地震的起源和預警

編者按：一直以來，地震都是人類不得不面對的危害最嚴重的自然災害之一，而其危害之所以巨大、給人類社會造成的損失之所以嚴重，主要原因就是難以預警，突然而至。因此，長期以來世界各國的科學家都在就如何對地震進行科學有效地預警，為防災減災贏得時間而努力攻關。 今年2月19日，我國國內(nèi)的地震預警系統(tǒng)首次實現(xiàn)了對破壞性地震的成功預警，雖然提前量只有幾秒到幾十秒，但已經(jīng)是一個可喜的進步。

地球周邊的宇宙環(huán)境，特別是磁場環(huán)境對地球有著重要的影響。地震的根本原因是地球大氣磁場受外部磁環(huán)境的變化影響引起異變并誘發(fā)地核的磁能量無序爆發(fā)，使巖漿流動承受爆發(fā)性推力，進而沖擊大陸板塊產(chǎn)生界面擠壓應力集中區(qū)，在地球徑向抬升內(nèi)應力的作用下產(chǎn)生界面斷裂震動。完整的地震預報網(wǎng)由地球南（北）極的地磁通量密度測試總站和地震帶區(qū)的次聲、磁場、紅外輻射、大氣電離監(jiān)測網(wǎng)站構(gòu)成。根據(jù)以上五種定量測量參數(shù)和相關的判別準則，可以對地震的震中位置、震級和時間對社會公眾發(fā)出震前48小時預警。

地震的起因

地球表面地殼產(chǎn)生震動，為地球板塊界面斷裂震動形態(tài)。98%的地震都是由太陽的磁能量爆發(fā)，擾動性增大地球大氣磁場循環(huán)量，并進而累積誘導增強地核的磁能量；當?shù)睾舜拍芰糠e累超過一定量值后就會誘發(fā)地球核心產(chǎn)生磁能量無序爆發(fā)，對地球地殼界面內(nèi)的流態(tài)物質(zhì)——巖漿產(chǎn)生磁能量爆發(fā)推力，使流態(tài)物質(zhì)在磁能量爆發(fā)推力的作用下，向地球地殼界面運動并在同地球界面作用時，形成由地心外指的徑向內(nèi)應力。

使地球地核產(chǎn)生磁能量無序爆發(fā)的外界原因通常包括以下幾種，即太陽表面常態(tài)存在的熱核聚變反應產(chǎn)生的電離粒子磁場輻射能量、黑子爆發(fā)、太陽耀斑、太陽系附近恒星爆發(fā)產(chǎn)生的磁能量射流，以及地球人類核能量爆炸產(chǎn)生的核磁能量等。

在以上誘發(fā)地核產(chǎn)生磁能量爆發(fā)的因素中，首推太陽磁能量對地球的影響最強。太陽上發(fā)生的熱核聚變爆發(fā)通常會產(chǎn)生功率為4×1026W/s電離粒子磁場能量輻射，其中有2×1017W/s的電離粒子磁場輻射能量射向地球，以400km/s的速度向地球移動。太陽核聚變爆發(fā)產(chǎn)生的電離粒子磁場輻射能量在抵達地球后，同地球大氣磁場經(jīng)過28小時作用，即可以擾動增量形態(tài)使全部常態(tài)地球大氣磁場，形成周期性增量態(tài)。增強后的大氣磁場在循環(huán)過程中，會在地球的具有強磁特性的地核內(nèi)形成磁能量聚集。太陽發(fā)生磁暴時，輻射能量及傳播速度還會大幅度增加，并加速地球地核的磁能量聚積。當?shù)睾舜拍芰烤奂隽恐颠_到常態(tài)地球大氣磁能量總量的1/3時，地核體就會產(chǎn)生無序磁能量爆發(fā)。在之后的75小時，由地球的地核體產(chǎn)生的無序磁能量爆發(fā)中的磁能量，會對地球界面內(nèi)的流態(tài)巖漿爆發(fā)磁能量推力，形成地心徑向內(nèi)應力，對地球界面板塊產(chǎn)生內(nèi)應力沖擊抬升作用；再經(jīng)過48小時連續(xù)抬升作用，就可使地球板塊弱支撐點產(chǎn)生斷裂震動。最強烈的太陽磁暴會在數(shù)天后引發(fā)地球地核的磁能量無序爆發(fā)并引發(fā)大地震，2004年12月26日的印度尼西亞7.9級海嘯地震就是如此。2011年3月11日的日本福島8.9級大地震也是如此。

