摘要強(qiáng)震發(fā)生前震源系統(tǒng)可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在這種情況下，震中附近地區(qū)的地震活動(dòng)或許會(huì)對(duì)微小的應(yīng)力變化敏感.地球自轉(zhuǎn)會(huì)在震源斷層面上引起應(yīng)力，地球自轉(zhuǎn)速率變化也會(huì)在震源斷層面上引起應(yīng)力變化.由于地球自轉(zhuǎn)速率變化非常微小，在震源斷層面上引起應(yīng)力變化也非常微弱，如果震源區(qū)處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，這種微弱的應(yīng)力變化或許會(huì)激發(fā)一些地震活動(dòng).這些被激發(fā)的地震活動(dòng)將會(huì)表現(xiàn)出與地球自轉(zhuǎn)速率變化的顯著相關(guān)性.為了考察2011年3月11日日本本州MW9.1地震發(fā)生前震中附近地區(qū)是否存在與地球自轉(zhuǎn)速率變化顯著相關(guān)的地震活動(dòng)，選取2000年1月—2011年2月M≥5.0地震集中活動(dòng)區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)域，根據(jù)USGS發(fā)布的1991年1月—2011年2月的地震目錄，利用舒斯特(Schuster)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，研究了地球自轉(zhuǎn)與本州MW9.1地震前發(fā)生的地震活動(dòng)之間的相關(guān)性.檢驗(yàn)結(jié)果用P值來評(píng)估，P值越低表示相關(guān)性越顯著.

　　結(jié)果如下：在研究區(qū)內(nèi)5.4≤M≤6.9地震的P值的時(shí)間變化顯示本州MW9.1地震前從2009年6月—2010年1月存在低于0.5%的P值.當(dāng)P值達(dá)最低值時(shí)，約82%的5.4≤M≤6.9地震發(fā)生在地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化的加速期，顯示出了地震活動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)速率加速之間的顯著相關(guān)性.取3°×3°的空間窗，以0.1°的步長(zhǎng)沿經(jīng)度和緯度滑動(dòng)對(duì)P值進(jìn)行空間掃描，可以得到P值的空間分布.掃描區(qū)域遠(yuǎn)大于研究區(qū)，經(jīng)緯度范圍為(33°N—43°N，138°E—147°E).在P值的空間分布圖上，可發(fā)現(xiàn)在P值處于最低值期間，低于0.5%的P值集中分布在研究區(qū)的北部，本州MW9.1地震震中位于這個(gè)低P值區(qū)的邊緣.因此，本州MW9.1地震前在其破裂區(qū)內(nèi)存在顯著的與地球自轉(zhuǎn)相關(guān)的地震活動(dòng)現(xiàn)象，說明破裂區(qū)內(nèi)存在非常不穩(wěn)定的地區(qū).

　　關(guān)鍵詞本州MW9.1地震;地球自轉(zhuǎn);舒斯特檢驗(yàn);P值

　　0引言

　　地震的發(fā)生可看成是震源系統(tǒng)的失穩(wěn).臨近失穩(wěn)發(fā)生前，震源系統(tǒng)會(huì)變得極不穩(wěn)定，平時(shí)對(duì)震源系統(tǒng)不起作用的外因可能會(huì)起顯著作用，或者說震源系統(tǒng)對(duì)外因敏感了.作用在震源系統(tǒng)上的外力(如，引潮力等)是外因之一，在這種情況下，震中附近地區(qū)的地震活動(dòng)或許會(huì)對(duì)微小的應(yīng)力變化敏感.地球自轉(zhuǎn)會(huì)在震源斷層面上引起應(yīng)力，當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)速率發(fā)生變化時(shí)，其在震源斷層面上引起的應(yīng)力也相應(yīng)發(fā)生變化，由于地球自轉(zhuǎn)速率變化非常微小，在震源斷層面上引起的應(yīng)力變化也非常微弱(陳學(xué)忠等，2018).

