[科普中國]-地震前兆

地震前，在自然界發(fā)生的與地震有關(guān)的異?，F(xiàn)象，我們稱之為地震前兆，它包括微觀前兆和宏觀前兆兩大類。常見的地震前兆現(xiàn)象有：地震活動異常、地震波速度變化、地殼變形、地下水異常變化、地下水中氡氣含量或其它化學(xué)成分的變化、地應(yīng)力變化、地電變化、地磁變化、重力異常、動物異常、地聲、地光、地溫異常等等。當然，上述這些異常變化都是很復(fù)雜的，往往并不一定是由地震引起的。例如地下水位的升降就與降雨、干旱、人為抽水和灌溉有并。再如動物異常往往與天氣變化、飼養(yǎng)條件的改變、生存條件的變化以及動物本身的生理狀態(tài)變化等等有關(guān)。因此，我們必須在首先識別出這些變化原因的基礎(chǔ)上，再來考慮是否與地震有關(guān)。1

宏觀前兆人的感官能直接覺察到地震前兆稱為地震的宏觀前兆，簡稱宏觀前兆。比較常見的有，井水陡漲陡落、變色變味、翻花冒泡、溫度升降，泉水流量的突然變化，溫泉水溫的突然變化，動物的習(xí)性異常，臨震前的地聲和地光等。2

其中動物異常是震前征兆的普遍現(xiàn)象，由于不同動物的生活習(xí)性和敏感程度的差異，所反映的異常狀態(tài)和特征也不一樣。如隆冬季節(jié)數(shù)百條毒蛇出“洞”或“自尋短見”，成千上萬只青蛙攜幼搬遷，離開震中數(shù)百米等。由于地震宏觀前兆的特征突出，與老百姓的日常生活密切相關(guān)，并相對易于發(fā)現(xiàn)，因此是在大地震群測群防中最適合普及的方法。2

一旦發(fā)現(xiàn)異常的自然現(xiàn)象，不要輕易作出馬上發(fā)生地震的結(jié)論，更不要驚慌失措，而應(yīng)當弄清異常現(xiàn)象出現(xiàn)的時間、地點和有關(guān)情況，保護好現(xiàn)場，向地震部門或政府報告，讓地震部門的專業(yè)人員調(diào)查核實弄清事情的真相。3

微觀前兆人的感官無法覺察，只有用專門的儀器才能測量到的地震前兆稱為地震的微觀前兆，簡稱微觀前兆，主要包括以下幾類：

地震活動異常：大小地震之間有一定的關(guān)系。大地震雖然不多，中小地震卻不少，研究中小地震活動的特點。有可能幫助人們預(yù)測未來大震的發(fā)生。4

地形變異常：大地震發(fā)生前，震中附近地區(qū)的地殼可能發(fā)生微小的形變，某些斷層兩側(cè)的巖層可能出現(xiàn)微小的位移，借助于精密的儀器，可以測出這種十分微弱的變化，分析這些資料，可以幫助人們預(yù)測未來大震的發(fā)生。4

地球物理變化：在地震孕育過程中，震源區(qū)及其周圍巖石的物理性質(zhì)可能出現(xiàn)一些變化，利用精密儀器測定不同地區(qū)重力、地電和地磁的變化，也可以幫助人們預(yù)測地震。4

地下流體的變化：地下水(井水、泉水、地下層中所含的水)、石油和天然氣、地下巖層中還可能產(chǎn)和貯存一些其它氣體，這些都是地下流體。用儀器測地下流體的化學(xué)成份和某些物理量，研究它們的變化可以幫助人們預(yù)測地震。4

形成及主要特征若用傳統(tǒng)連續(xù)介質(zhì)觀念，將地殼巖石層作為整塊固體來處理，則必然得出結(jié)論：任何前兆只有當應(yīng)力接近屈服應(yīng)力時才會出現(xiàn)，然而，長久以來，以此觀念為基礎(chǔ)的觀測得到"清楚的、確定的、有物理機制的前兆很少"，這是由于對地殼巖石層認識的誤解和觀測方法不合適而造成的。只有將地殼巖石層作為離散態(tài)顆粒體系，才可獲得對地震前兆及其探測 的正確認識。5

