我國地震短期前兆特征和預(yù)測(cè)方法概述

羅 健

（甘肅省核地質(zhì)二一九大隊(duì)，甘肅 天水741000）

受地理位置限制，中國地震頻發(fā)，是全球大陸地震發(fā)生最頻繁、地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。時(shí)至今日，地震預(yù)報(bào)仍然是全球性的科學(xué)難題。李四光認(rèn)為，地震的發(fā)生是有前兆的，是可以預(yù)報(bào)的[1]，如震前云、地電、地聲、地下水、熱紅外、生物活動(dòng)、溫度等異常變化為地震預(yù)報(bào)提供了一定的科學(xué)依據(jù)，由于地震發(fā)生的偶然性，加之人類對(duì)其認(rèn)識(shí)的局限性，因此臨震前兆工作仍然是地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)領(lǐng)域不斷探究的課題[2-4]。

重大地震發(fā)生前一般都伴隨各種前兆特征，常見的地震前兆現(xiàn)象主要包括三方面，如地震臺(tái)和地震儀器記錄、地面上產(chǎn)生的某種異?，F(xiàn)象、由產(chǎn)生地震的前兆模式所預(yù)期的可能前兆。本文選取一些國內(nèi)常見的最新的且能科學(xué)預(yù)測(cè)地震的方法加以簡(jiǎn)述。

2 常見的震前預(yù)報(bào)方法

2.1 地電異常

地電異常變化是地震預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)中較為科學(xué)的方法之一。地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)成果案例表明，地電阻率異常的判定以正常值為基線，當(dāng)?shù)仉娮杪实脑戮?、五日均值、日均值與正常值相比，相對(duì)變化的偏離幅度大于1.5%，且超過正常值時(shí)段偏差3倍時(shí)，判定為地電異常。正常值的確定是選取地電阻率月均值波動(dòng)最大幅度（最大值與最小值之差對(duì)其均值之比）小于1.5%的連續(xù)無震時(shí)段的地電阻率平均值[1]。

地電異常主要表象特征為電阻率異常上升或異常下降，燕明芝[5]等對(duì)甘肅周邊5級(jí)及以上地震的臨震地電異常研究發(fā)現(xiàn)，地電異常應(yīng)震范圍為67～360km，電阻率異常異常出現(xiàn)時(shí)間至地震發(fā)生時(shí)間間隔為 20～210d。

在用地電阻率預(yù)測(cè)地震時(shí)，要盡量避開、排除或有效地抑制一些干擾因素。研究表明，有利于低電阻率觀測(cè)的條件是：地下介質(zhì)電性結(jié)構(gòu)中沒有淺部高阻屏蔽層，能夠供電電流大部分流向勘探范圍內(nèi)的深部地殼介質(zhì)；第四系覆蓋層厚度不能太大且其下伏巖性主要以黏性土為主；地下水動(dòng)態(tài)變化幅度越小越好；地電監(jiān)測(cè)周側(cè)無電的干擾源；測(cè)區(qū)內(nèi)無地表灌水；監(jiān)測(cè)一定范圍內(nèi)無金屬埋設(shè)；測(cè)區(qū)內(nèi)無抽水機(jī)井等。一般而論，加大勘探深度（不小于300m），可將季節(jié)性干擾壓低到2%以下。

2.2 地聲異常

地聲異常特征是判斷地震前兆的重要方法之一。地聲是由地殼介質(zhì)的破裂而引發(fā)的,地震活動(dòng)在其孕育和發(fā)生過程中常伴隨著明顯的地聲異常。

在地震孕育發(fā)生過程中，地殼深部的巖體承受壓應(yīng)力隨著臨震時(shí)間的漸進(jìn)而逐步增大。當(dāng)巖體內(nèi)壓應(yīng)力超過一定臨界值后,巖體內(nèi)裂紋發(fā)生擴(kuò)展并產(chǎn)生新的裂紋，大范圍的巖體內(nèi)還會(huì)產(chǎn)生局部范圍的巖體先前斷裂破壞。巖體局部斷裂和裂紋的產(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)射的強(qiáng)度和頻度的專業(yè)研究,把握巖體聲發(fā)射與地震產(chǎn)生過程的相關(guān)關(guān)系，從而確定地震活躍區(qū)域,并對(duì)活躍區(qū)域加密布設(shè)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析對(duì)比,為地震的短期臨震及臨震預(yù)報(bào)提供科學(xué)依據(jù)。

