1.1 地震的定義與天然地震的分類
地震俗稱地動(dòng)，就像閃電、打雷、刮風(fēng)、下雨一樣，是一種自然現(xiàn)象。不同的是，地震不像普通的雷電風(fēng)雨那樣經(jīng)常發(fā)生，而且一旦發(fā)生在有人居住的地方，總會(huì)造成災(zāi)害。因此，地震是一種小概率的災(zāi)害性自然現(xiàn)象。
按照發(fā)生地震的地質(zhì)構(gòu)造背景與引起震動(dòng)的原因的不同，天然地震主要可分為三類：
構(gòu)造地震 由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地下深處巖層發(fā)生變形積累應(yīng)力，當(dāng)所積累的應(yīng)力超過巖石破裂強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生破裂，引起震動(dòng)并傳播到地面，這就是構(gòu)造地震。圖1-1比較形象地描述了這樣的過程。這就好比有人用雙手扳彎一條層板，隨著用力加大，層板逐漸彎曲，積累應(yīng)力，當(dāng)層板強(qiáng)度承受不了時(shí)，就會(huì)突然折斷。
這類地震發(fā)生的次數(shù)最多，約占世界地震的90%;這類地震分布最廣，各主要地震帶主要都是由構(gòu)造地震組成的;這類地震造成的破壞和災(zāi)害最重，因?yàn)榇蟮卣饚缀跞菢?gòu)造地震。
圖1-1? 構(gòu)造地震的形成與發(fā)生
火山地震 與火山活動(dòng)相關(guān)發(fā)生的地震被稱為火山地震。由于火山噴發(fā)巖漿的快速運(yùn)動(dòng)以及超熱蒸汽和氣體的激發(fā)，使周圍巖石發(fā)生震動(dòng)，稱之為火山震顫。這是狹義的火山地震。火山附近地區(qū)的巖石由于上涌巖漿的積累、擠壓而變形積累應(yīng)力，當(dāng)積累的應(yīng)力超過巖石破裂強(qiáng)度也會(huì)導(dǎo)致巖石破裂，發(fā)生地震。這類地震的破裂方式與構(gòu)造地震相像，區(qū)別在于積累應(yīng)力的力源不同。由于它的應(yīng)力積累與火山活動(dòng)有關(guān)，也是一種火山地震。
火山地震數(shù)量較少，約占世界地震總數(shù)的7%。顯然，它們分布在火山活動(dòng)區(qū)。
陷落地震 在石灰?guī)r或其他一些有地下溶洞的地區(qū)，當(dāng)頂蓋巖層支撐不住發(fā)生塌陷而引起地表震動(dòng)，叫做陷落地震。這類地震不多見，一般規(guī)模較小，影響比較局部。
另外，流星的隕石撞擊地面也會(huì)引起地表震動(dòng)，也是一種天然地震。不過，流星隕石撞擊能引起地面顯著震動(dòng)的很少，除極個(gè)別的以外，這種地震更小，影響也更小。
地震界還往往按地震的深淺、遠(yuǎn)近進(jìn)行分類。為敘述的方便，擬在第二講介紹有關(guān)震中、震源深度等地震參數(shù)后，再來講解這方面的內(nèi)容。
由于世界90%以上的地震都是構(gòu)造地震，我們以后講到地震，除非特別說明，一般都指構(gòu)造地震。
無論構(gòu)造地震，還是火山地震、陷落地震都發(fā)生在地球內(nèi)部，不同的只是具體的地質(zhì)條件與力的來源。為更好地說明構(gòu)造地震的力是哪兒來的?也為便于后面更好地介紹地震與地震活動(dòng)的特點(diǎn)，下節(jié)將簡(jiǎn)要介紹地球內(nèi)部構(gòu)造、地殼、巖石圈、活動(dòng)斷裂帶以及板塊構(gòu)造等與地震的發(fā)生有較密切關(guān)系的地學(xué)知識(shí)。
1.2 地球、地殼、板塊與活斷層
