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叶洪 陈国光 郝重涛 周庆

(中国地震局地质研究所,北京 100029)

摘要 在现今地球动力学体制下,中国大陆板块内部的构造活动表现为6个各具特色的构造运动及内部变形的一级块体(青藏块体、甘新块体、东北块体、华北块体、华南块体及东南沿海块体。中国大陆地震活动与现代构造运动受制于特提斯-喜马拉雅构造带及西太平洋构造带两方面的影响。中国大陆西部现代构造运动的力源主要来自印度板块与欧亚板块的碰撞,而中国大陆东南地区及东北地区则主要分别受菲律宾海板块及太平洋板块的影响。华北的情况比较复杂,太行山以西的华北西部以特提斯-喜马拉雅构造带的影响为主,郯庐带以东的华北东部以西太平洋构造带影响为主,介于以上两者之间的华北中部地区可能是两种影响混杂的过渡地带。大陆板内各个块体之间的边界在很多段落上表现出弥散性变形的特点,它们之间的相对运动幅度是有限的,这些都与岩石圈大板块之间的相对运动及变形方式有很大不同。在上述块体内部,应变能的释放主要沿着原有的构造软弱带进行。在中国大陆东部的各个块体内古裂谷或被动大陆边缘的地壳颈化带是最重要的构造软弱带。而在中国大陆西部,一些古生代以来褶皱带的主边界断裂或主中央断裂仍是当地主要的构造软弱带。大地震往往沿着上述构造软弱带成带状分布。板内大地震复发间隔的统计结果表明,中国大陆板内块体运动及变形的速率比板块边界要小一到两个数量级,这对板内块体运动学模型是一个重要的限定。

关键词 地震构造 地球动力学 中国大陆

1 引言

从本世纪初阿尔冈(E.Argand)最早提出喜马拉雅大陆碰撞的设想算起,中国大陆地球动力学问题的研究已经经历了中、外学者好几代人的努力。到目前为止,这仍是世界上地球动力学研究的一块热土。各种科学基金及国际协作组织争相立项,各国地球科学家纷至沓来,都想在中国大陆内部地球动力学的研究中占有一席之地。

中国大陆的这一科学魅力首先来自于它在全球构造格架中所占的独特的构造位置(图1)。从全球构造的角度看,中国大陆正好处在目前世界上最大的两条全球规模巨型挤压构造带:特提斯-喜马拉雅构造带与环太平洋构造带的接合部位。特提斯-喜马拉雅构造带代表着全球规模南、北大陆的聚敛与碰撞,它横贯欧、亚、非三洲自西向东延伸,在中国大陆内部东经104°附近嘎然终止。这一巨型构造在这里的突然收尾,显然是因为受到了近南北向西太平洋构造带的阻挡,在这里它的巨大的近南北向压缩变形必须以某种方式与西太平洋边缘近东西向板块聚敛运动影响下的中国大陆东部构造变形相协调。

图1 中国及邻区现代板块及板内运动示意图

中国大陆地质的另一个重要特点是它本身的复杂拼合结构。中国大陆既不同于典型的北大陆地块(如西西伯利亚、俄罗斯),也不同于典型的南大陆地块(如非洲、澳大利亚、南美等)。它是由部分北大陆碎块、部分南大陆碎块以及若干位于南、北大陆之间的小陆块拼合而成的。在漫长的拼合历史过程中,围绕着相对比较刚性的古陆块形成了大量相对比较韧性的不同年龄褶皱带。

中国大陆基底这种软硬相间的拼合结构,加上上述两个超级构造动力学系统在这里的强烈对抗与相互协调,必然使其现代构造运动及变形表现出独特的复杂性及多样性。中国大陆内部一系列令世人瞩目的现今地球动力学现象就是在这样的构造背景下发生的。例如:青藏高原的快速隆升、缩短、地壳增厚及向东挤出;天山、阿尔泰山的再生隆起与塔里木、准噶尔盆地边缘的快速沉降;华北一系列新生代裂谷盆地的拉开与迁移;华南地块的持续缓慢隆升及东移;菲律宾海板块与欧亚板块在台湾东部斜向碰撞及其在中国东南沿海引起的挤压剪切变形等,这些都与在现今地球动力学体制下中国大陆内部软硬相间块体间的相对运动有关。这些热点课题的研究不仅具有区域性意义,而且对于认识整个地球大陆岩石圈构造行为及变形机制具有普遍意义。

地震构造分析历来是研究现今地球动力学的一个重要途径,从构造地质学的角度来看,地震就是岩石圈构造变形过程中的破裂-错动事件。目前已有日趋成熟的地震地质学及地球物理学方法可对地震与构造的关系进行系统研究,包括各次地震的构造力学背景、震源破裂过程以及地震活动在最近地质历史时期的时空分布规律等。这些研究成果对认识大陆内部现今地球动力学过程,特别是大陆内部块体相对运动及块体内部变形无疑具有十分重要的意义。

