地震预报方法的探索

五种预报地震的方法~

地震监测预报是防震减灾的一个重要环节，也是整个防震减灾工作的基础。破坏性地震给人类造成的灾难，使地震预报成为人们长期以来追求的目标，成为当代地球科学中最富有魅力的一项前沿性课题。近代科学技术的进步逐渐为实现这种目标提供了可能。特别是经过近40年来艰辛的探索，人们在认识地震发生过程，掌握和应用地震预报理论、技术、方法等方面已经取得了长足进步。在地震预报的实际应用中所获得的某些成功，对减轻地震灾害的经济损失和鼓舞人们实现预报地震的信心起了积极的作用。

地震科技工作者经过长期的辛勤劳动，特别是地震监测预报“清理攻关”、“实用化攻关”、“深入攻关”以及“七五”、“八五”科技攻关。使测震学分析预报方法、地壳形变分析预报方法、电磁学分析预报方法、地下流体地震预报方法、地震宏观异常预报方法、地震综合分析预报方法等取得了丰硕成果。

地震学地震预报方法就是利用前期发生的地震（包括大、中、小地震）的信息来预报其后的较大地震。地震是应力和构造活动的产物，地震活动的时、空、强分布图像及地震波特征正是地壳应力场、构造活动格局及地壳介质变化的反映。因此，通过对已发生地震的分析，寻找大地震前由震源区附近应力的集中、增强所产生的各类前兆，正是地震学预报方法所研究的对像。地震学预报方法所获得的大震前兆信息可称为“震兆”。与各类前兆预报方法相比，地震学预报方法在目前研究得最深入，预报方法最丰富，在实际应用尤其在中长期预报中使用得最为广泛。地震学预报方法分为：1、空间图像方法；2、时间进程方法；3、地震序列方法；、4、地震相关方法；、5、震源及介质参数方法；6、合成方法。

地壳形变是地壳介质在内生的构造应力和外生的天体引力以及地表荷载力的作用下发生变形的一种表现形式。而与地震有关的地壳形变则是在孕震过程中，随着构造应力的不断积累，直到岩石发生破裂前后的一种最直接的伴随现象，这种构造应力积累直到岩石快速破裂，一般需要十年甚至更长的时间，因此与其伴生的地壳形变呈现出长、中、短、临的时空变化图像。

近几年我国地壳形变观测技术有了长足进展，主要表现在两方面：一是在时空尺度上把地壳形变观测的各个手段联成一个整体的观测系统，从而有可能获得真实的地壳运动图像；二是几何观测和物理（重力）观测相结合，使地壳形变研究工作由几何学向运动学、动力学方面发展，使我们有可能定量化的研究地壳形变动力学过程，从而可以对地壳形变进行一定的预测，推动地震预报及地震灾害的预测研究工作。

实验和理论研究表明，在应变积累过程中由于地壳介质的不均匀性，会在破裂（地震）之前出现明显的在时间上分阶段性的不同周期的地壳形变，这就是目前采用大面积形变测量，跨断层形变测量和固体潮汐形变测量方法进行地震预报的理论基础。

将电和磁两种现象密切联系起来的电磁学理论体系是麦克斯韦于1862年建立起来的电磁场理论。地球电磁学是在现代电磁学的基础上推进和发展的，他的基础是电磁理论在地球介质条件下的应用，形成了特定的地球电磁学学科。地震是发生在地球内部的一种自然现象，是地球内部介质相互作用的结果，地震的孕育和发生将伴随有介质电磁性质的改变或电磁场的变化，因此地球地磁学方法应用于地震研究的基本任务就是利用地球地磁学的理论和技术，探索与孕震过程有关的地球介质的电磁性质及电磁场本身的变化，为地震预报以及孕震过程提供理论依据和有效方法。

