1 研究背景

为了提前感知地震发生以达到减灾、避灾的目的，各圈层之间的耦合机理（张学民等，2022）以及很多地震前兆信号一直被人们广泛关注，如：电离层电子密度异常、氡气浓度异常、离子浓度异常等。这些前兆信号的时间尺度为震前十几天，甚至数月。但目前上述短临前兆无法判断震中位置以及无法确定哪天发震。面对这一难题，如果存在强震前小时尺度的前兆信号如大气静电异常将会等吸引很多研究人员在这个方向上加大投入。作者在执行中国科学院先导气球专项和大科学装置子午二期时，原定目标是空基设备联合地基设备通过对大气电场的长期观测研究太阳活动如何改变大气静电环境，却在观测中意外发现了地震前几个小时的大气电场的异常信号。因此，作者研究小组协助地震局随即在鲜水河、安宁河以及龙门山南段组建了大气静电监测网，准备在震前2—48 h左右捕获前兆信号（Chen et al，2023）。

太阳活动信号引起的近地面大气静电环境变化，空间天气部门基本都能排除。气象活动引起的大气地面环境变化，研究部门也能排除。临震活动很可能也能够影响近地表大气电场，全球做震前大气观测的国际团队发表了许多文章并给出了统计。我们收集他们的观测事例，发现前兆信号到地震发生的时间段基本不超过48 h。而且强调非干扰天气的特征气象条件。因此作者近期统计发现了以下3个规律：①全球所有大陆地震，80%多的极震区震前当天就是晴天，晴天有利于确定没有气象干扰，气电异常信号特别明显；②异常信号只出现在地震前2—48 h（表 1），6级以上的大震地震前当天气电信号异常全落在这个时间段上了；③断裂带震前多处气体释放。

2 研究内容、理论基础和研究方法

为了实现大气静电监测网络对大气静电场的长期观测，在多个省份布置上百台大气电场仪，主要用来观测垂直方向上的大气静电强度，仪器型号为EFM-100，量程为±50 kV·m^-1，精确度为＜5%。考虑到大气电场仪的长期观测存在±100 V·m^-1左右的零漂，因此我们将无空间天气活动前提下晴天条件出现持续的-100 V·m^-1信号视为晴天条件的大气电场负异常信号。

2022年9月5日12:52（UTC+8），在中国四川泸定县发生M_S 6.8强震（102.08°E，29.59°N）。该报告针对此次地震震中附近同一地震断裂带（鲜水河断裂带）的甘孜台（GAR）、姑咱台（GUZ）和燕子沟台（SWG）3个台站的大气电场数据进行了分析，这3个台站与地震的位置关系图如图 1所示，3个台站距离震中的距离分别为11 km、60 km和299 km。

通过对这3个台站的大气电场数据分析，其数据曲线见图 2，对比气象观测结果，发现燕子沟站提前23 h（左图）、甘孜站提前30 h（中图）、姑咱站提前32 h（右图）观测到震前大气大气静电信号负异常前兆。

3 研究结果

这一研究事例表明未来通过组建地震多前兆信号联合观测，并结合人工智能机器识别技术，很可能在强震来临前2—48 h左右感知到（陈涛等，2021）。我们计划在全国23条地震带全部铺上观测设备，无论是天山、太行山、青藏高原还是燕山，都是30 km的观测距离，一定要利用一个网，其中有几台测到异常信号的设备所占据的空间距离，依据Dobrovolsky等的研究孕震区半径的范围为，式中M就是地震震级的大小。通过和地质调查局，和地质研究所，地矿、大气、气象研究部门交叉融合，可以把震中梳理出来。大气静电设备的最大优势就是在空间上靠近震中附近的断裂带。所捕获的异常信号在时间上离发震很近。这是因为快要地震前气体已经大量排放到空中，虽然地表还未开始动，但几个纳米的缝隙已经把气体从震源深度十几千米的地方在地下高温高压作用被持续不断驱动出，形成了大气的异常电离，大多数情况下观测场设备附近的气象条件表现为无降水的干燥或晴天无云。而且正负电荷海量增加，之后电荷分离了给出一个与平时晴天条件下的反向信号。此时预示着快要地震了，其表明高温高压导致的震源深度的地层大规模的微破裂活动已经完成了，岩缝之间的通道也打开了，地下10 km到地面路径上的放射性物质已经出来了，最后形成反向电场。这个反向电场告诉人们，一个地震很有可能就在未来的2—48 h。

未来一定要去回答“有无大震? 震中在哪?、震级多大？何时发震？”这4大问题，本项研究的终极目标是锁定震级在6级以上，锁定震中在35 km范围内，把震级误差压缩到0.5级，最后提前2—48 h发出警报。

特别感谢中国科学院国家空间科学中心攀登计划主任基金对本项工作的大力支持。