[科普中国]-地震前兆

地震前，在自然界发生的与地震有关的异常现象，我们称之为地震前兆，它包括微观前兆和宏观前兆两大类。常见的地震前兆现象有：地震活动异常、地震波速度变化、地壳变形、地下水异常变化、地下水中氡气含量或其它化学成分的变化、地应力变化、地电变化、地磁变化、重力异常、动物异常、地声、地光、地温异常等等。当然，上述这些异常变化都是很复杂的，往往并不一定是由地震引起的。例如地下水位的升降就与降雨、干旱、人为抽水和灌溉有并。再如动物异常往往与天气变化、饲养条件的改变、生存条件的变化以及动物本身的生理状态变化等等有关。因此，我们必须在首先识别出这些变化原因的基础上，再来考虑是否与地震有关。1

宏观前兆人的感官能直接觉察到地震前兆称为地震的宏观前兆，简称宏观前兆。比较常见的有，井水陡涨陡落、变色变味、翻花冒泡、温度升降，泉水流量的突然变化，温泉水温的突然变化，动物的习性异常，临震前的地声和地光等。2

其中动物异常是震前征兆的普遍现象，由于不同动物的生活习性和敏感程度的差异，所反映的异常状态和特征也不一样。如隆冬季节数百条毒蛇出“洞”或“自寻短见”，成千上万只青蛙携幼搬迁，离开震中数百米等。由于地震宏观前兆的特征突出，与老百姓的日常生活密切相关，并相对易于发现，因此是在大地震群测群防中最适合普及的方法。2

一旦发现异常的自然现象，不要轻易作出马上发生地震的结论，更不要惊慌失措，而应当弄清异常现象出现的时间、地点和有关情况，保护好现场，向地震部门或政府报告，让地震部门的专业人员调查核实弄清事情的真相。3

微观前兆人的感官无法觉察，只有用专门的仪器才能测量到的地震前兆称为地震的微观前兆，简称微观前兆，主要包括以下几类：

地震活动异常：大小地震之间有一定的关系。大地震虽然不多，中小地震却不少，研究中小地震活动的特点。有可能帮助人们预测未来大震的发生。4

地形变异常：大地震发生前，震中附近地区的地壳可能发生微小的形变，某些断层两侧的岩层可能出现微小的位移，借助于精密的仪器，可以测出这种十分微弱的变化，分析这些资料，可以帮助人们预测未来大震的发生。4

地球物理变化：在地震孕育过程中，震源区及其周围岩石的物理性质可能出现一些变化，利用精密仪器测定不同地区重力、地电和地磁的变化，也可以帮助人们预测地震。4

地下流体的变化：地下水(井水、泉水、地下层中所含的水)、石油和天然气、地下岩层中还可能产和贮存一些其它气体，这些都是地下流体。用仪器测地下流体的化学成份和某些物理量，研究它们的变化可以帮助人们预测地震。4

形成及主要特征若用传统连续介质观念，将地壳岩石层作为整块固体来处理，则必然得出结论：任何前兆只有当应力接近屈服应力时才会出现，然而，长久以来，以此观念为基础的观测得到"清楚的、确定的、有物理机制的前兆很少"，这是由于对地壳岩石层认识的误解和观测方法不合适而造成的。只有将地壳岩石层作为离散态颗粒体系，才可获得对地震前兆及其探测 的正确认识。5

地震发生前，必然有能量积累过程。岩石层块受到推压作用达到可克服摩擦力和边界断层泥阻力时，会发生滞滑移动，挤压断层泥，又推动下一岩石层块运动，就这样渐次使其他岩石层块发生移动。这种作用和移动在地层中一定以力链形式传递。随着力链涉及的岩石层块增多，所受到的摩擦力和阻力也不断增大，也可能力链后端遇到大岩石层块或非活动断层，导致某些力链会积累很大作用力，其薄弱处则可能发生地震。因此，地震前兆的基本特征是能量积累过程的岩石层块滞滑移动和力链传播，以及地震将要发生时震源附近地层中作用力的持续增大，这些地震前兆信息是可以观测的。5