地震發(fā)生前，必然有能量積累過程。巖石層塊受到推壓作用達到可克服摩擦力和邊界斷層泥阻力時，會發(fā)生滯滑移動，擠壓斷層泥，又推動下一巖石層塊運動，就這樣漸次使其他巖石層塊發(fā)生移動。這種作用和移動在地層中一定以力鏈形式傳遞。隨著力鏈涉及的巖石層塊增多，所受到的摩擦力和阻力也不斷增大，也可能力鏈后端遇到大巖石層塊或非活動斷層，導(dǎo)致某些力鏈會積累很大作用力，其薄弱處則可能發(fā)生地震。因此，地震前兆的基本特征是能量積累過程的巖石層塊滯滑移動和力鏈傳播，以及地震將要發(fā)生時震源附近地層中作用力的持續(xù)增大，這些地震前兆信息是可以觀測的。5

當然，并不是說巖石層塊滯滑移動就一定是地震前兆，只有在外力和阻力作用下，通過巖石層塊滯滑移動和壓縮斷層泥逐漸積累能量，并形成力鏈。當力鏈上能量積累到一定程度以后，力鏈分布和傳播的信息才是地震前兆。5

傳播規(guī)律根據(jù)顆粒物理原理，前兆信息主要以巖塊滯滑移動、斷層泥壓縮或剪切形變和力鏈方式傳遞。地震前兆發(fā)生時，在各巖塊分別相繼滯滑移動情況，前面的巖塊受的作用力大，其后巖塊受力依次減小。當遇到后面某個大阻力巖塊而不易移動或鎖定時，前面所有巖塊隨滯滑移動的逐步積累，所受阻力不斷增大，鎖定巖塊上作用力隨其前斷層泥被壓縮而增大。5

前兆信息探測地震前兆信息的探測首先是要觀測和判定積累能量的力鏈及其狀態(tài)，通常所能觀測到的異常變化可給出有用資料。巖塊的滯滑移動、力鏈分布、巖塊鎖定及組合、巖塊中力的積累等均可通過直接或間接觀測獲取，構(gòu)成有效前兆信息。一些大地震的前兆信息可傳播很遠，傳播時間可持續(xù)數(shù)月或更長。只要探測點足夠多，斷層邊界相對位移測量、土層沙坑中應(yīng)變測量，地下水位觀測等均可能給出巖塊的滯滑移動和鎖定、力鏈分布的信息，同時給出信息傳播時間次序。如，地震前觀測到的地下水位異常由外圍向震中轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象就是前兆時間次序的表現(xiàn)。巖石中應(yīng)力—應(yīng)變階躍觀測可識別巖塊是滯滑移動還是鎖定，若觀測到非單調(diào)上升的階躍，且應(yīng)變階躍值變化很小，如小于10-6，則表示巖塊仍然滯滑移動，在此巖塊之前的力鏈上暫時不會發(fā)生地震。若觀測到單調(diào)上升的階躍，表明此巖塊己鎖定不動。當應(yīng)力階躍持續(xù)增大到足夠高時，則在附近巖塊區(qū)域?qū)⒖赡馨l(fā)生地震。巖塊受壓作用力很大和即將發(fā)生地震（破裂或錯動）時，特別是大地震，除可觀測巖塊應(yīng)力—應(yīng)變單調(diào)上升的階躍外，還會產(chǎn)生其他次生效應(yīng)的前兆現(xiàn)象，如電磁、電離和次聲波等。從而對發(fā)生地震的可能性進行判斷。5

用瑞利波、地電、電磁、重力等探測方法也可以獲得有用的前兆信息的分布和變化，這些信息取決于地層被壓縮的程度。非力鏈區(qū)域觀測不到前兆信息，這些區(qū)域不會發(fā)生地震。5

前兆信息探測采集數(shù)據(jù)均須以盡量短的時間間隔，如以秒或分鐘值記錄為好，至少不應(yīng)該將數(shù)據(jù)作天以上的平均取值。若有足夠多的探測點，就可以獲得前兆到達各處的即時信號，包括方位、區(qū)域、時間、變化大小等較完整的信息，并可區(qū)分不同前兆的來源。5

