哈薩克斯坦地震生物前兆現象觀測和地震預測研究現狀＊

高小其 劉耀煒 熱甫克提 楊曉芳聶曉紅 魯 娜 梁 卉 向 陽

1）新疆維吾爾自治區地震局，烏魯木齊830011 2）中國地震局地殼應力研究所（地殼動力學重點實驗室），北京100085

綜述與評述

哈薩克斯坦地震生物前兆現象觀測和地震預測研究現狀＊

高小其1）劉耀煒2）熱甫克提1）楊曉芳1）聶曉紅1）魯 娜1）梁 卉1）向 陽1）

1）新疆維吾爾自治區地震局，烏魯木齊830011 2）中國地震局地殼應力研究所（地殼動力學重點實驗室），北京100085

從哈薩克斯坦地震生物觀測的發展歷史入手，簡要介紹了哈薩克斯坦地震生物觀測網的現狀，地震生物觀測的對象與方法，地震生物觀測的信息采集內容等；歸納了利用地震生物行為資料開展地震預測的一般思路和方法；對比了中國和哈薩克斯坦對地震生物觀測認識的差異等；最后，闡述了計劃在新疆地區建立專業地震生物觀測站的思路。

哈薩克斯坦；地震；生物觀測網；短臨異常；地震預測

引言

幾十年來，我國曾形成了一支較健全的群測群防隊伍，他們多年來堅持觀測和收集動物習性、地下水、地聲、地光等宏觀異常，并及時向上級地震部門匯報，這些來自民間的異常信息在地震預測方面也發揮了積極有效的作用。如1975年2月4日遼寧海城7．3級地震和1976年四川松潘-平武7．2級地震的具有減災實效的地震預報，地震前大量出現的地下水和動物宏觀異常現象，就為地震短期、臨震預報的發布提供了決定性依據；2008年3月21日新疆和田7．3級地震后的現場工作中，現場工作隊就搜集到震前出現了9種、近1 114起宏觀異常現象；汶川8．0級地震后，中國地震局專門下發了“關于加強宏觀異常收集報送和核實工作的緊急通知”，成立了專門的工作組，以便嚴密監視全國地震形勢的發展，充分發揮群測群防的作用。目前，全國范圍內地震宏觀觀測點數以萬計；但由于種種原因，各地不同測點間宏觀觀測的方法、要求和判定依據等差異很大，也缺乏動物行為的背景對比資料，更缺少不同類別的動物與地震事件之間關系的系統性研究。

包括哈薩克斯坦在內的中亞5國是世界大陸地震活動最強烈的地區之一，也是世界從事地震生物（動物）前兆研究的發源地。自1966年塔什干地震以來，處于帕米爾-天山地震帶及科彼特塔格地震帶的中亞各國地震學者為了防御和減輕地震自然災害，相繼建立了15個地震研究所和地球動力學及地震預報實驗場，開展了地震地下流體、地球物理和地球生物學的綜合前兆觀測和地震預測理論與方法的研究。在長期地震前兆探索中，積累了極為豐富的資料和寶貴的經驗，在各國中強地震預報中發揮了十分重要的作用。中亞生物（動物）前兆研究規范而系統，在世界上具有深遠的影響［1-3］。在中亞諸國中，哈薩克斯坦的南準噶爾試驗場、阿拉木圖試驗場、卡拉套試驗場的地震生物（宏觀）前兆研究已經40多年，積累了大量震例資料，值得我們學習和借鑒。

筆者2013年12月10～30日，隨國家外專局派出的專家組赴哈薩克斯坦進行了為期21天的“哈薩克斯坦地震生物觀測技術培訓”，初步掌握了地震生物前兆監測的基礎理論與用生物行為異常預測地震的震例，實地查看了哈薩克斯坦地震研究所的5個生物綜合觀測站，進行了觀測、數據錄入和異常判定的地震生物觀測實踐；參加了哈薩克斯坦地震研究所的月會商會，對哈薩克斯坦地震生物的監測與地震預測現狀有了一定的了解。

