地震变形引力–新算法可以启用预警系统

在2011年东北地震期间，即一次地震波即将到来之前，PEGS信号强度的空间分布。

闪电-一，二，三-和雷声。几个世纪以来，人们一直在估计雷暴从闪电到雷声之间的距离。两个信号之间的时间间隔越大，观察者与闪电位置的距离就越远。这是因为闪电以几乎没有时间延迟的光速传播，而雷声以每秒340米左右的慢得多的声速传播。

地震还发出以光速传播的信号（每秒30万公里），并且可以在相对较慢的地震波（每秒约8公里）之前记录下来。但是，以光速传播的信号不是闪电，而是由于地球内部质量的变化而引起的重力突然变化。直到最近，这些所谓的PEGS信号（PEGS =提示弹性重力信号）才通过地震测量被检测到。借助这些信号，有可能在破坏性地震或海啸波到达之前很早就检测到地震。

但是，这种现象的引力作用很小。它不到地球引力的十亿分之一。因此，只能记录最强地震的PEGS信号。此外，它们的产生过程很复杂：它们不仅直接在地震源处产生，而且随着地震波在地球内部传播而不断产生。

到目前为止，还没有直接而精确的方法来可靠地模拟计算机中PEGS信号的生成。GFZ研究人员现在在王榕江周围提出的算法可以首次无需花费太多精力就可以高精度计算PEGS信号。研究人员还能够证明，这些信号可以得出有关特大地震的强度，持续时间和机制的结论。该研究发表在《地球与行星科学快报》上。

地震使地球内部的岩石平板突然移动，从而改变了地球的质量分布。在强地震中，这种位移可能长达数米。“由于可以在本地测量的重力取决于测量点附近的质量分布，因此每次地震都会产生很小但立即的重力变化，”新研究的科学协调员王荣江说。

但是，每次地震都会在地球本身中产生波，这反过来会改变岩石的密度，从而在短时间内改变一点引力-地球的重力会在一定程度上与地震同步振荡。此外，这种振荡重力在岩石上产生了短期作用力，进而触发了次级地震波。即使在一次地震波到达之前，也可以观察到其中一些引力触发的二次地震波。

GFZ地震与火山物理部负责人Torsten Dahm说：“我们面临着整合这些多重相互作用以对信号强度进行更准确的估计和预测的问题。”“王榕江有一个巧妙的想法，就是将我们先前开发的算法应用于PEGS问题，并取得了成功。”

GFZ程序开发人员和数据分析师Sebastian Heimann说：“我们首先在2011年日本东北地震中应用了新算法，这也是福岛海啸的成因。”“在那里，已经有关于PEGS信号强度的测量方法。一致性是完美的。这为我们预测其他地震以及信号在新应用中的潜力提供了确定性。”

将来，通过评估距沿海地震中心几百公里的重力变化，即使在地震本身期间，也可以使用这种方法来确定是否发生了强地震，从而引发海啸。据研究人员说。“但是，还有很长的路要走，”王榕江说。“今天的测量仪器还不够灵敏，环境引起的干扰信号太大，以至于PEGS信号无法直接集成到运行中的海啸预警系统中。”

参考：张申坚，王荣江，托尔斯滕·达姆，周世勇和塞巴斯蒂安·海曼的“瞬态重力信号（PEGS）及其在现代地震学中的潜在用途”，2020年2月19日，地球与行星科学快报。DOI：
10.1016 / j.epsl.2020.116150