地球 人類居住的地球是一個(gè)很大的橢球體，它的平均半徑為6371千米。赤道半徑比極半徑大約長(zhǎng)21.5千米�？茖W(xué)家們把長(zhǎng)半徑與短半徑之差，跟長(zhǎng)半徑之比定義為橢球體的扁率，用來描述橢球體扁的程度。地球的扁率約為1/298，顯然，地球是一個(gè)稍稍有一點(diǎn)點(diǎn)扁的大球體。
地球內(nèi)部具分層結(jié)構(gòu)。最早也是最簡(jiǎn)單的模型分三層：地殼、地幔和地核。地球半徑那么大，目前世界上最深的鉆井只有十幾千米，人們是怎么知道地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的呢?這得歸功于地球物理探測(cè)方法，主要是地震學(xué)方法。因?yàn)榇蟮卣鸬牡卣鸩艽┩傅厍�，攜帶著震源和地球介質(zhì)的信息，應(yīng)用遍布全球的地震臺(tái)記錄的地震波資料可以反演，即反過來推算震源參數(shù)和地球內(nèi)部速度結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，重力學(xué)和地磁學(xué)等地球物理方法對(duì)于認(rèn)識(shí)地球內(nèi)部也有重要貢獻(xiàn)。
地球內(nèi)部最明顯的兩個(gè)地震波速度分界面就是地殼與地幔的分界面和地幔與地核的分界面。前者于1909年為克羅地亞地震學(xué)家莫霍洛維奇首先發(fā)現(xiàn)，被叫做莫霍面，或簡(jiǎn)稱M面。地殼厚薄很不均勻，海洋下面的地殼薄一些，只有5～8千米，大陸地殼的平均厚度約35千米。首先發(fā)現(xiàn)地球有一個(gè)液態(tài)地核的是英國(guó)地質(zhì)學(xué)家奧爾德姆，而最早于1913年較準(zhǔn)確測(cè)定地幔與地核速度分界面的埋深約2900千米的是德國(guó)地球物理學(xué)家，后來在美國(guó)成為世界地震學(xué)權(quán)威的古登堡，也被稱為古登堡面。由這兩個(gè)分界面就把地球內(nèi)部分成了三層結(jié)構(gòu)。相對(duì)于幾千千米的地幔厚度和地核半徑來說，平均為33千米厚的地殼，實(shí)在是太薄了，根本無法按比例在一張圖上展現(xiàn)。隨著觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和地震學(xué)研究的進(jìn)展，科學(xué)家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)更多的分界面，已建立七層或更多層模型，主要是把地幔和地核又分別分成上地幔與下地幔，外核與內(nèi)核，以及一些過渡層。有意思的是，外核由于不能傳播橫波被認(rèn)為處于液態(tài)，而內(nèi)核又能通過橫波被推斷為固態(tài)。圖1-2是地球分層結(jié)構(gòu)示意圖，如果忽略過渡層，把上地幔和下地幔合成地幔，把液態(tài)外核和固態(tài)內(nèi)核合成地核，也就與最早的地球三層結(jié)構(gòu)模型是一樣的。由于大多數(shù)地震發(fā)生在地殼里，最深的地震也只有720千米，下面主要介紹地殼、巖石圈，以及與地震活動(dòng)有關(guān)的活斷層、板塊運(yùn)動(dòng)等相關(guān)知識(shí)。地球內(nèi)部更深的知識(shí)就不再多說了。
圖1-2 地球分層結(jié)構(gòu)示意圖
地殼與巖石圈 在19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，人們認(rèn)為地球內(nèi)部是熔融的液體，地表凝固著一層硬殼。當(dāng)時(shí)把地球最外層叫地殼就反映了這種內(nèi)軟外硬，有一層殼的意思。實(shí)際上后來的觀測(cè)和研究表明，地球內(nèi)部物質(zhì)的密度比地殼巖層的密度大得多，硬度也大得多，一般比鋼還硬�，F(xiàn)在地學(xué)界仍沿用地殼這個(gè)名詞，但需記住它只是地球的最外層，已無硬殼的含義。