中國地震局的科技發展規劃指明，今后將全面推進地震監測預報方面的國際合作與技術交流，因此，對哈薩克斯坦地震生物觀測現狀進行綜合介紹，對于促進中哈兩國防震減災領域的交流與合作，無疑具有重要的促進意義。

1 地震生物觀測網

1．1 基本情況

目前，哈薩克斯坦地震研究所的地震前兆監測方法有地下流體（水物理、水化學）、地球物理（地磁、地電）、形變（形變、鉆孔應變）、地震生物（動物）4大前兆學科。其中，地球物理有17個站點，地下流體有12個站點，形變有7個站點，地震生物有5個站點，因此，從觀測臺站來看，地震生物排在第4位。但是，從日常監測臺項來看，地震生物觀測則以35臺項排在前兆測項的第二位。

哈薩克斯坦地震生物的觀測始于20世紀70年代。40多年來，哈薩克斯坦地震生物的觀測也和其他前兆監測一樣經過了初期建網、系統清理、政策調整和優化提高等4個階段，由多達65種生物和十多個觀測站，逐步形成了現有的包含有10多種生物類別和5個觀測站的獨一無二的地震生物監測系統。并從此開創了基于地球物理、地球化學、生物學、數學和計算機技術等跨學科的“地震生物學”［4］。

哈薩克斯坦地震生物觀測的發展史，從側面反映了前蘇聯在該方面研究及發展的歷程。采用統一的布點原則、統一的觀測方法、統一選配儀器、統一使用新技術等進行觀測和分析。

1．2 觀測網概況

哈薩克斯坦目前有地震生物觀測站5個，依次是喀扎奇卡、波特薩德、米杰沃、齊立克和布倫黛生物觀測站，分布在阿拉木圖地震預測試驗場的φ＝42°～44°和λ＝75°～80°地震危險區域內（表1）。其中，喀扎奇卡、波特薩德、米杰沃生物觀測站位于未來7．5～8．0級地震危險區，齊立科和布倫黛生物觀測站位于未來6．0級地震危險區［5-7］。

1．3 觀測站建設的基本要求

依據歷史地震活動性、地震地質等資料，劃定未來中、長期可能發生6級以上地震的危險地區；在該危險區內，選擇那些人為干擾影響最小化的地點，建設地震生物觀測站。

鑒于生物觀測的特殊性，對于地震生物觀測還需要遵循如下要求：

（1）在地震危險區選擇的觀測點面積應當適當大，足以容納所飼養的觀測對象；

（2）一般優先考慮當地自然存在的生物種類；

（3）確定生物的種類、性別、年齡和數量，以便能獲得足夠數量和有意義的觀測數據；

（4）為使觀測客觀，可采用不間斷模式記錄生物活躍度的自動化綜合觀測系統；

（5）便捷、不間斷的通信保障也是觀測的基礎；

（6）斷層距離生物監測站的距離一般應小于60 km。

1．4 生物觀測的對象和方法

1．4．1 生物觀測對象

目前，哈薩克斯坦地震生物觀測對象主要有豪豬、兔子、蛇、蜥蜴、壁虎、囊鰓鯰魚、虎皮鸚鵡、鴿子、矮腳雞等，其中的每一種生物類別，都對不同的外部因素具有選擇性敏銳反應。為了在不同生物觀測站獲得能夠對比的數據，在每個生物觀測站都確定了動物的標準類別和數量；表2為哈薩克斯坦生物觀測站及生物類別組成和數量。

為了獲得晝夜不間斷的信息，建立了統一的目測監測方法、儀器自動化記錄方法和生物數據處理軟件。

監測對象數量由于動物的產子、生病和自然死亡等發生變化時，將從每年備份的生物中進行更換和補充；備份動物為哈薩克斯坦地震研究所某一最大生物觀測站飼養；動物從野生、自然中捕獲；如果定期沒有更換備份的動物，備份動物將放歸大自然；下次需要備份時再捕捉新個體。

