2) 中国北京 100095 北京白家疃地球科学国家野外科学观测研究站
2) Beijing Baijiatuan Earth Sciences National Observation and Research Station, Beijing 100095, China
地震是发生在地球内部的物理现象。然而地球并不是一个孤立的天体,受宇宙环境中各种因素的影响(张兆鑫等,2009)。太阳是距离地球最近的恒星,它的活动对地球有着很大的影响。
太阳的光球表面有时会出现一些暗的区域,它是磁场聚集的地方,这就是太阳黑子。太阳活动通常用太阳黑子相对数(简称太阳黑子数)来描述。太阳黑子活动是太阳内部活动强弱的一种指标(杨云等,2011)。太阳活动和许多地球物理活动密切相关,对地震的孕育发生也会产生影响。国际上规定,从1755年起算的黑子周期为第1周,2020年起进入第25个太阳活动周。
学者们在探讨地震与太阳活动的关系时,就注意到地震发生频率与太阳活动有一定关系,并进行了许多这方面的研究:张素欣等(2004)统计了1815年后华北地区的强震,发现84.6%的强震集中在太阳黑子活动的峰年段(±1年)和谷年段(±1年)内,尤其是双周峰年段和单周谷年段;吴小平(2005)统计了四川不同地区M≥6强震发生频率与太阳活动的关系,发现四川M ≥7地震多发生在太阳活动下降段及谷底段;张兆鑫等(2009)对太阳黑子活动与新疆地区强震的关系进行了研究,并对使用太阳黑子活动预测新疆强震的指标进行了探索。
不同地域由于地质构造环境不同,地震受太阳活动影响也不同。众所周知,云南是我国地震多发地区,为了确定云南地区及周边发生的中强地震与太阳黑子活动是否存在一定的关系,对1957年—2019年期间云南区域发生的MS≥5.0中强地震进行统计,分析云南及邻区地震与太阳黑子活动之间的关系。
1 数据选取云南地区地处印度板块和欧亚板块碰撞带东侧,新构造运动强烈,区内分布有小江断裂、红河断裂、曲江断裂、楚雄—建水断裂及普渡河断裂等活动断裂,构造地震频繁发生,因此云南省及邻区地震具有频次高、强度大的特点。
研究范围为云南省及邻区(97.30—106.1°E,21.1—29.2°N)。本研究地震的选取,主要遵循以下2个原则:①选取MS≥5.0中强地震,以便将太阳活动作为一个触发因素来探讨其关系;②选择完整的太阳活动周,这样可以充分说明太阳黑子活动对地震的影响。选取1954—2019年MS≥5.0且震源深度小于300 km的地震为研究对象。1954—2019年包括了第19—24太阳活动周,共6个完整的活动周。采用统计方法分析研究地震与太阳活动之间的关系。
2 地震与太阳活动总体分析1954—2019年云南地区发生5级以上地震305次,6—7级地震22次,7级以上地震9次。20世纪以来,云南地区地震的活跃期和平静期均在l0年左右(皇甫岗等,2000)。众所周知,太阳黑子活动的周期平均为11年。图 1是1954—2019年地震与太阳黑子数年均值曲线对比图。
对1954—2019年云南省及周边发生地震数目曲线作2周期移动平均,见图 1(a),可见曲线呈明显的周期性变化,其中:1970—1979年是地震活跃期,地震频次最高,其中1976年共发生31次地震,M≥6.0地震5次,M≥7.0地震2次;1988—1996年是地震次活跃期,其中1988年属于地震高发年,发生18次地震。
从图 1(b)中可看出,太阳黑子数曲线呈现明显的波峰波谷状态,共有6个完整太阳活动周期。从1954—2019年云南地震数目与太阳黑子数曲线对比可以看出,二者均呈现一定的波峰波谷型周期变化,变化周期约11年,但地震数目存在超前或滞后的现象。
