劉 軍 劉小陽(yáng) 薄海光 宗 超 馬未宇

1) 中國(guó)河北燕郊101601防災(zāi)科技學(xué)院防災(zāi)工程系 2) 中國(guó)北京100083中國(guó)礦業(yè)大學(xué)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院3) 中國(guó)北京100045中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心

基于引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力調(diào)制的九江地震熱異常時(shí)空動(dòng)態(tài)過(guò)程研究*

1) 中國(guó)河北燕郊101601防災(zāi)科技學(xué)院防災(zāi)工程系 2) 中國(guó)北京100083中國(guó)礦業(yè)大學(xué)地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院3) 中國(guó)北京100045中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心

通過(guò)利用發(fā)震區(qū)域的天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力變化模型,研究了2005年11月26日江西九江MS5.7地震發(fā)震構(gòu)造與天體潮汐引力的關(guān)系,并利用該模型結(jié)合美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心多源綜合溫度數(shù)據(jù)資料,分析了九江地震前后發(fā)震區(qū)域熱異常在時(shí)空上的動(dòng)態(tài)變化特征． 結(jié)果顯示, 一方面,在時(shí)間序列變化上,孕震區(qū)熱異常表現(xiàn)出的起始—消亡演變過(guò)程與巖石在應(yīng)力加載下的形變—破裂過(guò)程相吻合． 無(wú)論近地表大氣還是上附多層大氣,熱異常主要集中在活動(dòng)斷裂帶及其附近區(qū)域,與構(gòu)造斷裂帶分布相一致； 同時(shí),熱異常從近地表到高空消失的垂向分布,符合地面對(duì)大氣加熱導(dǎo)致大氣升溫→抬升→擴(kuò)散→消亡的大氣動(dòng)力學(xué)基本特性,表明構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是本次溫度異常變化的主控原因． 另一方面,熱異常變化遵循引潮力(低值—高值—低值)的變化過(guò)程,顯示出天體引力對(duì)發(fā)震斷層溫度異常識(shí)別具有一定的指示意義以及引潮力可能對(duì)構(gòu)造應(yīng)力處于臨界狀態(tài)的發(fā)震斷層具有誘震作用,預(yù)示利用引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力與熱異常變化相結(jié)合研究短臨地震預(yù)測(cè)具有一定價(jià)值．

熱異常 垂直結(jié)構(gòu) 附加構(gòu)造應(yīng)力

引言

近年來(lái),地震界及遙感界學(xué)者利用不同衛(wèi)星紅外數(shù)據(jù),研究了地震前地球表面溫度場(chǎng)動(dòng)態(tài)分布情況及其與地震活動(dòng)的關(guān)系(Mogi, 1984； Gornyetal, 1988; Tramutolietal, 2001; Andrewetal, 2002; Ouzounov, Freund, 2004; Arunetal, 2008),結(jié)果均顯示震前存在熱異常． 這些利用衛(wèi)星獲取溫度的研究實(shí)際反映了星下具有一定厚度的大氣平均熱狀況變化,僅局限于震前水平方向范圍內(nèi)的熱異常分析, 而大氣在不同高度上熱屬性差異明顯,對(duì)大氣在垂直方向上的異常分布是否與構(gòu)造活動(dòng)密切相關(guān)以及大氣熱異常是否源自本地區(qū)下墊面直接加熱則鮮有討論． 本文重點(diǎn)關(guān)注地震熱異常垂直結(jié)構(gòu)和熱源,將有助于解決地震遙感熱捕捉技術(shù)面臨的如何識(shí)別非地震構(gòu)造運(yùn)動(dòng)“熱”的技術(shù)難題．

另外,地震是地球內(nèi)部構(gòu)造應(yīng)力的一種表現(xiàn),盡管其主要受內(nèi)部構(gòu)造應(yīng)力影響,但地球不是一個(gè)孤立的天體,它的運(yùn)動(dòng)必然受到宏觀天體運(yùn)動(dòng)的影響,天體潮汐引力就是主要的外部因素之一(Heaton, 1975； McNutt, Beavan, 1981; Kilston, Knopoff, 1983),其在遙感中的角色值得關(guān)注．