1．4．2 生物觀測方法

生物觀測的核心理念是把動物當作“生物傳感器”來記錄信息；因此，進行觀測時強調不同生物試驗場觀測的同步性和客觀性，觀測必須為非侵害性的方法，即觀測進行時，必須排除操作人對生物對象活動的干擾。為此，一般采用不對動物行為產生影響的照相和機械傳感器。根據動物習性，觀測方法分為目測觀測和儀器自動觀測兩類［8］。

表3為開展目測觀測方法的臺站及項目，表4為開展儀器觀測方法的臺站及其觀測記錄項目。

1．4．3 目測觀測

齊力克、波特薩德、喀扎奇卡、布倫黛和米杰沃生物觀測站，對半自由條件下的家畜動物、觀賞動物和野生動物進行目測觀測。

為了白天和夜晚都能觀測到動物的活躍情況，目測觀測的動物組成類型是經過篩選和專門配對的。這種觀測研究方式在動物學中很普遍，因此，也適用于生物地震預測的研究。

為了正確飼養和照看生物觀測站不同類別的動物，哈薩克斯坦地震研究所制定了十分接近被觀察動物野外生存自然條件的《生物觀測技術規范》，各臺站必須嚴格遵守。比如，動物的喂養時間取決于動物的類別和晝夜活躍類型；對于黃昏和夜晚活躍類型的動物（豪豬、東方紅沙蛇、囊鰓鯰魚）在傍晚時喂養，對于白天活躍類型的動物則在早間或者白天進行喂養。

生物觀測信息欄填寫下列參數：監測點、動物類別、動物性別、個體數量、觀測者姓名、觀測日期、監測時間、動物位置（鴿子、豪豬、魚、虎皮鸚鵡、矮腳雞、蛇）、運動活躍度（鴿子、豪豬、魚、虎皮鸚鵡、矮腳雞、蛇）、進食活躍度（鴿子、豪豬、魚，虎皮鸚鵡、矮腳雞、蛇）、聲音活躍度（、鴿子、豪豬、矮腳雞、蛇）、個體間相互態度（鴿子、魚、豪豬、鸚鵡、蛇、矮腳雞）、對刺激因素的反應（魚、豪豬、蛇）和備注等。

記錄反應時觀測員本身就是刺激因素。如果動物對觀測者的到來沒有表現出興趣，那么反應為中立性。但是由于不同原因，包括強震臨近，生物發生情緒激動時可能惶恐不安，并且表現出個體之間的攻擊性和對外的攻擊性等行為跡象。

在備注中標注動物生病的跡象、瘟疫、死亡、生育、脫皮換毛（蛇）、轉運到其他生物監測站、沒有飼料等等。

1．4．4 儀器自動化觀測

大部分的生物行為異常出現在地震前最后的幾天和幾小時，因此，連續24 h的不間斷自動化觀測，將能獲得更多的地震生物信息。

（1）虎皮鸚鵡

虎皮鸚鵡聲音活躍度采用“RZA-1”型聲音活躍度觀測儀觀測，該儀器以綜合聲音活躍度和高頻部分的聲音活躍度兩種模式記錄虎皮鸚鵡的聲音活躍度［9-10］。

虎皮鸚鵡的運動活躍度采用“RDA-P”型運動活躍度觀測儀觀測，該儀器使用了觸碰桿和小彈簧式的機械傳感器，這也是鳥類學家在試驗研究中經常使用的方式。觸碰桿安裝在鳥籠的對角，鳥類落桿和起飛推開桿時都會進行計數。一個小時的計數反映了虎皮鸚鵡的綜合累加運動活躍度。