我国地震电、磁前兆的观测是分开的，其观测方法有以下四种分类划分法：

（1）按使用场源的种类划分，可分为被动场源（天然场源）和主动场源（人工场源）；

（2）按场源频率划分，可分直流、交流电磁场法，使用的频率有：

DC—超低频（ULF），频率在10Hz以下；极低频（FLF）、甚低频（VLF），频率从0.01到30KHz。

（3）按观测的物理量划分，可分为岩层（岩石）的物理性质和场强的观测。

（4）按测量方式划分，可分为固定台站（定点）测量，定点定期重复测量和不定时不定点测量（面积和剖面线测量）等等。

地下流体的异常动态变化与地震的孕育和发生过程之间有着密切的成因上的联系，这是利用地下流体方法预报地震的基本依据。地下流体是构成地壳介质的一种特殊的、最活跃的组成成分，能够灵活地反映地震孕育过程中岩石的应力应变；同时，地下流体的动态变化，对岩石的应力应变过程还要产生促进作用。

地下流体动态变化能够灵活地反映岩石的应力应变，已为大量资料所证实。地下水位对固体潮引起的地壳体应变反映的灵敏度可高达10-10。流体中含有的丰富多样的化学元素组分，尤其是其中的气体组分，也能灵敏地反映岩石的变形破坏，且显示出多种测项的异常变化，从而可提供丰富多样的地震前兆信息。

地下流体的动态观测，是流体方法预报地震的基础。观测内容包括：水位、流量、水温、水化、气体及断层气等。目前，我国已建成多层次、多项目、立体式的流体观测体系，积累了十分丰富的流体前兆资料，为流体前兆理论研究和实际地震预报提供了可靠的依据。

宏观异常现象一般是指人们在日常生活中仅凭感官就能观察或感觉到的与正常现象不同的自然现象。地震宏观异常现象则指在地震发生前后出现，且与地震的孕育、发生和发展有密切关系的宏观异常现象。常见的宏观异常现象有：

（1）地下流体异常

A、地下水异常：水位升降异常、物理性质异常、化学组分异常；B、地下气体异常：气体溢出异常、翻花冒泡异常、燃气火球异常；C：地下油、七异常：石油产量异常、深井喷油异常。

（2）生物异常

A、动物异常：a.动物分类：穴居动物、水生动物、禽类、畜类、昆虫、其他野生动物；b.异常形式分类：行为异常、习性异常、迁徙异常。

B、植物异常：重花重果、再生或死亡。

（3）地球物理场异常

A、地光异常：大气发光、器物发光、燃气火球发光、地裂缝闪光；

B、电磁现象异常：电磁干扰、静电干扰；

C、地声；

D、有感地震‘

（4）地质现象异常

地裂缝、滑坡、坍塌。

（5）气象异常

旱涝异常、增湿异常、风异常。

地震宏观异常的出现是重要的临震指标。宏观异常大多出现在震前3-5天、几小时乃至10多分钟。只有个别出现在震前10多天甚至一个月以上。因此，宏观异常的出现是重要的临震异常显示。所以，在完成对地震形势趋势估计的背景下，及时发现、收集、分析宏观异常现象，是实现地震短临预报的关键措施。

到目前为止，地震预报还是一个世界性难题。地震预报必须同时包括时间、地点和强度，由于地震情况复杂，有些地震能预报，有些则无法预报，现在全球预报地震的准确率只有20%多。目前，包括像美国、日本等发达国家在内，地震预报仍然处于探索阶段，地震预报还远远没有做到像天气预报那样准确。近年来，国际上有一些科学家对地震预测持否定意见。有人甚至发表“地震无法预测”的论文，明确提出“地震是无法预测的”论点。但另有一些地震科学家对地震预报的成就给予了肯定，认为地震发生地点、时间、震级的短期预报终将实现，而长期预报的成就则更加突出。

（一）反映地震活动时间序列的统计预报

在统计预报中，把地震看成是一种随机事件。即地震在单位时间内出现的概率分布，要求具有独立性、序列性、平稳性，服从泊松分布：

固体地球物理学概论

其中：f（n）为单位时间内发生n次的概率；λ为单位时间内发生地震的平均次数。例如，温纳早在1937年取1925～1930年的全球地震进行过统计。为保证具有独立性，要去掉大震发生后一个月内的余震，计在2191d内发生2585次独立地震，平均每天发生数λ=2585/2191=1.18（次/日）。代入式（6-8），可得

