地震

　　地球內部某些部分在力的作用下突然急劇運動而破裂，產生地震波，從而引起一定範圍內地面振動的現象。地震是最為嚴重的自然災害之一。

　　地震現象和災害　強烈地震能給大自然以極大影響，在陸地、水中和大氣中引起各種現象，包括地震直接引起的原生現象和由地震觸發的次生現象。

　　地面振動（地震動）　大大地震時，地面產生強烈振動。振動幅度有時可達數米，能在幾分鐘，甚至幾秒鐘內使地貌改觀，使城市建築變成廢墟，造成嚴重災害。1923年日本關東地震，東京有73％的房屋被毀，橫濱被毀房屋達96％，死傷人數達14.3萬人之多。1976年中國唐山地震，死傷人數達40多萬，房屋倒塌70～80％，唐山市遭到毀滅性破壞。強烈的地震動會在地勢陡峭的山區、坡地觸發大規模的山崩、滑坡和泥石流等現象，摧毀整片村莊。1970年秘魯北部一次近海地震引起瞭巨大山崩，掩埋瞭近2萬人。在堆積土、充填土等松軟土質地區地震動能造成大量地裂縫。在地下水飽和地區，能使水和砂土滲混而發生砂土液化現象，造成地基失效，堅固建築物整體傾倒。水災和火災是地震動引起的最嚴重的次生災害。強烈的地震動會造成水壩和河堤潰決，釀成水災。煤氣泄漏和供電線路和設備的破壞常引起火災。1906年美國舊金山地震引起的大火燒瞭3天，造成的損失比地震本身的損失大10倍。海底地震產生的地震動，能在海嶺斜坡上觸發類似滑坡的現象，稱為海底濁流，能沖毀海底通信電纜等。海底地震傳至海水，使水振動，稱為海震。大地震時，由於長周期面波的傳播，引起湖水和海灣水長周期自由振蕩，稱為湖震。（見彩圖）

地震造成的地裂縫（雲南滄源小麻勐村） 中國地質災害研究會供稿

地震造成建築物嚴重倒塌（唐山機車車輛廠鑄鐵車間） 中國地質災害研究會供稿

砂土液化——1976年7月唐山地震時在豐南縣東田莊附近出現的噴水冒砂現象 中國地質災害研究會供稿

　　地殼形變　在內陸發生淺源大地震時，地殼發生強烈變形。地面出現大規模地震斷層，有時長達幾十千米至幾百千米；沿斷層發生數米的水平錯動，地基發生大范圍隆起、下沉和水平位移等。1931年中國新疆富蘊地震，出現瞭從可可托海至二臺長達176千米的地震斷層，沿斷層發生瞭位移為數米的右旋水平錯動。1906年美國舊金山地震時，沿數百千米長的聖安德烈斯斷層發生瞭最大水平位移達7米的右旋錯動。在地震斷層附近震害最為嚴重。大地震時地基的升降和位移，在沿海地區表現最為明顯。1964年阿拉斯加地震時，沿海地區地面隆起量竟達10米。海底發生大地震時，大范圍的海底突然隆起和下沉，能擾動海水而觸發海嘯。外海的海嘯浪高僅數米，波長達幾十至幾百千米。當傳至岸邊的V字形或U字形的小海灣時，海浪可急劇增高至20多米，能把沿岸建築洗劫一空。島弧、海溝內側的斷層傾向滑動地震容易激發海嘯，而轉換斷層上的走滑斷層地震不易引起海嘯。地殼形變也會在一定范圍內引起地下水位的升降變化，導致地下深、淺含水層的連通，使井水水質變化，流量增大和水溫增高等。

　　其他現象　地震時地震動的部分能量傳入空氣中變為聲波，產生地聲。夜間發生大地震時常可看到地光，它可能是一種放電現象，其確切機制尚不清楚。在大震前後電磁場會發生變化；伴隨地震會產生重力場減小或增大。特大地震還會激起整個地球的緩慢振動，稱為地球自由振蕩，上述現象通常不引起災害。