觀測到巖塊的滯滑移動并非就是地震前兆信息，但地震前兆信息必定以滯滑移動和力鏈形式傳播，要根據(jù)以上所述的綜合觀測結(jié)果，判定力鏈的形成、分布和能量積累情況。5

與地震發(fā)生的關(guān)聯(lián)地震孕育到地震發(fā)生的全部運動過程包括：大地構(gòu)造力對巖塊的初始作用、巖塊的滯滑移動、巖塊力鏈分布和傳遞、巖塊鎖定及組合、巖塊的斷裂或錯動(即地震發(fā)生)。5

已有的大量探測事實說明，這些過程大部分可以直接或間接地探測到，形成有效前兆信息。關(guān)鍵是探測和確定巖塊滯滑移動和巖塊力鏈上能量的積累過程。主要特征和探測要點是：前兆信息力鏈傳播，必然分布不均勻，各地前兆信息差別很大；一些大地震的前兆信息可在103千米范圍用不同方法探測到；斷層邊界"蠕變"測量得到的跳變式相對位移，即為巖塊的滯滑移動；在巖石中難以探測到與屈服相應(yīng)的應(yīng)力—應(yīng)變變化，卻可探測到"階躍"，可判斷滯滑移動、力鏈分布、巖塊組合移動及鎖定；地下水位上升或下降表明地層受擠壓和巖塊滯滑移動；土層沙坑中探測巖石塊移動和斷層泥壓縮引起的土層形變；瑞利波、地電等也可反映受壓地層密度或彈性模量的變化。5

識別方法自然界的許多奇異變化，并不都是地震前兆，所以發(fā)現(xiàn)異常后，要注意與非震干擾因素加以區(qū)別。

一般來說，產(chǎn)生非震的動物異常的因素有天氣變化（如魚類上浮，蛙類遷徙）、生理變化（如動物生病、發(fā)情）、環(huán)境變化（如水體污染）、敵害侵擾等等。產(chǎn)生非震的地下水異常的因素有自然因素：包括氣候（降水、蒸發(fā)、氣溫、氣壓等）、水文、地質(zhì)、土壤、生物等幾個方面；人為因素：包括灌溉、開采、注水、排水等等。產(chǎn)生非震的植物異常的因素，是植物生長發(fā)育中遭病蟲害或氣象異變，地表形變等。6

地震前的宏觀異常的特點：

第一，這些前兆都受地質(zhì)構(gòu)造控制，呈條帶狀或與本地構(gòu)造線一致的方向分布，未來震中區(qū)相對密集。

第二，這些異常在時間上有同步性、數(shù)量上有集中性，體現(xiàn)出種類多、范圍廣、數(shù)量大、反應(yīng)強烈的特點。

常見異常人的感官能直接覺察到的地震異?，F(xiàn)象稱為地震的宏觀異常。地震宏觀異常的表現(xiàn)形式多樣且復(fù)雜，異常的種類多達幾百種，異常的現(xiàn)象多達幾千種，大體可分為地下水異常、生物異常、地聲異常、地光異常、地震云、氣象異常等。

