地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數

地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數　　

榮大龍　　

（2008-10-18，首發于《科學網》,2010-04-17修改）

導讀：現今世界各地大地震頻發，破壞力相當大。由于地球是復雜巨系統，要建立十分精確的地球動力學方程，并進行精確求解，預測到某地的精確的地震發生是根本不可能的。像地震之類的自然性隨機事件的預測還是要遵循根據前兆參數進行預測，越是接近事件的爆發，前兆參數的波動越是明顯，這是普遍的自然規律。對于地震來說，監測點必須密集分布，僅靠現在稀稀拉拉的國家正規站點，監測盲點相當多，根本不可能精確預測地震。此次青海玉樹大地震，我們要想到青海玉樹地區到底有幾個正規測試站。一般來說，10到100平方公里范圍內至少有一個正規測試站。還要將廉價的地震自動報警器推廣到億萬家庭和個人，可以根據“絕大部分地震預測前兆參數可歸結為地磁場參數，地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數”和指南針等科學原理構建，不必擔心會造成混亂。我們走在大街上，到處聽到汽車喇叭聲，會有危險嗎？會造成混亂嗎？　　

絕大部分地震預測前兆參數可歸結為地磁場參數，地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數。可以證明：地磁場異常是所有地震發生的必要條件，而大的地磁場異常是地震發生的充分條件?！　?/p>

一、引言　　

在地震發生之前，當地地殼內已經有各種異常的物理和化學狀態變化。地震的孕育一般歷經：慢速變化（可比喻為地塊出現裂紋，歷時幾個月到幾年）-快速變化（可比喻為地塊裂紋快速撕裂，歷時幾天到幾個月）-特快速變化（可比喻為地塊裂紋大部分撕裂，歷時幾小時到幾天）-超特快速變化（可比喻為地塊已經徹底撕裂，正在加速下落，產生巨大摩擦，引起發聲振動，如地聲；因巨大摩擦，引起溫度急劇升高，紅外異常，地光，歷時幾分鐘到幾小時）-地震爆發 （可比喻為地塊下落時同另一個堅硬的大地塊產生激烈的機械碰撞）五個階段?！　?/p>

在前四個階段，當地地殼內的狀態變化可以歸結為：當地地殼內物體的機械運動（非巨大振動形式的機械運動）、熱運動、物理相變（固態、液態和氣態等）、化學反應狀態產生了異常。進一步不難歸結為：當地地殼內任意一點物質的化學成分、密度、速度和溫度的狀態產生了異常?！　?/p>

二、“地磁場異常是所有地震發生的必要條件”的簡要證明　　

令P=（X，Y，Z）為某地震區域內下部地殼中的任意一點，P點處物質同地震有關的主要物質性狀參數有：化學成分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），溫度θ（X，Y，Z，t）。在平靜期，參數C、ρ、V和θ同時間t無關，因此P點處多余的電子數（由于電子的熱遷移原理，地心處缺少電子，帶正電荷，而地表處出現多余的電子帶負電）恒定，運動方向恒定，因此當地地殼內總的地電流的大小和方向不變，從而當地的地磁場（大小和方向）恒定。顯然，在地震發生之前的孕育階段、正在發生時和結束以后的自平衡期，參數C、ρ、V和θ中至少有一個產生變化，也就是跟隨t的變化而變化，C、ρ和θ都直接同多余的電子數有關，從而使得總的地電流的大小產生變化，間接地使得總的地電流的方向產生變化，總的使得地磁場產生變化；而V的變化使得總的地電流的方向產生變化，總的使得地磁場產生變化。因此，這幾種情況都使得地磁場產生變化。一般，在地震孕育的超特快速變化（歷時幾分鐘到幾小時）和正在發生時（一般為幾秒到幾分鐘），地磁場（大小和方向）異常非常激烈。必要性得證?！　?/p>

三、“大的地磁場異常是地震發生的充分條件”的簡要證明　　

一般在地磁場測試傳感器（如基于指南針原理和別的測試原理）附近存在干擾磁場，太陽黑子所引起的磁暴可以改變地磁場大小的1%左右，對地磁場的方向也會干擾，這是無法避免的；附近有含鐵物品、家用電器，干擾可以很大，但是只要安裝正確，這些干擾是很容易避免的；來自外面空中的由工廠設備、無線電通訊等引起的干擾信號，這是無法避免的，但是這些干擾信號，相對較弱；當地的氣候、季節變化，也會使得地磁場變化，但是影響相對較弱。正因為有了這些干擾因素，絕對不能說，當地的地磁場變化了，必然有地震發生，因為這些磁場干擾信號很難同小地震引起的地磁場異常相區分。但是，相對于大地震和特大地震孕育的特快速變化期（一般為幾分鐘到幾小時）和正在發生時（一般為幾秒到幾分鐘）所產生的地磁場異常，這些干擾信號是微不足道的。例如，2008年5月12日，北川中學初二（1）班發現地震發生前13分鐘，教具指南針大飛轉，顯然，別的干擾信號沒有那么大的能力。大的地磁場異常是地震發生的充分性得證?！　?/p>

