我國地震短期前兆特征和預測方法概述

羅 健

（甘肅省核地質二一九大隊，甘肅 天水741000）

受地理位置限制，中國地震頻發，是全球大陸地震發生最頻繁、地震災害最嚴重的國家之一。時至今日，地震預報仍然是全球性的科學難題。李四光認為，地震的發生是有前兆的，是可以預報的[1]，如震前云、地電、地聲、地下水、熱紅外、生物活動、溫度等異常變化為地震預報提供了一定的科學依據，由于地震發生的偶然性，加之人類對其認識的局限性，因此臨震前兆工作仍然是地震預測預報領域不斷探究的課題[2-4]。

重大地震發生前一般都伴隨各種前兆特征，常見的地震前兆現象主要包括三方面，如地震臺和地震儀器記錄、地面上產生的某種異常現象、由產生地震的前兆模式所預期的可能前兆。本文選取一些國內常見的最新的且能科學預測地震的方法加以簡述。

2 常見的震前預報方法

2.1 地電異常

地電異常變化是地震預報監測中較為科學的方法之一。地震監測預報成果案例表明，地電阻率異常的判定以正常值為基線，當地電阻率的月均值、五日均值、日均值與正常值相比，相對變化的偏離幅度大于1.5%，且超過正常值時段偏差3倍時，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最大幅度（最大值與最小值之差對其均值之比）小于1.5%的連續無震時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]等對甘肅周邊5級及以上地震的臨震地電異常研究發現，地電異常應震范圍為67～360km，電阻率異常異常出現時間至地震發生時間間隔為 20～210d。

在用地電阻率預測地震時，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的條件是：地下介質電性結構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的深部地殼介質；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；地下水動態變化幅度越小越好；地電監測周側無電的干擾源；測區內無地表灌水；監測一定范圍內無金屬埋設；測區內無抽水機井等。一般而論，加大勘探深度（不小于300m），可將季節性干擾壓低到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。地聲是由地殼介質的破裂而引發的,地震活動在其孕育和發生過程中常伴隨著明顯的地聲異常。

在地震孕育發生過程中，地殼深部的巖體承受壓應力隨著臨震時間的漸進而逐步增大。當巖體內壓應力超過一定臨界值后,巖體內裂紋發生擴展并產生新的裂紋，大范圍的巖體內還會產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生和擴展會產生聲發射現象。通過對巖體聲發射的強度和頻度的專業研究,把握巖體聲發射與地震產生過程的相關關系，從而確定地震活躍區域,并對活躍區域加密布設聲發射監測點，通過對監測數據的分析對比,為地震的短期臨震及臨震預報提供科學依據。

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常現象。大震前震中范圍內不少井水水位發生明顯宏觀和微觀異常現象，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、冒泡等現象。多年觀測表明，每一次大震甚至中強震以前都有不同程度的地下水異常出現[6]。

2.3.1 震前地下水位變化特征與地震

苗菊玲等對北杜井水位異常變化研究發現，水位異常與地震發生間的關系為：“上升—下降—地震”[6]；曹新來等對華北地區幾次強震前地下水位的趨勢變化研究發現，臨震前地下水異常變化多表現為“加速下降—轉折—地震發生”的模式[7]。

震前水位常出現持續急劇下降、上升等突變現象是地下水位異常的重要特征之一，如1984年1月6日，甘肅天祝縣旦馬地震，震前井水出現下降現象。天祝縣西大灘鄉馬場臺學校的井水觀測記錄顯示，1983年8月下旬該井水位出現下降現象,至同年9月5日,觀測井下水深僅有0.2m,水位降幅達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。根據記錄顯示，震前旦馬草原上有一泉眼（干涸達七、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日甘肅天祝旦馬發生5.6級地震。

2.3.2 地下水異常集中分布區域、異常時間與地震

劉長才等學者研究表明，地下水出現宏觀異常與地震活動有緊密聯系，且二者異常變化均集中在活動斷裂帶上[7]。研究發現，凡地下水異常在空間上形成規律，并且和已知的構造帶相一致時，應重視這些構造帶的相關部位可能是未來地震的震中區。通常情況下，異常數量多、密度大的區域易成為震中發生區。

震前地下水變化也有時間上的異常反應，異常開始出現的超前地震的平均天數是49d，而異常突變和轉折時間超前地震的平均天數為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；異常變化速率的急劇增加，幅度的增大是臨震的重要標志[1]。

