地震的起源和預警

編者按：一直以來，地震都是人類不得不面對的危害最嚴重的自然災害之一，而其危害之所以巨大、給人類社會造成的損失之所以嚴重，主要原因就是難以預警，突然而至。因此，長期以來世界各國的科學家都在就如何對地震進行科學有效地預警，為防災減災贏得時間而努力攻關。 今年2月19日，我國國內的地震預警系統首次實現了對破壞性地震的成功預警，雖然提前量只有幾秒到幾十秒，但已經是一個可喜的進步。

地球周邊的宇宙環境，特別是磁場環境對地球有著重要的影響。地震的根本原因是地球大氣磁場受外部磁環境的變化影響引起異變并誘發地核的磁能量無序爆發，使巖漿流動承受爆發性推力，進而沖擊大陸板塊產生界面擠壓應力集中區，在地球徑向抬升內應力的作用下產生界面斷裂震動。完整的地震預報網由地球南（北）極的地磁通量密度測試總站和地震帶區的次聲、磁場、紅外輻射、大氣電離監測網站構成。根據以上五種定量測量參數和相關的判別準則，可以對地震的震中位置、震級和時間對社會公眾發出震前48小時預警。

地震的起因

地球表面地殼產生震動，為地球板塊界面斷裂震動形態。98%的地震都是由太陽的磁能量爆發，擾動性增大地球大氣磁場循環量，并進而累積誘導增強地核的磁能量；當地核磁能量積累超過一定量值后就會誘發地球核心產生磁能量無序爆發，對地球地殼界面內的流態物質——巖漿產生磁能量爆發推力，使流態物質在磁能量爆發推力的作用下，向地球地殼界面運動并在同地球界面作用時，形成由地心外指的徑向內應力。

使地球地核產生磁能量無序爆發的外界原因通常包括以下幾種，即太陽表面常態存在的熱核聚變反應產生的電離粒子磁場輻射能量、黑子爆發、太陽耀斑、太陽系附近恒星爆發產生的磁能量射流，以及地球人類核能量爆炸產生的核磁能量等。

在以上誘發地核產生磁能量爆發的因素中，首推太陽磁能量對地球的影響最強。太陽上發生的熱核聚變爆發通常會產生功率為4×1026W/s電離粒子磁場能量輻射，其中有2×1017W/s的電離粒子磁場輻射能量射向地球，以400km/s的速度向地球移動。太陽核聚變爆發產生的電離粒子磁場輻射能量在抵達地球后，同地球大氣磁場經過28小時作用，即可以擾動增量形態使全部常態地球大氣磁場，形成周期性增量態。增強后的大氣磁場在循環過程中，會在地球的具有強磁特性的地核內形成磁能量聚集。太陽發生磁暴時，輻射能量及傳播速度還會大幅度增加，并加速地球地核的磁能量聚積。當地核磁能量聚集增量值達到常態地球大氣磁能量總量的1/3時，地核體就會產生無序磁能量爆發。在之后的75小時，由地球的地核體產生的無序磁能量爆發中的磁能量，會對地球界面內的流態巖漿爆發磁能量推力，形成地心徑向內應力，對地球界面板塊產生內應力沖擊抬升作用；再經過48小時連續抬升作用，就可使地球板塊弱支撐點產生斷裂震動。最強烈的太陽磁暴會在數天后引發地球地核的磁能量無序爆發并引發大地震，2004年12月26日的印度尼西亞7.9級海嘯地震就是如此。2011年3月11日的日本福島8.9級大地震也是如此。

地震的前兆

地質學家和地震學家經過長期研究，已經基本掌握了大陸板塊的構成及地震帶的分布。對地震的預報應特別注意依據地震的前兆，在廣大的地震帶中挑選出近期有可能發生地震的區域，予以特別重點監測。首先就是測試確定地球地殼界面中有可能產生斷裂的界面弱支撐力點位置。將要發生斷裂震動的地球板塊界面間的弱支撐力點，在地球板塊界面旋轉漂移運動產生的擠壓應力以及地心徑向內應力初始作用下，會產生界面間弱支撐力點的擠壓應力摩擦，施放出小于20Hz的低頻次聲波；界面擠壓應力摩擦還會產生弱紅外輻射，地心徑向內應力中的穿越性磁能量則會產生地磁泄露。根據以上三種物理量的綜合測試，可以初步確定地球板塊界面間的弱支撐力點位置。對這樣的地區應在地震預報系統內部加強中短期臨震強化監測預警。

地震的短期臨震前兆，首推地球南極或北極的磁通量密度增強，這是地核磁能量增加的最明確無誤的表征。當極地的磁通量密度較平均量增加12～15高斯時，就表明地核的磁能量的增量已經超過大氣磁能量的1/3，地核磁能量已經進入無序爆發狀態。一旦測到極地磁通量密度增加量達到上述數值，全球地震預測網就應進入連續緊急監測預警期。

臨震前地球板塊界面間的弱支撐力點位置的前兆定量監測，是最終確定震中位置、震級大小和地震時間的最重要依據。臨震前兆的主要內容為：

1.次聲連續明顯增強。大陸板塊旋轉漂移時，在板塊界面擠壓應力集中區會產生次聲；當震前巖漿沖擊造成板塊抬升應力時，更會產生高強度次聲。次聲連續增強是判斷地震即將發生的重要指標之一，次聲定向則是確定震中位置的最重要手段之一。

