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题目:喜马拉雅山及周边地区重大地震的时空对称性研究

关键词:喜马拉雅山,可公度,时空对称性,分形特征,机理分析

  摘要


喜马拉雅地区地处印度板块和欧亚板块的会聚与结合部位,区域内构造运动强烈,地质构造复杂,地震活动频繁。根据我国地震台网1900-2012年统计资料显示,该区共发生76次5.0级以上地震,包括36次5.0-5.9级地震,12次6.0-6.4级地震,28次6.5级以上地震,平均每4年发生1次 6.5级以上大震。由此可知该区域是历史上地震多发地带,而分布在该区域的印度河平原,恒河平原以及我国的藏南地区是人口高度集中地,因此对该区域重大地震进行深入研究进而为当地地震灾害的防御体系提供参考数据。
本文在综合分析当前国内外对重大地震研究现状的基础上,根据实际情况,收集了1900—2012年的地震统计资料,太阳黑子资料,地球自转资料以及厄尔尼诺和拉尼娜数据,利用Excel 2007软件,ArcGIS,Coredraw等软件,利用可公度信息方法,蝴蝶结构法,自仿射分形法来分析该区域地震的时间和空间对称性。通过分区,即从喜马拉雅及周边地区的整体弧段、西段和东段的历史地震进行时空分析,并判断未来十年发生地震的可能年份,最后从太阳黑子,地球自转速度、厄尔尼诺、拉尼娜事件和构造应力大小变化几方面探究地震发生的相关机理,最终综合得出如下几个结论:
(1)在时间对称性方面,通过三元、四元和五元可公度法和蝴蝶结构法进行分析得,喜马拉雅山及周边地区在未来十年内2013年、2014年、2018年信号比较强,有可能发生地震,概率分别为45.46%,63.64%,45.46%。由于印度板块向北漂移冲撞欧亚板块的东、西方向作用力大小不同,东段应力明显大于西段,而且东段岩石圈厚度也大于西段,使得东段地壳活跃,因此东段发生地震的次数大于西段。西弧段可公度趋势判断结果为,2020年发生地震的随机概率为55.56%,不完全可能发生地震;2013年的随机性概率为22.22%,不太可能发生地震;2016 年和2021年可能概率均为33.33%,不完全可能发生地震;2023年的随机性概率为44.44%,不完全可能发生地震。东段未来10年有可能发生地震地震的年份是2013年、2014年、2020年、2022年,2014年、2018年和2022年发生地震的随机性概率均为46.15%,不完全可能发生地震;2020年和2013年的随机性概率均为38.46%,不完全可能发生地震。此外,通过提取该地区的有效地震序列构建可公度系,也表现出很好的可公度结构系。
(2)在空间对称性方面,通过分析研究喜马拉雅山及周边地区1900年以来22次Ms≥6.5地震震中的迁移规律,我们发现该区域地震表现出明显的群发迁移规律,东段地震大于西段地震次数,比例为13:9。
喜马拉雅山西段和东段地震在空间上具有良好的空间三边形对称性,震中经向迁移总体趋势表现为东、西来回震荡迁移;震中纬向迁移表现为南、北震荡迁移,根据这种发展趋势推测喜马拉雅山及周边地区下次地震很有可能的位于88.2°E以东,27.7°N以北。
从地震能量释放的时空分布的自仿射分形特征来看,喜马拉雅整体和东弧段地震能量的释放与时间和空间的间隔的分布是一种独立的随机事件。西弧段地震能量的释放关于时空间隔的分布具有自仿射分形特征,代表分形结构特征的H值小于0.5,表明地震能量的释放关于时间分布的变化过程具有负相关效应。换言之,该区域历史地震能量释放的增长(趋势)趋势,未来将很快被衰减(增长)趋势代替。
(3)通过分析地震与相关因子:太阳黑子数,地球自转速度、厄尔尼诺现象和月球引潮力的相关性得出:
地震与太阳黑子活动关系显著,表现为地震发生在黑子数的峰值年的有2次,谷值年有3次,发生在太阳黑子数上升和下降的地震次数比例为5:12。地震与地球自转速度的关系,表现为在地球自转速度减速期往往是地震多发的时期,加速期和减速期发生地震次数比例为10:12,而且速度变化的越快发震的机率就越大。地震与ENSO事件的相位关系,表现为与ENSO事件发生年关系不显著,但与ENSO事件发生年及其前后年关系显著;月球引力对地震的影响表现为,月球通过对地球表面潮水作用,使地震发生的时间会因潮汐的的压力波动而推迟或提前,月球引力是很可能是触发地震的导火索。地震与应力的关系表现为地震频率与应力大小呈正相关关系,喜马拉雅山及周边地区东段应力大于西段,导致东弧段地震次数多于西弧段。