在早期的書刊上，一般把大陸地殼分為兩層：花崗巖層和玄武巖層。兩層之間有一個(gè)速度間斷面，按最早發(fā)現(xiàn)的科學(xué)家的名字命名為康拉德面。不過，后來很多工作發(fā)現(xiàn)，康拉德面并不普遍存在，或者說，有一些地方的大陸地殼不能明顯分出兩層。大陸地殼不僅厚度而且物性都不均勻，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)比較年輕的造山帶地區(qū)，地殼要厚一點(diǎn)，結(jié)構(gòu)也要復(fù)雜一些，如青藏高原地殼厚度可達(dá)60～70千米，上層地殼以下還有低速層。
海底地殼與大陸地殼有明顯差別。它不僅比大陸地殼薄得多，而且結(jié)構(gòu)與物性也不同。一般認(rèn)為，海底地殼可分三層。第一層是未凝結(jié)的沉積層，約0～2千米厚。第二層是空隙度很大的玄武巖碎屑，約0.5～2千米厚。第三層是鐵鎂質(zhì)的巖石，與玄武巖很相近，平均4.7千米厚。顯然，第三層是主要的，有人甚至把海洋底下的地殼形容成玄武巖薄板，由火山巖漿流動(dòng)覆蓋在更深部的巖石上。相對(duì)而言，海底地殼總的來說是比較均勻的，變化大的是海嶺與洋脊，島弧與海溝地區(qū)。關(guān)于這一點(diǎn)，后面介紹了板塊與板塊運(yùn)動(dòng)就很容易理解了。
無論大陸地區(qū)還是海洋地區(qū)，在地殼之下的上地幔內(nèi)都有一層地震波速度低于上覆巖石的低速層。出現(xiàn)低速層的深度各處不完全一樣，大致為100～200千米深。關(guān)于這個(gè)低速層是怎樣形成的?多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，那個(gè)地方的溫度已接近巖石的熔點(diǎn)，有些晶體的邊界上發(fā)生了部分熔化，使波速降低。需要說明的是，那里的介質(zhì)仍是固體，只是在長(zhǎng)期力的作用下，可表現(xiàn)相當(dāng)塑性而發(fā)生流動(dòng)。地質(zhì)學(xué)家定義的軟流圈大體與它相當(dāng)，深至600～700千米。
地球上部剛性的，或者說石質(zhì)的一層叫做巖石圈。它不僅包括了地殼，還包括了上地幔內(nèi)軟流圈以上的剛性層。好像100～200千米厚的剛性巖石圈漂浮在軟弱的軟流圈上。這些認(rèn)識(shí)支持了大陸漂移原理，為板塊構(gòu)造理論的興起提供了基礎(chǔ)。
板塊與活動(dòng)地塊 早在20世紀(jì)初，就有大陸漂移說，認(rèn)為一個(gè)超級(jí)大陸于3億年前破裂，其碎塊漂移出去形成現(xiàn)今的大陸。他們的主要證據(jù)是，不同大陸的地質(zhì)構(gòu)造和地貌相似與相吻，如非洲西海岸和南美州東海岸似乎可以吻合。大陸漂移說還可以解釋一些其他地質(zhì)問題，但當(dāng)時(shí)遇到了嚴(yán)重的困難，不為多數(shù)人接受。最要命的是，大陸坐落在高強(qiáng)度的巖石上怎么能漂移?因此，經(jīng)過激烈的辯論后，大陸漂移說沉默了幾十年。到20世紀(jì)60年代末地震學(xué)關(guān)于地殼及地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，不論大陸還是海洋，地殼底下的上地幔內(nèi)都有低速層。它表明那里介質(zhì)的彈性和剛度都降低了，在長(zhǎng)期力的作用下，可能流動(dòng)。這樣，大陸能夠移動(dòng)的主要障礙被消除了。隨著地震學(xué)、古地磁學(xué)等基礎(chǔ)地學(xué)的發(fā)展，在大陸漂移說的基礎(chǔ)上，板塊構(gòu)造理論誕生了。
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