（2）蛇、蜥蜴

蛇的運動活躍度采用“DA-1”型運動活躍度觀測儀觀測，該儀器借助光傳感器來記錄蛇和蜥蜴在飼養箱不同單元段通過的次數和移動時間。

（3）穴居兔子和籠子里兔子

皮膚是生物與外界接觸的組織，第一時間接受到外界的影響。通過觀測表皮的生物活躍點電流變化來提取異常。哈薩克斯坦地震研究所自1997年開始觀測家兔導電率活躍度，一種放養到地下穴中，一種放在籠子里養殖。為了最大限度地減少人為影響，每天早上先把兔子提前抱出來（3只籠子里的，6只放養的），在實驗室放置一段時間，使其適應環境，然后使用“Zona”電流表在其耳部穴位上選取3個點進行電流及電阻的測量，計算其導電率活躍度。

1．4．5 氣象輔助觀測與特殊環境條件

（1）氣象觀測

動物一些活躍度參數的變化，可能是前兆異常，但也可能是氣象因素所導致，因此，為剔除氣象因素干擾，必須知道氣象因素的不同幅度變化，能引起的動物行為變化各偏離正常晝夜背景值、月背景值、季度背景值和年背景值多少；為此，每個生物觀測站都進行氣象三要素的實時觀測。

此外，蛇冬眠時洞穴中的溫度、飼養箱和水族箱中的干濕溫度都是每間隔3 h觀測一次。

（2）冬眠動物的特殊環境條件

大量的震例資料表明，冬季發生的強震前夕，發現蛇和蜥蜴會從冬眠狀態中蘇醒，或從冬季掩蔽所里迅速逃離出來，遷徙到未來的災害區以外。因此，秋冬季觀測爬行類生物的冬眠情況，有可能對短期預測提供寶貴的信息。但在自然條件下，爬行類是在嚙齒類動物的洞穴、亂石堆、地縫中過冬的，冬季隱蔽的生活方式使得24 h連續觀測變得困難。

為了監測冬眠生物的冬眠狀態，所有生物監測站都在地面以下1．5 m的深處建了冬眠室，監控攝像機可以連續觀測冬眠蛇或蜥蜴冬眠狀態、異常行為等現象。

1．5 地震生物觀測的信息采集與處理

1．5．1 信息采集時間

進行目測監測時，一般規定為每3 h觀測1次，即每天的03、06、09、12、15、18、21、24時觀測。當發現生物出現異常行為的跡象時（不安、抑郁、紊亂、晝夜規律性顛倒、不同類別動物表現的群體性等），轉換為每小時觀測1次的模式，直到查明引起反應異常的原因或異常結束為止。

1．5．2 信息采集內容

生物觀測信息包括以下內容：觀測站、生物類別、性別、個體數量、觀測日期、觀測時間、生物所在位置、生物運動活躍度、進食活躍度、聲音活躍度、個體間相互態度、對刺激因素的動物反應、氣象三要素和觀測人員。