本文利用天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力變化(changing of the additive tectonics stress caused by celestial tide-generating force, 簡(jiǎn)寫(xiě)為CATSCTF)模型計(jì)算2005年11月26日江西九江MS5.7地震的附加構(gòu)造應(yīng)力(Maetal, 2007),探討天體引力與本次地震構(gòu)造環(huán)境的關(guān)系,并以天體引力變化周期為時(shí)間背景指導(dǎo),利用美國(guó)國(guó)家環(huán)境預(yù)報(bào)中心(NCEP)提供的溫度數(shù)據(jù),研究九江地震熱異常的時(shí)空演變特征,結(jié)果清晰地顯示了斷裂構(gòu)造在應(yīng)力作用下的活動(dòng)(Wuetal, 2006)．

1 九江MS5.7地震構(gòu)造環(huán)境及區(qū)域附加構(gòu)造應(yīng)力分析

圖1 2005年九江MS5.7地震構(gòu)造圖F1: 廬江—廣濟(jì)斷裂; F2: 襄樊—廣濟(jì)斷裂; F3: 丁家山—郎君山—桂林橋—武寧斷裂； F4: 九江—靖安斷裂; F5: 湖口—新干斷裂Fig.1 Map showing seismogenic structures in Jiujiang MS5.7 earthquake area F1: Lujiang--Guangji fault; F2: Xiangfan--Guangji fault; F3: Dingjiashan--Langjunshan--Guilinqiao--Wuning fault; F4: Jiujiang--Jing’an fault; F5: Hukou--Xin’gan fault

為分析天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力對(duì)發(fā)震斷層的作用類(lèi)型,需計(jì)算震中位置日、 月對(duì)地球的天體引潮力沿發(fā)震構(gòu)造的主壓、 主張應(yīng)力軸上產(chǎn)生的附加應(yīng)力?P與?T,探索其大小、 方向及發(fā)震時(shí)間與發(fā)震區(qū)域的關(guān)系(Maetal, 2008),為溫度異常背景的選取提供時(shí)間指導(dǎo)．

本文根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)提供的震源機(jī)制解,采用Ma等(2007)的天體引潮力調(diào)制模型算法計(jì)算了2005年11月14日—12月4日九江MS5.7地震過(guò)程中的附加構(gòu)造應(yīng)力值(圖2)． 此間共經(jīng)歷4個(gè)周期(標(biāo)記為A,B,C和D),其中A代表11月1—15日,B代表11月16—30日,C代表12月1—15日,D代表12月16—30日． 從圖2可以看出： ① ?P和?T變化方向與P軸和T軸同向； ② 該次地震的天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力變化作用屬于“增壓促滑型”； ③ 該地震發(fā)生在天體引力附加構(gòu)造應(yīng)力變化達(dá)到相對(duì)比較高值段的尾部,而不是發(fā)生在它剛剛到達(dá)峰值的時(shí)段．

依據(jù)天體引力附加構(gòu)造應(yīng)力模型,附加構(gòu)造應(yīng)力增加了斷層面的正壓力,也增加了斷層滑動(dòng)力,從而誘發(fā)地震． 同時(shí),地震發(fā)生在?P和?T到達(dá)高值段的尾部,表明附加構(gòu)造應(yīng)力的作用是連續(xù)的． 瞬間變化并不能立即誘發(fā)地震,只有構(gòu)造應(yīng)力達(dá)到巖層的破裂強(qiáng)度時(shí)才可能發(fā)生地震． 在其它相似的3個(gè)周期A,C和D內(nèi),由于沒(méi)有出現(xiàn)類(lèi)似B周期中的溫度變化過(guò)程而無(wú)地震發(fā)生,說(shuō)明天體引力不能依靠自身誘發(fā)地震,只有在活動(dòng)斷層的地應(yīng)力達(dá)到破裂臨界點(diǎn)時(shí)才能誘發(fā)地震．