固体地球物理学概论

将所得f（n）再乘以总天数2191，则得每日发生n次的天数。这就是表6-1中给出的计算天数，同时给出由观测数据分别统计出来的结果。这个表表明，地震是可以作为随机事件处理的。

表6-1 地震频度分布表（1925～1930年）

由于地震时间序列可以作为随机事件处理，所以能运用一些统计规律去推测未来。例如，应用极值理论做中国中长期地震预报，应用相关性做全球地震与中国大陆地震的相关性分析，以及大陆地震重现周期和量级分布律的研究等。

统计预报只能对较大地区和较长时间做出粗略估计。由于这种预测是在一定概率意义下给出的，不具有确定性，所以，概率虽高而实际并未发震的情况并不少见。

（二）反映地震大小比例失调的b值预报

古登堡、里克特最早发现地震震级M与地震次数n（M）的指数衰减关系：

lgn（M）=a—bM

由此不难写出b值的表达式：

固体地球物理学概论

b表示某一震级的次数与高一级的地震次数之比的量级值，即通常所说的大小地震比例关系。如果b值严重偏离正常值，即大小比例失调，当b值偏低时，则可能发生大震。

我国地震工作者对b值进行了大量研究和资料整理。图6-1是海城、龙陵、唐山、松潘四次地震前震中附近的b值变化。这是将每个月的b值点出来的逐月变化图。

图6-1 几次较大地震前的b值逐年变化曲线

反映大小地震比例关系的b值在时间和空间上的变化，属于一种能量分配的变化。保持一定的能量分配，是固体介质的固有要求和固有属性。对于b值的监测，正是追踪能量分配是否失去平衡的一种有效手段。

（三）反映地震频度衰减的h值预报

在一个不太长的时间和不太大的地区内，发生一组地震。取其中最大地震为起点，最大地震之后的地震频度随时间的变化，一般可以写成

n（）t=n₁t_—h （6-10）

茂木称式（6-10）为余震衰减公式，刘正荣在1979年利用该式分析云南地区的地震资料，得出：h≤1，地震群是前震型；h≥1，地震群是余震型。并且结合b值大小进行预报。图6-2是根据一组地震的h、b值对未来地震进行预报的h—b示意图。如果是落在A区内，将发生比该组最大地震还要大的主震；落在B区内，将发生低于该组最大地震的强余震；而落在C区和D区，相对来说较为安全。当然，不同地区的余震衰减情况相差较大，不可等同视之。

图6-2 h-b空间图

（四）反映地震震源断层面总面积的∑值预报

用地震频度和地震能量虽可分别表示地震活动强弱，但由于小震数目远大于大震数目，故频度变化实际反映的是小震活动。而由于一次大震的能量远大于一次小震或数次小震能量，故能量变化实际反映的主要是大震活动，因此单用频度和能量不足以表征地震活动的全体，从而引入一个兼顾两者的量∑，它定义为

固体地球物理学概论

式中：N（K）为时间t至t+∆t间隔内，能级为K的地震数目，K=lgE（当然，所谓能级为K是指从K—

到K+

的一个范围）。根据L的大小，可分三种情况：

（1）L=1，

，退化为频度；

（2）L=10，

，退化为能量；

（3）L=4.5，

，表示不同能级的地震断层面面积之和。

为了说明第三种情况，可做以下分析：因为地震波能量E正比于地震释放能量E₀，即E∞E₀，而E₀又正比于震源体积V，或者说，正比于震源断层面S的3/2次方，即E₀∞S^3/2，因此有以下关系：