3 地震在太阳活动周的分布 3.1 地震数目在太阳活动单双周的分布叶式辉(1978)研究认为,太阳黑子除11年周期外,还存在22年磁性周期,即每隔l1年太阳南北半球黑子群的磁性分布转换一次。因此,单周和双周的物理性质是不同的(张素欣等,2004)。1954—2019年包含3个单周和3个双周,按照太阳活动单双周统计云南地区的地震,结果见表 1。可明显看出,5.0级以上的强震多集中在双周,发生在双周的地震占全部震例的63.0%,单周占37.0%,双周地震数是单周的1.70倍;太阳活动周的下降年段是地震发生频次最高的阶段,占总数的49.6%,也是单双周各阶段中地震发生频次最高的阶段,太阳活动的双周下降年发生地震数目占地震总数的26.6%,单周的下降年占总数的23.0%。单周极大年为地震发生频次最低的阶段,仅占地震总数的2.6%。7.0级及以上地震均发生在双周期下降年,而单周段从未有7.0级以上强震发生。
一个完整的太阳活动周期,又可分为上升年(AM)、极大年(M)、极小年(m)和下降年(D)4个阶段。按照太阳活动周4个不同阶段统计不同强度地震数目,统计结果见图 2。从图 2中可以看出,下降年发生地震频次最高,极大年发生地震数目最少。5.0≤M<6.0和6.0≤M<7.0地震在下降年发生频次比其他阶段高,极大年地震发生频次最低。M≥7.0地震在极大年阶段未有发生,在其他3个阶段均有发生。
在1954—2019年中包括上升年18年、极大年6年、下降年36年和极小年6年。通过分析不同阶段的年地震发生频次,即统计太阳活动周4个阶段不同强度的地震总数除以各阶段时间长度,分析地震在各阶段的活动及其间的关系(表 2)。在太阳活动周的4个阶段中,极小年地震年均频次最高为9.50次,比其他阶段年均频次高出许多,是极大年的2.6倍,是上升年和下降年的地震年均频次的2.3倍。
对不同强度地震年发生频次,5.0≤M<6.0地震在极小年地震年均频次最高,为7.67次;6.0≤M<7.0地震在极小年的年均频次最高;1954—2019年共发生9次M≥7.0地震,下降年发生4次,极小年发生3次,极小年地震年均频次最高,为0.50次,极大年最低,为0次,在极大年无M≥7.0地震发生。
太阳活动周各阶段时间长度不同,如第21周下降年为6年,上升年为2年,下降年时间是上升年的2倍。把太阳活动周详细划分为5个阶段,并统计不同阶段的年均发震频次,见表 3、图 3。
从图 3可见,极小年(m)地震年发生频次最高,为9.5次;其次为下降年中靠近极小年的3年(DM),为4.4次;极大年(M)时间段最低,为3.7次;最高年均发震频次是最低的2.6倍。
由以上分析得到,云南中强地震在极小年(m)及下降年中靠近极小年的3年(DM)内地震年频次最高,尤其是7级以上地震在极小年(m)发生率较其他阶段高,极大年(M)地震年均频次为最低。
4 结论通过对1954—2019年太阳黑子数和同时期云南M≥5.0中强地震统计分析,得出以下结论:
(1)云南省及周边地震活动和太阳黑子活动有一定的相关性。一般情况下,在太阳黑子极小年及下降年中靠近极小年时段地震活动相对频繁活跃,而在极大年期间地震活动相对稀少。
(2)年均发震频次在极小年及下降年中靠近极小年时段最高,在极大年最低。特别说明的是,1954—2019年在太阳活动周极大年内没有7级以上地震发生。
(3)地震主要发生在太阳活动的下降年(尤其是双周期下降年),占总地震数的49.6%;单周极大年为地震发生频次最低的阶段。罗葆荣(2003)研究认为在太阳黑子下降段(尤其双周下降段)云南地区的M≥6.0地震的年频次更高,苏同卫等(2007)等认为在太阳活动的下降段和极小年时段易发生地震,本文得到的结论与两者结论相同。
目前太阳活动处于第25周的上升年阶段,云南地震活动应处于相对平静阶段,根据本研究结果,中强地震发生频次在近期偏低,但也不排除未来几年有增加的趋势。
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