)測(cè)

根據(jù)“地震構(gòu)造成因”概念第7項(xiàng)規(guī)律，太陽(yáng)的地球效應(yīng)現(xiàn)象能導(dǎo)致一定等級(jí)的地磁擾動(dòng)，會(huì)在2～3周后觸發(fā)地震，由此可以計(jì)算出地震發(fā)生的可能時(shí)間。2月18日監(jiān)測(cè)到強(qiáng)烈的磁爆現(xiàn)象，它引發(fā)了按21晝夜計(jì)算的(s1)地震：2月18日(14或21晝夜)=3月4日或11日±2晝夜。3月7日的強(qiáng)烈地磁爆發(fā)印證了兩個(gè)地震。這兩個(gè)地震發(fā)生于3月9日和11日，與所使用計(jì)算公式得出的時(shí)間誤差為±2天。從2011年3月7日地磁爆發(fā)后的時(shí)間里，我們發(fā)現(xiàn)，最為強(qiáng)烈的余震發(fā)生在第3月21日～28日±2晝夜，并按經(jīng)線分布。此外還應(yīng)補(bǔ)充，第一次M7.3地震，伴隨著3月7日和10日的強(qiáng)烈地磁擾動(dòng)，令很多地球物理學(xué)家感到十分意外的還是第二次大地震起到了關(guān)鍵觸發(fā)因素。類似情況的衍生以及M8.5以上地震發(fā)生的可能性都將在地震云指示中“暗示”到。

5結(jié)論

實(shí)現(xiàn)了中美洲強(qiáng)烈地震的預(yù)測(cè)，即2010年1月12日海地災(zāi)難性大地震的預(yù)測(cè)，證明了地震構(gòu)造成因概念處理分析方法的正確性?；诒靖拍顬楸O(jiān)測(cè)地震孕育的全球地球物理征兆而建立的地空監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即在阿拉斯加和特羅姆瑟配置的高頻主動(dòng)極光研究計(jì)劃加熱裝置，在它對(duì)電離層作出了人為影響時(shí)，可發(fā)現(xiàn)該影響存在。它可能導(dǎo)致海地地震的觸發(fā)。類似的實(shí)驗(yàn)被一系列國(guó)際條約所禁止。因此，在對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步完善時(shí)，它可用在對(duì)這些條約的監(jiān)管中。

對(duì)2011年3月11日日本大地震的地球物理征兆及地震構(gòu)造云指示分析得出：使用“地震構(gòu)造成因”概念可預(yù)測(cè)類似地震。這方面的成功很大程度上取決于地空監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的國(guó)際合作效率，以及地震征兆地球物理數(shù)據(jù)的交換效率。

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黃賽(1978年7月—)，男，北京外國(guó)語大學(xué)俄語學(xué)院學(xué)士，烏茲別克斯坦科學(xué)院東方學(xué)研究所訪問學(xué)者(2006年10月～2007年10月)，中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局業(yè)務(wù)主管。E-mail：huangsai@cashq.ac.cn。

譯 者 簡(jiǎn) 介

Л.Н.Дода，О.В.Мармынов，Л.А.Пахомов，В.Л.Намяганов，И.В.Смепанов.2011.Наземно-космический мониторинг и прогноз землетрясений.http∶//nadisa.org/sotrudnichestvo/nazemno-kosmicheskij-monitoring-i-prognoz-zemletryasenij/

黃賽，高楠 譯.2016.地震的地空監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào).世界地震譯叢.47(2)∶91-103.doi∶10.16738/j.cnki.issn.1003-3238.201602001

中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局黃賽，中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心高楠譯；中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心王超校

中國(guó)地震局地球物理研究所胡鴻翔復(fù)校