地下水異常地下水包括井水、泉水等。主要異常有發(fā)渾、冒泡、翻花、升溫、變色、變味、突升7、突降、泉源突然枯竭或涌出等。678

生物異常許多動物的某些器官感覺特別靈敏，它能比人類提前知道一些災(zāi)害事件的發(fā)生，例如海洋中水母能預(yù)報風(fēng)暴，老鼠能事先躲避礦井崩塌或有害氣體的侵入等等。至于在視覺、聽覺、觸覺、振動覺、平衡覺器官中，哪些起了主要作用，哪些又起了輔助判斷作用，對不同的動物可能有所不同。伴隨地震而產(chǎn)生的物理、化學(xué)變化（振動、電、磁、氣象、水氡含量異常等），往往能使一些動物的某種感覺器官受到刺激而發(fā)生異常的反應(yīng)。如一個地區(qū)的重力發(fā)生變異，某些動物可能能通過它的平衡器官感覺到；一種振動異常，某些動物的聽覺器官也許能夠察覺出來；地震前地下巖層早已在逐日緩慢活動，呈現(xiàn)出蠕動狀態(tài)，而斷層面之間又具有強大的摩擦力，于是有人認為在摩擦的斷層面上會產(chǎn)生一種每秒鐘僅幾次至十多次、低于人的聽覺所能感覺到的低頻聲波。人只能感覺得到每秒20次以上的聲波，而動物則不然。那些感覺十分靈敏的動物，在感觸到這種聲波時，便會驚恐萬分、狂躁不安，以致出現(xiàn)冬蛇出洞，魚躍水面9，豬牛跳圈，在淺海處見到深水魚或陌生魚群。雞飛狗跳等異常現(xiàn)象。動物異常的種類很多，有大牲畜、家禽、穴居動物、冬眠動物、魚類等等。6983

氣象異常人們常形容地震預(yù)報科技人員是“上管天，下管地，中間管空氣”，這的確有道理。地震之前，氣象也常常出現(xiàn)反常。主要有震前悶熱，人焦灼煩躁，久旱不雨或陰雨綿綿，黃霧四散，日光晦暗，怪風(fēng)狂起，六月冰雹（飛雪）等等。1

地震云：地震云是非氣象學(xué)中云體分類的一種預(yù)示地震的云體，在地震發(fā)生前云體的顏色為：白色、灰色、橙色或者橘紅色。地震云的特點：大風(fēng)不易改變其形態(tài)，天空和云有明顯的分界線，多出現(xiàn)波狀。目前地震云的形成沒有統(tǒng)一的理論，只有一些假說。10

有學(xué)者認為，地震發(fā)生時，地球內(nèi)部積聚起巨大的能量。因此從發(fā)生地震的前幾天起，地?zé)嵘?，它的波變?yōu)樯仙龤饬鳎酝膱A狀擴散到同溫層，使一千米高空的雨云形成細長的稻草狀的地震云。10

地震云除了可能發(fā)生在震中區(qū)的上空外，也可能發(fā)生在遠離震中區(qū)的應(yīng)力集中的斷裂帶的上空，這時，當遠處即將發(fā)生地震時，應(yīng)力本來就比較集中的斷裂，又受到遠處震中區(qū)震前的擴容運動的作用，使斷裂帶的應(yīng)力更加集中。這樣，在這個斷裂帶上，由于構(gòu)造運動，巖石受擠壓，產(chǎn)生摩擦而發(fā)熱，不斷地有熱氣流上升，從而在其上空形成與斷裂走向一致的條帶狀地震云。10

由于與震源區(qū)傳來的應(yīng)力方向垂直的斷裂往往受力最大，因此，震中位置往往和地震云方向相垂直。在某些處于斷裂交匯處的震中區(qū)，應(yīng)力高度集中，并隨距離而衰減，因此會產(chǎn)生焦點位于震中區(qū)上空的輻射狀地震云。10

地震云也是云，它和其它的云的根本區(qū)別點在于地震云是地震構(gòu)造活動的氣象反應(yīng)。利用地震云進行地震監(jiān)測和預(yù)報的過程中，如何從千姿百態(tài)的云中識別地震云是首要的，也是最重要的工作。根據(jù)一些學(xué)者的研究，地震云具有以下區(qū)別于其它氣象云的不同特征：時間上，地震云都是突然出現(xiàn)；空間分布上，地震云和斷裂構(gòu)造帶密切聯(lián)系，它們多形成在斷裂帶上方，尾部總是指向震中附近；形狀上，主要是線形，還有平行線，蛇形，魚鱗形。一些學(xué)者等認為地震云系地下氣體沿斷層上升，主要呈細長稻草繩狀或長條帶狀。還有一些學(xué)者把地震云分為豆狀云、蜂窩狀云、環(huán)形云、尾巴云、黑孔云、串珠云、漩渦云等。11