　　地震波　地震時巖層破裂產生的強烈振動以波的形式從震源向各方向傳播，形成地震波。地震波分為縱波（P波）、橫波（S波）和面波，縱波和橫波可在地球內部傳播，總稱為體波，而面波隻能沿地球表面傳播。縱波又稱為壓縮波，它的質點振動方向與波的傳播方向一致，它的傳播能引起地面產生近垂直方向的振動。橫波又稱為剪切波，它的質點振動方向與波的傳播方向垂直，它的傳播能引起地面產生前後或左右的晃動。面波又可分為瑞雷波和勒夫波兩類。前者的質點振動形式為逆進的橢圓形，能使地表同時產生上下和前後方向的振動；後者的質點振動方式與橫波相似，能使地面產生近水平向的左右擺動。這3類波的傳播速度不同，在地殼范圍內，縱波速度約為5～6千米／秒，橫波為3～4千米／秒，而面波速度隻有3千米／秒多一點。在震中區附近，這3類波尚未分離，且振幅較大，互相疊加，使地面產生相當復雜的振動，造成建築物的破壞。隨著震中距的增加，各類波互相分離，波的振動能量逐漸減弱，其破壞作用也隨之減弱。

　　地震參數　用來描述地震的特征值。分為地震基本參數和震源參數。

　　地震基本參數　包括地震的發震時刻、空間位置（震中位置和震源深度）和震級，簡稱為地震的時、空、強三要素。巖層突然發生破裂的時間稱為發震時刻，用年、月、日、時、分、秒表示。巖層開始破裂的地方稱為震源，震源在地表的垂直投影就是震中，可用經緯度表示。震源與震中之間距離稱為震源深度，用千米表示。震源的位置由震中和震源深度確定。通常震源的巖層錯動有一定范圍，稱為震源區，它在地表的投影也有一定范圍，稱為震中區。震級表示地震本身大小和等級，它直接與震源釋放的能量大小有關。地震烈度指地面及建築物遭受地震影響的強烈程度。地震烈度不僅與震級大小有關，而且與震源深度、震中距、地面土質條件和建築物的結構、質量等多種因素有關，故同一地震在不同地點可以有安全不同的烈度。

　　震源參數　當地震震源不能簡單地看作點源時，就必須用一組參數來描述震源的特征，稱為震源參數。它包括震源的幾何參數（斷層面走向、傾向、傾角、錯動矢量和滑動角）、震源運動學參數（斷層破裂面長度、寬度、面積和破裂速度）、震源靜力學參數（斷層面的錯距、應力降和地震矩）和震源動力學參數（視應力）等。

　　地震參數的測定　若地震臺站不多，且要求的精度也不高時，采用作圖法和地震走時表法較為簡單易行。地震波從震源到達觀測點所需的時間，稱地震走時。地震走時表則是根據地球內部波速分佈特征，計算出不同震源深度條件下的各種地震波在不同震中距上的理論走時。地震走時表是分析地震圖，識別不同震相的主要依據。震級是利用地震圖上量得的地震波振幅資料通過計算來確定的，但也可根據地震影響的分佈情況來大致推算。震級的一般計算公式是

式中 A是地面位移的振幅（以微米為單位）； T是地震波的周期（秒）；Δ是震中距；h是震源深度； C _s是臺站校正； C _r是對不同地震區和路徑所作的校正；f（Δ、h）是震級的起算函數（或稱量規函數）。

　　地震越大，發生的次數也越少。德國B.古登堡和美國C.F.李克特（1941）首先得出瞭地震頻度隨震級按指數衰減的規律：

　　　　lgn（M）=a-bM

式中M是震級；n（M）是各震級的頻度；a、b是系數；b的值約為0.7～1.0。

　　若擁有豐富的地震臺陣觀測資料，可綜合利用各種地震波的走時、振幅、頻譜、波形等運動學和動力學特征，通過電子計算機的數據處理精確地測定地震的基本參數，反演地球內部結構和地震的震源參數。

　　地震烈度主要是根據人的感覺、物品和傢具的振動情況、各種建築物和地表遭受破壞的程度等確定的。地震工作者制訂瞭統一的判斷地震烈度大小的尺度，稱為地震烈度表。常用的十二度烈度表，是一種經驗性的定性標度。在震中區，地震烈度為Ⅰ～Ⅴ度的是輕微地震，Ⅵ度以上的稱為破壞性地震。1904年意大利的A.坎卡尼將各級烈度配上相應的最大水平加速度使烈度表定量化，稱為絕對烈度表。在震中區的烈度，稱為震中烈度。對於震源深度在10～30千米范圍內的地震，震中烈度與震級大致的關系如表：

震中烈度與震級大致關系表

　　地震序列　按時間順序排列的，在一定時間內，同一地質構造區內發生的一系列地震。一次強烈地震一般由前震、主震和餘震3個階段組成。前震是強烈地震發生前的一些較小的地震。主震是一系列地震中震級最大的那一次地震，它釋放主要能量。餘震是主震後在震中區及鄰近地區發生的一系列小於主震的地震。根據強烈地震中前震、主震和餘震的分佈特點，地震序列大體可分為3個基本類型。

