摘要強震發生前震源系統可能處于不穩定狀態，在這種情況下，震中附近地區的地震活動或許會對微小的應力變化敏感.地球自轉會在震源斷層面上引起應力，地球自轉速率變化也會在震源斷層面上引起應力變化.由于地球自轉速率變化非常微小，在震源斷層面上引起應力變化也非常微弱，如果震源區處于極不穩定狀態，這種微弱的應力變化或許會激發一些地震活動.這些被激發的地震活動將會表現出與地球自轉速率變化的顯著相關性.為了考察2011年3月11日日本本州MW9.1地震發生前震中附近地區是否存在與地球自轉速率變化顯著相關的地震活動，選取2000年1月—2011年2月M≥5.0地震集中活動區域為研究區域，根據USGS發布的1991年1月—2011年2月的地震目錄，利用舒斯特(Schuster)統計檢驗方法，研究了地球自轉與本州MW9.1地震前發生的地震活動之間的相關性.檢驗結果用P值來評估，P值越低表示相關性越顯著.

　　結果如下：在研究區內5.4≤M≤6.9地震的P值的時間變化顯示本州MW9.1地震前從2009年6月—2010年1月存在低于0.5%的P值.當P值達最低值時，約82%的5.4≤M≤6.9地震發生在地球自轉速率季節性變化的加速期，顯示出了地震活動與地球自轉速率加速之間的顯著相關性.取3°×3°的空間窗，以0.1°的步長沿經度和緯度滑動對P值進行空間掃描，可以得到P值的空間分布.掃描區域遠大于研究區，經緯度范圍為(33°N—43°N，138°E—147°E).在P值的空間分布圖上，可發現在P值處于最低值期間，低于0.5%的P值集中分布在研究區的北部，本州MW9.1地震震中位于這個低P值區的邊緣.因此，本州MW9.1地震前在其破裂區內存在顯著的與地球自轉相關的地震活動現象，說明破裂區內存在非常不穩定的地區.

　　關鍵詞本州MW9.1地震;地球自轉;舒斯特檢驗;P值

　　0引言

　　地震的發生可看成是震源系統的失穩.臨近失穩發生前，震源系統會變得極不穩定，平時對震源系統不起作用的外因可能會起顯著作用，或者說震源系統對外因敏感了.作用在震源系統上的外力(如，引潮力等)是外因之一，在這種情況下，震中附近地區的地震活動或許會對微小的應力變化敏感.地球自轉會在震源斷層面上引起應力，當地球自轉速率發生變化時，其在震源斷層面上引起的應力也相應發生變化，由于地球自轉速率變化非常微小，在震源斷層面上引起的應力變化也非常微弱(陳學忠等，2018).

　　如果震源區處于極不穩定狀態，這種微弱的應力變化或許會激發一些地震活動.這些被激發的地震活動將會表現出與地球自轉速率變化的顯著相關性.因此，通過分析地震活動與地球自轉速率變化之間的相關性，可以對潛在震源區的穩定性進行評估.我們曾分析了地球自轉與1976年河北唐山MS7.8地震前發生在其破裂區及其附近地區中小地震之間的相關性，發震前ML≥2.5地震存在低于1%的P值，80%的地震發生時地球自轉速率季節性變化處于加速狀態，低于2%的P值集中分布在唐山MS7.8地震破裂區的東北端部(隗永剛等，2018).2011年3月11日，日本于當地時間14時46分發生MW9.1地震，震中位于日本本州島東北部宮城縣以東海域.地震引發大規模海嘯，造成重大人員傷亡，并引發日本福島第一核電站發生核泄漏事故.此次地震是日本地震記錄史上震級最高的一次，為太平洋板塊和歐亞板塊交界處發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地震前破裂區內不穩定區的研究.

　　1.1研究區域與資料給出了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域，黑框線圍成的區域為2000年1月—2011年2月M≥5.0地震集中活動區域，位于本州MW9.1地震破裂區內，為本文的研究區域.選取研究區內于1991年1月—2011年2月期間發生的M≥4.0地震，根據G-R關系得到的完全目錄完整性震級為M4.0.本文選用5.0≤M≤6.9的地震進行分析，考慮到余震通常在時空上集中發生，可能會對P值的計算產生影響，在計算時將余震刪除.本文采取手工去除余震，M≥5.0余震，其主震一般為7級或以上，本文根據選出的研究區內M≥5.0地震目錄，從月頻度上找出密集發生的時段，然后再根據這些密集時段是否有相應強震發生確定是否屬于余震，從而去掉余震.

