地震预测方法概述_贺巍

第 ６期（ 总第 ４ ３ ８期） ２ ０ １ ５年６月
国 际 地 震 动 态 Ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｎ Ｗ ｏ ｒ ｌ ｄ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍ ｏ ｌ ｏ ｐ ｇ ｙ
（ ） Ｎ ｏ ． ６ Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ４ ３ ８ ， Ｊ ｕ ｎ ｅ ２ ０ １ ５
ＳＤ ＝
ＮＴ ＝
ｈ， ∫Ｎ ｄ
ｅ ｈ ｏ ｇ
（ ） ４
临界频率整点实测值 。 １． ２． ３ 氢同位素法 ０ １ １ 年赵 永 红 应 用 深 部 水 和 地 表 水 的 ２ 氢的同 位 素 含 量 差 异 的 方 法 进 行 了 临 震 预 报 。两者混合 产 生 了 地 热 水 ，深 部 的 构 造 活
］ ［ ４ １ －
１ 地震预测的方法原理
１． １ 地震预测方法发展历程 地球动力学中指出地震的主要表现就是 地壳运动 ，在 急 剧 构 造 变 动 的 同 时 ，地 块 会 发生破坏活动 ，地震发生之前在应变 、应力 、 地下水 、电磁 等 方 面 都 会 发 生 异 常 ，地 震 预 测主要的任务就是捕捉并分析这些异常的信 息 ，根据不 同 的 异 常 采 用 不 同 的 预 测 方 法 。
关键词 地震预测方法 ；现状 ；发展 ；建议 ： ／ 中图分类号 ： ４ ３ １ ５． ７； ｏ ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ ９ ７ ５． ２ ０ １ ５． ０ ６． ０ １ １ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ３ ５ Ｐ － 文献标识码 ： Ａ； ｄ ｊ
引言
从古至今 ，地 震 预 测 都 是 人 类 研 究 的 重 点 。近几十年 来 ，各 国 学 者 在 地 震 预 测 方 面 取得了丰硕的成 果 ，预 测 的 方 法 和 手 段 不 断 创新 ，但是 ，精 度 和 覆 盖 区 域 还 是 远 远 达 不 到需要 ，很多 地 震 前 兆 没 有 被 及 时 发 现 。所 以 ，对于当今地震 预 测 方 法 的 分 析 显 得 尤 为 重要 。 地震预测的 “ 三 要 素” 是 震 级 、时 间 和 地 点 。地震预测也就 是 为 了 预 测 出 地 震 发 生 的 时间 、地点和 震 级 。按 照 时 间 长 短 划 分 地 震 预测可 分 为 短 －中 －长 期 预 测 以 及 临 震 预 测 。 所有的 地 震 预 测 方 法 都 是 以 “ 三 要 素” 为目 的 ，观测各时 期 的 异 常 。本 文 结 合 近 几 十 年 来的科研成果 ，对 多 种 地 震 预 测 方 法 进 行 归 纳和分析
［ ７］
以上表 明 ， 当 应 力 作 用 时 或 孔 隙 压 力 变 化 下 ，岩石 电 阻 率ρ 和 应 变ε 间 呈 指 数 函 数 关 系 ，对应变反应十 分 灵 敏 ，同 时 放 大 系 数 Ｋ 能够达到 １ ０ ０ 倍以上 。 通过阿契定律 知 道 地 震 在 发 生 之 前 ，断 介质刚度） 趋近于 层中地震失稳前源 区 域 λ（ ０，ＨＴ 波振幅跟λ 成反比 ，在震前 ２ 个 月 内 频繁出现 ，短期预 报 参 数 设 定 为 把 岩 体 的 刚 度进入λ 趋近于 ０ 的 时 段 ，即 曲 线 达 到 巅 峰 ，当临震时λ 共振波 ） 值 的时段 。对于 Ｒ Ｔ 波（ 小于等于 ０，尤其是当驱动力的周期 Ｔ 趋 近 岩石的固有周期 ） 于Ｔ０（ 时段 ，阻抗中无功分 量等于０，出现幅度变化急剧的 Ｒ Ｔ 波 ，所谓 共振 ，是当 驱 动 力 的 周 期 等 于 固 有 周 期 时 ， 这时的固有周期与震源尺度和震源体固有周 期相关 ，就等同于 震 源 体 自 身 的 固 有 振 动 周 期 Ｔ０ ． １． ２． ２ 电离层常规 －异常观测法 在其他行星高能粒子的碰撞和太阳辐射 下会产生电离层 ，高空 大 气 （ 中性） 产生电离 作用 ，产生 正 离 子 、电 子 、原 子 和 中 性 分 子 共存的等离子体 。电 离 层 中 的 电 子 浓 度 随 高 度的不同而不同 ， ０ ０ ８ 年 夏 雅 琴 、刘 程 艳 等 ２ 根据电子浓度的极值区域差异把电离层划分
