张文海 吴华 孟盼望 陶伟 曹亮

摘  要：在青藏高原地震是主要破坏性的地质灾害之一，在目前国际社会预测地震的方式主要是利用地震产生的纵横波速差来预测地震，通过阐述人类首次探测到引力波实验原理依据、引力波的产生及其性质、地震的形成机制，分析卫星遥感预测地震的可行性。结果表明地震形成至发生的前夕，大质量物体碰撞或可产生引力波，以波的形成在空间传播引起空间折叠震荡，通过卫星遥感监测或可监测到大面积的空间折叠影像，从而起到预测地震的作用。

关键词：青藏高原;地质灾害;引力波;空间折叠

中图分类号：O314 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0068-03

Abstract： Earthquake is one of the main destructive geological disasters in the Qinghai-Tibet Plateau. At present， the way of earthquake prediction in the international community is mainly to use the velocity difference between P-wave and S-wave produced by earthquakes to predict earthquakes. By expounding the experimental basis of the first detection of gravitational waves， the generation and properties of gravitational waves， and the formation mechanism of earthquakes， the feasibility of earthquake prediction by satellite remote sensing is analyzed. The results show that gravitational waves may be produced by the collision of high-mass objects on the eve of the earthquake， and the spatial folding oscillations can be caused by the propagation of waves in space. A large area of spatial folding images can be monitored by satellite remote sensing， which plays a role in earthquake prediction.

Keywords： Qinghai-Tibet Plateau; geological hazards; gravitational waves; spatial folding

引言

地震对于青藏高原或是中国乃至世界而言，都是破坏性极大的地质灾害。对于地震的预测在中国历史上张衡就认知到地震及其所带来的破坏，于是发明了地动仪来预测地震，表明先人已形成预震、防震的理念，直到今天地震预测仍然是很难有所突破发展。国际社会现阶段普遍都是以地震产生的纵波与横波在地层中速差来预测地震，其预测地震时间一般可提前时间约在十几秒左右，但也会对人类社会避免生命财产损失做出了贡献。基于前段时间俄国专家认为引力波或可预测地震，且能提前五天预测。通过对引力波的产生及传播相关性质、地震形成机制、黑洞相互碰撞产生的时空涟漪，进行类比推理板块运动或可同样能产生微小的时空涟漪，也就是板块碰撞产生了引力波，来判断引力波预测地震的可行性。由于引力波从发现到证实的过程实例太少，只能通过星体、黑洞等超大质量的物质碰撞才能产生足够人类探测到引力波，并且人类至今的探测技术也很有限，由于仪器的落后，无形之中进一步加深了引力波預测地震的难度，使得实验室几乎不能探测到引力波，这也为引力波预测地震可行性研究进一步增加了困难。基于超大质量物体碰撞引起空间折叠的事实基础之上，板块运动或可引起同样的效应，从而通过遥感监测起到预测地震的目的。

1 引力波的产生及性质与预测地震机理

1.1 引力波的产生及性质与传播

引力波的产生跟电磁波的产生有着相似的原理。即有质量的物质做加速度运动时其引力场会产生震荡，于是就产生了引力波。引力波是横波，在远处为平面波，具有两个独立的偏振态。以辐射的形式传播能量，在真空中具有光速同等速度。且引力作用比电磁作用还要弱很多，因此也为探测带来很大的难度[1-2]。引力波首次探测到是以两颗质量极大的黑洞合成一颗高度旋转且质量很大的黑洞，其损失的质量以时空卷曲现象的形式向四周扩散传播[2-3]（见图1、2）。

基于能量守恒定律任何运动都是能量的转化过程，超大质量物体由碰撞损失的质量转化为动能，以波的形成向四周扩散。从图2可以看到碰撞引起的引力波在空间中传播引起了空间折叠，从另一个角度说如果视觉足够好，是否可以很好地观测到引力波的传播方式，就像水波在水中的传播方式被人所观测到。对于空间中超大质量物体的碰撞引起的引力波进行类比推理，地球的板块运动是否可以起到同样的效果，通过板块运动碰撞产生了引力波并且传播，导致发生了区域性明显的空间折叠现象。

由于板块碰撞相对空间中超大质量物体碰撞引起的空间折叠及其能量的损失，可能只有区域性可以观测到微不足道的空间折叠。但这也为遥感卫星监测到提供了可能，遥感卫星通过捕捉连续性时间区段内遥感影像的折叠现象，推测区域性的板块挤压碰撞。

1.2 引力波预测地震机理

引力波预测地震主要是分析地球内部流体物质挤压产生的引力波，然后卫星探测到由于地层内部能量的积累与释放所产生的微小振动，在地震来临之前缓慢的能量积累肯定会引起地壳不停的震动，这就是引力波不断传播的作用，但不为人所感受到，当地震来临前夕能量积累到了一个临界值，会发生较大的震动。基于之前发生的震动引起的空间折叠现象，地震爆发前夕的空间折叠现象肯定会相比明显。其过程主要是地球最外层岩石圈热变化先产生震动，当内部引力波到达中间层时，引力波能量转化为热运动，从而影响温度。俄国学者也表示引力波在地震前5天开始生长，在地震前两天达到峰值，地震活跃地区是引力波增多的原因所在。引力波预测地震是通过分析地球表面深处可能存在一些迹象，表明可能会发生大地震。当然也表现出其存在的一定局限性，但不影响其突出的重要作用。