近十多年来,配合联合国国际减灾10年计划,我国在地震区划、重大工程及城市地震危险性分析等方面开展了广泛的工作,这些工作涉及到地震构造方面的一系列基础研究。由此产生的大量研究成果,是我们进一步认识中国大陆现今地球动力学过程的新的基础。在本文中,作者想应用近年来在地震区划及工程地震工作中积累与收集到的各种地震活动性、震源机制、古地震、大地震地表破裂及形变带等资料,对中国大陆地震构造特征作一次再分析,在此基础上,从地震构造的侧面对中国大陆现今地球动力学研究中大家关心的某些问题作概要的讨论。

2 中国地震构造分区及大陆板内块体

地震的空间分布曾是确定现代岩石圈板块边界的重要依据,同样,大陆板块内部现代构造运动的块体性,在地震的空间分布上也有相应的反映。但是,由于板内地震分布的弥散性,情况比较复杂,研究方法也应有所不同。对于岩石圈板块,一般根据巨型地震带的展布,就可以相当明确地划分板块边界,而对于板内块体,除了需要考虑地震空间分布外,还需要更多地从地震构造的区域特点上去进行分析,也就是首先需进行地震构造分区。

根据地震空间分布及地震构造的区域性特点。我们将中国划分为以下10个地震构造区(图2):甘新地震构造区、青藏地震构造区、喜马拉雅地震构造区、东北地震构造区、华北地震构造区、华南地震构造区、东南沿海地震构造区、台湾中西部地震构造区、台湾东部地震构造区、南海地震构造区。

上述10个地震构造区中,有两个地震构造区,即喜马拉雅地震构造区及台湾东部地震构造区分别与喜马拉雅板块碰撞带及台湾东部板块碰撞带相对应。另有两个地震构造区,即台湾中西部地震构造区及南海地震构造区,可看作是板缘及板内构造区的过渡。其余的6个地震构造区则具有板内地震构造区的性质。

将这6个板内地震构造区的位置与前寒武纪结晶基底的分布进行对比,可以看出,上述板内地震构造区大多都是以一两个前寒武纪古陆块为核心,古陆地之外,一般围绕着古生代以来的褶皱带。例如:华北地震构造区是以著名的中朝地台为核心的;东北地震区以松嫩地块为核心,周边为古生代褶皱带;华南地震构造区以扬子地台西部为核心,东侧围绕有古生代褶皱带;东南沿海地震构造区大致以华夏古陆块为核心;甘新地震构造区由塔里木地台、准噶尔地块以及发育其间的古生代褶皱带组成;青藏地震构造区的情况比较特殊,它主要是由古生代以来各个时代的褶皱带组成,但其中夹杂着一系列较小的古陆块,如:柴达木地块、羌塘地块、冈底斯地块、松潘-碧口地块等。上述各个地震构造区具有各自独特的现代构造应力场特征、地壳变形和地震能量释放方式以及块体运动方向。因此应被看作是在现代构造运动体制下中国大陆板内的一级块体。

图2 中国震中分布及地震构造分区

Ⅰ—甘新一级地震构造区;Ⅱ—青藏一级地震构造区;Ⅲ—喜马拉雅地震构造区;Ⅳ—东北一级地震构造区;Ⅴ—华北一级地震构造区;Ⅵ—华南一级地震构造区;Ⅶ—东南沿海一级地震构造区;Ⅷ—台湾中西部地震构造区;Ⅸ—台湾东部地震构造区;Ⅹ—南海地震构造区

这些大陆板内块体的边界一般沿袭先存的断裂带或古陆块缝合线发育,但并不一定与前期构造单元的边界完全吻合。

与板块边界的情况不同,板内块体边界的地震活动性在许多段落上表现出明显的弥散性,地震活动的强度也很不均匀。依据地震活动性的强度及分布特点可以将板内一级块体的边界分为三种类型:

(1)线性快速运动边界。例如青藏块体北边界,沿着阿尔金断裂、祁连山山前断裂发生大规模走滑运动,地震密集分布,这类板内块体边界,类似于板块边界,边界两侧块体间的相对运动速率较大,最大可达到1cm/a左右的量级。

(2)弥散型运动边界。例如青藏块体东缘及华北块体与华南块体边界的西段,地震沿着多条断裂呈宽带状分布,块体间的相对运动,总体来说可能有相当大的幅度,但位移不是沿着一、两条主干断裂发生的,而是通过有相当宽度的弥散型变形(distributed deformation)来实现的。

(3)微弱运动边界。例如华北块体与东北块体的边界,华北块体与华南块体边界的东段,华南块体与东南沿海块体之间的边界,地震活动性不强,块体间的相对运动微弱。

板内块体边界地震活动的这些特征说明大陆板块内部块体的相对运动与板块间的运动相比,在活动强度与方式上均有很大差别。

3 中国大陆板内一级块体运动模型

在现今地球动力学体制下,中国大陆内部的各个板内块体,都以各自不同的方式进行着相对运动及内部变形调整[25]。地震的震源机制解及大地震所产生的地表破裂带为研究大陆内部现代构造应力场及块体构造运动模型提供了重要依据(图3、图4)。根据我国大量地震震源机制解[5]及50多个大地震的地表破裂带[3,4,23,27~29,31~36],我们对大陆内部块体的现代构造运动得到如下认识:

