潮汐与地震：地球潮汐能够引发圣安德烈亚斯断层地震

                              杨学祥，杨冬红

摘要：美国科学家最新研究显示，影响大洋波浪的潮汐将引发美国加州圣安德烈亚斯断层地震。他们出乎意料地发现这些地震最有可能出现在潮汐逐渐变强，而不是潮汐最强的时间点。

早在2004年，通过2000年强潮汐天文条件与日本Miyake岛地震火山活动对比, 我们发现在月平均尺度上, 强潮汐天文条件与地震火山活动有很好的对应关系。其原因在于当月内的潮汐最大值和最小值差距大, 最大的潮汐差引起地壳强烈震动, 强烈震动贯穿最大潮差的始终。

关键词：地震；潮汐差；激发作用；强迫作用

一、地球潮汐可以引发加州圣安德烈亚斯断层地震

腾讯科学2016年07月26日07:12报道，目前科学家最新研究显示，地球潮汐能够引发美国加州圣安德烈亚斯断层地震。

腾讯科学讯据生活科学网站报道，目前，科学家最新研究显示，影响大洋波浪的潮汐将引发美国加州圣安德烈亚斯断层地震。他们出乎意料地发现这些地震最有可能出现在潮汐逐渐变强，而不是潮汐最强的时间点。

海洋潮汐现象是太阳和月球对地球的引力牵引所致，这种引力牵引不仅影响海洋，而且影响岩石，交替性地延伸和压缩地壳。之前研究发现地球地壳的潮汐效应可引发震动和地震，当这种震动出现时，可揭晓断层深处的详细状况，反之，断层深处的详细状况可分析什么时间会发生地震。

研究报告负责人、美国地质调查局地震科学中心地震学家尼古拉斯-范德艾斯特(Nicholasvan der Elst)表示，研究小组科学家对于地球潮汐如何影响小型深层地震事件(低频地震)颇感兴趣，他们聚焦研究2008-2015年之间加州圣安德烈亚斯断层出现的低频地震，这些地震现象级别不超过1里氏震级。我们观察了部分薄弱的断层带，发现断层可以响应微弱的潮汐作用。

潮汐强度变化周期为两个星期，或者是“双周循环”，最强的春季潮汐发生在月球和太阳排成一线时，而最弱的潮汐发生在太阳和月球与地球保持垂直角度。令人感兴趣的是，低频地震发生次数在双周循环最强点并未达到峰值，相反，在双周循环潮汐作用变强时，低频地震发生次数达到了峰值。

范德艾斯特指出，特别是低频地震最有可能发生于潮汐作用显著强于前一天的潮汐作用。这将告诉我们一些重要信息，例如：断层引发地震之前需要多长时间“再充电”，以及断层补丁多长时间积累压力。

他强调称，科学家调查的圣安德烈亚斯断层深层部分不同于该断层浅层部分，是最有可能发生大地震的。我们研究该断层的每个小细节都将有助于更好地理解地震循环，以及何时、何地地震可能发生。观察圣安德烈亚斯断层深处的低频地震将最终有助于揭晓断层浅层区域的压力积累。

目前，这项最新研究报告发表在7月18日出版的《美国国家科学院院刊》上。（悠悠/编译）

http://tech.qq.com/a/20160726/003695.htm

二、潮汐激发地震的新证据

我们在2004年的研究表明，强潮汐与火山地震活动密切相关。天文资料表明，2000年6月到8月日本Izu半岛最活跃的火山地震活动正好处于天文大潮时期和日长变化最小值时期。在厄尔尼诺现象和拉尼娜现象发生前后，东西太平洋海面高度分别升降40厘米，水均衡作用使洋壳反向升降13厘米。由此形成的东西太平洋地壳跷跷板运动加强了强潮汐对地震火山活动的激发作用。

据科学时报 2002年9月6日2版报道, 2000年6~8月, 历史上记录到最活跃的密集地震袭击日本Izu半岛南部60公里的区域, 其中7000次震级大于或等于3, 5次大于或等于6.  该密集地震伴随着Miyake火山的几次蒸气和碎石喷发.

自1996年以来, 在东京都地区的4个台站用空间大地测量技术进行了地壳变形观测. 这个项目称为”基石”计划(Keystone Project, KSP). 2000年6月26日, 东京以南约150km的Miyake岛发生群震. 6月27日,又开始火山活动. 地震活动见文献[1].

