我國地震短期前兆特征和預(yù)測方法概述

李昆

（哈爾濱市應(yīng)急救援保障中心，黑龍江 哈爾濱 150010）

一、地震預(yù)測難點(diǎn)

第一，是地球的不可入性。我國大多數(shù)破壞性強(qiáng)震震源位于地表以下10～20 千米或更深，而現(xiàn)今地震觀測儀器布設(shè)深度絕大多數(shù)在地表以下1000 米之內(nèi)，國際上最深的科學(xué)深鉆達(dá)到10 千米左右。這種觀點(diǎn)認(rèn)為地震預(yù)測的困難在于觀測的傳感器不能達(dá)到震源處。

第二，是地震為小概率事件。主要是指一次大地震發(fā)生之后距下一次同一構(gòu)造部位再次發(fā)生大地震的時(shí)間間隔（即復(fù)發(fā)周期）較長，板塊邊緣強(qiáng)震周期為幾十至幾百年，我國東部8 級(jí)地震復(fù)發(fā)周期為數(shù)千年至一萬年，而地震事件儀器記錄最長積累時(shí)間僅有100 余年，很多地球物理觀測僅有幾十年，地震前兆異常樣本太少難以歸納出可信的規(guī)律認(rèn)識(shí)。

第三，是地震預(yù)測實(shí)驗(yàn)困難。困難在于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)樣本太過簡化，實(shí)驗(yàn)結(jié)論的實(shí)際可參考性低；野外實(shí)驗(yàn)區(qū)面積大，7 級(jí)以上地震震源體達(dá)到幾十至幾百千米，實(shí)驗(yàn)場區(qū)應(yīng)為震源體尺度的幾倍，要在未來地震危險(xiǎn)不確定的地區(qū)大范圍、長時(shí)間地持續(xù)投入大量人力、財(cái)力是非常困難的

二、常見的震前預(yù)報(bào)方法

（一）地電異常

地電異常是地震預(yù)報(bào)和監(jiān)測的科學(xué)方法之一。地震監(jiān)測預(yù)報(bào)實(shí)例表明，地電阻率異常的確定是以正常值為基礎(chǔ)的。當(dāng)局部電阻率月平均值、五日平均值、日平均值與正常值的偏差大于1.5%，且偏差大于正常值的3 倍時(shí)，即可判定地電阻率異常。正常值的確定是選取連續(xù)非地震周期內(nèi)小于1.5%的地電阻率月平均值（最大值與最小值之差與平均值之比）的平均值。

地電異常的主要表現(xiàn)特征是電阻率的異常升降。對(duì)甘肅省5 級(jí)以上地震臨震地電異常的研究表明，地電異常的震級(jí)范圍為67～360km，電阻率異常發(fā)生與地震發(fā)生的間隔時(shí)間為20～210d。

利用地電阻率進(jìn)行地震預(yù)報(bào)時(shí)，應(yīng)避免、消除或有效抑制某些干擾因素。結(jié)果表明，低阻觀測的有利條件是：地下介質(zhì)的電性結(jié)構(gòu)中不存在淺層高阻屏蔽層，大部分供電電流能流向勘探范圍內(nèi)的地殼深部介質(zhì)；第四系覆蓋層厚度應(yīng)適當(dāng)不宜過大，下伏巖石以粘土為主；地下水動(dòng)態(tài)變化幅度越小越好；地電監(jiān)測周圍無干擾電源；無干擾電源；測區(qū)無地表灌溉；在一定的監(jiān)測范圍內(nèi)無金屬埋藏；測區(qū)內(nèi)無泵井。一般來說，增加勘探深度（不小于300m）可以將季節(jié)性干擾降低到2%以下。

（二）異常地聲

地聲異常特征是判斷地震前兆的重要方法之一。地聲是地殼介質(zhì)破裂引起的，孕震活動(dòng)常伴有明顯的地聲異常。

在地震孕育和發(fā)生過程中，地殼深部巖體的壓應(yīng)力隨著時(shí)間的推移逐漸增大。當(dāng)巖石中的壓應(yīng)力超過一定的臨界值時(shí)，巖體中的裂縫就會(huì)擴(kuò)展產(chǎn)生新的裂縫。在大范圍的巖體中，會(huì)出現(xiàn)局部范圍的前期斷裂破壞。巖體局部裂隙的產(chǎn)生和擴(kuò)展會(huì)產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。通過對(duì)巖體聲發(fā)射強(qiáng)度和頻率的專業(yè)研究，掌握巖體聲發(fā)射與地震過程的相關(guān)性，從而確定地震活動(dòng)區(qū)，加密活動(dòng)區(qū)內(nèi)的聲發(fā)射監(jiān)測點(diǎn)。通過對(duì)監(jiān)測資料的分析比較，為地震短臨預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