2.臨震前地球板塊界面間的弱支撐力區域的地磁泄露以及大氣電離現象。地心徑向內應力區的穿越性泄露磁能量，除了增強地面上的磁場強度外，還與施放區地球大氣磁場發生作用，在豎直方向對常態地球大氣磁場進行擾動，產生弓形共振效應能量波，使磁能量施放區內的氣態分子產生電離，使從地面到地球大氣電離層的空間中的電離粒子量大幅增加。

唐山地震前的震區上空出現的沖天青色光柱，就是大氣電離現象引起的。磁能量泄露引起的大氣磁力線分布變化，是引起信鴿等依靠磁力線導航飛行的鳥類迷航的主要原因。汶川地震前兩天，在甘肅銅川放飛的400只成都信鴿，只有3只在地震當天上午飛回成都。在2011年3月11日日本福島大地震的前兩天，美國人就在地震區上空測試到了強烈的地磁異常。

3.臨震前地震區的紅外輻射增強。地震區大陸板塊界面間旋轉弧向運動，會在擠壓應力集中區摩擦生熱，產生弱紅外輻射，其波長譜線段為0.77～14μm。地熱的釋放和大氣電離相互作用，汶川地震前在四川震區上空引發了沖天紅光，在甘肅南部都可看到并被錄像記錄下來。

在極地監測站發出地核磁能量爆發預警之后，地震震中區臨震前的次聲增強、地磁泄露、電離及紅外熱輻射增強四種現象一般會同時出現，可據之作出判斷對社會發布震前48小時預警報告。

地震預報網的構成及作用

能夠對地震的震中位置、地震級別、地震時間進行預報的地震預報網主要由設置在地球南極或北極的磁通量密度監測總站、在地震帶附近建立的次聲監聽網站、在地震帶附近建立的地磁場強度、紅外輻射強度、大氣電離度測量網站、衛星遙感及飛機測量系統以及對以上五種數據進行綜合分析的地震預報總站組成。

其中磁通量密度測試總站用于測量極地磁通量密度，當測出的極地磁通量密度Bs較平均值高出12～15高斯時，即表示地核磁能量聚集增量值達到常態地球大氣磁能量總量的1/3，全球的地震監測網均應進入戒備狀態。而地震帶附近建立的次聲監聽網站，由多個間距為40～70千米CPt6jOkXslEZXrtT21c3WQ==的監聽站組成，每個監聽站擁有一個監聽井，井深50～80米，內裝次聲監聽器對低于20Hz的次聲進行監聽。次聲監聽器可以測出次聲的來源方向和強度，多個次聲監聽器測出聲源方向的交叉點既是震中位置。地震帶附近建立的地磁場強度、紅外輻射強度、大氣電離度測量網站，主要提供這三種參數的定量變化速率，平常日用于中長期預報的地殼界面弱支撐力點區的確定，更重要的是臨震前提供定量判據用于確定震前48小時警報發布時間。

地震預報的定量判據

地震預報網在工作的過程中，極地磁通量監測站一旦發現磁通量密度較常態增加12～15高斯，表示地核磁能量進入無序爆發狀態，地震監測網應進入震前123小時預警期。次聲監聽器能夠聽到次聲的最低震級是4.5級，如果測得的次聲強度每小時持續增加5～7分貝，是一個強度級，即表示可能發生的地震震級在4.5級的基礎上增加一級；10～14分貝為二個強度級，表示在4.5級的基礎上增加二級，并可依此類推。

在連續6小時的穿越性磁通量密度測量中，磁場強度持續增加5～7高斯，為一個強度級；增加10～14高斯為二個強度級，并可依此類推。在連續6小時的紅外熱輻射強度測量中，對弱紅外輻射波長為0.77～14μm譜線段的輻射量的增量進行測量，6小時持續輻射增量達到5～7焦耳/平方米，為一個強度級；增加10～14焦耳/平方米為二個強度級，并可依此類推。

在連續6小時的大氣電離強度測量中，每千克大氣的電離量持續增加的庫侖值達到5～7C/kg，為一個地震強度級；10～14C/kg為二個強度級，并可依此類推。

預測試地球界面斷裂震動前的次聲，磁通、紅外、電離四種量值，應在初次監聽到次聲連續增強后在同一初始時間開始進行四種量的測試，在連續6小時的測試時間內，小于20Hz的低頻次聲波測試時間為1小時，位置點弱紅外輻射、穿越性磁能量、電離粒子三種量值測試時間同為6小時。四種量值的增量整數個數各為5～7個增量值時，可確認為1個震動強度級。四種量值的初始基準量值為地球界面弱支撐力點區常態量值。由于初次監聽到次聲的初始基準量值對應于4.5級地震，根據四種量值確定的震動強度級均以4.5級為基準遞加。震級的確定，原則上應在四種量值均達標后確定，個別量值達標應引起特別警戒，但不宜立即向社會公眾發布48小時警報；一旦四種指標齊備達標，則必須立即向社會公眾發布震前48小時警報。

（作者系北京航空航天大學教授）