當然，隨著信號分析與處理技術、硬件濾波和軟件濾波技術的進一步發展，可能到時連小地震產生的地磁場異常信號也可以從雜亂無章的地磁場信號中方便地檢測和分離出來。　　

四、絕大部分地震預測前兆參數可歸結為地磁場參數　　

不難理解：其它的一些預測監測地震的前兆參數，如地振動、地聲、地應力、地溫、地下水、地位移、地氣、地電阻等的任何一個參數都可歸結到地殼中參數C、ρ、V和θ中某幾個的變化，從而都可歸結到地磁場參數的變化。但是，反推理是不行的，就是地磁場參數的變化必定有地振動、地聲、地應力、地溫、地下水、地位移、地氣、地電阻中的每一個產生變化，例如太陽黑子所引起的地磁場參數的變化同地振動、地聲、地應力、地溫、地下水、地位移、地氣、地電阻等毫無關聯?！　?/p>

還有預測監測地震的前兆參數，如地光、紅外異常、地電流、地電場、地電壓、電磁波等，根據基本電磁感應定律，它們都是同地磁場緊密相關的。　　

至于作為預測監測地震前兆之一的動物異常，實際上是前面一些參數的異常引起的。　　

因此，絕大部分地震預測前兆參數可歸結為地磁場參數?！　?/p>

五、地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數　　

為什么可以說“地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數”呢？　　

（1）絕大部分地震預測前兆參數可歸結為地磁場參數?！　?/p>

（2）地磁場參數的實際工業化測量不必進入地球內部進行，在技術上容易實現，適合大規模低成本布點。預測預報的準確性同布點密度成正比。若中國有100萬個農村村的話，那么一個村用一個地震測試點是比較合適的。顯然，測試儀器的低成本也是非常重要的。甚至，基于這種低成本地磁場參數測量可以做成10分鐘臨震報警器，推廣到中國億萬家庭。　　

（3）其它容易測量并且可大規模低成本布點有：地振動測量（根據地震縱波橫波傳播速度不同可研制提前幾秒的地震報警器）　　

（4）還要研究，一旦成功可以大規模低成本布點有：地聲測量。在地震孕育的超特快速變化階段，可比喻為地塊已經徹底撕裂，正在加速下落，產生巨大摩擦，引起發聲振動。這種特型機械振動是必定存在的。一旦研究成功可以大規模低成本布點。　　

（5）其它的一些前兆參數，有的很難實現，有的安裝比較麻煩，有的成本太高而不適合大規模布點?！　?/p>

因此，地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數，地磁場狀況真實地反映了地球（地球是地球上所有動植物包括人類的母親）的身體狀況。　　

六、地震預測預報的多因素決策與控制　　

由于預測監測地震的前兆參數有幾十種，所以地震預測預報系統實際上是多因素決策與控制系統。面對這幾十種前兆參數，往往覺得眼花繚亂、無所適從，千頭萬緒到底那一個是頭？　　

我們要對這些參數排隊，從重要性、經濟性、測試可行性等方面進行全面考慮和運作，可以得出：　　

地磁場異常是進行地震近臨性臨震預測的重中之重的第一類參數（決策與控制的權重最大），地聲測量為第二類參數，地應力測量為第三類參數，地振動測量為第四類參數，其余為第五類參數。將幾十種前兆參數降解為五類，而后再降解為一類（地磁場異常）?！　?/p>

如此進行處理，似乎地震近臨性臨震預測，亦即地震的短臨預測預報還是可以實現的?！　?/p>

因此，現今一些科學家致力于用衛星探測地球的地磁場異常、紅外異常等的研究，用于地震的預測預報，但是一般只能用于中長期預測預報，而不能用于地震的短臨預測預報。因為，用單個衛星掃視中國所有地區非常困難，而且即使可以，周期也很長。一個縣一個衛星不現實。所以行之有效的是：基于地磁場、地聲和地振動測量，研制低成本基本地震預測預報儀器，布點100萬個，再適當增加一些其它的測試儀器，計算機聯網，形成高度自動化數字化的計算機分布式決策-控制-集中管理系統，是科學進行地震預測預報預防的根本出路。　　

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