2.3 地下水異常

地下水是地殼中十分活躍的組成部分，震前地下水異常是我國地震史料中記錄最多也最早的異?，F(xiàn)象。大震前震中范圍內(nèi)不少井水水位發(fā)生明顯宏觀和微觀異?，F(xiàn)象，如微量元素變化（如親巖元素鋰上升）、放射性元素變化（如鈾、鐳、氡等富集）、味道變化、色度異常、冒泡等現(xiàn)象。多年觀測(cè)表明，每一次大震甚至中強(qiáng)震以前都有不同程度的地下水異常出現(xiàn)[6]。

2.3.1 震前地下水位變化特征與地震

苗菊玲等對(duì)北杜井水位異常變化研究發(fā)現(xiàn)，水位異常與地震發(fā)生間的關(guān)系為：“上升—下降—地震”[6]；曹新來等對(duì)華北地區(qū)幾次強(qiáng)震前地下水位的趨勢(shì)變化研究發(fā)現(xiàn)，臨震前地下水異常變化多表現(xiàn)為“加速下降—轉(zhuǎn)折—地震發(fā)生”的模式[7]。

震前水位常出現(xiàn)持續(xù)急劇下降、上升等突變現(xiàn)象是地下水位異常的重要特征之一，如1984年1月6日，甘肅天?？h旦馬地震，震前井水出現(xiàn)下降現(xiàn)象。天?？h西大灘鄉(xiāng)馬場(chǎng)臺(tái)學(xué)校的井水觀測(cè)記錄顯示，1983年8月下旬該井水位出現(xiàn)下降現(xiàn)象,至同年9月5日,觀測(cè)井下水深僅有0.2m,水位降幅達(dá)87.5%。

另外，震前干涸水井、泉水突然出水也是地下水位異常的重要特征之一。根據(jù)記錄顯示，震前旦馬草原上有一泉眼（干涸達(dá)七、八年），在1983年7月中旬以來,泉水流量急劇增大,并形成一股碗口粗的自噴水柱[8]，在1984年1月6日甘肅天祝旦馬發(fā)生5.6級(jí)地震。

2.3.2 地下水異常集中分布區(qū)域、異常時(shí)間與地震

劉長才等學(xué)者研究表明，地下水出現(xiàn)宏觀異常與地震活動(dòng)有緊密聯(lián)系，且二者異常變化均集中在活動(dòng)斷裂帶上[7]。研究發(fā)現(xiàn)，凡地下水異常在空間上形成規(guī)律，并且和已知的構(gòu)造帶相一致時(shí)，應(yīng)重視這些構(gòu)造帶的相關(guān)部位可能是未來地震的震中區(qū)。通常情況下，異常數(shù)量多、密度大的區(qū)域易成為震中發(fā)生區(qū)。

震前地下水變化也有時(shí)間上的異常反應(yīng)，異常開始出現(xiàn)的超前地震的平均天數(shù)是49d，而異常突變和轉(zhuǎn)折時(shí)間超前地震的平均天數(shù)為12.7d；脈沖—震蕩型、自流—噴涌型以及下降型異常往往是臨震的重要信號(hào)；異常變化速率的急劇增加，幅度的增大是臨震的重要標(biāo)志[1]。

2.3.3 地下水范圍異常與震級(jí)大小

研究顯示，震級(jí)大小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300km內(nèi)；6、7級(jí)地震，地下水異常范圍達(dá)到600km；7級(jí)以上地震地下水異常范圍達(dá)到1000km。大震前地下水常出現(xiàn)噴涌等劇烈異常變化，而在中強(qiáng)震前較為少見。另外，7級(jí)以上大地震常存在數(shù)年的連續(xù)趨勢(shì)異常,6、7級(jí)地震有1年左右趨勢(shì)異常，6級(jí)以下往往無趨勢(shì)異常。震級(jí)越大，震前出現(xiàn)的異常井、泉點(diǎn)越多。特別注意的是，區(qū)域性的異常時(shí)空轉(zhuǎn)移是7級(jí)以上大地震的標(biāo)志，這種轉(zhuǎn)移現(xiàn)象在7級(jí)以下地震則較為少見。

2.4 震前動(dòng)植物行為異常

強(qiáng)地震前的動(dòng)物異常是一種經(jīng)常出現(xiàn)的臨震前兆現(xiàn)象，它們?cè)谝粓?chǎng)類型、時(shí)-空分布及與震級(jí)的關(guān)系等方面具有一定的特點(diǎn)。

2.4.1 震前常見動(dòng)植物行為的異常特征

20世紀(jì)70年代中國科學(xué)院動(dòng)物所做的調(diào)查表明，有58種動(dòng)物在震前的異常行為反應(yīng)與地震相關(guān)。另外，研究還發(fā)現(xiàn)，震前穴居動(dòng)物（如蛇、老鼠等）比地面上的動(dòng)物更靈敏，小型動(dòng)物比大牲畜的臨震感覺更靈敏[9-10]。