０． ４ ε
表明 ，电离层 会 在 地 震 前 发 生 异 常 ，基 于 该 现象的解释 ，当 前 主 要 认 为 ，电 离 层 、大 气 层和岩石圈层之 间 为 耦 合 关 系 。所 以 电 离 层 异常与岩石圈层 中 地 震 信 息 密 切 相 关 。 ０ ０ ６ ２ 年肖武军 、丁 鉴 海 等 建 立 了 部 分 耦 合 模 型 ， 发现其传播 途 径 主 要 有 机 械 波 、化 学 、电 磁
］ １ １ ０ １ － 。 等途径 ［
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国 际 地 震 动 态 ２ ０ １ ５年
电离层扰动主 要 表 现 在 以 下 几 方 面 ：电 离层 中 总 电 子 含 量 Ｔ Ｅ Ｃ、电 离 层 的 突 发 Ｅ ｓ 层 、电离层的等离子体参数 、 Ｆ２ 层的临界频 率ｆ Ｆ２ 。 ０ １． ２． ２． １ 电离层中总电子含量 Ｔ Ｅ Ｃ 的变化 — —电 离 层 中 的 单 位 面 电子的含 量 ＮＴ — 积柱体中所含的电子数
用 。我国始于 邢 台 地 震 发 生 后 ，在 １ ９ ６ ６ 年， 通过钻 孔 观 测 的 方 法 对 地 应 力 变 化 进 行 研 究 ，虽然技术还不成熟 ，但却是世界上首创 。 在精度方面应力 观 测 无 法 满 足 需 要 ，所 以 应 变观测逐 渐 发 展 起 来 。美 国 于 ２ ０ ０ ４年进行
［］ 为 Ｄ、 Ｅ、 Ｆ 几个层 ９ 。大量的 观 测 实 际 情 况
。 等 发 现 ，在
［ ８］
地震的孕育与发生的过程中能够产生较低频 的电磁 辐 射 ， 监 测 较 低 频 的 电 磁 信 号 的 异 常 ，已经演变成一 种 可 靠 的 较 为 重 要 的 地 震 短临预测手 段 ，所 以 ，地 震 较 多 的 国 家 如 美 国 、日本 、中 国 等 ，都 大 规 模 开 展 了 实 验 与 理论相结合的相 关 研 究 。同 时 还 建 立 了 理 论 电磁模型 ，用来对 电 磁 观 测 点 的 选 择 和 电 磁 预测地震机制方 面 进 行 探 讨 。大 量 研 究 成 果 发现 ，在地震发生 前 的 几 天 至 几 个 月 甚 至 几 个小时以内能够 探 测 出 电 离 层 的 扰 动 ，但 是 电离层 扰 动 的 现 象 能 否 作 为 地 震 的 预 测 方 法 ，还有 大 量 的 问 题 需 要 深 入 而 系 统 的 研 究 。在最近几年也 有 利 用 地 电 场 和 地 电 阻 率 作为地震短临预测的手段 。潮汐力谐振 －共振 波法可用于观测断层在失稳时地壳中的介质 对潮汐力的影响 ，同 时 也 可 作 为 预 测 地 震 的 方法 。 １． ２ 地震预测原理与进展 １． ２． １ 潮汐力谐振 －共振波法 地电潮汐力的 共 振 波 称 为 Ｒ Ｔ 波 ，为 一 种声波 ，该 波 主 要 在 地 壳 多 孔 介 质 中 传 播 ； 地电潮汐力的谐震波 简 称 ＨＴ 波 ，该 波 周 期 相当潮汐力 的 周 期 。在 一 般 情 况 下 ，岩 石 的 电阻率在受到孔 隙 的 应 变 影 响 的 情 况 下 ，其 形式可以由 Ａ ｒ ｃ ｈ ｉ ｅ定律的扩展公式描述 ： ［ ］ ， （ ） ｅ Ｅ ＋Ｆ ） ｘ １ －（ ｐ ０ ρ ＝ρ φ 其中 φ 为孔 隙 度 ， ε 为 应 变， ０ 为孔液电阻 ρ
离层总电子的含量 ，通常用 Ｔ Ｅ Ｃ 表示 。
ｓ 层的变化 １． ２． ２． ２ 电离层突发 Ｅ （ 层是在９ Ｅ ｓ ｏ ｓ ｒ ａ ｄ ｉ ｃ ２ Ｅ） ０～１ ２ ０ｋ ｍ高 ｐ