图1所示. 可以看出, 7 月和8月的地震活动较多. 在此之后, “基石”网络观测到异常的地壳变形. 地震活动于2000年9月基本停止. 2000年6月26日至9月15日期间, 馆山相对于鹿岛的移动速率是2.5厘米/月, 三浦相对于鹿岛的移动速率是1.5厘米/月, 这与过去3年的平均运动速率(1.4厘米/月和1.3厘米/月)相比是相当大的. 吉野泰造等人把这个现象解释为伊豆岛的岩脉侵入. 估计模型计算得到的岩脉参数是: 长20km, 深3 ~ 15km, 张开5m. 根据该参数模型计算得到位移场, 馆山和三浦站的位移分别是5厘米和3厘米^[1].

我们在文献[2]-[6]中对强潮汐已下了定义. 通过2000年强潮汐天文条件与日本Miyake岛地震火山活动对比, 我们发现在月平均尺度上, 强潮汐天文条件与地震火山活动有很好的对应关系(见表1). 其原因在于当月内的潮汐最大值和最小值差距大, 最大的潮汐差引起地壳强烈震动, 强烈震动贯穿最大潮差的始终. 由表1可以看到, 最强潮汐在7月2日和30日, 但在图1中这两天只是两个地震高峰的起始点, 月球远地点的潮汐最小值却对应地震最高峰. 这是特殊天象组合期本身意义不大的原因, 也是最大潮汐差起作用的证据.

表. 1  2000年强潮汐天文条件及Miyake岛地震火山活动（杨学祥等，2004）

注：29*和28*表示当月没有30.

图1 2000年Miyake岛地震火山活动（吉野泰造等人，2002）

三、全球强震的9年、18.6年和57年周期：月亮赤纬角极值周期

张元东（1993）提出特殊天象组合期可能影响地震的概念和理论，特殊天象组合期为月亮近地潮和日月大潮叠加，并有行星位置变化的配合^[7]。杜品仁（1994）和胡辉等人（2003）分别指出，地震具有明显的18.6年潮汐周期，被称为岩浆潮周期^{[8, 9]}。

胡辉等人详细分析了20世纪云南强震群体盛衰的天文背景，文中指出月亮白赤交角（亦称月亮赤纬角）变化产生的交点潮可能是影响地震长周期活动的一个原因。分析结果表明，20世纪以来云南的4个M≥6.7级强震活跃期有3个始发于月亮白赤交角极大年或其次年，仅一个地震活跃期不是如此，所以总概率达80%。另外，无论太阳活动还是地震活动均存在11年的准周期，对比太阳黑子相对数滑动平均曲线与云南历年最大地震强度滑动平均曲线，即年黑子相对数减小时，地震强度增大。据此，作者利用20世纪云南历年最大地震的震级作了4组11年周期的外推，估计了下一个地震活跃期首发地震的时间和震级。综括上述2个天文条件，根据目前月亮白赤交角变化与太阳活动形势，他们认为云南下一个地震活跃期可能开始于2006/2007年。他们根据地震活动11年周期中同相位年的平均强度作外推预报，2005年按期前7个11年周期同相位年的最大地震强度平均推算，可能为5.69级上下，仍处于低水平活动期，而2006年的地震强度则可能增至6.37级上下，应引起我们的警觉，最严重的是2007年，该年所处的相位最易发生强烈地震，平均震级已接近6.7级，足见该年最可能是云南下一M大于等于6.7级强震活跃期的开始年，并可能爆发7级大震（概率达43%）^[8]。

强潮汐可以激发地震活动。哥奇兰等人（2004））分析了1977－2000年间全球2000多个5.5级以上的地震，发现猛烈的潮汐在浅断面层施加了足够的压力从而会引发地震。当潮汐很大，达到大约2－3米时，3/4的地震都会发生，而潮汐越小，发生的地震也就越少^[10]。

杨学祥等人（2004）指出，在圆心角大于90度的太平洋地壳，东西太平洋海面可以形成1500px的潮汐高度差，潮汐负荷导致洋壳板块的均衡运动。潮汐引起的太平洋地壳跷跷板运动可产生的等效应力为p = 108 N，这是环太平洋地震带形成的原因之一。当拉尼娜到来时，赤道信风使暖水集中在赤道西太平洋，冷水集中在赤道东太平洋，温差为3-6℃，高度差为40-1500px、，当厄尔尼诺到来时，情况发生逆转。由于地壳均衡原理，洋壳发生反向的13-500px的均衡变化，增强了潮汐引起的大洋地壳跷跷板运动，这是厄尔尼诺和拉尼娜前后环太平地震带地震活跃的原因，其中科里奥利力起到定向作用^[11]。

