无论采用光纤器件、卫星激光测距或地下电极埋置探测等技术，研究人员面临的难题是从噪声中辨别出信号。
1975年2月4日傍晚7时36分，里氏7.3级地震发生于中国东北辽宁省海城这个约有9万人口的县城，城内90%以上的建筑物倒坍，在估计有人口50万、方圆1000平方米的范围内，一半以上的建筑物遭到不同程度的破坏，多亏了当地的地震观测人员的准确预报，才使得绝大多数居民幸免遭难。省政府在地震发生的前一天夜晚，疏散了整个海城及其周围的县份的居民、把人们安顿在临时性的隐蔽设施中。
然而，16个月后，距北京以东仅200公里的唐山市又发生了里氏7.8级大地震。这次地震却没有事先预测到，结果造成了空前破坏、几十万人因此丧生。
中国的地球物理学家对海城地震的预测主要通过观测许多先兆：用地震检波器探测主震前几天，次数和震级按指数规律增加的一系列小震；用倾斜仪记录地壳的变形；埋电极探测地电流的尖脉冲。
遗憾的是，具有上述这些明显征兆的地震实属罕见，即使出现这些征兆、也是十分微妙并让人难以捉摸的。例如，跨越几百公里地面的形状或导电率几年来的变化，都意味着地应力的缓慢集聚。
探测这些微妙的变化要求配备非常精密的仪器，并要求解决许多典型的测试方法问题。这些仪器必须能从噪声中识别出信号，必须能辨别出有实际意义的图形，能从并联的多路传感器中获取和分析数据，尔后简化大量冗长的数据并将其传输。
自动化实时监测网络
地震检波器早已是用于探测地震强度及其振动频率的主要仪器，但是，分析地震检波器记录在纸上或胶片上的曲线，必须由经验丰富的地球物理学家用直尺将大多数有意义的振动得出的迹线与图边的时间分数信号对照。相关分析3 ~ 5个位置的记录值（这对确定震级和震中是十分必要的）至少得花费几个小时。
然而，自1982年以来，美国加州门罗帕克美国地质调查局（USGS）的地球物理学家R. U. 阿兰（Rex V. Allen）已在通过设置在加州各地的400多台地震检波器对地震进行自动化的实时监测。
地震检波器是由固定于地面的金属框架和一块由弹簧或其他弹性材料悬挂在框内的质量块组成。质量块带有磁性、框架上绕有线圈，当地面振动时，检波器框架随之振动，但惯性使质量块保持原平衡位置。框架上的线圈按质量块上的磁力而发生运动、产生出相应运动强度和频率的电信号。
在阿兰采用的实时网络中，将每个地震检波器装在网球盒大小的圆形容器里埋在地下一米左右深处，盒中除检波器外还有可使用两年的锂电池，放大器、电压控制器和发射机。当地震检波器振动时，其被放大了的信号调制振荡器的音调、并不停顿地由电话线路将其向门罗帕克传送。
多路传感器有33对印制电路板，它连续地监测各地震站传来的信号，每对印制板共用一台德克隆斯仪器公司的9900处理器，其中32对印制板的每一对控制8个电话线路，使信号数字化并提供相位选择段以寻找来自各站的地震信号，第33个处理器按自动相位相关段编制程序、监测各站事件发生的时间并判定哪些事件起因于地震、哪些事件是由于地下爆炸或其他因素所引起。系统的阴极射线管在3分钟内显示出结果：地图上的小正方形指示震中位置，正方形的大小表示出震级。
实时地震网络在分析每天可能发生多达1000 ~ 2000次的小震群方面显然已领先于其他技术。现在，几乎随着震群的发展，阿兰和他的研究小组已可以在阴极射线管上观察其活动，可以看到这些地震活动沿断层的变化情况。地球物理学家们不敢说地震群不是大地震的先兆。阿兰目前正在寻求某些初步证据来说明一系列先兆前震以及某特殊的小震群的频率内含有可能存在的细微差异。