固体地球物理学概论

即是说，式（6-11）中的L^K以4.5^K代替，则得

∑（t）=∑ N（K）S（K） （6-12）

它表明∑（t）为不同能级的断层面面积之和，这就是∑（t）的物理意义。

实际工作表明，在一定地震带∑（t）曲线的峰值与其后发生的强震往往有一定对应峰值越大，峰到强震的时间间隔越长，则地震的震级越大。关系。一般说来，∑（t）

（五）根据波速变化进行预报

当地震波通过未来震源区时，由于震源区的结构（断层分布等）和物理状态（弹性模量等）的变化，其传播速度应当发生相应变化。大致采用以下几种办法进行研究：

1.近震的和达清夫作图法

令K=v_P/v_S，则有

固体地球物理学概论

式中：

、

为直达纵波和横波到时；O为发震时间。对于同一个地震，可以由若干个台记录的

和

数据，算出K和O。

2.双台远震视速度法

同样利用K=v_P/v_S，可得

（S—P）₂—（S—P）₁= （K—1）（P₂—P₁）　（6-14）

式中1，2为两个台序号。条件是两个台要在同一震中方向上，P、S为直达纵波和横波到时。

3.远震残差法

在测定地震基本参数时，总得到一个P波走时的残差平均值：

固体地球物理学概论

式中：

，R_i为第i个台的残差，R_i=P＇_i—P_i（P＇_i为观测值，P_i为计算值），

为残差正常值。

4.定点爆破法

固定爆破点和接收点，定期进行爆破，以取得爆破点与接收点之间的可靠走时，距离与走时相除得行进速度。

前面两种是利用波速比值K，后面两种利用波速v_P，曾用K值在一些地区进行过预报尝试或发震后对可能的前兆进行分析。图6-3是北京地区的K值典型曲线：它先是下降，到达最低点又回升，这个时间称为异常持续时间（T），从异常结束到发震称为发震延迟时间（∆t）。一般认为，异常持续时间与震级有关。

图6-3 K值曲线示意图

利用波速变化预报地震，曾给人们带来希望，然而，随着震例的增加，这种方法没有完全经得住考验，是观测精度有问题，还是物理模型有问题，抑或两者兼有，目前还没能给出确切结论。

（六）根据地面形变进行预报

日本是最早研究地形变与地震关系的国家。一般认为，地震形变从开始积累到最后释放共有三个阶段，分别标以α、β和γ。α：危险地区的地壳在长期缓慢形变的基础上出现异常；β：危险地区的地壳形变速度剧增且发生方向改变；γ：最后破裂，以弹性回跳方式大量释放能量，幅度最大，方向相反。图6-4是其地形异常变化示意图。

图6-4 地形异常变化示意图

地形变测量，一般使用包括三角测量和水准测量在内的大地测量。但大地测量只能发现α形变，不宜于监视β变形。β变形的时间短变化急，只有用连续记录才能奏效。因为β变形是弹性形变的累积从稳定过程变为不稳定过程的临震异常阶段，尤其引人注意。

国际上公认的地形变可以预报地震或可以显示地震前兆的例子，是日本1964年的新潟地震（M=7.5）和苏联塔什干1965年（M=6）地震。有人认为，海城地震之前，金县站的短水准地形变资料有一定程度的显示。

（七）根据地磁和地电变化进行预报

地磁预报曾吸引了许多地球物理学家和地震预报工作者，因为它既有可靠的科学基础（压磁效应），又有精确的测量仪器（理论上计算震源区岩石受压所产生的附加磁场可达5nT，而仪器可以测量到10^—1～10^—3nT）。一时间，研究者颇多，但都没有获得预期结果。最为著名的是美国布兰纳在圣安德列斯断层一段120km长的实验基地上，进行精度为10^—3nT的地磁测量。在试验期间，试验区及附近发生许多地震（较大的M=4），却没有发现预想的地磁场变化。1980年，我国祁贵仲根据模型计算和部分震例，得出分量测量等效于空间加密测点的概念，提出并论证震磁观测中总强度测量的有效性，在这个思想指导下，在我国重点地震区布置了以观测总强度为主的流动测网。