圖2 2005年九江MS5.7地震天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力?P和?T的變化

2 九江MS5.7地震大氣增溫異常時(shí)空演變特征

一些研究人員曾利用美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,簡(jiǎn)寫(xiě)為NOAA)氣象衛(wèi)星上攜帶的高級(jí)甚高分辨率輻射儀(Advanced very high resolution radiometer,簡(jiǎn)寫(xiě)為AVHRR)提供的數(shù)據(jù)研究溫度變化過(guò)程(Ouzounov, Freund, 2004; Arunetal, 2008),但是紅外不能穿透云層,當(dāng)震源上空存在云系時(shí),就不能有效記錄紅外熱異常.Tramutoli等(2005)雖然通過(guò)計(jì)算熱紅外異常估計(jì)(Robust estimator of thermal infrared anomalies,簡(jiǎn)寫(xiě)為RETIRA)指數(shù)可消除云的影響,但這種方法需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),因而通常不能夠發(fā)現(xiàn)震前微弱的溫度變化. 而利用NCEP提供的50年以上全球再分析數(shù)據(jù)資料可以較好地解決這個(gè)問(wèn)題(Kalnayetal, 1996),能夠滿(mǎn)足震前熱異常時(shí)空監(jiān)測(cè)研究．

為了減少地形地貌、 地物類(lèi)型和氣象等非震因素干擾,獲取由構(gòu)造活動(dòng)造成的溫度增加信息,需要利用NCEP數(shù)據(jù)與背景溫度相減的方法,獲得發(fā)震前后該地區(qū)異常增溫變化圖像． 針對(duì)九江MS5.7地震,本文依據(jù)天體引力附加構(gòu)造應(yīng)力周期(如圖2中所示,天體引力附加構(gòu)造應(yīng)力值經(jīng)歷由小—大—小的過(guò)程),采用2005年11月16日溫度值為正常背景值(天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力變化值在最低點(diǎn)),將11月21—29日的溫度與之逐日相減,獲得同時(shí)次、 同區(qū)域范圍內(nèi)近地表及其上空不同氣壓層面上的動(dòng)態(tài)增溫變化序列圖像(圖3),以此作為該次地震及其強(qiáng)余震序列臨震增溫異常分析的客觀依據(jù)．

如圖3所示,在九江MS5.7地震過(guò)程中熱異常增溫主要表現(xiàn)為以下兩方面:

為深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革，強(qiáng)化醫(yī)院的公益性質(zhì)，我院依托精細(xì)化管理手段，建立了以總額預(yù)算管理為基礎(chǔ)，兼顧質(zhì)量與效益的內(nèi)部績(jī)效考核體系。根據(jù)現(xiàn)代醫(yī)院發(fā)展特點(diǎn)，特別強(qiáng)化了針對(duì)病種管理的系列管理指標(biāo)，綜合考慮質(zhì)量、成本、服務(wù)水平和工作效率等因素，充分體現(xiàn)多勞多得、優(yōu)績(jī)優(yōu)酬的分配原則。通過(guò)動(dòng)態(tài)可調(diào)的績(jī)效分配方案與矩陣式量化模型，使績(jī)效考核體系可作用于過(guò)程管理與持續(xù)改進(jìn)，不斷提升醫(yī)院的業(yè)績(jī)、效率與效果。激發(fā)醫(yī)務(wù)人員積極性，提供優(yōu)質(zhì)高效服務(wù)，并減少醫(yī)療資源浪費(fèi)，減少政府醫(yī)?；鹋c患者個(gè)人負(fù)擔(dān)，充分體現(xiàn)醫(yī)院的公益性。

1) 在時(shí)間序列上具有持續(xù)性. 以近地表950 hPa氣壓層為例,結(jié)合主余震時(shí)序分析,此次地震異常增溫演變過(guò)程為起始增溫(22日)→加強(qiáng)增溫(23—25日)→主震(26日8時(shí))→加劇(26日18時(shí))→余震→增溫高峰(27日)→余震→衰減(28日)→平靜(29日),這與馬未宇等(2006)僅選取1000 hPa等壓高度面上的溫度異常變化進(jìn)行分析所描述的現(xiàn)象基本一致． 該過(guò)程與遙感-巖石力學(xué)試驗(yàn)中巖石受力破裂的紅外熱像變化過(guò)程也相似(Wuetal, 2006),表明震前熱異常可能是強(qiáng)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一種熱表現(xiàn)．

圖3 九江MS5.7地震前后大氣增溫異常時(shí)空動(dòng)態(tài)演變特征(世界時(shí)18:00)(圖中F1—F5同圖1)