1978年，日本国家救难研究中心开始在东京、横滨和名古屋组建实时地震网络来监测微小地震（里氏2级以下浅表地震）、以便对日本的地震多发城市加深了解并识别前震。网络的地震检波器固定在100米深的钻孔井内。高频地震信号在80赫兹以数字形式采样，数据通过电话线路遥控传送到筑波科学城的指挥中心。
在指挥中心，自动化的实时处理器监测着地震检波器和20多台倾斜仪（探测地面坡度变化的仪器）。地面坡度倾斜数据通常每分钟采样一次，但在当几个台站同时测得一'次突发性变化时，采样速率自动增加到每秒一次。若地震频率和地面倾斜超过某一预置的程序极限时，告警测试数据便自动打印出来，同时发出声响告警信号以提醒操作人员。系统一年中可自动地探测和分析10，000次微小地震。
探测地球电阻率变化
某些地球物理学家假设：压力在地球内部不断集聚直至即将发生地震时，岩石受到相互挤压后其电阻率会发生改变。地球物理学家已想出办法来测量这种变化。
在中国已普遍采用的一项技术是对地球自身电势（地下水受热、电离和被挤出石缝时由于运动产生的电压）的无源测量，观测人员使用的仪器设备十分简单。用两根由不同材料（如铜棒和铅板）制成的电极，相隔30 ~ 60米埋在地下一米深处。在两电极间串联一只微安表和小于10千欧电阻，由观测人员至少每小时读数一次。
海城地震前两星期，在震中附近90公里范围内，大多数观测人员记录到两极间电势差5伏的显著下降，而且在临震的前一天，每隔几分钟电势差的波动高达1伏。
另一种探测地球电阻率变化的方法是测量与地电流（地磁场中带电微粒的运动和电离层风引起地磁场变化产生于地球内部的自然电流）有关的电压变化。
虽然仅仅是开始，麻省理工学院地球、大气与行星科学部的西奥多 · 麦登（Theodore Madden）教授已经得出了一些颇有吸引力的结果。麦登采用偶极子天线阵，在加利福尼亚州的圣 · 安最斯断层的两个位置点上观察并测量地球的导电率。
每一偶极子天线有一条由阵列中心伸出10 ~ 50公里长的电话线。每个偶极子的一端为一个圆筒形的铜电极埋于地下约一米深处，在天线阵的中心、麦登的设备每5分钟通过每一偶极子对电压采样一次，将数据数字化，并把各个偶极子的结果与两个基准偶极子相比较，存储数据于磁盘上。
麦登面临的难题是如何从噪声中辨别信号，噪声产生于电话线天线的时而爆破、电极接收并校准60周嗡嗡声的趋势，电极埋置处地下的电化学变化，噪声甚至还产生于地球本身的电势变化，对每种类型的噪声都规定一个特定的标记，这样，“当各方面工作正常时，我们可以获得灵敏度为1/1000的相对变化。”麦登说。
1987年8 ~ 10月，洛杉矶以北60公里Palmdale附近的天线阵列，接收到预示于10月份在Whittier发生6.9级地震的电阻率的细微变化，虽然数据的分析晚于事件的发生，也没有肯定的做出发生地震的结论，但毕竟研究工作有可喜的进展。
应力或变形测量及难点
还有一种测量可能是地震先兆的地应力集聚的方法，是观察沿断层地面的变形情况。门罗帕克美国地质调查局的J. C. 塞维杰（James C. Savage）采用激光测距方法测量圣安最斯断层的变形积聚，塞维杰及其同事们在经过调查的、并用水泥浇灌在断层山顶任意一边的联邦大地测量标志处设置若干对观测站。
每对台站中的一个台站，调节10毫瓦氦氖激光红灯、使之穿越山谷，对准20 ~ 30公里以远的对面台站。光束投射到直角四反射器阵列（溶凝硅四面体），再按原路径准确地反射回第一个台站，由光电倍增管接收。根据来回射程花费的时间（按入射和反射光束间的相位差推算）计算出两站间的距离。