　　如果震源區(qū)處于極不穩(wěn)定狀態(tài)，這種微弱的應(yīng)力變化或許會(huì)激發(fā)一些地震活動(dòng).這些被激發(fā)的地震活動(dòng)將會(huì)表現(xiàn)出與地球自轉(zhuǎn)速率變化的顯著相關(guān)性.因此，通過分析地震活動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)速率變化之間的相關(guān)性，可以對(duì)潛在震源區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估.我們?cè)�分析了地球自轉(zhuǎn)與1976年河北唐山MS7.8地震前發(fā)生在其破裂區(qū)及其附近地區(qū)中小地震之間的相關(guān)性，發(fā)震前ML≥2.5地震存在低于1%的P值，80%的地震發(fā)生時(shí)地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化處于加速狀態(tài)，低于2%的P值集中分布在唐山MS7.8地震破裂區(qū)的東北端部(隗永剛等，2018).2011年3月11日，日本于當(dāng)?shù)貢r(shí)間14時(shí)46分發(fā)生MW9.1地震，震中位于日本本州島東北部宮城縣以東海域.地震引發(fā)大規(guī)模海嘯，造成重大人員傷亡，并引發(fā)日本福島第一核電站發(fā)生核泄漏事故.此次地震是日本地震記錄史上震級(jí)最高的一次，為太平洋板塊和歐亞板塊交界處發(fā)生的一次逆斷層型地震，是一次典型的板緣大地震.本文將致力于2011年3月11日日本本州MW9.

　　1地震前破裂區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定區(qū)的研究.

　　1.1研究區(qū)域與資料給出了2011年3月11日日本本州MW9.1地震及其余震的震中位置和研究區(qū)域，黑框線圍成的區(qū)域?yàn)?000年1月—2011年2月M≥5.0地震集中活動(dòng)區(qū)域，位于本州MW9.1地震破裂區(qū)內(nèi)，為本文的研究區(qū)域.選取研究區(qū)內(nèi)于1991年1月—2011年2月期間發(fā)生的M≥4.0地震，根據(jù)G-R關(guān)系得到的完全目錄完整性震級(jí)為M4.0.本文選用5.0≤M≤6.9的地震進(jìn)行分析，考慮到余震通常在時(shí)空上集中發(fā)生，可能會(huì)對(duì)P值的計(jì)算產(chǎn)生影響，在計(jì)算時(shí)將余震刪除.本文采取手工去除余震，M≥5.0余震，其主震一般為7級(jí)或以上，本文根據(jù)選出的研究區(qū)內(nèi)M≥5.0地震目錄，從月頻度上找出密集發(fā)生的時(shí)段，然后再根據(jù)這些密集時(shí)段是否有相應(yīng)強(qiáng)震發(fā)生確定是否屬于余震，從而去掉余震.

　　2分析方法

　　我們用統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法分析地球自轉(zhuǎn)與地震發(fā)生之間的關(guān)系.根據(jù)地球自轉(zhuǎn)速率隨時(shí)間的季節(jié)性變化曲線，計(jì)算本州MW9.1地震前研究區(qū)內(nèi)發(fā)生的每個(gè)5.0≤M≤6.9地震的相位角θ.計(jì)算時(shí)規(guī)定在地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化的極大值處相位角θ=0°，在極大值左邊的第1個(gè)極小值處相位角θ=-180°，在極大值右邊的第1個(gè)極小值處相位角θ=180°.根據(jù)所有地震的相位角，利用舒斯特(Schuster)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)地震是否發(fā)生在某一相位角周圍.

　　檢驗(yàn)結(jié)果用P值來評(píng)估，0≤P≤1，表示拒絕地震對(duì)于地球自轉(zhuǎn)是隨機(jī)發(fā)生的零假設(shè)的顯著性水平，當(dāng)P值越小時(shí)，表示排斥這一假設(shè)的置信度越高.一般地，如果P≤5%，地震是非隨機(jī)發(fā)生的(Heaton，1975).相位角和P值的具體計(jì)算方法參見有關(guān)文獻(xiàn)(Tsuruokaetal.，1995;隗永剛等，2018)，本文不再贅述.該方法也被應(yīng)用于地震活動(dòng)的潮汐觸發(fā)研究(Tanakaetal.，2002;Tanaka，2010，2012).

　　3結(jié)果

　　從1991年1月—2011年2月，取4年的時(shí)間窗，以3個(gè)月的步長(zhǎng)將時(shí)間窗在時(shí)間軸上滑動(dòng)，計(jì)算每個(gè)時(shí)間窗里的P值，每個(gè)時(shí)間窗P值對(duì)應(yīng)的時(shí)間取其最后一個(gè)地震發(fā)生的時(shí)間，這樣可以得到P值隨時(shí)間的變化.P值計(jì)算的條件是地震數(shù)目N>10，各時(shí)間窗內(nèi)的實(shí)際地震數(shù)目N≥14，2001年以后N≥18，因此，滿足統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)分析的條件.

　　在2009年以前，幾乎所有的P值維持在5%以上，表明在2009年以前地震活動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化之間的相關(guān)性并不顯著.2009年6月—2010年1月可以看到5.4≤M≤6.9地震的P值低于0.5%，出現(xiàn)了地震與地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化之間的顯著相關(guān)性.當(dāng)P值達(dá)最低值0.105%時(shí)，表明地震與地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化之間存在非常顯著的關(guān)聯(lián)性.b為當(dāng)P值處于最低值時(shí)(2005年12月—2009年11月)5.4≤M≤6.9地震的相角分布.粗實(shí)線為分布的最佳擬合正弦曲線.

