地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数

地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数　　

荣大龙　　

（2008-10-18，首发于《科学网》,2010-04-17修改）

导读：现今世界各地大地震频发，破坏力相当大。由于地球是复杂巨系统，要建立十分精确的地球动力学方程，并进行精确求解，预测到某地的精确的地震发生是根本不可能的。像地震之类的自然性随机事件的预测还是要遵循根据前兆参数进行预测，越是接近事件的爆发，前兆参数的波动越是明显，这是普遍的自然规律。对于地震来说，监测点必须密集分布，仅靠现在稀稀拉拉的国家正规站点，监测盲点相当多，根本不可能精确预测地震。此次青海玉树大地震，我们要想到青海玉树地区到底有几个正规测试站。一般来说，10到100平方公里范围内至少有一个正规测试站。还要将廉价的地震自动报警器推广到亿万家庭和个人，可以根据“绝大部分地震预测前兆参数可归结为地磁场参数，地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数”和指南针等科学原理构建，不必担心会造成混乱。我们走在大街上，到处听到汽车喇叭声，会有危险吗？会造成混乱吗？　　

绝大部分地震预测前兆参数可归结为地磁场参数，地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数。可以证明：地磁场异常是所有地震发生的必要条件，而大的地磁场异常是地震发生的充分条件。　　

一、引言　　

在地震发生之前，当地地壳内已经有各种异常的物理和化学状态变化。地震的孕育一般历经：慢速变化（可比喻为地块出现裂纹，历时几个月到几年）-快速变化（可比喻为地块裂纹快速撕裂，历时几天到几个月）-特快速变化（可比喻为地块裂纹大部分撕裂，历时几小时到几天）-超特快速变化（可比喻为地块已经彻底撕裂，正在加速下落，产生巨大摩擦，引起发声振动，如地声；因巨大摩擦，引起温度急剧升高，红外异常，地光，历时几分钟到几小时）-地震爆发 （可比喻为地块下落时同另一个坚硬的大地块产生激烈的机械碰撞）五个阶段。　　

在前四个阶段，当地地壳内的状态变化可以归结为：当地地壳内物体的机械运动（非巨大振动形式的机械运动）、热运动、物理相变（固态、液态和气态等）、化学反应状态产生了异常。进一步不难归结为：当地地壳内任意一点物质的化学成分、密度、速度和温度的状态产生了异常。　　

二、“地磁场异常是所有地震发生的必要条件”的简要证明　　

令P=（X，Y，Z）为某地震区域内下部地壳中的任意一点，P点处物质同地震有关的主要物质性状参数有：化学成分C（X，Y，Z，t），密度ρ（X，Y，Z，t），速度（矢量，具有大小和方向）V（X，Y，Z，t），温度θ（X，Y，Z，t）。在平静期，参数C、ρ、V和θ同时间t无关，因此P点处多余的电子数（由于电子的热迁移原理，地心处缺少电子，带正电荷，而地表处出现多余的电子带负电）恒定，运动方向恒定，因此当地地壳内总的地电流的大小和方向不变，从而当地的地磁场（大小和方向）恒定。显然，在地震发生之前的孕育阶段、正在发生时和结束以后的自平衡期，参数C、ρ、V和θ中至少有一个产生变化，也就是跟随t的变化而变化，C、ρ和θ都直接同多余的电子数有关，从而使得总的地电流的大小产生变化，间接地使得总的地电流的方向产生变化，总的使得地磁场产生变化；而V的变化使得总的地电流的方向产生变化，总的使得地磁场产生变化。因此，这几种情况都使得地磁场产生变化。一般，在地震孕育的超特快速变化（历时几分钟到几小时）和正在发生时（一般为几秒到几分钟），地磁场（大小和方向）异常非常激烈。必要性得证。　　

三、“大的地磁场异常是地震发生的充分条件”的简要证明　　

一般在地磁场测试传感器（如基于指南针原理和别的测试原理）附近存在干扰磁场，太阳黑子所引起的磁暴可以改变地磁场大小的1%左右，对地磁场的方向也会干扰，这是无法避免的；附近有含铁物品、家用电器，干扰可以很大，但是只要安装正确，这些干扰是很容易避免的；来自外面空中的由工厂设备、无线电通讯等引起的干扰信号，这是无法避免的，但是这些干扰信号，相对较弱；当地的气候、季节变化，也会使得地磁场变化，但是影响相对较弱。正因为有了这些干扰因素，绝对不能说，当地的地磁场变化了，必然有地震发生，因为这些磁场干扰信号很难同小地震引起的地磁场异常相区分。但是，相对于大地震和特大地震孕育的特快速变化期（一般为几分钟到几小时）和正在发生时（一般为几秒到几分钟）所产生的地磁场异常，这些干扰信号是微不足道的。例如，2008年5月12日，北川中学初二（1）班发现地震发生前13分钟，教具指南针大飞转，显然，别的干扰信号没有那么大的能力。大的地磁场异常是地震发生的充分性得证。　　

