◇◇新语丝(www.xys.org)(xys4.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇ 地震前兆的等级 作者：Amsel 依靠自然界的异常现象来可靠地预报出地震的时间、地点和强度（地震预报 的“三要素”），至今仍然是很多人的幻想。为了预报地震，人们在地表监测各 种各样的自然现象。但是统计结果表明，所有这些现象即使出现异常，也不能表 明地震发生的可能性会大大增加，即无法提供具有合理的决策意义的预报。原因 何在？简单地说，就在于这些现象多数都并不反映地下活动，和地震没有直接关 系；而且多数现象即使存在间接关系，和地震也隔着几层。可以借用一句话—— “原因的原因的原因就不是原因”，异常现象的起因往往是与地震无关的事件， 对地震已经没有什么指示意义。本着这个思路，可以把各种监测指标按照其和地 震之间机理联系的紧密程度进行分级，如下图所示。这样就可以从机理方面理解， 为什么地震预报不现实。 ┌──────────────────────────┐ │ 自然现象与地震之间的可能联系 │ │ │ │ 第六级：大气现象 ↑地 │ │ ↑ │表 │ │ 第五级：地温、地电阻率变化 │因 │ │ ↑ │素 │ │ 第四级：地下水位和氡含量变化；地震波速变化 │增 │ │ ↑ │强 │ │ 第三级：岩层微观物理性质（孔隙、破裂）变化 │， │ │ ↑ │地 │ │ 第二级：岩层应力变化，应变，地形变 │下 │ │ ↑ │因 │ │ 第一级：地震活动：小震，平静期 │ │素 │ │ ↑ │ │衰 │ │ 第零级：地震波，地声 │ │ │减 │ │ ↑ │ │ │ │ 破坏性地震 │ │ │ │ ↑ │ │ │ │ 断 层 活 动 │ └──────────────────────────┘ 第零级：同震现象 破坏性地震本身直接产生的异常现象，可以规定为最高级、也就是“零级” 的异常。这种异常首先当然就是地震波。地震波的出现，意味着地震正在发生， 因此它不是通常所说的前兆。此外，地声（earthquake sound）也是和地震同时 发生的现象，它是由地震波中的P波传播到空气当中造成的声波。而有些地震之 前有报导说地光（earthquake light）出现，这种现象到底是和地震确实有关， 还是属于巧合，目前尚无定论。 地震波虽然不是“前兆”，但是两种地震波（震动小的P波和震动大大S波） 的传播速度有一定差异，在破坏作用很强的S波到达地面之前，P波可以先到达地 面，利用这种差异，可以在S波到达之前的几秒到几十秒得到警报。这就是日本 “地震速报”系统（也翻译做“预警系统”）的原理。而虽然P波是地震产生的 “第零级”的异常，与地震之间几乎是百分之百的相关，但是由P波只能准确确 定地震发生的时间和地点，尚不能完全准确地确定地震的震级。日本“地震速报” 系统曾经屡次高估地震的震级，导致了不必要的应急行动。由此可见，即使地震 正在发生，人们也不能及时准确地得到地震的全部信息（包括“三要素”）。 第一级：地震活动的变化 在破坏性地震本身之外，能找到的和破坏性地震最相关的现象，就是地震活 动的变化，包括小震活动、强烈地震（可以预报强余震）、平静时间的长短。我 们可以将其定为“第一级”的前兆。所有的地震都是地下断层活动的结果，所以 临近地区的地震之间具有紧密的机理联系。而且地震活动最多只受到极其有限的 地表自然现象和人类活动的干扰。所以根据地震活动的情况，可以一定程度地预 测出发生更大地震的可能。比如，美国地质调查局根据地震活动情况连续预报加 利福尼亚州的地震概率。中国地震局成功发布的临震预报，全是小震之后做出的。 那么，根据地震活动来预报地震，到底有多大的成功把握？成功率其实很低。 以最典型的小震活动为例，在加利福尼亚南部，3级以上小震之后5天内，更大地 震在当地发生的概率是6%，不发生的概率是94%。也就是说，“小震报大震”存 在极高的虚报比例。此外，多数破坏性地震之前并不发生有预报意义的3级以上 小震，也就是说，“小震报大震”的漏报比例也不小。从这里我们可以看到，地 震活动比“同震现象”仅差了一级，但是对地震的指示意义却是天壤之别。 第二级：岩层应力的变化 地震活动以及地震波是仅有的现象，直接来自若干公里以下的地震孕育的部 位。除此之外，人们几乎只能监测地表浅部的现象。这些现象中，和地震过程联 系最紧密的，就是地表附近岩层应力的变化，因为它有可能受到震源深度的应力 变化的影响，反映出震源深度的岩层是不是将要破裂。这类监测对象可以规定为 “第二级”的前兆，包括应力变化、岩层应变（岩层由于应力改变而造成的体积 和形状变化）、地表形变。美国的板块边界观测计划包括了应变观测。 这类监测指标的异常，与破坏性地震的相关性大大低于前一级的地震活动。 原因有三： （１）浅部地层应力可能受地貌影响，它的大小和方向的变化并不总与深部 应力变化相一致。 （２）地表的人类活动以及自然现象已经能够明显影响应力应变的监测结果， 比如河水上涨，地下水被抽取。 （３）这些现象的检测，非常依赖于测量手段的精确程度。 与利用地震活动相比，利用应力应变来预报地震，虚报率又大大增加。根据 中国地震局的统计，用这种方法来预报地震，已经和随机预报的结果没什么差别 （小震之外的其它几个“主力监测指标”也是如此）。 第三级：岩石微观物理性质的变化 地下岩层应力的变化有可能改变岩石的孔隙体积，或者造成岩石内部的微小 破裂，从而增加岩石的渗透性能。这些现象和地震的关系又疏远了一层，所以可 以把它定为“第三级”的前兆。与岩层应变相比，岩层这些物理性质的变化，并 不仅仅由应力情况决定，更容易受到岩石矿物组成、地下流体化学成分等因素的 影响，并且不容易及时测量，因此虚报率更高。 第四级：地下流体性质的变化、地震波速的变化 岩石物理性质的变化并不那么容易直接准确测量；相比之下，容易测量的是 地下流体性质，例如氡气含量的变化，地下水的水位以及温度的变化。地下流体 性质的变化是由于流体出现了异常的迁移，而进一步的原因可能在于岩石出现了 更多的微小破裂。此外，岩层孔隙体积的变化、微小破裂的增加，也可以导致地 震波的传播速度发生微小变化。所以可以把这类异常规定为“第四级”的前兆。 地下流体性质变化包括了1997年国际地球物理联合会承认的有意义的两个前 兆，即“地下水中氡气含量的减少”，以及“地下水位的升高”。但是，由于流 体变化与地震活动之间的联系这样疏远，并且更多地受到降雨、取水等自然现象 和人类活动的影响，它们对地震已经没有多大指示意义。例如，2009年4月意大 利出现利用氡气预报阿奎拉地震的风波之后（这次预报并没有命中地震的时间和 地点），美国、德国、日本、英国权威地震研究机构的研究人员都出面指出，大 量的统计结果表明氡气预报地震不可靠。另外，2009年5月发生的山西地震恐慌， 也是预报人员依据流体异常发出虚报而造成的。 第五级：地温变化、地电阻率变化、地电信号 地温和地层电学性质的变化如果要同地震活动联系起来，那么它们的原因就 应该在于地下浅部流体迁移的大范围变化。所以它们是更远一级的“第五级”的 异常。它们并不是震源断层活动直接造成的，原因很简单，一次地震活动释放的 能量虽大，但是并不足以把从震源到震中的巨大“岩柱”加热；而震源位置的断 层活动即使能够产生电磁效应，这种效应也会被深部的地层水吸收和屏蔽，不会 到达浅部。这些异常都是浅部事件造成的，而且非常容易受到人类活动和地表自 然活动的干扰。从海城地震之前到汶川地震之后，井水温度的异常变化大量案例 最终原因往往落实为机井漏电。 第六级：大气现象 “第六级”的异常，就是大气现象，包括热红外异常、电离层异常、地磁异 常、气象异常、气候异常。这些异常和地震之间没有令人信服的机理联系；大气 活动和太阳活动才是绝对压倒性的原因。由于地下水的屏蔽作用，震源深度即使 出现电磁异常、热异常，也不可能反映到空中。如果一定要把它们和地震联系起 来，那么只能牵强附会于地温和地下流体活动的变化，但这两者根本不足以影响 到大气的宏观现象。例如，中国连续进行了几十年的地磁观测，大量数据说明地 磁场变化与地震没有相关性。 大气现象中值得一提的是“电离层异常”预报地震的国际噱头。汶川地震过 后很多研究人员回头寻找这类异常。事实上，NASA在2004年的一个研究项目就已 经否定了电离层异常与地震之间的联系。而2009年9月初，日本的一位退休地质 教授根据大气离子含量，预测东京周围2009年9月将发生8级地震，但事实上整个 9月日本陆上连一次6级地震都没发生过。 除了上述分类列出的监测对象，地震预报中还有一些神秘或者迷信的手段， 比如占星法（“三星一线”）、术数法（“周易”、“可公度”）。这些方法干 脆脱离了地震形成机理，已不属于本文讨论范围。 总之，各种自然现象和地震之间的联系有远有近，即使和地震联系最紧密的 P波，在到达地面的时候，警报系统还不能及时报出震级。而利用地震活动性来 预报下一次地震，虚报率和漏报率就已经高得无法接受。到了“应力变化”这个 级别，前兆预报已经和随机预报没有什么区别。加利福尼亚大学洛杉矶分校的著 名地震学家Kagan有文论证地电方法的无效 （http://moho.ess.ucla.edu/~kagan/vanj.txt），指出这种预报方法“没有物 理”（缺乏物理依据）、“没有科学”（自相矛盾，违反常识）、“没有预报” （没有清晰的预报范围）、“没有成功”（不符合统计检验）、“没有手段” （总而言之不可行）。实际上，本文提到的第三级之后的几类“前兆”，如果用 来预报地震，都值得对照这几条评价检验一下。 ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys4.dxiong.com)(www.xysforum.org)(xys2.dropin.org)◇◇