　　主震型地震　在這類地震序列中，主震震級顯得很突出，且有很多餘震，但其中與主震震級相近的地震很少。主震釋放的地震能量占全序列的90～95％。根據前震活動的情況，主震型序列又可分為有明顯前震活動（如1975年中國海城地震）和無明顯前震活動（如1976年中國唐山地震）兩類。

　　主震發生後的餘震都分佈在主震附近的一定范圍內，這個區域稱為餘震區。但也有分佈在離主震稍遠地區的，稱為廣義餘震。若震後地表出現地震斷層，餘震震源的分佈區大致與震源斷層面的位置相一致，往往集中在斷層附近或斷層一側，呈帶狀分佈，或分佈在斷層的兩端。餘震的持續時間可長達數月至數年之久，其總趨勢隨時間t增大，次數逐漸減少，強度逐漸減小。主震與最大餘震的震級差可以從近於0到大於3。但對於淺源地震，震級差的平均值為1.1～1.8左右。

　　震群型地震　這類地震序列的主要能量是通過多次震級相近的地震釋放出來，沒有突出的主震。最大地震在全序列中所占能量比例一般均小於80％。震群型地震的特點是地震頻度高，能量的釋放有明顯的起伏，衰減速度慢，活動的持續時間長。震群的震源往往較淺（小於10千米），隨時間震群的分佈范圍也逐漸擴大。震群型地震分為兩種：一種是地震活動逐步升級的；另一種是兩個以上主震型地震組合或混淆一起而形成的。震群與主震尚未發生的前震常難以區分。

　　孤立型地震　或稱單發性地震。其顯著特點是前震和餘震都很少，且與主震震級相差很大。地震能量基本上通過主震一次性釋放出來。前震、餘震的能量總和通常不到主震的0.1％（如1668年中國山東莒縣-臨沂地震）。

　　有時相隔的甲、乙兩個地區地震活動存在相關性，即甲區發震後不久，乙區也隨即發生震級相近的地震。在中國華北燕山地區，新疆天山南北兩側，以及雲南北部和西部等地都發現地震活動相關現象。這些地震活動相關的地區往往分佈在地殼斷塊間的邊界帶上，表明地震的有規律遷移與地殼塊體沿邊界運動有關。

　　地震類型　按形成原因地震可分為4類：①構造地震。在構造應力場作用下，巖層突然錯動而發生的地震。這類地震數量多，分佈廣，占地震總數的90％左右。世界上震級大、破壞嚴重的地震都屬這一類。②火山地震。火山區地下巖漿的膨脹和收縮，巖漿的運移、流動和沖擊，火山噴出的可燃氣體的爆炸，以及巖漿噴發後火山底部巖層的崩塌等現象所引起的地震。火山地震數量少，占地震總數的7％左右。其能量小，主要分佈在火山活動帶附近。③沖擊地震。由地下礦井和洞穴頂部的塌陷，地層的陷落和滑動，巨大的山崩和滑坡等現象所引起的地震。這類地震為數最少，占地震總數的3％左右。由於震源淺，能量小，影響范圍也小。④誘發地震。由於人類活動導致地殼內應力、應變積累的釋放而引起的地震，實質上是一種構造地震。大型水庫蓄水，深井註水，大型礦山等工業爆破，以及地下核爆炸試驗等人類活動都可能觸發地震。誘發地震的最大震級不超過6.5級。

　　按震中距的大小，地震可分為地方震（震中距Δ＜100千米）、近震（100千米≤Δ≤1000千米）和遠震（震中距Δ>1000千米）。

　　按震級大小，中國把地震分為6個級別：小地震（震級M＜3）、有感地震（3≤M≤4.5）、中強地震（4.5＜M＜6）、強烈地震（6≤M＜7）、大地震（7≤M＜8）和巨大地震（M≥8）。

　　按震源深度地震可分為淺源地震（深度 h≤70千米）、中源地震（70千米＜h≤300千米）和深源地震（300千米＜h＜700千米）。

　　地震分佈　地震在時間和空間上的分佈都很不均勻。地震活動有間歇性。地震活動較為活躍的時期，稱為地震活動期。地震活動微弱的時期，稱為地震平靜期。地震活動期間隔大約100～200年左右。在每個地震活動期內又可分出地震更為集中的時間段，稱為地震活躍幕。在地震活躍幕之間是地震平靜幕。各地震活躍幕的間隔大約10～20年左右。地震活動的分期分幕現象具有全球普遍意義。