通過對(duì)蜥蜴和蛇對(duì)比研究發(fā)現(xiàn), 蜥蜴具有超強(qiáng)的超聲波聽力，其范圍可達(dá)到100千赫，而蛇具有較強(qiáng)的低音波振動(dòng)接受能力。由于特殊的神經(jīng)系統(tǒng)，蜥蜴對(duì)電磁場(chǎng)和地磁的震前反應(yīng)都異常敏感[9]，臨震前,蜥蜴常離開洞穴。據(jù)古籍記載，公元前221年黃河中游大地震前出現(xiàn) “龍生于廟, 犬哭于市”現(xiàn)象[9～10]。記載顯示，唐山地震前兩天, 唐山附近一養(yǎng)魚池周圍出現(xiàn)數(shù)百條蛇集結(jié)在一起的現(xiàn)象[10]。

李均之發(fā)現(xiàn)，虎皮鸚鵡的跳動(dòng)異常與地震相關(guān)，具有臨震效應(yīng)，可以反映出較大地震的發(fā)生,預(yù)測(cè)距離可達(dá)上千公里,虎皮鸚鵡的異常跳動(dòng)越頻繁,震級(jí)越大,局限是不能預(yù)測(cè)臨震地點(diǎn)。

大多植物對(duì)地震前的電流、電磁波異常異常敏感。據(jù)載，唐山地震前,震區(qū)出現(xiàn)柳枝枯死,竹子開花,果樹結(jié)了果實(shí)后再次開花等異?，F(xiàn)象；1975年2月4日，遼寧海城7.3級(jí)地震震前兩個(gè)月,震區(qū)出現(xiàn)杏樹開花現(xiàn)象；1970年12月3日寧夏西吉縣5.5級(jí)地震前的一個(gè)月,距離震中66km的隆德縣,出現(xiàn)蒲公英開花現(xiàn)象。

2.4.2 震前動(dòng)物行為異常的時(shí)間特征

通常在地震前一天內(nèi)，動(dòng)物出現(xiàn)不規(guī)律的行為異常。根據(jù)對(duì)1976年唐山地震和遼寧海域地震觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物行為異常在震前一天內(nèi)達(dá)到最大值。研究發(fā)現(xiàn)，震前各種動(dòng)物異常出現(xiàn)時(shí)間具有明顯的相對(duì)集中性，且主要集中在震前前一天。而震前一天內(nèi)的動(dòng)物異常反應(yīng)頻度更多集中分布在震前11h內(nèi)，動(dòng)物行為異常的平均時(shí)間約為2.7h[1]。

2.4.3 動(dòng)物行為異常的地區(qū)分布

震前動(dòng)物行為異常的地區(qū)分布不是均勻的。動(dòng)物行為異常分布地點(diǎn)與未來地震的發(fā)生區(qū)的構(gòu)造以及有關(guān)活斷層的走向、交叉、拐點(diǎn)和端點(diǎn)有關(guān)，動(dòng)物行為異常的地區(qū)分布與未來地震的極震區(qū)或高烈度區(qū)有一定的關(guān)系。1976年唐山地震約有70%的動(dòng)物異常分布在烈度為7度以上的地區(qū)，震中區(qū)和有關(guān)斷層附近及其交叉地區(qū)分布更為密集。

2.4.4 震前動(dòng)物行為異常與震級(jí)

動(dòng)物行為異常反應(yīng)與地震震級(jí)較為相關(guān)。根據(jù)觀察發(fā)現(xiàn)，3級(jí)左右的地震發(fā)生前，有少量動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)異常反應(yīng)；5級(jí)左右的地震發(fā)生前，常見動(dòng)物可出現(xiàn)較為明顯的異常；7級(jí)左右的地震發(fā)生前，在較大范圍內(nèi)，多種動(dòng)物會(huì)出現(xiàn)大量行為異常的反應(yīng)[9～10]。

由于動(dòng)物某些器官的靈敏性，在地震前覺察到某些地球物理和化學(xué)因素的異常變化，并出現(xiàn)異常行為反應(yīng)。但是，在判別動(dòng)物行為異常的時(shí)候，必須要辨別真假，因?yàn)橛行﹦?dòng)物異常與外界環(huán)境、自身生理變化有關(guān)等。