当然，并不是说岩石层块滞滑移动就一定是地震前兆，只有在外力和阻力作用下，通过岩石层块滞滑移动和压缩断层泥逐渐积累能量，并形成力链。当力链上能量积累到一定程度以后，力链分布和传播的信息才是地震前兆。5

传播规律根据颗粒物理原理，前兆信息主要以岩块滞滑移动、断层泥压缩或剪切形变和力链方式传递。地震前兆发生时，在各岩块分别相继滞滑移动情况，前面的岩块受的作用力大，其后岩块受力依次减小。当遇到后面某个大阻力岩块而不易移动或锁定时，前面所有岩块随滞滑移动的逐步积累，所受阻力不断增大，锁定岩块上作用力随其前断层泥被压缩而增大。5

前兆信息探测地震前兆信息的探测首先是要观测和判定积累能量的力链及其状态，通常所能观测到的异常变化可给出有用资料。岩块的滞滑移动、力链分布、岩块锁定及组合、岩块中力的积累等均可通过直接或间接观测获取，构成有效前兆信息。一些大地震的前兆信息可传播很远，传播时间可持续数月或更长。只要探测点足够多，断层边界相对位移测量、土层沙坑中应变测量，地下水位观测等均可能给出岩块的滞滑移动和锁定、力链分布的信息，同时给出信息传播时间次序。如，地震前观测到的地下水位异常由外围向震中转移的现象就是前兆时间次序的表现。岩石中应力—应变阶跃观测可识别岩块是滞滑移动还是锁定，若观测到非单调上升的阶跃，且应变阶跃值变化很小，如小于10-6，则表示岩块仍然滞滑移动，在此岩块之前的力链上暂时不会发生地震。若观测到单调上升的阶跃，表明此岩块己锁定不动。当应力阶跃持续增大到足够高时，则在附近岩块区域将可能发生地震。岩块受压作用力很大和即将发生地震（破裂或错动）时，特别是大地震，除可观测岩块应力—应变单调上升的阶跃外，还会产生其他次生效应的前兆现象，如电磁、电离和次声波等。从而对发生地震的可能性进行判断。5

用瑞利波、地电、电磁、重力等探测方法也可以获得有用的前兆信息的分布和变化，这些信息取决于地层被压缩的程度。非力链区域观测不到前兆信息，这些区域不会发生地震。5

前兆信息探测采集数据均须以尽量短的时间间隔，如以秒或分钟值记录为好，至少不应该将数据作天以上的平均取值。若有足够多的探测点，就可以获得前兆到达各处的即时信号，包括方位、区域、时间、变化大小等较完整的信息，并可区分不同前兆的来源。5

观测到岩块的滞滑移动并非就是地震前兆信息，但地震前兆信息必定以滞滑移动和力链形式传播，要根据以上所述的综合观测结果，判定力链的形成、分布和能量积累情况。5

与地震发生的关联地震孕育到地震发生的全部运动过程包括：大地构造力对岩块的初始作用、岩块的滞滑移动、岩块力链分布和传递、岩块锁定及组合、岩块的断裂或错动(即地震发生)。5

已有的大量探测事实说明，这些过程大部分可以直接或间接地探测到，形成有效前兆信息。关键是探测和确定岩块滞滑移动和岩块力链上能量的积累过程。主要特征和探测要点是：前兆信息力链传播，必然分布不均匀，各地前兆信息差别很大；一些大地震的前兆信息可在103千米范围用不同方法探测到；断层边界"蠕变"测量得到的跳变式相对位移，即为岩块的滞滑移动；在岩石中难以探测到与屈服相应的应力—应变变化，却可探测到"阶跃"，可判断滞滑移动、力链分布、岩块组合移动及锁定；地下水位上升或下降表明地层受挤压和岩块滞滑移动；土层沙坑中探测岩石块移动和断层泥压缩引起的土层形变；瑞利波、地电等也可反映受压地层密度或弹性模量的变化。5