　　22次地震中，有18次地震發(fā)生在相位角小于0°的區(qū)域，約占82%，即本州MW9.1地震前多數(shù)5.4≤M≤6.9地震發(fā)生在地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化的加速階段.在臨震前P值回返到了1%～4%之間，地震發(fā)生仍然受到地球自轉(zhuǎn)的控制.為2005年12月1日—2009年11月30日發(fā)生的5.4≤M≤6.9地震的相位角得到的P值空間分布，此期間研究區(qū)內(nèi)發(fā)生的地震的P值處于最低值.空間掃描的區(qū)域遠(yuǎn)大于研究區(qū)，經(jīng)緯度范圍為(33°N—43°N，138°E—147°E).空間窗取3°×3°，以0.1°的步長(zhǎng)沿經(jīng)度和緯度滑動(dòng).b為P<0.5%的空間分布.可以看到，在掃描空間范圍內(nèi)，一個(gè)非常顯著的低P值區(qū)出現(xiàn)在研究區(qū)的北部，本州MW9.1地震震中位于這個(gè)低P值區(qū)的邊緣.

　　4結(jié)論與討論

　　地球自轉(zhuǎn)速率隨時(shí)都在發(fā)生變化，其在震源斷層面上引起的應(yīng)力也相應(yīng)發(fā)生變化.地球自轉(zhuǎn)速率變化非常微小，在震源斷層面上引起的應(yīng)力變化也非常微弱(陳學(xué)忠等，2018).平時(shí)這種微弱的應(yīng)力變化對(duì)震源斷層面可能不起作用，當(dāng)震源區(qū)變得極不穩(wěn)定時(shí)，這種微弱的應(yīng)力變化或許會(huì)激發(fā)一些地震活動(dòng)，顯示出地震活動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)速率變化的顯著相關(guān)性.因此，通過分析地震活動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)速率變化之間的相關(guān)性，可以對(duì)震源區(qū)的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估.

　　為了考察2011年3月11日日本本州MW9.1地震發(fā)生前，震中附近地區(qū)是否存在與地球自轉(zhuǎn)速率變化顯著相關(guān)的地震活動(dòng)，我們研究了本州MW9.1地震前地球自轉(zhuǎn)與地震活動(dòng)之間的相關(guān)性.得到的結(jié)果顯示，本州MW9.1地震前研究區(qū)內(nèi)5.4≤M≤6.9地震在2009年6月—2010年1月間出現(xiàn)了低于0.5%的P值，表明這些地震與地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化顯著相關(guān)(置信度大于99.5%).在P值處于最低值期間，22個(gè)5.4≤M≤6.9地震中，約82%的地震發(fā)生在地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性變化的加速期間，其間P值空間分布顯示，低于0.5%的P值集中分布在研究區(qū)的北部，本州MW9.1地震震中位于這個(gè)低P值區(qū)的邊緣，這說明本州MW9.1地震前在未來強(qiáng)震破裂區(qū)內(nèi)存在地震活動(dòng)與地球自轉(zhuǎn)速率季節(jié)性加速變化顯著相關(guān)的現(xiàn)象.

　　余震分布區(qū)域一般被看成與地震破裂區(qū)一致，本州MW9.1地震的破裂區(qū)包含了其中所示的研究區(qū)，而低P值集中分布在研究區(qū)的北部，顯然低P值區(qū)位于破裂區(qū)內(nèi).本州MW9.1地震震中位于低P值區(qū)的邊緣，因此，受地球自轉(zhuǎn)速率變化激發(fā)的地震所在的地區(qū)，位于未來強(qiáng)震初始破裂點(diǎn)附近.上述結(jié)果說明本州MW9.1地震前在破裂區(qū)內(nèi)存在一個(gè)顯著的不穩(wěn)定區(qū)，與唐山MS7.8地震前的結(jié)果類似，不同的只是本州MW9.1地震的初始破裂點(diǎn)位于低P值區(qū)邊緣，而唐山MS7.8地震的初始破裂點(diǎn)離低P值區(qū)遠(yuǎn)一些.

　　地震論文投稿刊物：《高原地震》(季刊)創(chuàng)刊于1989年，由青海省地震局主辦。本刊是青海省地震局預(yù)報(bào)中心主辦的自然科學(xué)學(xué)術(shù)刊物，主要刊登青藏高原及全國(guó)地震科學(xué)的成果。