2.5 斷層及其逸出氣體CO2的震前異常

斷層是構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最為敏感的部位，斷層形變是地殼應(yīng)力場(chǎng)改變最直觀、最顯著的表現(xiàn)方式，在斷層帶上布置地應(yīng)力的觀測(cè)線、觀測(cè)點(diǎn)或者觀測(cè)網(wǎng)，可以監(jiān)測(cè)斷層帶上的地應(yīng)力異常變化。觀測(cè)分析斷層帶上的異常變化,是進(jìn)行地學(xué)研究及地震預(yù)測(cè)臨震預(yù)報(bào)的有效途徑之一[11]。

2.5.1 斷層活動(dòng)性與強(qiáng)震發(fā)生的關(guān)系

區(qū)域斷層活動(dòng)性增強(qiáng)是判斷強(qiáng)震發(fā)生的重要標(biāo)志之一,研究認(rèn)為，斷層活動(dòng)增強(qiáng)與地震活動(dòng)的發(fā)生具有準(zhǔn)同步性。震前區(qū)域斷層活動(dòng)的加劇首先出現(xiàn)在震中區(qū)的外圍,近震中區(qū)斷層活動(dòng)異常加劇出現(xiàn)在接近發(fā)震的時(shí)間段內(nèi)。因此，加強(qiáng)對(duì)構(gòu)造塊體周邊斷層活動(dòng)的動(dòng)態(tài)分析,對(duì)判定強(qiáng)震的發(fā)生危險(xiǎn)地段很大幫助。

2.5.2 斷層逸出氣體CO2的震前兆異常

殷世林對(duì)蘇州市太倉-福山近幾年有感小震前斷層逸出氣CO2觀測(cè)到的前兆異常分析發(fā)現(xiàn)，異常時(shí)間提前量有感小震的前兆異常時(shí)間提前量在半個(gè)月之內(nèi),以10d左右為多，且異常幅度多在正常值的2倍左右[12]。

許多震例表明不論是中強(qiáng)地震還是有感小震,其發(fā)震時(shí)間均在CO2逸出氣異常的峰值過后,并且接近正常值時(shí)發(fā)震。其次，未來震級(jí)的大小,可根據(jù)異常的幅度來分析、判定[12]。

2.6 熱紅外異常

利用衛(wèi)星熱紅外異常作地展臨展預(yù)報(bào),是我國首創(chuàng)的、大有發(fā)展前途的新方法[13]。我國自1989年10月利用衛(wèi)星紅外異常進(jìn)行地震試報(bào)實(shí)踐以來,已成功的預(yù)報(bào)的很多地震實(shí)例[14]。

鄧志輝等在2000年運(yùn)用衛(wèi)星紅外異常對(duì)云南姚安地震（Ms6.5）、青海地震（Ms6.6）、甘肅景泰地震（Ms6.2）研究表明，地質(zhì)構(gòu)造帶，特別是活動(dòng)斷裂帶，常出現(xiàn)衛(wèi)星紅外異常。紅外溫度的相對(duì)高值異常的邊緣或附近常常是地震震中發(fā)生區(qū),且紅外異常的發(fā)展具有非對(duì)稱性,異常一般都是從震中附近的某一側(cè)向震中區(qū)擴(kuò)展[15]。

四川汶川地震（Ms8.0）發(fā)生前,出現(xiàn)了衛(wèi)星熱紅外異常現(xiàn)象。魏樂軍等對(duì)2008年2月22日至5月12日遙感圖像的解譯、分析,在地震前55d的2008年03月18日,出現(xiàn)了衛(wèi)星熱紅外增溫的異?，F(xiàn)象。至5月12日地震發(fā)生時(shí),期間共有5次大規(guī)模的孤立增溫異常序列,每次持續(xù)時(shí)間2～13d不等,增溫幅度及異常區(qū)面積也有所不同。該現(xiàn)象進(jìn)一步證實(shí)，在地震前（特別是≥Ms5.0級(jí)的地震）,出現(xiàn)熱紅外異?，F(xiàn)象，可作為地震臨震前兆[13]。

強(qiáng)祖基等對(duì)1996年2月3日云南麗江地震（Ms7.0）研究發(fā)現(xiàn)，地震發(fā)生前幾天的震中區(qū)衛(wèi)星熱紅外圖像呈現(xiàn)圓形分布,其北北西、北西、南北及北東向的熱旋扭面往南收斂。通過對(duì)菲律賓薩馬島強(qiáng)震群（Ms7.0～7.5）及青海共和地震（Ms7.0）研究發(fā)現(xiàn)，震前衛(wèi)星熱紅外圖像的熱應(yīng)力的推進(jìn)路徑呈環(huán)橢圓狀[16]。