2.3.3 地下水范圍異常與震級大小

研究顯示，震級大小通常與地下水異常范圍有關，如5、6級地震，地下水異常范圍在300km內；6、7級地震，地下水異常范圍達到600km；7級以上地震地下水異常范圍達到1000km。大震前地下水常出現噴涌等劇烈異常變化，而在中強震前較為少見。另外，7級以上大地震常存在數年的連續趨勢異常,6、7級地震有1年左右趨勢異常，6級以下往往無趨勢異常。震級越大，震前出現的異常井、泉點越多。特別注意的是，區域性的異常時空轉移是7級以上大地震的標志，這種轉移現象在7級以下地震則較為少見。

2.4 震前動植物行為異常

強地震前的動物異常是一種經常出現的臨震前兆現象，它們在一場類型、時-空分布及與震級的關系等方面具有一定的特點。

2.4.1 震前常見動植物行為的異常特征

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

通過對蜥蜴和蛇對比研究發現, 蜥蜴具有超強的超聲波聽力，其范圍可達到100千赫，而蛇具有較強的低音波振動接受能力。由于特殊的神經系統，蜥蜴對電磁場和地磁的震前反應都異常敏感[9]，臨震前,蜥蜴常離開洞穴。據古籍記載，公元前221年黃河中游大地震前出現 “龍生于廟, 犬哭于市”現象[9～10]。記載顯示，唐山地震前兩天, 唐山附近一養魚池周圍出現數百條蛇集結在一起的現象[10]。

李均之發現，虎皮鸚鵡的跳動異常與地震相關，具有臨震效應，可以反映出較大地震的發生,預測距離可達上千公里,虎皮鸚鵡的異常跳動越頻繁,震級越大,局限是不能預測臨震地點。

大多植物對地震前的電流、電磁波異常異常敏感。據載，唐山地震前,震區出現柳枝枯死,竹子開花,果樹結了果實后再次開花等異常現象；1975年2月4日，遼寧海城7.3級地震震前兩個月,震區出現杏樹開花現象；1970年12月3日寧夏西吉縣5.5級地震前的一個月,距離震中66km的隆德縣,出現蒲公英開花現象。

2.4.2 震前動物行為異常的時間特征

通常在地震前一天內，動物出現不規律的行為異常。根據對1976年唐山地震和遼寧海域地震觀測發現，動物行為異常在震前一天內達到最大值。研究發現，震前各種動物異常出現時間具有明顯的相對集中性，且主要集中在震前前一天。而震前一天內的動物異常反應頻度更多集中分布在震前11h內，動物行為異常的平均時間約為2.7h[1]。

2.4.3 動物行為異常的地區分布

震前動物行為異常的地區分布不是均勻的。動物行為異常分布地點與未來地震的發生區的構造以及有關活斷層的走向、交叉、拐點和端點有關，動物行為異常的地區分布與未來地震的極震區或高烈度區有一定的關系。1976年唐山地震約有70%的動物異常分布在烈度為7度以上的地區，震中區和有關斷層附近及其交叉地區分布更為密集。

2.4.4 震前動物行為異常與震級

動物行為異常反應與地震震級較為相關。根據觀察發現，3級左右的地震發生前，有少量動物會出現異常反應；5級左右的地震發生前，常見動物可出現較為明顯的異常；7級左右的地震發生前，在較大范圍內，多種動物會出現大量行為異常的反應[9～10]。

由于動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因素的異常變化，并出現異常行為反應。但是，在判別動物行為異常的時候，必須要辨別真假，因為有些動物異常與外界環境、自身生理變化有關等。

2.5 斷層及其逸出氣體CO2的震前異常

斷層是構造運動最為敏感的部位，斷層形變是地殼應力場改變最直觀、最顯著的表現方式，在斷層帶上布置地應力的觀測線、觀測點或者觀測網，可以監測斷層帶上的地應力異常變化。觀測分析斷層帶上的異常變化,是進行地學研究及地震預測臨震預報的有效途徑之一[11]。

2.5.1 斷層活動性與強震發生的關系

區域斷層活動性增強是判斷強震發生的重要標志之一,研究認為，斷層活動增強與地震活動的發生具有準同步性。震前區域斷層活動的加劇首先出現在震中區的外圍,近震中區斷層活動異常加劇出現在接近發震的時間段內。因此，加強對構造塊體周邊斷層活動的動態分析,對判定強震的發生危險地段很大幫助。

2.5.2 斷層逸出氣體CO2的震前兆異常

殷世林對蘇州市太倉-福山近幾年有感小震前斷層逸出氣CO2觀測到的前兆異常分析發現，異常時間提前量有感小震的前兆異常時間提前量在半個月之內,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地震還是有感小震,其發震時間均在CO2逸出氣異常的峰值過后,并且接近正常值時發震。其次，未來震級的大小,可根據異常的幅度來分析、判定[12]。