地震的前兆

地質(zhì)學家和地震學家經(jīng)過長期研究，已經(jīng)基本掌握了大陸板塊的構(gòu)成及地震帶的分布。對地震的預報應特別注意依據(jù)地震的前兆，在廣大的地震帶中挑選出近期有可能發(fā)生地震的區(qū)域，予以特別重點監(jiān)測。首先就是測試確定地球地殼界面中有可能產(chǎn)生斷裂的界面弱支撐力點位置。將要發(fā)生斷裂震動的地球板塊界面間的弱支撐力點，在地球板塊界面旋轉(zhuǎn)漂移運動產(chǎn)生的擠壓應力以及地心徑向內(nèi)應力初始作用下，會產(chǎn)生界面間弱支撐力點的擠壓應力摩擦，施放出小于20Hz的低頻次聲波；界面擠壓應力摩擦還會產(chǎn)生弱紅外輻射，地心徑向內(nèi)應力中的穿越性磁能量則會產(chǎn)生地磁泄露。根據(jù)以上三種物理量的綜合測試，可以初步確定地球板塊界面間的弱支撐力點位置。對這樣的地區(qū)應在地震預報系統(tǒng)內(nèi)部加強中短期臨震強化監(jiān)測預警。

地震的短期臨震前兆，首推地球南極或北極的磁通量密度增強，這是地核磁能量增加的最明確無誤的表征。當極地的磁通量密度較平均量增加12～15高斯時，就表明地核的磁能量的增量已經(jīng)超過大氣磁能量的1/3，地核磁能量已經(jīng)進入無序爆發(fā)狀態(tài)。一旦測到極地磁通量密度增加量達到上述數(shù)值，全球地震預測網(wǎng)就應進入連續(xù)緊急監(jiān)測預警期。

臨震前地球板塊界面間的弱支撐力點位置的前兆定量監(jiān)測，是最終確定震中位置、震級大小和地震時間的最重要依據(jù)。臨震前兆的主要內(nèi)容為：

1.次聲連續(xù)明顯增強。大陸板塊旋轉(zhuǎn)漂移時，在板塊界面擠壓應力集中區(qū)會產(chǎn)生次聲；當震前巖漿沖擊造成板塊抬升應力時，更會產(chǎn)生高強度次聲。次聲連續(xù)增強是判斷地震即將發(fā)生的重要指標之一，次聲定向則是確定震中位置的最重要手段之一。

2.臨震前地球板塊界面間的弱支撐力區(qū)域的地磁泄露以及大氣電離現(xiàn)象。地心徑向內(nèi)應力區(qū)的穿越性泄露磁能量，除了增強地面上的磁場強度外，還與施放區(qū)地球大氣磁場發(fā)生作用，在豎直方向?qū)ΤB(tài)地球大氣磁場進行擾動，產(chǎn)生弓形共振效應能量波，使磁能量施放區(qū)內(nèi)的氣態(tài)分子產(chǎn)生電離，使從地面到地球大氣電離層的空間中的電離粒子量大幅增加。

唐山地震前的震區(qū)上空出現(xiàn)的沖天青色光柱，就是大氣電離現(xiàn)象引起的。磁能量泄露引起的大氣磁力線分布變化，是引起信鴿等依靠磁力線導航飛行的鳥類迷航的主要原因。汶川地震前兩天，在甘肅銅川放飛的400只成都信鴿，只有3只在地震當天上午飛回成都。在2011年3月11日日本福島大地震的前兩天，美國人就在地震區(qū)上空測試到了強烈的地磁異常。

3.臨震前地震區(qū)的紅外輻射增強。地震區(qū)大陸板塊界面間旋轉(zhuǎn)弧向運動，會在擠壓應力集中區(qū)摩擦生熱，產(chǎn)生弱紅外輻射，其波長譜線段為0.77～14μm。地熱的釋放和大氣電離相互作用，汶川地震前在四川震區(qū)上空引發(fā)了沖天紅光，在甘肅南部都可看到并被錄像記錄下來。

在極地監(jiān)測站發(fā)出地核磁能量爆發(fā)預警之后，地震震中區(qū)臨震前的次聲增強、地磁泄露、電離及紅外熱輻射增強四種現(xiàn)象一般會同時出現(xiàn)，可據(jù)之作出判斷對社會發(fā)布震前48小時預警報告。