2) 在空間分布尺度上呈現(xiàn)出如下規(guī)律： ① 溫度異常隨大氣高度變化,越接近地表熱異常增溫幅度越大,增溫區(qū)與震中對(duì)應(yīng)關(guān)系越明顯． 隨著大氣抬升氣體擴(kuò)散,異常區(qū)域面積擴(kuò)大,幅增減小,但仍與地表分布相似,直到逆溫層頂部熱異常逐漸消失,說(shuō)明異常熱源來(lái)自地面； ② 熱異常垂直結(jié)構(gòu)與活動(dòng)構(gòu)造分布相吻合． 隨著地震的臨近,增溫異常條帶呈SW--NE向,且主要沿F1,F3,F4斷裂帶(圖1)展布,表明該區(qū)活動(dòng)斷裂塊在發(fā)生擠壓活動(dòng),且構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是溫度異常變化的主控原因． 如果該熱異常是由氣象增溫引起,那么氣溫的影響強(qiáng)度在空間上具有大范圍、 逐漸過(guò)渡等特點(diǎn)； 在時(shí)間上則呈數(shù)天或數(shù)小時(shí)連續(xù)變化(屈春燕等,2007)． 然而地震熱異常在空間域上受活動(dòng)構(gòu)造控制,主要集中在活動(dòng)斷裂帶上． 因此,由地震熱活動(dòng)引起的地表溫度變化在空間分布上表現(xiàn)出孤立性、 大幅度增溫等特點(diǎn)； 在時(shí)間上,地震熱異常的出現(xiàn)具有突發(fā)性,即在一定時(shí)段內(nèi)斷續(xù)突現(xiàn)． 圖3所示時(shí)空動(dòng)態(tài)演變特征正好符合地震熱異常的表現(xiàn)特征,因此我們認(rèn)為該熱異常增溫現(xiàn)象與地震活動(dòng)有關(guān)．

圖4 2003年大姚MS6.1地震天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力?P和?T的變化 Fig.4 The change of additive tectonic stresses ?P and ?T caused by astro-tidal-triggering for the Dayao MS6.1 earthquake in 2003

圖5 2003年大姚MS6.1地震前大氣增溫異常時(shí)空動(dòng)態(tài)演變特征圖(世界時(shí)18：00)

為了進(jìn)一步驗(yàn)證上述方法的有效性,對(duì)2003年10月16日發(fā)生在我國(guó)云南大姚的MS6.1地震進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)天體引力附加構(gòu)造應(yīng)力值變化以及溫度變化過(guò)程與九江MS5.7地震基本一致(圖4,圖5)．

3 討論與結(jié)論

天體潮汐引力的變化與構(gòu)造應(yīng)力的變化具有一定的關(guān)系,其對(duì)地震的觸發(fā)和誘發(fā)作用并不是突然的,而是一個(gè)連續(xù)加速的過(guò)程． 本文依據(jù)天體引潮力附加構(gòu)造應(yīng)力變化值的變化周期,利用NCEP資料獲得的溫度異常時(shí)空動(dòng)態(tài)演變圖像清楚地反映了九江MS5.7地震前的熱異常變化過(guò)程．

1) 震前熱異常在時(shí)間上具有連續(xù)性,即增溫起始→增溫→加劇→高峰→衰減→平靜的演變過(guò)程,可能正是體現(xiàn)了活動(dòng)地震構(gòu)造的初始微破裂→擴(kuò)大微破裂→地震構(gòu)造大破裂(發(fā)震)→牽動(dòng)各向活動(dòng)構(gòu)造破裂→構(gòu)造調(diào)整(余震)→趨近穩(wěn)定發(fā)震過(guò)程的熱像反映(馬未宇等, 2006)． 當(dāng)然,更深層次的機(jī)制分析還需借助遙感-巖石實(shí)驗(yàn)的深入開(kāi)展進(jìn)行． 此外,還應(yīng)對(duì)更長(zhǎng)時(shí)間的震例圖像進(jìn)行研究,尤其需要關(guān)注出現(xiàn)溫度異常而未發(fā)生地震的特殊情況．

2) 熱異常垂直結(jié)構(gòu)與活動(dòng)構(gòu)造具有一致性,其主要集中在活動(dòng)斷裂帶上,在空間域上受控于活動(dòng)構(gòu)造,并且隨大氣高度而變化,與近地表分布保持相似性． 當(dāng)氣壓高度變化至800 hPa時(shí),溫度異常開(kāi)始消失,這也可能意味著不同強(qiáng)度的地震與其影響造成的最大增溫異常高度存在著某種關(guān)聯(lián)．