2009年2月25日美国学者Métivier等人在《地球和行星科学通讯》（Earth and PlanetaryScience Letters）发表题为 《地球固体潮激发地震的证据》的文章，为潮汐激发地震提供了新的证据。应用全球最多的地震目录（包括442412个事件），Métivier等人得到固体潮位相与地震事件时间清晰的对应关系（99%的置信度）：当岩石圈正常的压力减少时，地震多发生在固体潮使地面上升的时刻。他们发现，固体潮比大气潮和海洋潮激发地震的可能性更大^[12]。新证据的重要性是无可置疑的，它强调了地球固体潮和地震关系。

进一步研究表明，地震、潮汐和气候变化是相互影响的，气候灾害和地质灾害构成了拉马德雷冷位相灾害链^[13，14]。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-444525.html

我们在科学网公布了2008年以来地震与潮汐组合对应的相关数据。

图2 是根据张家诚等人的公元前426年至公元1980年全球8级以上地震目录编绘的^[14]。在月亮赤纬角最小时的1905-1906年、1923-1925年、1941-1942年、1959-1960年、1977-1979年，地球平均扁率变大，地球自转变慢；在月亮赤纬角最大时的1896-1897年、1913-1914年、1931-1932年、1949-1951年、1968-1970年，地球平均扁率变小，地球自转变快。8级以上地震高潮也有相应的约9年变化周期：1897- 1906- 1914- 1923- 1932-1941- 1950- 1960- 1971- 1978年。应该说明的是，1960年5月22日智利南部发生9.5级地震，释放能量相当于8.5级地震的30倍。因此，在月亮赤纬角最小时的1959-1960年地震活动也很强烈。这是地震与地球扁率变化和自转速度变化相对应的原因，也是强潮汐激发地震火山活动的原因^[15]。

图2  1896-1978年8级以上地震分布（杨冬红等，2008）

1998年是最热的年份，1995-1997年月亮赤纬角最小值产生的弱潮汐南北震荡是原因之一；自1998年以后，全球气温呈波动下降趋势，2005-2007年月亮赤纬角最大值产生的强潮汐南北震荡是原因之一。当月亮在南（北）纬28.6度（月亮赤纬角最大值）时，高潮区在12小时后从南（北）纬28.6度向北（南）纬28.6度震荡一次，大气和海洋的南北震荡将产生巨大的能量交换并搅动深海冷水上翻到海洋表面降低气温。这是以18.6年为周期的潮汐南北震荡作用比其他周期的潮汐东西震荡作用更显著的原因。太阳在南北回归线时也会产生潮汐南北震荡运动。2014-2016年月亮赤纬角最小值可能导致中国干旱和全球高温（杨冬红等，2008）。

月亮赤纬角变化还会产生27.3天和13.6天的大气潮和海洋潮南北震荡幅度变化周期，对形成雾霾的静稳天气有重要影响（Li G Q, 2005）。中国气象局的数据显示，2013年12月初的雾霾波及25个省份，100多个大中型城市，安徽、湖南、湖北、浙江、江苏等13地雾霾天数均创下历史纪录。权威数据显示，今年以来，全国平均雾霾日数为29.9天，较常年同期偏多10.3天，达到52年来的峰值。2014-2016年月亮赤纬角最小值导致2013年雾霾高发，并将在今后三年持续高发。52年前，1959-1960年月亮赤纬角最小值导致前一周期的雾霾高发^[16]。这也是地震存在18.6年、9.3年、27.3天和13.6天周期变化的原因。

解朝娣等人采用1850—2012年期间USGS全球M≥5.0地震目录资料,构成全球地震能量-时间序列,进行小波变换和准周期分析.结果表明,全球地震能量释放的时间序列存在9年、19年和45年的3个准周期,其中,45年准周期最为突出.结合起潮力周期的物理背景,对长周期潮汐起潮力与地震能量释放准周期的关系进行了探讨,没有发现全球地震活动的能量释放与潮汐短周期相关的准周期^[17]。

全球地震的9年和19周期得到证实。这两个周期就是18.6年周期及其半周期。45年周期也是9年周期的倍周期。

图3（a, b)1850-2012年全球5级以上地震能量-时间序列小波变换图及其准周期分析图；（c, d) 1850-2012年全球7级以上地震能量-时间序列小波变换图及其准周期分析图^[17]。

图3 1850-2012年全球5级和7级以上地震能量-时间序列小波变换图及其准周期分析图：9年和19年周期（解朝娣等，2013）^[17]