塞维杰获得3 ×10-7的测距准确度，即25公里距离误差6毫米。最不利的噪声源是空气温度、压力和湿度变化的影响。这些影响因素的叠加使空气的折射率发生改变，从而改变了光的传播速率，为了修正并最小化这些失真带来的影响，塞维杰的一位同事乘坐一架轻型飞机往返飞行于两站之间，力争与激光束保持30米的恒定距离飞行。机上的温度计、气压计和比重计不断地沿光束路径记录大气数据。
与此同时，中国、法国和日本的研究人员也在运用相同的技术，但他们均未利用飞机监测大气数据。科罗拉多大学的劳伦斯 · 斯雷特（Lawrence Slater）和J. 莱凡（Judah Levine）用三个波长测距修正大气数据变化量：两个可见光束，其相对延迟可确定折射率在大气中的变化，一个微波束用于确定湿度。
变形的集聚是否是发生地震的必然先兆还不能肯定地回答。塞维杰和他的小组于以84年4月24日加利福尼亚摩根山附近的6.2级地震发生前的两星期、一星期和临震的前一天都在现场进行测量。选择的测试点碰巧就在震中地带。遗憾的是，在他们的测量精度以内，未能发现地震前变形集聚率的改变。虽然这一结局令人沮丧，塞维杰说，“或许是由于地震还不算大，从而我们看不出异常。”
揭开地球之谜
今日的大多数地球物理学家都赞成板块构造理论：即认为大陆由约20个外表易碎的板块组成，这些板块漂浮在地表面以下延伸几百公里的柔软的地幔材料上。如果两相邻板块相对滑动或一个板块挤入另一板块的下部时，在它们的边界处会发生地震。
有两项独立的新技术（即卫星激光测距和超长基线干涉法）都借用常规的天文仪器，以前所未有的准确度探测板块的运动，虽然两者均未被用于直接预测地震，但都有助于对地震发生原因的进一步理解。两项技术又都是全球性的，来自世界各地台站的观测资料由马里兰州格林贝尔特美国宇航局哥达德航天飞行中心的地壳动力学规划来统一协调。
卫星激光测距（SLR）是将激光由地面有精确位置的台站射向在地球上空6000公里轨道运行的地球动力学卫星（Lages）上，卫星表面上设置422个直角四反射器按原路径使光束反射。
地壳动力学规划副经理约翰 · 波斯渥斯（John Bosworth）说，一个典型观测站有两台平行安装的光学望远镜，其中一台约15厘米孔径、用于将光束以200微微秒（10-12秒）脉冲方式射向卫星；另一台约75厘米孔径，用于接收反射光束。脉冲每秒闪烁5次，由一只铝合金掺杂YAG（钇铝石榴石）激光器以532毫微米（10-9米）绿色波长，100毫焦耳进行发射。在接收望远镜的焦点处有一个能探测单个光子的微通道平板光电倍增管。为了减少噪声，接收机用门电路控制，只允许反射回来的光子由一狭窄的时间窗口内进入。
Lages卫星每天约5次通过SLR台站上空，每次通过时在地平线以上出现的时间为20 ~ 40分钟。由世界各台站测得的距离用卫星轨道计算机综合处理后计算出两台站之间长达10，000公里的基线、其误差不超过1厘米。显影出每一台站移位的照片，每年计算4次基线的改变。测量板块运动的另一种方法是超长基线干涉法（VLBI）。按此方法，在全世界的两个或多个不相同的位置上安装的射电望远镜作为一台干涉仪的末端。据美国宇航局地壳动力学规划所属的VLBI经理T. A. 克拉克（Thomas A. Clark）介绍，射电望远镜同时观测和记录来自类星体（宇宙远端强大的类星射电源）的辐射。