中国西部受印度板块推挤向北运动,总的来说表现为近南北方向的地壳压缩变形并相对于中国东部向北作右旋扭动。其南部的青藏块体内主要是由古生代以来各个时代的褶皱带组成。虽然内部及边缘有小块古陆块卷入,但总的来说比较韧性,因此,内部变形调整量较大,整个块体发生强烈压缩变形,地壳加厚,地面隆升。由于它处在特提斯-喜马拉雅构造带的尾部,南北向挤压具有明显的不对称性,其西侧的挤压强于东侧的挤压,造成青藏块体在向北运动过程中同时向东呈喇叭型挤出,其北部向北东东方向运动,其南部向南东东方向运动。位于青藏地块以北的甘新块体主要由刚性较强的古陆块组成,在古陆块之间夹持着相对比较韧性的褶皱带。在青藏块体的推挤下,甘新块体向北运动,现代构造应力场主压应力方向近南北向,内部变形调整主要表现为古陆块间的褶皱带的压缩变形与地壳增厚,致使原来已经夷平的天山、阿尔泰等古生代褶皱带上升形成再生山脉。

图3 中国地震震源机制解

图4 中国大地震地表破裂带

中国大陆东部的基底由松辽、华北、扬子、华夏等古陆块及围绕着这些古陆块的古生代至早—中生代褶皱带组成。以上述古陆块为核心,自北向南形成东北块体、华北块体、华南块本及东南沿海块体,其中受西部动力学过程影响最大的是华北块体。华北块体的西部现代构造应力场主压应力方向为北东东向。受甘新块体及青藏块体向北及北东方向运动的影响,沿着近南北及北北东方向的断层发生右旋张扭运动并在尾端形成北东或近东西向的拉张盆地。这一运动形式在太行山以西表现得最为典型,并可部分影响到郯庐带以西的华北中部地区。郯庐带以东的华北东部地区现代构造应力场主压应力方向为近东西向,地震断层往往表现为北东及北西两组共轭剪切断层的活动,这一情况与华北西部地区的以北北东向右旋扭动为主的张扭性活动方式明显不同,说明华北东部地区的现代构造活动主要是受西太平洋边缘板块运动的影响。震源机制结果还表明:这一来自西太平洋边缘构造带的影响可以越过郯庐带影响到华北中部地区。因此位于太行山以东及郯庐带以西的华北中部地区是受东西两种影响混杂的过渡地带。以华夏古陆残块及沿海晚古生代,早中生代褶皱带为基底的东南沿海块体明显受到菲律宾海板块吕宋弧与台湾陆壳碰撞的影响,现代构造应力场主压应力方向为北西西向,沿海有一系列等间距排列的北西-北北西向张扭性断裂及北东东向压扭性断裂,北东走向的山地缓慢隆起,地震活动强度从沿海向内陆海逐渐减弱。位于东南沿海块体与青藏块体之间的华南块体其西半部基底为扬子古陆块,东半部基底由加里东褶皱带组成。在东南沿海块体及青藏块体的东西两侧挤压下缓慢隆升,现代构造应力场主压应力方向也为北西向,但现代构造活动较弱,是中国大陆地震活动强度最低的块体。东北块体的基底为松嫩古陆块及其周围的褶皱带,受太平洋板块俯冲及日本海小板块反向俯冲的影响,现代构造应力场主压应力方向为近东西向。

4 大陆块体内部变形及应变能释放方式来源:https://wzwxpx.com/xwzx/202412-33.html

4.1 块体内部构造软弱带

地震的空间分布表明中国大陆板块内部应变能的释放除了沿着上述板内一级块体的边界进行外,还有相当一部分是在块体内部沿着各种先存的构造软弱带进行的。当先存的构造软弱带方向与现代构造应力场最大剪应力方向相近时,具有最大的活动性。

中国大陆东部的前寒武纪古陆块特别是华北地块,在中、新生代时期曾普遍遭受过裂谷作用的改造。在裂谷强烈扩张时期,沿着裂谷带上地幔软流圈上拱,地壳减薄,形成地壳颈化地带[17]。地壳颈化带是中国大陆东部重要的构造软弱带,华北的板内大地震大多沿着这些地壳颈化带展布。例如,汾渭带、银川-河套带、华北平原带、郯庐带中段等。东南沿海最重要的一条地震带——广东滨海地震带,则与南海第三纪扩张时形成的被动大陆边缘地壳颈化带有关。

