《科学通报》
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天文观测中一种可能的地震前兆
2020-12-01 12:34:00进入21世纪以来，全球大地震频发。虽然现在还不能断定全球是否进入了新的地震活跃期，但本世纪地震频次的确比20世纪高了一些。因此，推进地震预测研究和试验显得更为迫切，关键的问题是筛选出更多有效的地震前兆，研究捕捉地震前兆异常的良好方法和手段。
《科学通报》 “观点”栏目发表中国科学院国家天文台研究员韩延本课题组撰写的“一种可能的地震前兆及其应用问题的讨论”一文，介绍了天文时纬观测资料的残差在地震前出现短期异常的现象，认为其有可能发展成为一种短期地震前兆; 利用具有测量精度高和易操作的小型天顶望远镜DZT组网观测，将有助于优化得到由此提取短期地震前兆信息的方法。
1976年7月28日， 一个7.8级的特大地震发生在河北唐山。这是一次震源深度约12km的浅源地震，最大烈度达11度，唐山市超过95%的民用建筑倒塌和受到严重破坏，一个工业城市几乎被夷为废墟，造成了非常巨大的财产损失，特别是地震造成了24万余人丧生、16万余人受伤的惨重后果，在全国人民的心中留下了难以磨灭的伤痛。
1966年3月邢台发生大地震后，周恩来总理在视察慰问灾区指导救灾时对地震科学研究作了重要指示，要求对地震找出规律，总结出经验，中国一定要有自己的地震预报系统。在周总理重要指示的鼓舞下, 不仅我国地震学者加强了地震活动规律及预测的研究，也吸引了一批相关学科的学者参与这些研究工作。唐山大地震的发生更使人们迫切感到需进一步推动地震研究。此时，中国科学院北京天文台天体测量室的研究人员发现，其沙河观测站(距唐山约160 km)的天文时间和纬度的观测资料在唐山地震前曾经隐约出现过某种幅度不大的短期异常，他们想到这种短期异常是否与唐山地震有关，并随之对其开展了仔细的研究。
所谓天文时间和纬度的观测，是用专门的天体测量望远镜测量天体因地球自转形成的位置变化，并用这些数据归算出测点的天文经纬度变化，以及描述地球整体自转运动的世界时和地极坐标的变化。因地方性地球物理因素的影响，不同地点望远镜的观测得到的时间和纬度结果与全球统一归算的结果之间存在差异，这类差异简称为天文测时、测纬资料的“残差”(ATLR或RATL)。为了更好地揭示测量资料中可能与地震有关的信息，张国栋、李致森等研究分析了由沙河观测站目视等高仪的测时和测纬资料计算出的称为“残差”的数据，结果发现该仪器的测时和测纬残差资料在唐山地震前数月都出现与平时不同的较明显异常波动。
为进一步确认这种时、纬观测残差异常变化与测站周边地区发生的大地震之间的可能联系，他们又分析了国内外其他一些天文时纬仪器的观测资料，如北京天文台天津纬度站、日本东京天文台、水泽国际纬度站及前南斯拉夫贝尔格莱德天文台等，发现这些台站的测时测纬残差也多在测站周围的大地震前夕出现过类似的情况，从而证实了天文测时测纬残差会在仪器周围的大地震前出现短期异常波动的现象。之后，我国有更多学者参与和开展了进一步的研究，以更多的震例和研究结果加深了对这一现象特征的认识，而且对其物理机制进行了初步探讨。认为可能是地震前夕震中周围一定范围内地下物质的异常运动引起地方铅垂线的较大变化，从而使这种以铅垂线为基准的天文观测出现异常。
研究表明，该现象有可能提炼成为一种有价值的短期地震前兆。如果用几架望远镜在多震地区布设观测网，不仅可能对未来发生的大地震监测到前兆信息，而且如果网中有多架仪器在一次大地震前同时观测到异常，利用这些异常出现的时间差及异常幅度的梯度变化，结合地质构造和仪器的震中距等信息，可深入研究异常与地震三要素的定量关系，有可能使该现象发展成为一种更为有效的短期地震前兆。
为了推动该研究工作的进一步发展，近年来，用于观测天文时间和纬度的天文仪器的研制有了可喜的进展，一种适于组网的高精度、高自动化、低成本CCD天顶望远镜(DZT)，已经在中国科学院国家天文台研制成功。
在多震地区组建观测网，既有利于该研究的深入发展，也能在观测网的运行过程中不断优化由此提取地震预测信息的方法，使其为大地震预测提供有一定价值的信息。我国东临太平洋地震环带，西接欧亚地震带，地域广阔，地质构造复杂，大地震多发，有些地震造成了惨重的灾难，因此不断寻找有效的地震预测方法对我国来说显得尤为重要和迫切。
文/尹志强, 王博, 田立丽, 王红旗, 韩延本
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