识别方法自然界的许多奇异变化，并不都是地震前兆，所以发现异常后，要注意与非震干扰因素加以区别。

一般来说，产生非震的动物异常的因素有天气变化（如鱼类上浮，蛙类迁徙）、生理变化（如动物生病、发情）、环境变化（如水体污染）、敌害侵扰等等。产生非震的地下水异常的因素有自然因素：包括气候（降水、蒸发、气温、气压等）、水文、地质、土壤、生物等几个方面；人为因素：包括灌溉、开采、注水、排水等等。产生非震的植物异常的因素，是植物生长发育中遭病虫害或气象异变，地表形变等。6

地震前的宏观异常的特点：

第一，这些前兆都受地质构造控制，呈条带状或与本地构造线一致的方向分布，未来震中区相对密集。

第二，这些异常在时间上有同步性、数量上有集中性，体现出种类多、范围广、数量大、反应强烈的特点。

常见异常人的感官能直接觉察到的地震异常现象称为地震的宏观异常。地震宏观异常的表现形式多样且复杂，异常的种类多达几百种，异常的现象多达几千种，大体可分为地下水异常、生物异常、地声异常、地光异常、地震云、气象异常等。

地下水异常地下水包括井水、泉水等。主要异常有发浑、冒泡、翻花、升温、变色、变味、突升7、突降、泉源突然枯竭或涌出等。678

生物异常许多动物的某些器官感觉特别灵敏，它能比人类提前知道一些灾害事件的发生，例如海洋中水母能预报风暴，老鼠能事先躲避矿井崩塌或有害气体的侵入等等。至于在视觉、听觉、触觉、振动觉、平衡觉器官中，哪些起了主要作用，哪些又起了辅助判断作用，对不同的动物可能有所不同。伴随地震而产生的物理、化学变化（振动、电、磁、气象、水氡含量异常等），往往能使一些动物的某种感觉器官受到刺激而发生异常的反应。如一个地区的重力发生变异，某些动物可能能通过它的平衡器官感觉到；一种振动异常，某些动物的听觉器官也许能够察觉出来；地震前地下岩层早已在逐日缓慢活动，呈现出蠕动状态，而断层面之间又具有强大的摩擦力，于是有人认为在摩擦的断层面上会产生一种每秒钟仅几次至十多次、低于人的听觉所能感觉到的低频声波。人只能感觉得到每秒20次以上的声波，而动物则不然。那些感觉十分灵敏的动物，在感触到这种声波时，便会惊恐万分、狂躁不安，以致出现冬蛇出洞，鱼跃水面9，猪牛跳圈，在浅海处见到深水鱼或陌生鱼群。鸡飞狗跳等异常现象。动物异常的种类很多，有大牲畜、家禽、穴居动物、冬眠动物、鱼类等等。6983

气象异常人们常形容地震预报科技人员是“上管天，下管地，中间管空气”，这的确有道理。地震之前，气象也常常出现反常。主要有震前闷热，人焦灼烦躁，久旱不雨或阴雨绵绵，黄雾四散，日光晦暗，怪风狂起，六月冰雹（飞雪）等等。1

地震云：地震云是非气象学中云体分类的一种预示地震的云体，在地震发生前云体的颜色为：白色、灰色、橙色或者橘红色。地震云的特点：大风不易改变其形态，天空和云有明显的分界线，多出现波状。目前地震云的形成没有统一的理论，只有一些假说。10

有学者认为，地震发生时，地球内部积聚起巨大的能量。因此从发生地震的前几天起，地热升高，它的波变为上升气流，以同心圆状扩散到同温层，使一千米高空的雨云形成细长的稻草状的地震云。10

地震云除了可能发生在震中区的上空外，也可能发生在远离震中区的应力集中的断裂带的上空，这时，当远处即将发生地震时，应力本来就比较集中的断裂，又受到远处震中区震前的扩容运动的作用，使断裂带的应力更加集中。这样，在这个断裂带上，由于构造运动，岩石受挤压，产生摩擦而发热，不断地有热气流上升，从而在其上空形成与断裂走向一致的条带状地震云。10

由于与震源区传来的应力方向垂直的断裂往往受力最大，因此，震中位置往往和地震云方向相垂直。在某些处于断裂交汇处的震中区，应力高度集中，并随距离而衰减，因此会产生焦点位于震中区上空的辐射状地震云。10

