这是过去120年来的全球地震记录。地震几乎每时每刻都在发生，平均每天超过一万次。其中，6级以上破坏性地震每年达100~150次。90%以上的地震分布在活断层、活火山等地质构造活跃的地区。
面对这种强大而迅速的地球能量释放，我们能预测它的到来，避免灾难吗？
人们常说地震预报就是在地震发生之前，准确地预测地震发生的时间、地点和强度。即“时间空强三要素”。但是如果你想预测未来，你必须首先找出过去有什么规律。
例如，在这个地区，这些点代表了历史上发生过地震的地方。点越大，地震越强。
我们在这个断裂带上框定一个区域，然后选择一个参考位置，提取离它1000公里以外的地震记录，按时间序列排序，得到这样一系列数据点，代表这个位置的地震历史。
看起来你还看不到规律，但是当我们按照上面的方法对待盒子里的每一个区域时，就会得到这样一个画面。在这些空白色区域之后，将有一次7~8级以上的大地震。
这似乎揭示了地震的规律:地下能量释放的节律经历了长时间的地震准备期、地震发生的快速期和震后的调整期。这些“空区域”可能代表储存电力和发生地震的地方。
然而，使用“空区域”来预测地震风险太大。用笔一划，你就能圈出一大片土地。我们不能让这么多人每年都处于等待地震的状态吧？
在众多的民间疗法中，如蛤蟆街、震云、气功偏头痛、电视雪花点、易经八卦等。，寻找更科学可靠的地震前兆有赖于我们对地震物理机制的理解。
膨胀-扩散模型是经典的物理机制之一，它将地震分为五个物理过程。
在外力的作用下，地壳和地层积蓄能量，产生一些微小的裂缝。当能量积累达到岩石强度的1/2~2/3时，裂纹开始不断扩展和张开，导致岩石体积膨胀。周围的地下水涌入这些裂缝，导致岩石的抗剪强度突然下降，直到岩石断裂的强度极限被打破，能量瞬间释放，发生地震。地震后，地下力场重新调整，地下水扩散诱发余震。
整个过程会带来一系列宏观地震前兆，这些前兆会被仪器捕捉到。
比如第二阶段，岩石膨胀引起地面起伏倾斜，第三阶段，地震临近，地下水涌入裂缝，带出岩石中的放射性气体氡，导致氡含量突然增加。
利用这些科学的前兆观测，1975年2月4日，我国提前数小时成功预报了海城7.3级地震，避免了巨大的生命财产损失。曾几何时，它为人类攻克地震预报，尤其是临震预报带来了曙光。
但事后看来，海城地震还是太特殊了，经历难以复制。次年唐山大地震，给地震预报泼了一盆冷水。
加州在1985年也采用了同样的思路，预测1988年1月下一次地震大概率发生在帕克菲尔德地区。在随后的几年里，大量的人力和财力投入到这一领域，但等待中的6级以上强烈地震直到2004年9月才到来。
为什么还是不确定？
这是因为地震的物理过程远比想象的复杂。比如科学家发现，岩石圈不是一块钢板，而是30-50公里深度的塑性状态，就像一个两面都有果酱的三明治。其中，塑料材料仍在流动和碰撞。
在这篇名为《自然地球科学》的论文中，研究人员用仪器获得了以下四幅横断山区的横断面图像。这些红色区域对应塑性流动物质，发现青藏高原东缘有两个巨大的地下暗流。指出2008年5月12日汶川8.0级地震可能与这种“地下暗流”有关。
因此，极其复杂的地下结构和物理过程使得地震预测，尤其是临震预测，仍然是一个世界性难题。
目前，预测地震是不可能的，但我们仍然可以通过地震预警赢得宝贵的时间来规避风险。
比如2019年6月17日22时，四川宜宾长宁县发生6级地震，成都提前61秒启动110个社区大喇叭预警倒计时。这是怎么做到的？
地震发生瞬间，震源激发或二次叠加会产生以下四种地震波。其中，S波和两种面波对地面建筑物的破坏性更大。
由于P波传播最快，当台站检测到P波时，会立即上报预警中心。预警中心立即通过公共通信部门向电视、手机、社区大喇叭等终端播放预警信息。在其他地震波到达之前，通知远处的人避免危险，停止火车，停止工厂。
然而，要实现地震预警并不容易。我们必须首先知道地震的时间、地点和震级。即“时间空强三要素”。
在传统的地震速报中，地震台要到P波和S波依次到达才能得到“三要素”。比如这个站，记录了P波和S波的初至时间。通过计算两者之间的时间差，可以基于距离等于速度乘以时间的事实来获得从站到源的距离。
这就是经典的“大森公式”。
根据三个台站对同一地震的记录。画三个半径为r的球体，在一个点相遇，这个点就是震源的位置。将震源投影在地面上得到震中，将台站的震中距离计算到这个经验公式中，然后估算震级。
然而，地震预警不能等这么久。台站在探测到P波时，必须立即给出“三要素时间空强度”。这需要对算法进行调整。
介绍了一种“最大交会法”，只需要P波数据的前三秒就能快速给出“三要素”，实现预警。
研究表明，如果提前3秒收到警报，伤亡人数可以减少14%。提前10秒报警，伤亡人数可减少39%；提前20秒，伤亡人数可减少63%。
预警算法是迭代的。针对2011年3月11日日本东部9.0级大地震暴露出的新问题，介绍了数值模拟方法，无需事先计算“三要素”，即可实现地震预警。
随着各种新技术、新方法的落地，如今的地震预警技术越来越成熟。2022年，中国地震局将建成全球最大的地震预警系统“全国地震烈度速报预警工程”，以“一网”覆盖全国。共有车站15391座，实现了重点区域站间距10~15公里的加密部署。
–