在中国大陆西部,一些晚古生代或中生代褶皱带的主边界断裂或主中央断裂仍是当地最重要的构造软弱带,许多大地震沿着这些地带分布。

4.2 块体内部主要变形方式

4.2.1 走滑及共轭剪切网络

从地震震源机制及大地震地表破裂及变形带上可以看出,走滑断层作用是中国大陆板内地块内部最常见的变形方式。无论是中国东部地区还是西部地区,大部分地震都是以走滑错动分量为主的。走滑一般沿着那些与现代构造应力场的最大剪应力方向相近的原有构造软弱带发生。由于最大剪应力是成对出现的,因此在适当的条件下会形成各种规模的共轭剪切网络。例如,在华北地块的中部,主压应力方向以北东东向为主,地震大多沿着北北东向古近纪古裂谷地壳颈化带及北西西向古裂谷横向断裂发生,形成锐角指向北东东的共轭剪切网络。在东南沿海地块存在着锐角指向北西西的较小规模的共轭剪切网络。

4.2.2 走滑拉分

走滑断层引起的尾部拉张或错列部位拉张,是中国大陆东部地区常见的另一种块体内部变形方式。中国大陆东部有一部分地震的震源机制解具正断层性质,它们都是由走滑拉分引起的。特别是华北地块的西部,因受到青藏地块向东北方向的推挤,沿着北北东方向及近南北向的右行走滑断层发育一系列北东走向至近东西走向的走滑拉分盆地。这些盆地的边缘及内部主要断层大多以正断层或正-走滑断层为主。例如图3所示河套盆地1979年五原地震,即是典型的正断层。

4.2.3 逆冲及地壳缩短

在中国西部,除了走滑断层引起的地震外,尚有相当一部分地震是由逆冲断层引起的。例如图3所示的1963年乌恰地震、1965年乌鲁木齐地震、1969年乌什地震,以及1985年乌恰地震等。地震资料还表明,在中国西部即使是走滑断层性质的地震也往往都含有逆冲断层的分量。由此可见,逆冲作用以及与此相伴的地壳缩短作用在中国西部板内地块内部的变形中起了重要作用。可以这样说,在中国西部,板内块体内部变形及应变能的主要释放方式是走滑加逆冲,而在中国东部,则是走滑加拉分,两者形成明显对比。

4.2.4 块体旋转

近来块体旋转在大陆板内块体运动及内部变形中所起的作用日益受到重视。一些研究结果曾指出华北地块西部的鄂尔多斯块体存在着反时针旋转。另一些研究结果则指出在青藏地块的东缘,存在着一系列北西向小地块的顺时针旋转。我们设想由于板内块体运动受到周围环境的限制,不可能像岩石圈板块那样作大幅度的平动,因而往往需要用块体转动来调整各自的位置及释放应变能量。

著名的“南北地震带”沿着特提斯-喜马拉雅构造带收尾的部位展布。它是中国西部大陆相对于东部大陆作右旋扭动的结果来源:https://wzwxpx.com/bkjj/202412-128.html。沿着南北地震带,发生较多的块体旋转不是偶然的,它说明块体旋转可能在调节中国西部及东部这两个截然不同的构造变形区方面,起了相当重要的作用。由于西部大陆相对东部大陆作右旋扭动,因此南北地震带以西的块体转动多为顺时针方向,其以东的块体旋转多为反时针方向。

5 大地震复发周期与板内块体运动及内部变形速率

近十多年来迅速发展起来的史前地震研究对现有地震资料是一个极有意义的补充与外延,它不但大大拓宽了我们对地震空间分布的视野,并且使我们对地震事件在最近地质历史时期的时、空分布规律开始获得某些认识[24,26]。

我国现在通过野外地震地质考察发现并进行过年代测定的全新世史前地震遗迹已达近百处[6]。在很多地方通过详细的槽探工作,证实了史前地震事件的多次重复,并采用14C,热释光,ESR等多种测年手段估算了大地震的复发间隔。

从表1列出的史前地震复发间隔时间可以看出,青藏块体及其周边大地震的复发间隔一般在1000~2000a;甘新块体大地震的复发间隔约为2000~3000a;华北块体的大地震复发间隔一般为2000~5000a或更长,这与板缘地震带大地震复发间隔仅为100~200a相比,相差了一到两个数量级,这一事实与上面提到的板内块体边界运动的弥散性及微弱性均表明大陆板内块体的相对运动速率及规模是有限的。在周边板块的推挤下,中国大陆内部块体之间存在着一定幅度的相对运动,并以此来调节板块间的运动,但是否像某些外国学者所认为的那样普遍存在水平运动年速率高达厘米级的大陆挤出运动(continental escape),看来是很值得商榷的。