8.5级以上地震地震还存在56年左右的拉马德雷周期，是18.6年周期的3倍，由多种潮汐周期的叠加周期。

在澳大利亚气象学家E. 布赖恩特编著的《气候过程和气候变化》中，有关气候现象循环的记录75项^[18]。潮汐周期与气候现象循环的记录有很好的对应性^[18]，与潮汐周期相同的有66项，占88%，表明潮汐是影响气候现象循环的主要因素。潮汐的多种周期在受到它们的共同周期和其它周期因素叠加时，表现得更为强烈，如11a和22a周期是潮汐和太阳活动的共同作用，占75项气候现象循环记录中的17项。

表2太平洋十年涛动51-56年准周期

表3  潮汐叠加振幅对比

杨冬红等（2006，2011）指出，8.5级以上地震集中发生在拉马德雷冷位相时期，是地震活跃的主要标志。2000年进入了PDO冷位相时期，2000-2030年是全球强震爆发时期和低温期^[13,19]。

表4  1890年以来特大地震活跃期和拉马德雷（PDO）冷位相对应关系

注: 特大地震为Ms 8.5级以上强震，括号内为国外数据，？表示预测

我们在2006年确定的地震活跃期判定标准正在被学术界接受，得到相关部门和专家的认同。目前8.5级以上强震已由2006年的2次增加到6次。这一数据在2016-2018年还将继续增加。

杨学祥等（2008）指出，1947-1976年拉马德雷冷位相前17年有7次8.5级以上强震集中爆发，我们推测：2000-2030年拉马德雷冷位相前17年为8.5级以上强震集中爆发时期（见表5）^[6]。

表5  全球1890-2011年8.5级以上地震表

序号   地震时间     地震地点          震级

1890-1924年拉马德雷冷位相时期

1    1906-01-31  厄瓜多尔            8.8

2    1922-11-11  智利                8.5

3    1923-02-03  俄罗斯堪察加半岛    8.5

1925-1946年拉马德雷暖位相时期

4    1938-02-01  印尼班大海          8.5

1947-1976年拉马德雷冷位相时期

5    1950-08-15  中国西藏            8.6

6    1952-11-04  俄罗斯堪察加半岛    9.0

7    1957-03-09  阿拉斯加            8.6

8    1960-05-22     智利             9.5

9     1963-10-13  俄罗斯库页岛        8.5

10    1964-03-27  阿拉斯加威廉王子湾  9.2

11    1965-02-04  阿拉斯加            8.7

1977-1999年拉马德雷暖位相时期

0

2000-2030年拉马德雷冷位相时期

12   2004-12-26  印尼苏门答腊        9.1

13   2005-03-28  印尼苏门答腊        8.6

14   2007-09-12  印尼苏门答腊        8.5

15    2010-02-27  智利                8.8

16    2011-03-11  日本             8.9-9.0

17    2012-04-11  印尼苏门答腊        8.6

http://en.wikipedia.org/wiki/Lists_of_earthquakes

四、典型例证

2005-2007年为月亮赤纬角最大值时期，全球特大地震发生了三次（见表5）：

2004-12-26  印尼苏门答腊        9.1

2005-03-28  印尼苏门答腊        8.6

2007-09-12  印尼苏门答腊        8.5

2014-2016年为月亮赤纬角最小值时期，我们预测在此期间全球特大地震集中发生。

事实上，2015年已经发生8级以上地震3次，超过常年平均值的一倍，余下的时间仍有发生特大地震的可能。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-444525.html

表6  2015年8级以上地震

震级(M)  发震时刻(UTC+8) 纬度(°) 经度(°) 深度(千米)     参考位置

8.2   2015-09-1706:54:31     -31.6       -71.6       20    智利中部沿岸近海

8.0   2015-05-3019:23:02     27.9 140.5      690  日本小笠原群岛地区

8.1   2015-04-2514:11:26     28.2 84.7 20    尼泊尔

http://www.ceic.ac.cn/speedsearch?time=6&&page=24

云南地震也具有月亮赤纬角极值周期^[8，20]。

五、潮汐是小地震的动力和大震的激发因素

我在2012-7-6 04:15科学网博客中指出，潮汐是小地震的动力和大震的激发因素。全球地震每年约发生近1500000次，平均每天4000余次，其中有感地震和弱震占到99.898%。其中年平均次数的详细数据如下：5.0-5.9级地震为1669,67次，6.0-6.9级地震为148.58次，7.0-7.9级地震为14.33次，8级以上地震为1.33次。

日月引潮力使地球海洋潮汐半日产生60厘米的震荡起伏，固体地壳半日产生20厘米的起伏震荡，是小地震发生的主要动力。大震的发生次数很少，需要长期的应力积累，潮汐是激发因素。潮汐造成地壳的膨胀和收缩的交替，是海底扩张的周期性动力^[21，22]。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-589289.html

美国科学家的发现证实了我们的观点。

参考文献

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http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-922765.html