当然，随着信号分析与处理技术、硬件滤波和软件滤波技术的进一步发展，可能到时连小地震产生的地磁场异常信号也可以从杂乱无章的地磁场信号中方便地检测和分离出来。　　

四、绝大部分地震预测前兆参数可归结为地磁场参数　　

不难理解：其它的一些预测监测地震的前兆参数，如地振动、地声、地应力、地温、地下水、地位移、地气、地电阻等的任何一个参数都可归结到地壳中参数C、ρ、V和θ中某几个的变化，从而都可归结到地磁场参数的变化。但是，反推理是不行的，就是地磁场参数的变化必定有地振动、地声、地应力、地温、地下水、地位移、地气、地电阻中的每一个产生变化，例如太阳黑子所引起的地磁场参数的变化同地振动、地声、地应力、地温、地下水、地位移、地气、地电阻等毫无关联。　　

还有预测监测地震的前兆参数，如地光、红外异常、地电流、地电场、地电压、电磁波等，根据基本电磁感应定律，它们都是同地磁场紧密相关的。　　

至于作为预测监测地震前兆之一的动物异常，实际上是前面一些参数的异常引起的。　　

因此，绝大部分地震预测前兆参数可归结为地磁场参数。　　

五、地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数　　

为什么可以说“地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数”呢？　　

（1）绝大部分地震预测前兆参数可归结为地磁场参数。　　

（2）地磁场参数的实际工业化测量不必进入地球内部进行，在技术上容易实现，适合大规模低成本布点。预测预报的准确性同布点密度成正比。若中国有100万个农村村的话，那么一个村用一个地震测试点是比较合适的。显然，测试仪器的低成本也是非常重要的。甚至，基于这种低成本地磁场参数测量可以做成10分钟临震报警器，推广到中国亿万家庭。　　

（3）其它容易测量并且可大规模低成本布点有：地振动测量（根据地震纵波横波传播速度不同可研制提前几秒的地震报警器）　　

（4）还要研究，一旦成功可以大规模低成本布点有：地声测量。在地震孕育的超特快速变化阶段，可比喻为地块已经彻底撕裂，正在加速下落，产生巨大摩擦，引起发声振动。这种特型机械振动是必定存在的。一旦研究成功可以大规模低成本布点。　　

（5）其它的一些前兆参数，有的很难实现，有的安装比较麻烦，有的成本太高而不适合大规模布点。　　

因此，地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数，地磁场状况真实地反映了地球（地球是地球上所有动植物包括人类的母亲）的身体状况。　　

六、地震预测预报的多因素决策与控制　　

由于预测监测地震的前兆参数有几十种，所以地震预测预报系统实际上是多因素决策与控制系统。面对这几十种前兆参数，往往觉得眼花缭乱、无所适从，千头万绪到底那一个是头？　　

我们要对这些参数排队，从重要性、经济性、测试可行性等方面进行全面考虑和运作，可以得出：　　

地磁场异常是进行地震近临性临震预测的重中之重的第一类参数（决策与控制的权重最大），地声测量为第二类参数，地应力测量为第三类参数，地振动测量为第四类参数，其余为第五类参数。将几十种前兆参数降解为五类，而后再降解为一类（地磁场异常）。　　

如此进行处理，似乎地震近临性临震预测，亦即地震的短临预测预报还是可以实现的。　　

因此，现今一些科学家致力于用卫星探测地球的地磁场异常、红外异常等的研究，用于地震的预测预报，但是一般只能用于中长期预测预报，而不能用于地震的短临预测预报。因为，用单个卫星扫视中国所有地区非常困难，而且即使可以，周期也很长。一个县一个卫星不现实。所以行之有效的是：基于地磁场、地声和地振动测量，研制低成本基本地震预测预报仪器，布点100万个，再适当增加一些其它的测试仪器，计算机联网，形成高度自动化数字化的计算机分布式决策-控制-集中管理系统，是科学进行地震预测预报预防的根本出路。　　

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