表1 中国大陆史前地震事件重复间隔来源:https://www.wanghongming.com/zhishi/202412-40.html

从大震复发间隔的时间来看,可以认为在中国大陆内部年速率达厘米级的板内块体水平运动是很个别的。板内一级块体的边界及内部主要活动断裂一般具有毫米级的水平运动速率,西部较高、东部较低。同时在中国大陆东部相当普遍地存在着低于毫米级的缓慢或极缓慢板内断裂活动。需要指出的是,在这里“缓慢”或“极缓慢”仅只是相对于板缘的活动速率而言的。这些“缓慢”或“极缓慢”的板内断裂活动同样可以造成破坏性地震的发生并留下各种构造形迹,只不过其复发周期相对较长,时间非线性特征更加复杂而已。而这,正是板内地震预报及工程地震安全性评价的难点之所在。

6 结语

地球动力学研究的进展,在很大程度上依赖于观测技术的发展。在某种意义上甚至可以说,有什么样的观测技术,就会有什么样的地球动力学。

尽管近十多年来,人们在深部探测、地球物理资料解释、空间技术的应用、地球化学及地质测年技术方面取得不少重要进展。但是应该看到,就整体而言,我们对地球深部的探测能力及对地质历史的追溯能力目前仍然是相当有限的。存在着许多观测能力上的“盲区”及“模糊区”。在这种情况下,目前的不少推断与解释(包括本文中提出的一些认识)只具有阶段性的意义,其中有一些日后可能被证实为不充分资料基础上的误解。

在未来的一二十年内,地球动力学研究能取得多大进展不完全取决于地球科学家的努力,它在很大程度上还取决于人类整体科学技术水平所能提供给地球科学家的技术支持能力。不过,作为一个地球科学家也不应该仅仅只是等待别的学科的发展给自己带来新的“技术利剑”,而应该主动地到别的学科的武器库中去寻找,应该主动跟踪别的学科的技术发展前沿,或者再加上自己的“创意”,组装出地球科学新一代的“干将”与“莫邪”。

致谢 本论文是在国家自然科学基金项目(编号49572155)及中国地震局重点项目(编号85-07-01及95-05-02)的支持下完成的。作者感谢丁国瑜、马宗晋、汪一鹏、邓起东、张裕明、时振梁、高维明,多年来在地震地质工作中给予的各种支持与帮助,感谢北京大学钱祥麟老师在中国区域构造及大陆结晶基底方面给予的热情指教。此外,周永东、杨文龙、张华等曾在不同程度上参与本项工作,在此一并致以诚挚谢意。

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简单地说,地震的原因主要有:地球各个大板块之间互相挤压.另外还有火山喷发引起.

地震分为天然地震和人工地震两大类。天然地震主要是构造地震,它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来,以地震波的形式向四面八方传播出去,到地面引起的房摇地动。构造地震约占地震总数的90%以上。其次是由火山喷发引起的地震,称为火山地震,约占地震总数的7%。此外,某些特殊情况下了也会产生地震,如岩洞崩塌(陷落地震)、大陨石冲击地面(陨石冲击地震)等。

引起地震的原因很多,据此可分为构造地震、火山地震和冲击地震,人类活动也可以导致发生地震,称为诱发地震,如水库地震。

一、构造地震

构造地震是由构造变动特别是断裂活动所产生的地震。全球绝大多数地震是构造地震,约占地震总数的90%。其中大多数又属于浅源地震,影响范围广,对地面及建筑物的破坏非常强烈,常引起生命财产的重大损失。

我国的强震绝大部分是浅源构造地震,其中80%以上均与断裂活动有关。如1970年1月5日云南通海地震(7.7级),是曲江断裂重新活动造成的。1973年2月四川甘孜、炉霍地震(7.9级),是鲜水河断裂重新活动造成的,并在地震后在地面形成一条走向NW310°、长100多km的地裂缝。 来源:https://wzwxpx.com/bkjj/202412-36.html

世界上许多著名的大地震也都属于构造地震。1906年美国旧金山大地震(8.3级)与圣安德列斯大断裂活动有关。1923年日本关东大地震(8.3级)与穿过相模湾的NW-SE向的断裂活动有关。1960年5月21日至6月22日在智利发生一系列强震(3次8级以上的地震,10余次7级以上的地震),都发生在南北长达1400km的秘鲁海沟断裂带上。 来源:https://wzwxpx.com/zhishi/202412-81.html

(一)构造地震的成因和震源机制

这个问题是地震预报理论中最核心的问题,也是目前仍在继续探讨和需要解决的问题。

在地壳及上地幔中,由于物质不断运动,经常产生一种互相挤压和推动岩石的巨大力量,即地应力。岩石在地应力作用下,积累了大量的应变能;当这种能一旦超过岩石所能承受的极限数值时,就会使岩石在一刹那间发生突然断裂,释放出大量能量,其中一部分以弹性波(地震波)的形式传播出来,当地震波传到地面时,地面就震动起来,这就是地震。

从已发生的地震来看,它的发生跟已经存在的活动构造(特别是活断层)有密切关系,许多强震的震中都分布在活动断裂带上。如果从全球范围来看,地震带的分布与板块边界密切相关。这些边界实际上也是张性的、挤压性的或水平错开的一些断裂构造。 来源:https://wzwxpx.com/zhishi/202412-35.html