生物觀測的信息采集內容記錄在專門記錄本上，并同時錄入到分類別的目測監測信息數據庫中。

如果在監測過程中，發現有異常行為的跡象，有關的信息連同具體的觀測時間會記錄在記錄冊的備注欄內；同步錄像也將保存。

1．5．3 信息處理

采集的生物觀測信息錄入到數據庫中后，根據數據庫中生物活躍度的動態背景情況，進行初步分析與判斷；對比動物的多年背景行為，判定生物行為異常的類型。

1．5．4 信息傳送

目測觀測的記錄信息每10天傳送到哈薩克斯坦地震研究所生物研究室，在那里與之前每天傳送的電子信息進行校核之后，錄入到國家地震終端數據庫。

一旦發現動物行為異常的跡象，立即通過電話或無線電上報至哈薩克斯坦地震研究所值班室，數據報送也將轉變為應急狀態的隨時傳送。

連續記錄（24 h）自記儀器，參照上述方式管理。

2 地震生物分析預測方法

2．1 地震生物行為異常的一般分析方法

地震生物觀測的目的，是盡可能發現動物行為偏離背景的早期跡象，并在空間和時間上跟蹤異常的發展。

一般情況下，按照如下思路分析生物數據資料：（1）分析生物活躍度變化的背景數值；（2）分類篩選出單點生物活躍度變化的異常現象；

（3）分類評估單點異常周期的持續時間、范圍和幅度；

（4）總結同測點各類生物行為異常的響應現象；

（5）分析不同測點同種生物的正常和異常特征；

（6）分析不同類別生物異常的正常和異常特征；

（7）總結異常的區域性和集體性特征；（8）核實目前現象；（9）對比以往震例；（10）綜合分析，預測未來地震的時間、地點和震級。

2．2 地震生物分析預測的現狀和震例

哈薩克斯坦地震研究所的研究人員利用windows平臺，建立了地震生物學數據庫，完成相關數據歸一化處理；使用GIS對觀測數據進行分析，提取各種定量化圖像分析。目前，作為4大前兆學科之一，哈薩克斯坦地震研究所的地震生物觀測分析，已經納入了日常、月、年中、年度和臨時會商。

哈薩克斯坦地震研究所比較重視基礎理論方面的研究工作。為更好地對認定的地震生物異常開展相關的機理解釋，地震生物學專家們相繼進行了：生物與氣壓、生物與溫度［小囊鰓鲇（哥薩克生態實驗室）、白條錦蛇（哥薩克生態實驗室）、鴿子（哥薩克、奇利克生態實驗室）、東方沙蟒（波特薩特、阿拉木圖生態實驗室）、兔子（波特薩爾生態實驗室）］等相關性研究；超聲波、次聲波對虎皮鸚鵡行為影響的實驗研究［波特薩特生態實驗室進行］；超聲波、次聲波對休眠狀態下爬行類動物行為影響的實驗研究等。

2．2．1 哈薩克斯坦拜薩隆6．3級地震

1990年11月12日在拜薩隆發生了6．3級地震，震中位于昆格山東北部，震中烈度8度，震源深度20 km，震中西北方向77 km的阿拉木圖市烈度為5～6度區。該地震前，震中附近地區的形變資料和動物行為都出現了顯著異常現象，圖1（a）為形變資料，圖1（b）為動物行為異常數量變化情況。

2．2．2 蘇薩梅爾7．5級地震

1992年8月19日蘇薩梅爾7．5級地震中，震中距離345 km、烈度為6度的阿拉木圖生物試驗場多個生物觀測站獲得了可靠的生物地震前兆資料。

蛇：蘇薩梅爾7．5級地震前34天，飼養箱里的蛇（花紋游蛇和東方紅沙蛇）開始出現異常，行為與其背景行為發生明顯的偏差或者完全相反，活動性增強；可靠性概率0．9。

圖2為地震生物監測系統中獲得的東方紅沙蛇“位置”（mp）參數變化。可以看出，震前17天開始超出背景值，這期間表現煩躁不安、頻繁挪動。

震前3個月蛇的總活動性變化和阿拉木圖預報試驗場7個磁測觀測點的地磁場應力總矢量出現異常。圖3陰影部分為蘇薩梅爾地震震前3個月開始的失調期（反相）。

其他動物在該地震前，也出現顯著煩躁的現象。

兔子：在震前7天開始從洞穴挖新的出口；

鴿子：在震前3天將小鴿子從巢里扔到地面，在地上喂哺；越臨近地震，表現越強烈。

震前3～5天，還發現有動物跑走的情況（蛇、家兔、鴿子），禽類的聲音活動性增強（野雞）。

震前30 min到首個地震發生后3～4 h期間，觀測到卷毛鸚鵡情緒很低靡，表現為茫然、不吃食、不出聲；震前1～2 min水族館的鯰魚鉆出棲居地，到震后10 h一直煩躁不安。此次地震對動物活動性的影響一直持續到9月27日，不同動物在異常反應的強度和持續時間上有所不同。

圖4顯示的是阿拉木圖生物試驗場蘇薩梅爾地震震前動物異常反應類型。

觀察發現，盡管發現有跑出棲居地（東方紅沙蛇）現象，但爬行動物異常反應類型主要為A類反應，如煩躁不安、活動性增強、頻繁換位置等；家兔和鯰魚的異常反應類型主要為B類反應（有目的的試圖離開棲居地）。