因为岩石压电效应和压磁效应是同样明显的。为了测量地下岩石的电阻率变化，各国都布设了大量地电观测台，并取得一些数据。有人认为地光也是压电效应形成的。地光就是地震时在当地天空出现的异常光焰，有关地光的历史记载和现在的观察很多。如1975年辽宁海城地震前，当地居民普遍看到各种颜色地光，而且范围很广。由于地光与震电关系的内在联系还不清楚，因而目前还难以引入预报实践。

（八）根据地下水位和地下水氡变化进行预报

如前所述，震源处含水是发震的一个重要物质条件，水中所含放射性氡又是鉴别震源区介质和一般地区介质的重要指标。

针对地震预报，我国对地下水位进行了系统观测和研究，是群测群防网监视临震异常的重要内容。地下水位的变化，一般认为是地壳形变引起的。但是季节、天气、灌溉等也会引起水位变化，要区别干扰和地震信息还是很困难的。有些地区专门选取一些对地震敏感的专用井，作为“地震窗口”，进行连续自动记录。

我国对地下水氡的测量和研究，是作为水文地球化学的一部分来进行的。除了放射性氡，还有多种离子（硝酸根离子、氯离子等）可以作为地震前兆参与预报。而且发现7级以上大震（如唐山地震），这些水化前兆反应，不是从震中向外推移，而是具有从外围向震中方向推移的特点。苏联对地下水氡（尤其是深井泉水氡）与地震的关系做了细致探讨。图6-5是在塔什干疗养院所取得的泉水氡含量记录图（单位：Bq/m³），水氡等化学成分的变化，是由于地壳形变造成含水层中气体的运移引起的。

图6-5 苏联塔什干疗养院地下水氡含量随时间变化曲线图

（九）综合预报

上述诸项属于单项预报，更有利的是对各单项进行综合。表6-2给出临震的前兆异常综合表。根据各种前兆反应的时间尺度和控制范围，根据资料的可靠程度，以及它们在震源物理过程中的发展地位，通常按图6-6进行综合中长期和临震预报。其中震情分析是根据测震系统所得地震活动性做出的，可给出整体变化趋势。在此主要标志启示下，对危险地区和危险时段的地球物理场进行深入对比。当尚未进入临震状态时，用更大范围的地形变资料和地质构造背景资料，剖析危险区并估计震级大小。当临近地震时，除继续监视专业测点的测震前兆和地球物理场变化之外，还应注意群测群防点的宏观现象（如动物反常、井水水位和水氡变化等），此时宏观现象更加明显和集中，依此确定震中危险区。还要在整个预报分析中考虑天文因素和气象等因素的影响。

表6-2 几种前兆异常综合表

应当强调指出，地震预报是一种概率性的、经验性的和综合性的灾变预测。与概率性相对的是确定性。由于地震的发生是多方面因素决定的概率性事件，不可能像天象（如日食、月食）那样可以给出唯一确定的预报，只能给出发生地震的可能性大小。与经验性相对的，是理论性的或称模式化的预报。我国海城地震预报成功，在很大程度上依赖邢台地震经验，而四川松潘地震的预报成功，又在一定意义下是借助海城地震经验。由于唐山地震的类型不同于邢台、海城，即无经验可借鉴，以致漏报。出现这种情况，人们又容易走上轻视经验而片面依赖理论的极端。这样，同样会造成严重社会影响。其反例是，美国布雷迪在1980年根据实验室中岩石破裂过程的红外连续摄影照片，按相似法则提供的实验微破裂与实际断层的比例关系，应用于南美的秘鲁等地区的地震预报。曾预言：1981年8月14日那里将发生一次8级地震。其结果，地震没有发生，却造成“公众恐慌和社会混乱”。因此，理论上过于简单和经验上过于片面，都会造成严重社会后果。在这种情况下，采取的预报原则应该是综合性的。这里所说的综合，即包括各种手段的综合，也包括经验与理论的综合。

图6-6 综合预报流程图

国际上公认的具有科学意义的成功预报只有两次：中国海城1975年7.3级地震和苏联帕米尔地区1981年7.0级地震。显然，目前国际上地震预报成功率是很低的，而这两次成功预报又带有一定偶然性。即是说，目前对地震本质的认识，还没有实质性进展，仍然处于积累资料和积累经验的发展阶段。

---

张北县17530466278： 现在的预测地震方法都有哪些? - ？
皮看武活： 地震预测研究有3种不同的思路: ①地震地质.地震发生在地壳中上层,故认定地震应属于地质过程.研究已发生的大地震的地质构造特点,应有助于今后判定何处具备发生大地震的地质背景.但有些地震发生前,地质构造往往不甚明朗,震后...