2 地震发生的物理机制

在目前所知的引起地震的因素主要是板块运动引起的一系列构造运动，以及人工诱发的地震。在地壳表层物质都是固态岩石的形式存在，所以其发生震动破坏性很大，而对于地壳内部一定深度处物质就是以液态熔融体的形式存在。在板块运动中遇到整体性及刚性较好的块体时，地壳的区域差异构造运动发生牵制与矛盾，使得地壳差异构造运动不能正常进行，刚性块体发生应变能量集中形成孕震体[4]，地震的形成本质是板块的平行错动、俯冲、挤压作用形成的能量积聚。板块运动时，板块与板块碰撞就是刚性物质的碰撞，形成了局部的高温融化了岩石，当然也会如同超大质量物体一样产生质量损失，如果如同超大质量物体一样产生了引力波，那么其产生的引力波会在局部熔融体中传播。类比推理，超大质量物体碰撞引起空间涟漪，板块运动引起局部熔融其震动还是以波的形式传播。通过红外遥感卫星可以观测地壳内部深部的变化。这为遥感卫星监测地表预测地震再次提供了可能。

3 超大质量物体碰撞产生的时空卷曲的微观体现

我们知道引力波是时空卷曲振荡形成的，那么通过反推可以认为空间发生卷曲的部位产生了引力波。其研究专家应该是通过对卫星观测地表某些地层的微小振动，推断该处产生了引力波。而地震根据以上地震的形成机制，地震是两巨大质量块体的挤压，其原理很符合人类首次观测到引力波实验。黑洞之间的相互碰撞可以产生足够强的引力波，就像扔在河中的石头质量越大产生的涟漪越大，所以相关专家认为引力波或可预测大地震在类比推理上是成立的。但目前卫星分辨率还不足够高，最先进的卫星分辨率是0.3m左右，在地球上所发生的板块碰撞中的板块质量比起星体与黑洞还是质量极其轻微。其发生的空间卷曲肯定是十分微小的，能否通过卫星观测到地表变化还未知，但空间发生细微的卷曲理论上是存在的，符合俄罗斯专家利用卫星观测地层产生微小的振动推测引力波预测地震。简而言之，就是黑洞碰撞产生的引力波可以被探测到，并且历史上发生的时空卷曲也被人观测到。推理板块碰撞的产生微小引力波通过高分辨卫星观测是一样的。

通过黑洞碰撞产生引力波類比推理板块碰撞也能产生及其微小的引力波，而时空卷曲也早已经被人类所观察到。使得引力波预测地震得到了很好的支撑，只需更加深入地了解地震物质碰撞规律，预测地震理论上是可行的。在引力波探测实验中，引力波与检测质量相互作用的作用截面极小且把入射引力波信号转换成电信号是通过不断地引力波信号进行转换最终转换成电信号，其过程能量损失极大且实验要求也越苛刻，也受地面震动的影响以及目前科学技术水平的局限，实验室还很难探测引力波的存在，只能通过天体引力波源进行探测[5]。未来通过发展分辨率更高的卫星以及更加深入了解板块碰撞形成的地震机制很有必要。在工程建设时，我们通过防震理念表现出的抗震等级需求也不断提高。但在大地震时仍然深感目前工程建设难以满足实际需要，所以引力波对于大地震的预测仍然有着重要的作用。

4 结束语

相对于人类科学技术的限制以及对引力波知之甚少，对于引力波相关理论还不完善，也限制了引力波预测地震的可能性。但对于引力波预测地震个人认为还是存在一定可行性的，对于引力波预测地震无非以下可能性：

（1）通过大质量物体碰撞引起的引力波传播观测地表特殊的空间折叠形式及其幅度进行卫星遥感影像监测，进行经验总结预测地震。

（2）板块运动产生的热能在地壳内部产生的局部熔融液态体，通过红外观测更容易观察到引力波在液态中传播的熔融体的波动。

（3）在青藏高原由于印度板块的不断俯冲挤压，地壳下肯定存在大量的熔融体，使得其波动能更好地被红外遥感卫星监测到，当然也只是一种推测。对于存在大量熔融体的区域，或许无需研究引力波的产生及传播形式，只需对熔融体运动形式进行红外检测以及经验总结，或可就判断其区域是否稳定。

参考文献：

[1]有关原初引力波的实验发现[J].物理通报，2014（06）：2-3.

[2]本刊资料室.从引力场方程的建立到引力波的直接探测[J].物理通报，2016（04）：2-3.

[3]程景全，杨德华.引力波和引力波望远镜的发展[J].天文学进展，2005（03）：195-204.

[4]周友华.地震孕育发生物理机制的新探索[A].中国地球物理学会.中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C].中国地球物理学会：中国地球物理学会，2011.

[5]唐孟希，李芳昱，赵鹏飞，等.引力波、引力波源和引力波探测实验[J].云南天文台台刊，2002（03）：71-87.