2．2．3 哈薩克斯坦6．1級地震

2001年1月29日00時38分在哈薩克斯坦（42．6°N，79．7°E）發生6．1級地震，震源深度20 km；震中離中哈邊境最近距離38 km，新疆阿克蘇、伊寧市等地有震感。該地震前后，震中距85 km的地震生物觀測站虎皮鸚鵡的運動活躍度和聲音活躍度異常曲線圖如圖5示。

3 問題與討論

3．1 對地震生物觀測的認識

哈薩克斯坦非常重視地震生物學的觀測預報研究，只要條件許可，前兆專業地震臺基本上都開展地震生物觀測；在周、月、年中和年度會商時，也作為一個獨立的學科進行資料分析、匯總、預測等。

我國對于地震生物的觀測僅僅是作為對微觀觀測的一種補充手段而開展，沒有連續和量化的觀測數據資料；現有的宏觀震例大都是震后科考時收集得到，對于地震預測的貢獻率明顯較低。

3．2 地震生物觀測的管理

哈薩克斯坦從20世紀70年代開始建立專業的生物觀測臺站，開展連續的生物觀測，并在觀測的過程中逐步優化。無論從選取的動物種類，還是從觀測的方法上都得到了很大提高，同時還成立了地震生物研究室，組織學習醫學、藥學、動物學等專門技術人員對地震生物觀測資料進行科學評估與研究。

我國沒有專門的組織機構來進行地震生物觀測的系統研究，設置有群測群防觀測點的機構，基本都是有異常才上報，沒有異常也沒有記錄資料。新疆地區的宏觀觀測是國內較為系統的，但也是由新疆地震局地下流體研究中心兼管的，沒有獨立的部門來開展更為系統和專業的研究工作。

3．3 地震生物觀測技術的發展

從歷史文獻資料來看，最先發現地震宏觀異常的是中國人。但現今，哈薩克斯坦在地震生物觀測方面的研究已經領先于我國，有很多工作非常值得我們學習和借鑒。目前，我國有數以萬計的群測群防點，如果再增加適當的專業生物觀測點，開展專群結合的分析與研究，也許可以在一定程度上獲取更多地震前兆信息，促進有減災實效的地震短臨預報實現。

本次赴哈薩克斯坦培訓期間，中方代表團已詳細咨詢了如何建立專業的地震生物觀測站，并與哈方地震生物學家達成口頭協議，在新疆未來中長期地震危險區內，哈方專家將協助新疆地震局建立2個試驗性地震生物觀測站；經過一定時間的經驗積累后，再考慮全國推廣應用。

在哈薩克斯坦地震研究所學習期間，得到了阿巴卡諾夫所長、貝拉賽季諾娃教授、庫爾斯科耶夫院士、阿不都拉耶夫院士的幫助；本文完成過程中，得到了王海濤教授的指導，在此一并謹至謝意！

（作者電子信箱，高小其：gaoxq06＠126．com）

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1）Earthquake Administration of Xinjiang Uygur Autonomous Region，

Urumqi 830011，Xinjiang，China

2）Institute of Crustal Dynamics，CEA，Beijing 100085，China

Research progress of earthquake prediction and biological observation in Kazakhstan

Gao Xiaoqi1），Liu Yaowei2），Rebukaiti1），Yang Xiaofang1），Nie Xiaohong1），Lu Na1），Liang Hui1），Xiang Yang1）

According to the history of biological observation in Kazakhstan，this paper introduced present situation，research method and information collection of biological observation network．By making comparison of biological observation in China and Kazakhstan，the earthquake prediction method using biological observation data are summarized and the research approach of professional biological observation station in Xinjiang is given．

Kazakhstan；earthquake；biological observation network；short term anomaly；earthquake p rediction

P315．7；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．09．005

2014-02-14；

2014-02-26。

財政部行業專項（201408008）和中央級公益性科研院所基本科研業務專項（J2213825）聯合資助。