　　2分析方法

　　我們用統計檢驗方法分析地球自轉與地震發生之間的關系.根據地球自轉速率隨時間的季節性變化曲線，計算本州MW9.1地震前研究區內發生的每個5.0≤M≤6.9地震的相位角θ.計算時規定在地球自轉速率季節性變化的極大值處相位角θ=0°，在極大值左邊的第1個極小值處相位角θ=-180°，在極大值右邊的第1個極小值處相位角θ=180°.根據所有地震的相位角，利用舒斯特(Schuster)統計檢驗方法檢驗地震是否發生在某一相位角周圍.

　　檢驗結果用P值來評估，0≤P≤1，表示拒絕地震對于地球自轉是隨機發生的零假設的顯著性水平，當P值越小時，表示排斥這一假設的置信度越高.一般地，如果P≤5%，地震是非隨機發生的(Heaton，1975).相位角和P值的具體計算方法參見有關文獻(Tsuruokaetal.，1995;隗永剛等，2018)，本文不再贅述.該方法也被應用于地震活動的潮汐觸發研究(Tanakaetal.，2002;Tanaka，2010，2012).

　　3結果

　　從1991年1月—2011年2月，取4年的時間窗，以3個月的步長將時間窗在時間軸上滑動，計算每個時間窗里的P值，每個時間窗P值對應的時間取其最后一個地震發生的時間，這樣可以得到P值隨時間的變化.P值計算的條件是地震數目N>10，各時間窗內的實際地震數目N≥14，2001年以后N≥18，因此，滿足統計檢驗分析的條件.

　　在2009年以前，幾乎所有的P值維持在5%以上，表明在2009年以前地震活動與地球自轉速率季節性變化之間的相關性并不顯著.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%，出現了地震與地球自轉速率季節性變化之間的顯著相關性.當P值達最低值0.105%時，表明地震與地球自轉速率季節性變化之間存在非常顯著的關聯性.b為當P值處于最低值時(2005年12月—2009年11月)5.4≤M≤6.9地震的相角分布.粗實線為分布的最佳擬合正弦曲線.

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

　　4結論與討論

　　地球自轉速率隨時都在發生變化，其在震源斷層面上引起的應力也相應發生變化.地球自轉速率變化非常微小，在震源斷層面上引起的應力變化也非常微弱(陳學忠等，2018).平時這種微弱的應力變化對震源斷層面可能不起作用，當震源區變得極不穩定時，這種微弱的應力變化或許會激發一些地震活動，顯示出地震活動與地球自轉速率變化的顯著相關性.因此，通過分析地震活動與地球自轉速率變化之間的相關性，可以對震源區的穩定性進行評估.

　　為了考察2011年3月11日日本本州MW9.1地震發生前，震中附近地區是否存在與地球自轉速率變化顯著相關的地震活動，我們研究了本州MW9.1地震前地球自轉與地震活動之間的相關性.得到的結果顯示，本州MW9.1地震前研究區內5.4≤M≤6.9地震在2009年6月—2010年1月間出現了低于0.5%的P值，表明這些地震與地球自轉速率季節性變化顯著相關(置信度大于99.5%).在P值處于最低值期間，22個5.4≤M≤6.9地震中，約82%的地震發生在地球自轉速率季節性變化的加速期間，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的北部，本州MW9.1地震震中位于這個低P值區的邊緣，這說明本州MW9.1地震前在未來強震破裂區內存在地震活動與地球自轉速率季節性加速變化顯著相關的現象.

　　余震分布區域一般被看成與地震破裂區一致，本州MW9.1地震的破裂區包含了其中所示的研究區，而低P值集中分布在研究區的北部，顯然低P值區位于破裂區內.本州MW9.1地震震中位于低P值區的邊緣，因此，受地球自轉速率變化激發的地震所在的地區，位于未來強震初始破裂點附近.上述結果說明本州MW9.1地震前在破裂區內存在一個顯著的不穩定區，與唐山MS7.8地震前的結果類似，不同的只是本州MW9.1地震的初始破裂點位于低P值區邊緣，而唐山MS7.8地震的初始破裂點離低P值區遠一些.

　　地震論文投稿刊物：《高原地震》(季刊)創刊于1989年，由青海省地震局主辦。本刊是青海省地震局預報中心主辦的自然科學學術刊物，主要刊登青藏高原及全國地震科學的成果。