2.6 熱紅外異常

利用衛星熱紅外異常作地展臨展預報,是我國首創的、大有發展前途的新方法[13]。我國自1989年10月利用衛星紅外異常進行地震試報實踐以來,已成功的預報的很多地震實例[14]。

鄧志輝等在2000年運用衛星紅外異常對云南姚安地震（Ms6.5）、青海地震（Ms6.6）、甘肅景泰地震（Ms6.2）研究表明，地質構造帶，特別是活動斷裂帶，常出現衛星紅外異常。紅外溫度的相對高值異常的邊緣或附近常常是地震震中發生區,且紅外異常的發展具有非對稱性,異常一般都是從震中附近的某一側向震中區擴展[15]。

四川汶川地震（Ms8.0）發生前,出現了衛星熱紅外異常現象。魏樂軍等對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,出現了衛星熱紅外增溫的異常現象。至5月12日地震發生時,期間共有5次大規模的孤立增溫異常序列,每次持續時間2～13d不等,增溫幅度及異常區面積也有所不同。該現象進一步證實，在地震前（特別是≥Ms5.0級的地震）,出現熱紅外異常現象，可作為地震臨震前兆[13]。

強祖基等對1996年2月3日云南麗江地震（Ms7.0）研究發現，地震發生前幾天的震中區衛星熱紅外圖像呈現圓形分布,其北北西、北西、南北及北東向的熱旋扭面往南收斂。通過對菲律賓薩馬島強震群（Ms7.0～7.5）及青海共和地震（Ms7.0）研究發現，震前衛星熱紅外圖像的熱應力的推進路徑呈環橢圓狀[16]。

2.7 云異常

古人通過云異常預測地震成功的案例也較多，據載（隆德縣編年史），1622年固原7級大地震是根據地震云異常預測的。日本7.8級地震也是通過地震云異常預報的。由于云異常受外界環境敏感，通過地震云異常預測地震的爭議較大[17]。

壽仲浩、王斌等利用地震云異常曾成功預報地震，該理論認為，應力使地殼摩擦、運動、破裂，從而產生大量熱量，使地下水變為蒸汽，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域集中分布，這種云與其他云相對，有明顯的的異常特征。另外，杜樂天的云異常理論是，地球內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，形成云異常現象。該理論在臺灣東洋面6.0級地震（2004年1月26日）等地震活動中得到了印證。

壽仲浩通過多年觀測，通過對地震云出現時間和地震發生時間得出以下結論：從地震云出現到地震發生的最長時間為103d，平均時間為30d。另外，地震云的尾部指向多是地震震中區，但應用地震云尾部來判斷震中存在很大的不確定性，因為地震云的飄移受風向、風速等外界因素影響較大。

王斌等對地震云的觀測發現，地震前地震云出現異常的時間一般在震前幾個月內分布較多，但是，僅在地震發生的地方，地震云出現反復出現的現象。另外，地震云判斷震級時，影響震級大小的主要為云團面積大小、云團存在時間周期，且震級大小與二者呈正比關系。

2.8 溫度異常

利用衛星遙感技術監測大氣升溫現象進行地震短臨震預報在我國取得了一定的科學成果。

李勇[18]等研究研究成果表明，地震發生前，特別是大地震前，在震區活震中附近區域氣溫有明顯的升溫現象，這主要是因為地殼運動使得地球內部的高溫沿著地殼的裂縫向地表傳遞。另外，隨著地震爆發時間的接近，地殼裂縫一般沿著震中區域擴展，從而引起地殼內部溫度向地面傳遞的區域移向震中及附近區域，通過這種區域擴展異常來判斷未來地震爆發區。

李勇等對汶川地震發震時間段溫度研究認為，判斷震級的因素有異常溫度的最高值、發生最高溫度區域面積、背景溫度值，其之間存在的線性函數關系為：Y=1.5963+0.0003X。李金平[19]等對汶川地震研究認為，汶川地震震前出現3次地面升溫異常，臨震增溫異常持續13d，異常升溫高達10℃。

趙振明[19]等研究發現，汶川地震震前其周側區域溫度均出現了異常變幅，且總體呈現為由震區向北、向東降溫幅度變小的趨勢。

3 結語

地震預測過程中，任何一種預測方法都不是絕對的，其變化異常特征還可以受到其他外界因素的干擾，因此在地震預測的時候應該把外界對其的干擾因素全面考慮，綜合各個預測要素判斷，聯合運用各種方法，爭取做到不孤立地運用單一的一次異常與地震活動的關系，從而更準確的預報震前時間、地點及震級大小。