度范围内出现的较为短暂且不规则的电离加 强层 ，一般 存 在 数 小 时 。夜 间 和 白 天 ，以 及 低 －中 －高纬都具 有 明 显 不 同 的 特 征 形 态 。同 时临界频 率 ｆ Ｅ ｓ 有 较 强 的 时 空 变 化 ，有 时 ０ 很弱以至 完 全 不 出 现 ，有 时 很 强 可 超 过 Ｆ ２ 。 层临界频率 ｆ Ｆ２ ，大约 １ ５～２ ０ ＭＨ ｚ ０ １． ２． ２． ３ 电离层等离子体参数的变化 电离层的电场产生微小变化都会造成离 子漂移现象 ，因此 孕 震 区 上 方 的 电 离 层 中 异 常电场对可观测到的等离子体的离子成分变 化有着至关重要 的 作 用 。在 发 生 地 震 前 不 仅 能够观测 Ｆ ２ 层峰高度原子的 Ｏ 浓度变化的
地震预测方法概述 ＊
贺 巍１） 朱国豪２） 谭 刚３）
）陕西省地震局榆林地震台 ，陕西榆林 ７ １ １ ９ ０ ０ ０ ）佘山地磁台 ，上海 ２ ２ ０ １ ６ ０ ２ ）道孚地磁台 ，四川道孚 ６ ２ ６ ４ ９ ９ ３
摘 要 以国内外大量研究成果为基础 ，详细介绍了各种地震预测分析的方法 ，分析
１ ２］ 。 动特征跟地热水 混 合 比 例 呈 一 定 的 关 系 ［ ［３］ 发 现 ，地 球 在 构 造 沉 积 演 化 １ ９ ９ ６年 陈 辉 １ 的过程中 ，会经历开放 －封闭百度文库去气过程 ，这
Ｎｅ 为电子浓度 ， ｈ ｏ 为电离层下边界 的 高 度 ， ｇ ｈ ｈ 为 高 度 ，ＮＴ 为 电 Ｔ 为柱体 上 顶 的 高 度 ，
在１ ９ ９ ３ 年研 究 发 现 地 震 发 生 前 地 下 流 体 的 流动 、地下水的化 学 性 质 变 化 等 同 时 对 应 着 地壳应变 、应力的异常 。在 ７ ０ 年代末 ，人们 应用同位素来对地震进行预测 。 ｅ ｉ ｌ和我 Ｏ’ Ｎ 国学者陈辉在地下热泉中发现氢同位素的值 变化同地震之间有一定的联系 ２ ０ １ ０和２ ０ １ １ 年 ，黄 清 华
。
＊
；采用日期 ： 。 收稿日期 ： ０ １ ５ １ ６ ０ １ ５ ３ ９ ２ ２ ０ ０ ０ １ － － － －
，简 称 Ｐ 的“ 板块边界的观测 计 划 ” Ｂ Ｏ，对 于
第 ６ 期 贺巍等 ：地震预测方法概述
５ ３
应变观测技 术 有 了 大 幅 度 的 发 展 。同 时 ，美 国科 学 家 在 ９ ０年代提出卫星雷达孔径测量 和全球卫星定位系统（ 等 技术 （ ｎ Ｓ ＡＲ） Ｐ Ｓ） Ｇ Ｉ 三维空间中的测 量 技 术 ，最 早 实 现 了 快 速 高
［］ ９ ７ ７ 年李四光 ５ 研究得出 ，地震发生之前相 １ 关的地应力场会 有 加 强 的 一 段 时 期 ，但 是 地
应力场加强并不 一 定 是 发 生 地 震 的 前 兆 ，当 时地区的地质条件也是决定条件 。早在 １ ９ ５ ８
［］ 年Ｈ ａ ｓ ｔ６ 将 地 应 力 测 量 在 采 矿 业 中 进 行 应
ｈ Ｔ
用来表 征 整 个 电 离 层 的 基 本 特 征 的 特 定 区 域。 Ｆ２ 表示电离层的临界频率 。研究分析 ｆ ０ 地震前电离层异 常 的 扰 动 现 象 ，扰 动 的 程 度 ） 可以按 （ 式计算 ： ５ ） Ｆ２（ Ｄ Ｆ２（ ｔ ｔ） －ｆ ｆ ０ ０ ， （ ） ５ （ ） Ｆ ｔ ｆ ０ ２ ） 为每日整点实测得出的全月 式中 ， Ｆ２ （ ｔ ｆ ０ ） ， 电离层 各整点相应的均值 （ 中值 ） Ｆ２ （ Ｄ ｔ ｆ ０
了潮汐力谐振 －共振波法 、电离地层常规 －异常观测法 、氢同位素法 、 Ｐ Ｓ 法 、钻孔应力变 Ｇ 化观测法 、地应力法 、水下异常观测法和电 磁 异 常 法 等 多 种 方 法 。明 确 了 未 来 发 展 的 需 要和应关注的重点 ，对于地球圈中的物理 －化学机制还有待进一步的研究 ；同时对未来地 震预测的发展提出了一些建议 ，研究地震前兆的机理将是未来地震预测方法研究的要点 和关键所在 。
７］ 精度区域性地形 变 测 量 。我 国 学 者 赵 永 红 ［
率， Ｅ 为电场 ， Ｆ 为应力 。用此公式对比 Ａ ｒ － ｃ ｈ ｉ ｅ经验定律为
ｎ － （ ） ２ ０ ρ ＝ρ φ ， 在对比各项后 ，可 以 发 现 当 孔 隙 压 力 变 化 下
或应力作 用 时 ，结 构 指 数 ｎ 已 不 再 是 常 数 ， 而是应变ε 函数 ，其形式如下 ： ０． ４ ｎ ＝ Ｅ ＋Ｆ ε ， （ ） ３