断裂活动何以产生能量很大的地震,其活动方式如何,目前存在若干有关的假说。

1.弹性回跳说 是出现最早、应用最广的关于地震成因的假说,是根据1906年美国旧金山大地震时发现圣安德列斯断层产生水平移动而提出的一种假说。假说认为地震的发生,是由于地壳中岩石发生了断裂错动,而岩石本身具有弹性,在断裂发生时已经发生弹性变形的岩石,在力消失之后便向相反的方向整体回跳,恢复到未变形前的状态。这种弹跳可以产生惊人的速度和力量,把长期积蓄的能量于霎那间释放出来,造成地震。总之,地震波是由于断层面两侧岩石发生整体的弹性回跳而产生的,来源于断层面。如图8-3,岩层受力发生弹性变形(B),力量超过岩石弹性强度,发生断裂(C),接着断层两盘岩石整体弹跳回去,恢复到原来的状态,于是地震就发生了。这一假说能够较好地解释浅源地震的成因,但对于中、深源地震则不好解释。因为在地下相当深的地方,岩石已具有塑性,不可能发生弹性回跳的现象。

2.蠕动说 蠕动又称潜移、潜动。地表土石层在重力作用下可以长期缓慢地向下移动,其移动体和基座之间没有明显的界面,并且形变量和移动量均属过渡关系,这种变形和移动称为蠕动。蠕动速率每年不过数毫米至数厘米。

人们发现建筑在活动断层上的建筑物和活动断层本身在没有地震的情况下也有这种蠕动现象,即相对缓慢稳定的滑动。如在土耳其安卡拉以北110km处有一条安纳托里亚活动断层带,位于此断层带上的建筑物墙壁被发现有错断现象,其蠕动量每年约为2cm。也有人对中东一带发生地震以后的断层进行观测,发现有些地段伴有无震蠕动,其蠕动量每年约为1cm。

在什么情况下容易产生蠕动,还未十分清楚。有些实验表明,在高压低温,岩石孔隙度高(含水),含有软弱性矿物如白云石、方解石、蛇纹石等岩石的条件下,容易产生稳定蠕动。也有人认为在更高的围压或更高的温度下容易产生蠕动。 来源:https://wzwxpx.com/bkjj/202412-6.html

有一种现象逐渐为事实所证明,即岩层中长期蠕动的地段或在活动断层中蠕动占长期活动的百分比较高的地段,由于能量通过缓慢的蠕动而逐渐释放,反而很少发生强烈地震。在我国阿尔金山地区有规模很大的剪切断层,是正在活动的断层,通过卫星影像分析,发现有蠕动现象,现代水系被切穿,位移明显,错距也很大,但是有史以来却少有地震记录,推测此断层的活动方式是以无震蠕动为主。 来源:https://www.wzwxpx.com/cshi/202412-80.html

根据蠕动与地震大小关系的资料表明:蠕动占长期活动的50%以上的地段,最大地震只能为5级,而蠕动占长期活动的10%以下的地段,可能发生8级以上的大地震。 来源:https://wzwxpx.com/cshi/202501-222.html

3.粘滑说 在地下较深的部位,断层两侧的岩石若要滑动必须克服强大的摩擦力,因此在通常情况下两盘岩石好像互相粘在一起,谁也动弹不了。但当应力积累到等于或大于摩擦力时,两盘岩石便发生突然滑动。通过突然滑动,能量释放出来,两盘又粘结不动,直到能量再积累到一定程度导致下一次突然滑动。实验证明,物体在高压下的破坏形式,是沿着断裂面粘结和滑动交替进行,断面发生断续的急跳滑动现象,经过多次应力降落,把积累的应变能释放出来,这种说法就叫粘滑说。

影响断层活动方式的因素很多:一是温度,温度低于500℃,断层面两侧岩体易产生粘滑;温度高于500℃,则易产生蠕动和蠕变。二是岩石成分,岩性脆硬(如石英岩、石英砂岩等),断层两侧岩石往往以粘滑为主;岩性柔软,则以蠕动为主。三是岩石的孔隙度和水分含量,岩石孔隙大,孔隙度高,含水分多,当然容易蠕动;相反,岩石孔隙小,孔隙度低,含水分少,则多呈粘滑形式。此外,围压的大小也会影响断层的活动方式。如果断层两盘连续发生粘滑,便是地震频繁的时期。

实际上,同一活动断层在不同的深度可以有不同的活动方式,同一断层在不同的时期也可以有不同的活动方式。例如,圣安德列斯断层,深度在4km以上为无震的稳定蠕动;4—12km则为伴随有地震的粘滑运动;12km以下(由于高温)又以稳定的蠕动为主。因此,圣安德列斯断层带上的地震震源深度均不超过20km。