地震云也是云，它和其它的云的根本区别点在于地震云是地震构造活动的气象反应。利用地震云进行地震监测和预报的过程中，如何从千姿百态的云中识别地震云是首要的，也是最重要的工作。根据一些学者的研究，地震云具有以下区别于其它气象云的不同特征：时间上，地震云都是突然出现；空间分布上，地震云和断裂构造带密切联系，它们多形成在断裂带上方，尾部总是指向震中附近；形状上，主要是线形，还有平行线，蛇形，鱼鳞形。一些学者等认为地震云系地下气体沿断层上升，主要呈细长稻草绳状或长条带状。还有一些学者把地震云分为豆状云、蜂窝状云、环形云、尾巴云、黑孔云、串珠云、漩涡云等。11

地声异常地声异常是指地震前来自地下的声音。其声有如炮响雷鸣，也有如重车行驶、大风鼓荡等。当地震发生时，有纵波从震源辐射，沿地面传播，使空气振动发声，由于纵波速度较大但势弱，人们只闻其声，而不觉地动，需横波到后才有动的感觉。所以，震中区往往有"每震之先，地内声响，似地气鼓荡，如鼎内沸水膨涨"的记载。如果在震中区，3级地震往往可听到地声。地声是地下岩石的结构、构造及其所含的液体、气体运动变化的结果，有相当大部分地声是临震征兆6。掌握地声知识就有可能对地震起到较好的预报预防效果。128

地光异常地光异常指地震前来自地下的光亮，其颜色多种多样，可见到日常生活中罕见的混合色，如银蓝色、白紫色等，但以红色与白色为主；其形态也各异，有带状、球状、柱状、弥漫状等。一般地光出现的范围较大，多在震前几小时到几分钟内出现，持续几秒钟。中国海城、龙陵、唐山、松潘等地震时及地震前后都出现了丰富多彩的发光现象。地光多伴随地震、山崩、滑坡、塌陷或喷沙冒水、喷气等自然现象同时出现，常沿断裂带或一个区域作有规律的迁移，且与其他宏观微观异常同步，其成因总是与地壳运动密切相关。且受地质条件及地表和大气状态控制，能对人或动、植物造成不同程度的危害。异常报告，都在震前几秒钟至1分钟左右目前我们所掌握的地光。如海城地震，澜沧、耿马地震等都搜集到了类似的报告。68

地气异常地气异常指地震前来自地下的雾气，又称地气雾或地雾。这种雾气，具有白、黑、黄等多种颜色，有时无色，常在震前几天至几分钟内出现，常伴随怪味，有时伴有声响或带有高温。613

地动异常地动异常是指地震前地面出现的晃动，科学上将他称为前震（foreshock）。前震的定义是：所有先于最大震级的震动都称作前震。有些前震人可以感觉得到。最为显著的地动异常出现于1975年2月4日海城7.3级地震之前，科学家们也通过前震对海城地震做出了准确预报。从1974年12月下旬到1975年1月末，在丹东、宽甸、凤城、沈阳、岫[xiù]岩等地出现过17次地动。613

地鼓异常地鼓异常指地震前地面上出现鼓包。1973年2月6日四川炉霍7.9级地震前约半年，甘孜县拖坝区一草坪上出现一地鼓，形状如倒扣的铁锅，高20厘米左右，四周断续出现裂缝，鼓起几天后消失，反复多次，直到发生地震。与地鼓类似的异常还有地裂缝、地陷等。613

电磁异常电磁异常指地震前家用电器如收音机、电视机、日光灯等出现的异常。最为常见的电磁异常是收音机失灵，在北方地区日光灯在震前自明也较为常见。1976年7月28日唐山7.8级地震前几天，唐山及其邻区很多收音机失灵，声音忽大忽小，时有时无，调频不准，有时连续出现噪音。同样是唐山地震前，市内有人见到关闭的荧光灯夜间先发红后亮起来，北京有人睡前关闭了日光灯，但灯仍亮着不息。

电磁异常还包括一些电机设备工作不正常，如微波站异常、无线电厂受干扰。6813

本词条内容贡献者为:

杨平恒 - 副教授 - 西南大学地理科学学院