地震預報網(wǎng)的構(gòu)成及作用

能夠?qū)Φ卣鸬恼鹬形恢谩⒌卣鸺墑e、地震時間進行預報的地震預報網(wǎng)主要由設置在地球南極或北極的磁通量密度監(jiān)測總站、在地震帶附近建立的次聲監(jiān)聽網(wǎng)站、在地震帶附近建立的地磁場強度、紅外輻射強度、大氣電離度測量網(wǎng)站、衛(wèi)星遙感及飛機測量系統(tǒng)以及對以上五種數(shù)據(jù)進行綜合分析的地震預報總站組成。

其中磁通量密度測試總站用于測量極地磁通量密度，當測出的極地磁通量密度Bs較平均值高出12～15高斯時，即表示地核磁能量聚集增量值達到常態(tài)地球大氣磁能量總量的1/3，全球的地震監(jiān)測網(wǎng)均應進入戒備狀態(tài)。而地震帶附近建立的次聲監(jiān)聽網(wǎng)站，由多個間距為40～70千米CPt6jOkXslEZXrtT21c3WQ==的監(jiān)聽站組成，每個監(jiān)聽站擁有一個監(jiān)聽井，井深50～80米，內(nèi)裝次聲監(jiān)聽器對低于20Hz的次聲進行監(jiān)聽。次聲監(jiān)聽器可以測出次聲的來源方向和強度，多個次聲監(jiān)聽器測出聲源方向的交叉點既是震中位置。地震帶附近建立的地磁場強度、紅外輻射強度、大氣電離度測量網(wǎng)站，主要提供這三種參數(shù)的定量變化速率，平常日用于中長期預報的地殼界面弱支撐力點區(qū)的確定，更重要的是臨震前提供定量判據(jù)用于確定震前48小時警報發(fā)布時間。

地震預報的定量判據(jù)

地震預報網(wǎng)在工作的過程中，極地磁通量監(jiān)測站一旦發(fā)現(xiàn)磁通量密度較常態(tài)增加12～15高斯，表示地核磁能量進入無序爆發(fā)狀態(tài)，地震監(jiān)測網(wǎng)應進入震前123小時預警期。次聲監(jiān)聽器能夠聽到次聲的最低震級是4.5級，如果測得的次聲強度每小時持續(xù)增加5～7分貝，是一個強度級，即表示可能發(fā)生的地震震級在4.5級的基礎上增加一級；10～14分貝為二個強度級，表示在4.5級的基礎上增加二級，并可依此類推。

在連續(xù)6小時的穿越性磁通量密度測量中，磁場強度持續(xù)增加5～7高斯，為一個強度級；增加10～14高斯為二個強度級，并可依此類推。在連續(xù)6小時的紅外熱輻射強度測量中，對弱紅外輻射波長為0.77～14μm譜線段的輻射量的增量進行測量，6小時持續(xù)輻射增量達到5～7焦耳/平方米，為一個強度級；增加10～14焦耳/平方米為二個強度級，并可依此類推。

在連續(xù)6小時的大氣電離強度測量中，每千克大氣的電離量持續(xù)增加的庫侖值達到5～7C/kg，為一個地震強度級；10～14C/kg為二個強度級，并可依此類推。

預測試地球界面斷裂震動前的次聲，磁通、紅外、電離四種量值，應在初次監(jiān)聽到次聲連續(xù)增強后在同一初始時間開始進行四種量的測試，在連續(xù)6小時的測試時間內(nèi)，小于20Hz的低頻次聲波測試時間為1小時，位置點弱紅外輻射、穿越性磁能量、電離粒子三種量值測試時間同為6小時。四種量值的增量整數(shù)個數(shù)各為5～7個增量值時，可確認為1個震動強度級。四種量值的初始基準量值為地球界面弱支撐力點區(qū)常態(tài)量值。由于初次監(jiān)聽到次聲的初始基準量值對應于4.5級地震，根據(jù)四種量值確定的震動強度級均以4.5級為基準遞加。震級的確定，原則上應在四種量值均達標后確定，個別量值達標應引起特別警戒，但不宜立即向社會公眾發(fā)布48小時警報；一旦四種指標齊備達標，則必須立即向社會公眾發(fā)布震前48小時警報。

（作者系北京航空航天大學教授）