4.相变说 有人认为深源地震是由于深部物质的相变过程引起的。地下物质在高温高压条件下,引起岩石的矿物晶体结构发生突然改变,导致岩石体积骤然收缩或膨胀,形成一个爆发式振动源,于是发生地震。此说未能从多方面给出具体论证,因而未能得到广泛流行。近年根据地震纵波在地下深部传播情况分析,深源地震所在部位也同样发生了断裂和错动,证明地震发生与断裂活动有关。同时,板块构造学说指出,当岩石圈板块向地下俯冲时,中、深源地震发生在向地幔消减的板块内部,而并非发生在地幔软流圈物质中,因此相变说自然失去了存在的依据。

(二)构造地震的特征

构造地震的特点是活动频繁,延续时间长,波及范围广,破坏性强。

1.地震序列 任何一次地震的发生都经过长期的孕育过程即应力积累过程,这一过程可以长达十几年、几十年甚至几百年。

但在一定时间内(几天,几周,几年),在同一地质构造带上或同一震源体内,却可发生一系列大大小小具有成因联系的地震,这样的一系列地震叫做地震序列。在一个地震序列中,如果有一次地震特别大,称为主震;在主震之前往往发生一系列微弱或较小的地震,称为前震;在主震之后也常常发生一系列小于主震的地震,称为余震。

构造地震的重要特征之一,就是常呈这种有序列的发生。这种特征可能和构造地震产生的过程有关。一般说来,当地应力即将加强到超过岩石所承受的强度时,岩层首先产生一系列较小的错动(或者沿着断层带粘滑开始交替过程),从而形成许多小震,即前震。接着地应力继续增大,到了岩层承受不了的时候,就会引起岩层的整体滑动或新断裂滑动,形成大震,即主震。主震发生后,岩层之间的平衡状态还需要经过一段时间的活动和调整,把岩层中剩余能量释放出来,从而引起一些小的余震。在地震现场,常可见到在破裂的地面上,又出现许多次一级裂隙,错杂其间,表明运动没有完全停止,直到使许多尚未破坏的地点彻底破坏,所剩余的应变能全部得到释放。这种情况类似压紧弹簧过程,当作用力消失后,所蓄位能即转化为动能反跳回来,恢复原来状态,但又难于一下复原,还需经过一段时间的慢慢颤动调整,才能恢复原来的平衡位置。这种现象称为弹簧效应。岩石也是具有弹性的,所以也应有这种弹性效应。1920年宁夏(原甘肃)海原大地震,余震三年未消。其强度与频度时高时低,但总的趋势是逐渐衰减直到平静下来。

2.地震序列类型 虽说构造地震常呈一定序列,但其能量释放规律、大小地震的活动时间和比例等又常各不相同。根据1949年10月以来的我国所发生强震的分析研究,地震序列可以归纳为3种类型:

(1)单发型地震 又称孤立型地震。这种地震的前震和余震都很少而且微弱,并与主震震级相差悬殊,整个序列的地震能量几乎全部通过主震释放出来。此类地震较少,1966年秋安徽定远地震、1967年3月山东临沂地震,均未观测到前震和余震,震级很小,只有4—4.5级。

(2)主震型地震 是一种最常见的类型,主震震级特别突出,释放出的能量约占全系列的90%以上;前震或有或无,但有很多余震。1975年2月4日辽宁海城地震(7.3级),发震前24小时内共发生了500多次前震,主震后又发生很多次余震。1976年7月28日唐山大地震(7.8级),则基本没有前震,但余震连续数年不断。

(3)震群型地震 由许多次震级相似的地震组成地震序列,没有突出的主震。此类地震的前震和余震多而且较大,常成群出现,活动时间持续较长,衰减速度较慢,活动范围较大。如1966年邢台地震,从2月28日至3月22日,震级由3.6、4.6、5.3、6.8、6.8逐步升到7.2,发生大震。有时这种类型的地震是由两个主震型地震组合或混淆在一起形成的。

有时地震序列比较复杂,仿佛是由若干单发型、主震型、震群型组合而成。如1971年8—9月四川省马边地震。 来源:https://wzwxpx.com/cshi/202501-215.html

地震序列类型可能与岩石和构造的均匀程度及复杂性有关。据实验,当介质均匀,且介质内应力不集中时,主破裂前无小破裂,主破裂后也很少小破裂;当介质不均一且应力有一定的局部集中或高度集中时,主破裂前后都会产生一定的或很多的小破裂。

研究地震序列类型,可以有助于预测和预报地震活动的趋势。如1967年河间地震,当主震发生后,根据其前震少和震级小(2.3级),被判断为主震型地震,主震后不会有较大的余震。事实表明推断正确。

二、火山地震

指火山活动引起的地震。这种地震可以是直接由火山爆发引起地震;也可能是因火山活动引起构造变动,从而发生地震;或者是因构造变动引起火山喷发,从而导致地震。因此,火山地震与构造地震常有密切关系。