另外,為了更準(zhǔn)確地提取和識(shí)別震前熱異常信息,在以后震例研究中還應(yīng)顧及不同地形單元條件下的高程及其下墊面屬性差異． NCEP 增溫異常實(shí)質(zhì)是構(gòu)造應(yīng)力急劇增加的表現(xiàn),通過(guò)增溫異常的時(shí)空動(dòng)態(tài)演變圖像,可較直觀地顯示地震構(gòu)造活動(dòng)過(guò)程． 因此,以NCEP增溫異常圖像為主導(dǎo),以構(gòu)造附加應(yīng)力變化為誘導(dǎo)的地震前兆捕捉技術(shù),可為研究短臨地震預(yù)測(cè)提供一種很有前景的新途徑．

作者向?qū)Ρ疚奶岢鲋匾薷囊庖?jiàn)的審稿專(zhuān)家表示衷心的感謝！

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此外，高職院校就業(yè)方面的教育指導(dǎo)不夠，導(dǎo)致學(xué)生從學(xué)習(xí)者到社會(huì)人的角色轉(zhuǎn)換、責(zé)任意識(shí)和協(xié)作能力方面都存在不足。

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“按照‘應(yīng)農(nóng)民之所求，急農(nóng)民之所急，釋農(nóng)民之所疑，解農(nóng)民之所難’的服務(wù)理念，榆林市農(nóng)墾農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)站已全面推行‘農(nóng)民點(diǎn)菜、專(zhuān)家下廚、跟蹤服務(wù)’的農(nóng)技服務(wù)新模式，我也會(huì)適時(shí)下鄉(xiāng)舉辦一些‘點(diǎn)菜式’培訓(xùn)講座，將以往培訓(xùn)‘專(zhuān)家要講什么農(nóng)民就學(xué)什么’變成‘農(nóng)民想學(xué)什么專(zhuān)家就講什么’，把科技興農(nóng)的主動(dòng)權(quán)真正交給農(nóng)民。”郝哲說(shuō)。

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Spatio-temporal dynamic variation of thermal anomalies before and after the 2005 JiujiangMS5.7 earthquake based on the modulation of additive tectonics stress induced by tide-generating force

1)DepartmentofDisasterPreventionEngineering,InstituteofDisasterPrevention,HebeiYanjiao101601,China2)CollegeofGeoscienceandSurveyingEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China3)ChinaEarthquakeNetworksCenter,Beijing100045,China

A variation model of additive tectonics stress caused by celestial tide-generating force was put forward to explain its relationship with seismic fault sliding．By applying the model, we analyzed spatio-temporal dynamic evolution characteristics of thermal anomaly based on the multi-source temperature data from National Center for Environmental Prediction (NCEP) of USA before and after theMS5.7 earthquake in Jiujiang, China on November 26, 2005. The results indicate that, on one hand, the evolution of thermal anomaly from initial growth to extinction coincided with the process of rock under the stress from deformation to breaking in time series. The areas of temperature increasing either in near-surface atmospheric layer or in the multi-layers above distributed mainly in active fault zones and their vicinities, which is agreement with the distribution of tectonic fault zones. Furthermore, the vertical distribution of thermal anomaly from near-surface to upper air went through the following stages: atmospheric warming caused by surface heating→lifting→diffusion→disappear, which accords with the basic characteristics of atmospheric dynamics, indicating that tectonic movement was the main cause of the change in the temperature anomalies. On the other hand, the abnormal variations of temperature followed the cyclical change (low--high--low) of tide-generating force, which showed that the astro-tidal triggering had a particular indicative significance for the identification of temperature anomaly on seismic faults, and it could trigger an earthquake when the tectonic stress was in critical status. It indicated that the method of combining additive tectonics stress caused by tide-generating force with thermal anomaly change could be used for the studies of short-impending earthquake prediction．

thermal anomaly; vertical structure; additive tectonics stress

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.03.016.

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金(ZY20140205)和中國(guó)地震局教師科研基金項(xiàng)目(20120102)共同資助.

2013-03-20收到初稿,2013-10-14決定采用修改稿.

e-mail: weiyuma@163.com

10.3969/j.issn.0253-3782.2014.03.016

P315.72+8

A

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