2.7 云異常

古人通過云異常預(yù)測(cè)地震成功的案例也較多，據(jù)載（隆德縣編年史），1622年固原7級(jí)大地震是根據(jù)地震云異常預(yù)測(cè)的。日本7.8級(jí)地震也是通過地震云異常預(yù)報(bào)的。由于云異常受外界環(huán)境敏感，通過地震云異常預(yù)測(cè)地震的爭(zhēng)議較大[17]。

壽仲浩、王斌等利用地震云異常曾成功預(yù)報(bào)地震，該理論認(rèn)為，應(yīng)力使地殼摩擦、運(yùn)動(dòng)、破裂，從而產(chǎn)生大量熱量，使地下水變?yōu)檎羝?，沿著裂隙噴射上升至地表冷凝成云。這種溢出地面的水蒸氣冷卻成云后在震中及附近區(qū)域集中分布，這種云與其他云相對(duì)，有明顯的的異常特征。另外，杜樂天的云異常理論是，地球內(nèi)部存在大量高壓氣體（CO2、H2、CH4等），溢出地表后使地面增溫，隨著地面熱流上升，造成云層頂托變薄，形成云異?，F(xiàn)象。該理論在臺(tái)灣東洋面6.0級(jí)地震（2004年1月26日）等地震活動(dòng)中得到了印證。

壽仲浩通過多年觀測(cè)，通過對(duì)地震云出現(xiàn)時(shí)間和地震發(fā)生時(shí)間得出以下結(jié)論：從地震云出現(xiàn)到地震發(fā)生的最長時(shí)間為103d，平均時(shí)間為30d。另外，地震云的尾部指向多是地震震中區(qū)，但應(yīng)用地震云尾部來判斷震中存在很大的不確定性，因?yàn)榈卣鹪频娘h移受風(fēng)向、風(fēng)速等外界因素影響較大。

王斌等對(duì)地震云的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，地震前地震云出現(xiàn)異常的時(shí)間一般在震前幾個(gè)月內(nèi)分布較多，但是，僅在地震發(fā)生的地方，地震云出現(xiàn)反復(fù)出現(xiàn)的現(xiàn)象。另外，地震云判斷震級(jí)時(shí)，影響震級(jí)大小的主要為云團(tuán)面積大小、云團(tuán)存在時(shí)間周期，且震級(jí)大小與二者呈正比關(guān)系。

2.8 溫度異常

利用衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)大氣升溫現(xiàn)象進(jìn)行地震短臨震預(yù)報(bào)在我國取得了一定的科學(xué)成果。

李勇[18]等研究研究成果表明，地震發(fā)生前，特別是大地震前，在震區(qū)活震中附近區(qū)域氣溫有明顯的升溫現(xiàn)象，這主要是因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng)使得地球內(nèi)部的高溫沿著地殼的裂縫向地表傳遞。另外，隨著地震爆發(fā)時(shí)間的接近，地殼裂縫一般沿著震中區(qū)域擴(kuò)展，從而引起地殼內(nèi)部溫度向地面?zhèn)鬟f的區(qū)域移向震中及附近區(qū)域，通過這種區(qū)域擴(kuò)展異常來判斷未來地震爆發(fā)區(qū)。

李勇等對(duì)汶川地震發(fā)震時(shí)間段溫度研究認(rèn)為，判斷震級(jí)的因素有異常溫度的最高值、發(fā)生最高溫度區(qū)域面積、背景溫度值，其之間存在的線性函數(shù)關(guān)系為：Y=1.5963+0.0003X。李金平[19]等對(duì)汶川地震研究認(rèn)為，汶川地震震前出現(xiàn)3次地面升溫異常，臨震增溫異常持續(xù)13d，異常升溫高達(dá)10℃。

趙振明[19]等研究發(fā)現(xiàn)，汶川地震震前其周側(cè)區(qū)域溫度均出現(xiàn)了異常變幅，且總體呈現(xiàn)為由震區(qū)向北、向東降溫幅度變小的趨勢(shì)。

3 結(jié)語

地震預(yù)測(cè)過程中，任何一種預(yù)測(cè)方法都不是絕對(duì)的，其變化異常特征還可以受到其他外界因素的干擾，因此在地震預(yù)測(cè)的時(shí)候應(yīng)該把外界對(duì)其的干擾因素全面考慮，綜合各個(gè)預(yù)測(cè)要素判斷，聯(lián)合運(yùn)用各種方法，爭(zhēng)取做到不孤立地運(yùn)用單一的一次異常與地震活動(dòng)的關(guān)系，從而更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)震前時(shí)間、地點(diǎn)及震級(jí)大小。