火山地震为数不多,约占总数的7%。震源深度不大,一般不超过10km。有些地震发生在火山附近,震源深度为1—10km,其发生与火山喷发活动没有直接的或明确的关系,但与地下岩浆或气体状态变化所产生的地应力分布的变化有关,这种地震称为A型火山地震。还有些地震集中发生在活火山口附近的狭小范围内,震源深度浅于1km,影响范围很小,称为B型火山地震。有时地下岩浆冲至接近地面,但未喷出地表,也可以产生地震,称为潜火山地震。

现代火山带如意大利、日本、菲律宾、印度尼西亚、堪察加半岛等最容易发生火山地震。

三、冲击地震

这种地震,因山崩、滑坡等原因引起,或因碳酸盐岩地区岩层受地下水长期溶蚀形成许多地下溶洞,洞顶塌落引起。后者又称塌陷地震。本类地震为数很少,约占地震总数的3%。震源很浅,影响范围小,震级也不大。1935年广西百寿县曾发生塌陷地震,崩塌面积约4万m2,地面崩落成深潭,声闻数十里,附近屋瓦震动。又如,1972年3月在山西大同西部煤矿采空区,大面积顶板塌落引起了地震,其最大震级为3.4级,震中区建筑物有轻微破坏。 来源:https://wanghongming.com/cshi/202412-122.html

四、水库地震

有些地方原来没有或很少发生地震,后来由于修了水库,经常发生地震,称为水库地震。说明这种地震与水的作用有关,当然也与一定的构造和地层条件有关,而水的作用只是一种诱发因素。如广东河源新丰江水库,自1959年蓄水后,在库区周围地震频度逐渐增加,于1962年3月19日发生了一次6.4级地震,震中烈度达到8度,是已知最大水库地震之一。截至1972年,该区共记录了近26万次地震(图8-4)。又如,著名的埃及阿斯旺水库,坝高110m,库容达165亿m3,1960年正式开工,1964年截流蓄水,1968年正式投入运行。此地区在建库前历史上无地震,从1980年起出现小震、微震,于1981年11月在坝址西南60km库区发生了5.6级地震;于1982年同一地点又发生了5级和4.6级地震。

此外,因深井注水、地下抽水等也可触发地震。如美国科罗拉多州有一座落基山军工厂,为处理废水凿了一口3614m的深井,用高压注水于地下,于1962年发生频繁的地震。以后停止注水,地震活动减弱;恢复注水,地震又有所增加。

上述地震,特别是水库地震的成因引起人们极大关注。一般认为,在一定的有利于发震的地质构造条件(如有活动断层、密集或交叉的断裂存在,或在升降差异运动的过渡部位等)下,水库蓄水可诱发地震。除去人为因素诱发地震外,某些自然因素如太阳黑子活动期,阴历的朔、望期等,也容易诱发地震。各种触发机理正有待于人们深入研究。

火山和地震产生原因

地球表面有一层很厚很厚的地壳,平常岩浆被地壳紧紧地包在里边。地球内部的温度特别高,岩浆在那里边流来流去,总想找个地方窜到外面来。有些地方地壳运动比较强烈,地壳又比较薄弱,这些地方受到压力的时候,岩浆就从这里冲出来了。这样,就发生了火山爆发。活火山、死火山这是指火山活动的情况。有些火山爆发了一次后一直不爆发,这些火山就成了死活山。

人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。

地震波发源的地方,叫作震源。震源在地面上的垂直投影,叫作震中。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小于70公里的叫浅源地震,深度在70-300公里的叫中源地震,深度大于300公里的叫深源地震。破坏性地震一般是浅源地震。如1976年的唐山地震的震源深度为12公里。

地幔物质的热对流。是由地球内部放射性元素衰变产生的能量所驱动的。是地球内部能量释放的外部表现。内部能量释放主要有一下形式:地震,火山,板块运动,地质构造。地震是其中之一。

〔1〕在地球内部有震源,震源向外释放能量(地震波)从而引起一定范围内的振动.

〔2〕其它地质灾害或自然灾害,也可以间接诱发地震.

地幔物质的热对流。是由地球内部放射性元素衰变产生的能量所驱动的。是地球内部能量释放的外部表现。内部能量释放主要有一下形式:地震,火山,板块运动,地质构造。地震是其中之一。

而降水,风,洋流,河流等地表过程都是由地球外部能量即太阳所驱动。

地震发生的原因为何?

地震可分为自然地震与人工地震 (例如:核爆) 。一般所称之地震为自然地震,依其发生之原因又可分为, (1)构造性地震(2)火山地震(3)冲击性地震 (例如,陨石撞击) 。其中又以板块运动所造成的地壳变动 (构造性地震) 为主 。

由于地球内有一种推动岩层的应力,当应力大于岩层所能承受的强度时,岩层会发生错动 (dislocation),而这种错动会突然释放巨大的能量,并产生一种弹性波 (elastic waves) ,我们称之为地震波 ( seismic waves) ,当它到达地表时,引起大地的震荡,这就是地震。

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