张北县17530466278： 如何预测地震的发生? - ？
皮看武活： 地震预测是一个全球性的科学难题,主要是三个地方. 第一,地震过程的复杂性.地震是地壳构造运动的产物,但是在地底下,地壳分布到底是什么样的情况,构造活动的性质、强度,我们现在知之甚少.我们对于地震发生的规律的认识非常少...

张北县17530466278： 如何监测地震 - ？
皮看武活：[答案] 地震难以预测! 地震会引地下和地上各种物理及化学变化,给人们提供信息,只要人们认真观测并掌握地震前兆的规律,地震预报总有一天会实现. 在地震预报方面,我国地震工作者已经取得可喜的成绩.1975年2月4日海城7.3级地震时,我国做出了...

张北县17530466278： 目前地震可以通过哪些方法预报 - ？
皮看武活： 地震学预测方法一、前兆性地震活动:(1)地震活动增强与平静;(2)震群活动;(3)前震活动;(4)诱发地震;(5)地震窗;(6)地震震中迁移;(7)相关地震;(8)地震活动重复性.二、地震空区和条带:(1)地震空区;(2...

张北县17530466278： 有什么预知地震的方法? - ？
皮看武活： 地震 目前应用于地震监测的主要手段及方法有以下几种: 1)测震:记录一个区域内大小地震的时空分布和特征,从而预报大地震.人们常说的“小震闹,大震到”,就是以震报震的一种特例.当然,需要注意的是“小震闹”并不一定导致“大...

张北县17530466278： 地震预测有哪些类型?你所了解的地震预测方法有哪些?如何进行地震预防? - ？
皮看武活： 地震预报是对未来破坏性地震发生的时间、地点和震级及地震影响的预测,是根据地震地质、地震活动性、地震前兆异常和环境因素等多种手段的研究与前兆信息监测所进行的现代减灾科学.地震预报技术是从地震监测、大震考察、野外地质调...

张北县17530466278： 有没有什么方法可以提前预测到地震? - ？
皮看武活： 地震预测是世界难题,第一,地球的不可入性.大家知道上天容易入地难,我们对地下发生的变化,只能通过地表的观测来推测;第二,地震孕律的复杂性.通过专家多年的研究,现在逐渐认识到地震孕育、发生、发展的过程十分复杂,在不同...

张北县17530466278： 地震是怎么预测出来的 - ？
皮看武活： 远期地震预测:是一种以地震发生的地质构造条件为基础,宏观地对某一地区在较长时间内(如几十年、上百年甚至更长时间内)可能发生的最大地震及其影响范围进行预测的方法即地震地质方法.这种方法在大面积上划分未来地震的危险地带...

张北县17530466278： 地震怎么预测啊？
皮看武活： 地震预测很难,主要有三个原因. 第一,地震过程的复杂性.地震是地壳构造运动的产物,但是在地底下,地壳分布到底是什么样的情况,构造活动的性质、强度,我们现在知之甚少.我们对于地震发生的规律的认识非常少,认知程度非常低,...

张北县17530466278： 用什么方法能预知地震到来?？
皮看武活： v地震预报,特别是临震预报,比如说明天天气下雨了这种临震预报,世界上没有过关,我们国家也没有过关,是一个世界难题.地震的性质有多种多样,有的时候突然之间发生了大地震,大地震之后有一些小震.有的地方先来一个小震再来一个大震,这种类型的地震可能很高.有些地震发生之前有动物异常,但是有些地震没有异常.所以这种规律不是千篇一律的,我们正在不断地探索和研究地震预报问题.