有许多理由说明类星体是理想的。因为它们相距遥远，可以近似地将其看成一个绝对参考系统。此外，它们是点源，也就是说，其辐射与所有波阵面相位相干，它们还是“宽带白噪声外加上帝为发射机付电费”的强大源泉，克拉克（Clark）风趣地说。
每一观测站有一台带3 ~ 40米直径抛物面天线的射电望远镜。每个抛物面天线的焦点处有一台低温接收机和采用砷化镓场效应晶体管和高特性电子移动晶体管的低噪声放大器，冷却到使系统的噪声温度低达50 K。在不同地区（即不同的板块）安装的各对射电望远镜每次反复观测约10个类星体系列一天，记录它们的随机噪声图形，连同由氢 - 微波激射器原子钟给出的时间信号，在高密度数字式磁带上按14个音轨同时记录8.4千兆赫频带中的8个频带和2.2千兆赫频带中的6个频带。由于来自类星体的波阵面是平行的，任意两台站记录的到达时间之差，使精确地测量出两台站距类星体最大等于地球直径的距离差，“时间延迟的精度优于带宽倒数的1/10”，克拉克说，“因为我们在观测超过400兆赫的射电频谱，我们观测到精度为几十微微秒的延迟。”
地球日复一日的旋转改变了地面相隔几千公里远的两地观察到已知类星体波阵面瞬时之间的差异，当所有这些信息得以处理之后、美国宇航局的调查人员计算长达10，000公里的基线其误差不会超过1厘米。
利用GPS卫星探测板块运动
比较几年来进行的多次测量表明，地壳板块之间以一定的速度发生相对运动，加之，SLR和VLBI技术已经证实了板块构造的一般理论，从而证实了板块正在按接近预计值的速度运动。
与此同时，另一项应用卫星的技术使有可能把全球的SLR和VLBI基线与较小规模的测量方法（例如，地面激光测距）结合起来。从1986年开始，已有6枚美国国防苽的全球定位系统（GPS）卫星发射到地球上空2万公里轨道上，每颗星上都装有铯原子钟，并在2千兆赫波段按各自的频率广播精确的时间信号。
据地球物理学教授托马斯. H. 乔丹（Thomas H. Jordan）说，实验人员在相距100 ~ 200公里的测地标志上设置小型无方向性天线。每一台站同时记录来自多达4个GPS卫星的信号。记录几天以后，把各个接收机的数据进行综合称相关分析，确定出仪器和卫星的位置，其误差精确到5毫米以内。某些GPS台站作为SLR或VLBI台站永久性地停留在相同的位置，用以校核不同类技术的测量结果。
每年，美国和加拿大的许多台站都在反复进行GPS调查。根据这些数据，地球物理学家希望在地震断层方面；及在可能最终导致地震发生的断层锁定段的变形集聚方面能观测到地球缓慢及稳定的变化情况。
预料之中的加州大地震
虽然对海城地震的预测时间准确到3天，但这种情况毕竟是罕见的。在不同的地区，“存在着不同类别的地震，不同的应力机制以及抗破坏能力相异的地质结构”，乔丹说。此外，虽然在地质学时标上地震频频发生，但只要人类有了实践经验，相对来说也就不那么频繁了，而人们开始精确地测量地震最多也不过廿余年。某些地球物理学家甚至相信，可能地震是根本无法预测的。
然而，其他的人们并未灰心。1985年作出的一项预测是：在1988 ~ 1993年内，美国加利福尼亚州中部帕克菲尔德附近的圣 · 安最斯断层将可能发生6级左右地震。预测的根据是，自1857年帕克菲尔德第一次地震以来，已有5次地震已经发生，其间隙约22年，且地震活动的图形异常相似。最近的一次发生于1966年，对于预料中的下一次、USGS和加利福尼亚州政府已投资了一项计划，“用仪器测试来排除帕克菲尔德的灾难”，乔丹说，也能掌握震前出现的各种先兆并研究裂缝的全过程。
[IEEE Spectrum，1988年5月]