（三）地下水異常

1.地下水異常集中分布區(qū)域、異常時(shí)間與地震

地下水宏觀異常與地震活動(dòng)密切相關(guān)，且都集中在活動(dòng)斷裂帶。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)叵滤惓５目臻g形成與已知構(gòu)造帶一致時(shí)，應(yīng)注意這些構(gòu)造帶的相關(guān)部位可能是未來地震的震中。通常異常數(shù)量多、密度大的地區(qū)容易成為震中地區(qū)。

震前平均天數(shù)49 天，震前平均天數(shù)12.7 天。脈沖振蕩、自流涌出和下降異常往往是臨震的重要信號(hào)。異常變化率和振幅的急劇增加是地震臨震的重要標(biāo)志。

2.地下水范圍異常及量級(jí)

研究表明，地震的震級(jí)通常與地下水異常范圍有關(guān)。如5、6 級(jí)地震地下水異常范圍在300 公里以內(nèi)；6、7 級(jí)地震地下水異常范圍在600 公里以內(nèi)；7 級(jí)以上地震地下水異常范圍在1000 公里以內(nèi)。在大震前，地下水常出現(xiàn)涌水等嚴(yán)重異常變化，但在中強(qiáng)震前很少出現(xiàn)。此外，7 級(jí)及以上大地震常有連續(xù)幾年的趨勢異常，6、7 級(jí)地震有一年左右的趨勢異常，6 級(jí)及以下地震常無趨勢異常。震級(jí)越大，震前出現(xiàn)的異常井、泉越多。特別需要指出的是，區(qū)域異常時(shí)空轉(zhuǎn)移是7 級(jí)及以上大地震的標(biāo)志，這種轉(zhuǎn)移現(xiàn)象在7 級(jí)及以下地震中比較少見。

（四）地震前動(dòng)植物的異常行為

1.震前常見動(dòng)植物行為異常特征

中國科學(xué)院動(dòng)物研究所上世紀(jì)70 年代進(jìn)行的一項(xiàng)調(diào)查顯示，58 種動(dòng)物在地震前的異常行為反應(yīng)與地震有關(guān)。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，穴居動(dòng)物（如蛇、老鼠等）比地震前地面上的動(dòng)物更敏感，小動(dòng)物比大動(dòng)物更敏感。

通過對(duì)蜥蜴和蛇的比較研究，發(fā)現(xiàn)蜥蜴具有超強(qiáng)的超聲波聽覺，其聲程可達(dá)100khz，而蛇具有較強(qiáng)的低頻振動(dòng)接受能力。由于其特殊的神經(jīng)系統(tǒng)，蜥蜴在地震前對(duì)電磁場和地磁非常敏感。地震前，蜥蜴經(jīng)常離開洞穴。

2.地震前動(dòng)物行為異常的時(shí)間特征

通常在地震前一天，動(dòng)物表現(xiàn)出異常行為。根據(jù)1976 年唐山地震和遼寧海域地震的觀測，動(dòng)物的異常行為在地震前一天達(dá)到最大值。發(fā)現(xiàn)震前各種動(dòng)物異常的發(fā)生時(shí)間相對(duì)集中，且主要集中在震前一天。而震前一天動(dòng)物行為異常的頻率更集中在震前11 小時(shí)，動(dòng)物行為異常的平均時(shí)間約為2.7 小時(shí)。

3.動(dòng)物行為異常的區(qū)域分布

地震前，動(dòng)物行為異常的區(qū)域分布不均勻。異常動(dòng)物行為的分布與未來地震發(fā)生地區(qū)的構(gòu)造及相關(guān)活動(dòng)斷裂的走向、交匯點(diǎn)、拐點(diǎn)和端點(diǎn)有關(guān)。動(dòng)物行為異常的區(qū)域分布與未來地震的極端地震區(qū)或高烈度區(qū)有關(guān)。1976 年唐山大地震中，約70%的動(dòng)物異常分布在7 度以上的區(qū)域，且在震中、相關(guān)斷層及其交匯區(qū)附近分布更為密集。

