《科学通报》
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是否存在有助于预报的地震前兆？
2020-11-30 13:52:00经过几十年地震预报探索实践，发现了很多地震前兆异常，其中部分前兆还通过了优秀地震前兆标准的检验，并分析总结了前兆异常的群体特征。但用这些前兆异常，通过经验性统计方法进行的地震预报成功率却很低，其根本原因是什么?还有没有必要研究地震前兆?《科学通报》特邀中国地震局马瑾院士、中国地震台网中心刘杰研究员等为您解读：
经过几十年地震预报探索实践，发现了很多地震前兆现象，但这些前兆能否预测地震却是另一个问题。
地震前兆是指与地震孕育、发生相关的有别于正常变化背景的异常变化，迄今已观测到至少有数十种，大致可分为：(1)地壳形变(包括重力、GPS)，(2)地震活动和地震波参数，(3)电磁和卫星遥感，(4)地下水位和化学成分，(5)地声、地光，(6)动物习性。
19世纪90年代IASPEI发起征集、推荐和评选地震前兆活动，给出如下标准：异常必须与地震发生相关，必须重复观测到，定量给出正常值和异常的差别，指出异常与地震的关系并进行统计检验等。经过评估确定五项异常，分别是前震(震前数小时至数月)、前兆地震(震前数月至数年)、强余震前的地震平静、地下水的氡含量增高和温度降低和地下水位上升(由水位标识的地壳形变)。
同时分析了前兆异常的群体特征：(1)存在持续数月至几年的趋势性异常和震前数小时至十多天的突发性异常;(2)震级越大，前兆异常越多，范围越广，且趋势异常的持续时间越长;(3)震中附近异常数量多、幅度大，并随震中距增大衰减。
二十世纪八九十年代，对基于前兆观测应用经验性统计方法进行地震预测比较乐观，但此后发生了一系列破坏性地震，几乎都在毫无预报的情况下发生的，而在预测的一些地区，地震却迟迟没有发生，地震预报的科学难度要比原先预料的困难得多。
前兆预报地震的困境在于：(1)地震孕育、发生的空间尺度较大，震前可以找到相当多的前兆异常，但由于震中破裂区出现较强闭锁，前兆现象往往出现在外围，常导致将一个大震的前兆以集中区为标志分解成多个中强地震的前兆异常;(2)前兆异常是在基于正常背景变化上挑选的，由于大地震复发周期较长，可能从观测资料开始就处于异常变化阶段，这为前兆异常的捕捉带来很大难度;(3)地震孕育、发生与周边的动力、构造环境密切相关，地震前兆变化是强震成组活动及其相互作用过程的总体显现，导致前兆异常差异较大;(4)当前只能在地球表面利用数量有限、分布相当稀疏的台网进行前兆观测，并没有地下震源处实际观测资料，如天气预测，如果仅用地表台站观测，而没有高空大气中的实际观测和卫星的大范围实时动态资料做支撑，气象短临预报不可能取得现在的成效;(5)异常与地震的关系，如应力场扰动引起的前兆异常是很难与地震应力积累产生的异常区分开的。
因此，利用前兆异常进行地震预报的成功率较低。基于地表台站观测到的地震前兆只是地下应力、应变的间接反映，而且分布零星，没有统一形成相关物理场的分布，这为前兆异常的解释和地震预报带来很多不确定性。前兆观测应从单点观测向直接观测地下应力、应变场过渡，地震预报从经验性统计预报向基于地球物理场动态观测的物理预报过渡。
文/马瑾，刘杰, 张国民
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