地聲異常地聲異常是指地震前來自地下的聲音。其聲有如炮響雷鳴，也有如重車行駛、大風(fēng)鼓蕩等。當?shù)卣鸢l(fā)生時，有縱波從震源輻射，沿地面?zhèn)鞑?，使空氣振動發(fā)聲，由于縱波速度較大但勢弱，人們只聞其聲，而不覺地動，需橫波到后才有動的感覺。所以，震中區(qū)往往有"每震之先，地內(nèi)聲響，似地氣鼓蕩，如鼎內(nèi)沸水膨漲"的記載。如果在震中區(qū)，3級地震往往可聽到地聲。地聲是地下巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及其所含的液體、氣體運動變化的結(jié)果，有相當大部分地聲是臨震征兆6。掌握地聲知識就有可能對地震起到較好的預(yù)報預(yù)防效果。128

地光異常地光異常指地震前來自地下的光亮，其顏色多種多樣，可見到日常生活中罕見的混合色，如銀藍色、白紫色等，但以紅色與白色為主；其形態(tài)也各異，有帶狀、球狀、柱狀、彌漫狀等。一般地光出現(xiàn)的范圍較大，多在震前幾小時到幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)，持續(xù)幾秒鐘。中國海城、龍陵、唐山、松潘等地震時及地震前后都出現(xiàn)了豐富多彩的發(fā)光現(xiàn)象。地光多伴隨地震、山崩、滑坡、塌陷或噴沙冒水、噴氣等自然現(xiàn)象同時出現(xiàn)，常沿斷裂帶或一個區(qū)域作有規(guī)律的遷移，且與其他宏觀微觀異常同步，其成因總是與地殼運動密切相關(guān)。且受地質(zhì)條件及地表和大氣狀態(tài)控制，能對人或動、植物造成不同程度的危害。異常報告，都在震前幾秒鐘至1分鐘左右目前我們所掌握的地光。如海城地震，瀾滄、耿馬地震等都搜集到了類似的報告。68

地氣異常地氣異常指地震前來自地下的霧氣，又稱地氣霧或地霧。這種霧氣，具有白、黑、黃等多種顏色，有時無色，常在震前幾天至幾分鐘內(nèi)出現(xiàn)，常伴隨怪味，有時伴有聲響或帶有高溫。613

地動異常地動異常是指地震前地面出現(xiàn)的晃動，科學(xué)上將他稱為前震（foreshock）。前震的定義是：所有先于最大震級的震動都稱作前震。有些前震人可以感覺得到。最為顯著的地動異常出現(xiàn)于1975年2月4日海城7.3級地震之前，科學(xué)家們也通過前震對海城地震做出了準確預(yù)報。從1974年12月下旬到1975年1月末，在丹東、寬甸、鳳城、沈陽、岫[xiù]巖等地出現(xiàn)過17次地動。613

地鼓異常地鼓異常指地震前地面上出現(xiàn)鼓包。1973年2月6日四川爐霍7.9級地震前約半年，甘孜縣拖壩區(qū)一草坪上出現(xiàn)一地鼓，形狀如倒扣的鐵鍋，高20厘米左右，四周斷續(xù)出現(xiàn)裂縫，鼓起幾天后消失，反復(fù)多次，直到發(fā)生地震。與地鼓類似的異常還有地裂縫、地陷等。613

電磁異常電磁異常指地震前家用電器如收音機、電視機、日光燈等出現(xiàn)的異常。最為常見的電磁異常是收音機失靈，在北方地區(qū)日光燈在震前自明也較為常見。1976年7月28日唐山7.8級地震前幾天，唐山及其鄰區(qū)很多收音機失靈，聲音忽大忽小，時有時無，調(diào)頻不準，有時連續(xù)出現(xiàn)噪音。同樣是唐山地震前，市內(nèi)有人見到關(guān)閉的熒光燈夜間先發(fā)紅后亮起來，北京有人睡前關(guān)閉了日光燈，但燈仍亮著不息。

電磁異常還包括一些電機設(shè)備工作不正常，如微波站異常、無線電廠受干擾。6813

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

楊平恒 - 副教授 - 西南大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院