（五）云異常

據(jù)《隆德縣志》記載，1622 年固原7 級(jí)地震是根據(jù)云異常預(yù)報(bào)的。日本7.8 級(jí)地震也是由地震云異常預(yù)測的。由于云異常對(duì)外界環(huán)境的敏感性，利用地震云異常進(jìn)行地震預(yù)報(bào)一直存在爭議。

壽忠浩和王斌利用地震云異常成功地預(yù)報(bào)了地震。該理論認(rèn)為，應(yīng)力引起地殼的摩擦、運(yùn)動(dòng)和破裂，產(chǎn)生大量熱量，使地下水變成蒸汽，沿裂隙上升到地表凝結(jié)成云。這種云冷卻后主要集中在震中及周邊地區(qū)。這種云與其它云相比具有明顯的異常特征。此外，杜樂天的云異常理論認(rèn)為，地球內(nèi)部存在大量高壓氣體（CO2、H2、CH4 等），這些氣體在溢出地球表面后，使地表溫度升高。隨著地表熱流的上升，云頂變薄，形成云異常。這一理論已在臺(tái)灣東部海域6.0 級(jí)地震（2004 年1 月26 日）的地震活動(dòng)中得到證實(shí)。

通過多年的觀測，壽忠浩得到如下結(jié)論：從地震云出現(xiàn)到地震發(fā)生的最長時(shí)間為103 天，平均時(shí)間為30 天。另外，地震云尾部指向震中區(qū)域，但由于地震云的漂移受風(fēng)向、風(fēng)速等外部因素的影響較大，利用地震云尾部確定震中存在很大的不確定性。

王斌等對(duì)地震云進(jìn)行了觀測，發(fā)現(xiàn)震前地震云的異常時(shí)間一般多分布在震前幾個(gè)月，但只有在地震發(fā)生的地方，地震云才會(huì)反復(fù)出現(xiàn)。另外，在判斷地震云的震級(jí)時(shí)，影響震級(jí)的主要因素是云區(qū)的大小和云的時(shí)間周期，震級(jí)與二者成正比。

（六）異常溫度

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測大氣變暖現(xiàn)象進(jìn)行短期地震預(yù)報(bào)，在我國取得了一定的科學(xué)成果。地震前，特別是大地震前，震區(qū)活動(dòng)震中附近地區(qū)的氣溫有明顯的增溫現(xiàn)象，這主要是由于地殼運(yùn)動(dòng)使地球高溫沿地殼裂縫向地表轉(zhuǎn)移所致。另外，隨著地震發(fā)震時(shí)間的臨近，地殼裂縫一般沿震中區(qū)延伸，導(dǎo)致地殼向地面的溫度傳遞區(qū)域向震中及附近地區(qū)移動(dòng)。根據(jù)這一區(qū)域擴(kuò)展異?？梢耘袛辔磥淼牡卣鸨l(fā)區(qū)域。

李勇等研究了汶川地震發(fā)生時(shí)間段的溫度，認(rèn)為判斷震級(jí)的因素包括異常溫度的最高值、最高溫度區(qū)的面積和背景溫度值，根據(jù)對(duì)汶川地震的研究，汶川地震前有3 次地溫異常升高，汶川地震前的異常溫升持續(xù)了13天，異常溫升高達(dá)10℃。汶川地震前，周邊地區(qū)氣溫出現(xiàn)異常幅度，總體趨勢是震區(qū)降溫幅度由北向東減小。

結(jié)論

在地震預(yù)報(bào)過程中，任何一種預(yù)報(bào)方法都不是絕對(duì)的，其異常特征也會(huì)受到其他外部因素的干擾。因此，在地震預(yù)報(bào)中，應(yīng)綜合考慮外界干擾因素，綜合各種預(yù)報(bào)要素的判斷，聯(lián)合運(yùn)用各種方法，以達(dá)到單一異常與地震活動(dòng)的關(guān)系，使時(shí)間，地震前的地點(diǎn)和震級(jí)可以更準(zhǔn)確地預(yù)測。