　　全球地震分佈　主要分佈在幾條狹長的地震帶內。大的地震帶有：①環太平洋地震帶，包括太平洋的東、北、西各周邊的島弧－海溝系和安第斯型大陸邊緣。此帶的地震活動性最強，頻度高，能量大，震源深，其釋放的能量占全球地震釋放總能量的75％以上。②地中海－南亞地震帶，包括地中海、土耳其、伊朗及喜馬拉雅弧和緬甸巽他弧。它由西向東跨越歐亞大陸，總長約15000千米。此帶的地震活動性僅次於環太平洋地震帶，以淺震為主，有少量中、深源地震。地震釋放的能量約占全球地震釋放總能量的15～20％。③海嶺地震帶，其走向是沿著大西洋、印度洋、太平洋東側和北冰洋的主要海底山脈（海嶺）分佈。此地震帶的特點是寬度窄，地震發生的頻度低，震源淺（不超過30千米），能量小，且常以震群形式出現。④大陸裂谷系地震帶，由一些區域性大斷裂所組成，常表現為地塹系。如東非裂谷、紅海地塹、亞丁灣、死海、貝加爾湖、萊茵地塹以及中國華北、東北裂谷系均屬此類地震帶。裂谷系的地震活動也相對較強，均為發生在地殼范圍內的淺震。

　　按深度地震分佈在0～700千米深度范圍的地殼、上地幔內。其中震源深度在70千米以內的淺震占全球地震總數的72.5％，所有災難性地震都屬淺震。深度在70～300千米之間的中源地震占地震總數的23.5％，深度大於300千米的深震隻占極少數。

　　中國地震分佈　中國地處西太平洋地震帶和地中海－南亞地震帶之間，有些地區就是上述兩地震帶的組成部分，因而成為全球大陸區地震最強，分佈最為集中的地區。強震的分區性和成帶性是中國大陸地震在面上分佈的基本特征。總的來說，中國西部的地震活動較東部強烈。西部地震主要分佈在青藏高原的四周，天山南北、橫斷山脈和祁連山一帶。其特點是發震頻率高，復發周期短，震級也相對較大。中國東部地震活動主要集中在華北的一些斷陷盆地內和大斷裂帶附近，強震密集成帶。臺灣地處西太平洋島弧地震帶中的兩弧交結點，地震活動強度特別高，震級也大。在中國99％的地震都屬殼內的淺源地震，隻在中緬、中蘇和中巴交界地區，以及臺灣北部有些中源地震，在東北的吉林、黑龍江等省的東部有些深源地震。

　　地震成因　關於地震成因，較為重要的假說有3種。

　　斷層說　構造地震的直接原因是巖層的破裂。多數地震是因已有斷層的重新錯動，少數是新斷裂的產生造成的。板塊構造學認為板塊、亞板塊和塊體的運動在塊體邊緣（通常是活的斷裂帶）某些構造部位上發生應力集中和應變積累，集中的應力超過巖石的強度時，巖層破裂，突然釋放積累的應變能而發生地震。在板塊俯沖帶和碰撞帶巖石圈板塊可插入地幔幾百千米深處，並保持其低溫特性。在深部剪應力和深層水的作用下也能發生脆性破裂，造成中、深源地震。地震斷層說得到多數學者的支持。

　　巖漿說　巖漿說認為高溫巖漿的流動和沖擊給圍巖施加熱應力，使巖層急劇增溫並強烈變形，引起地震。在洋中脊、板塊俯沖帶或板塊內部有些地震的發生與巖漿的侵入、沖擊或膨脹收縮作用有關。某些大震區發現地下熱異常和高溫氣體溢出的現象，是巖漿說的間接證據。火山噴發時巖漿和氣體的猛烈沖出造成強烈振動會觸發構造地震的發生。由於巖漿的大量噴出，火山下巖層空缺，上部巖層崩落也會引起地震。

　　相變說　相變說認為深源地震是由於深部溫壓條件達到某種臨界值時，巖石中礦物結晶狀態發生突變，與此同時巖石的體積也發生突變（膨脹或收縮）而引起的。但相變說的主要困難在於深部大塊巖石不大可能同時發生相變。如果相變不能同時發生，深震也就不可能發生。板塊構造學的出現使相變說正在失去重要依據。

　　地震預測　指對地震發生的時間、地點和震級等三要素進行預測。地震預測分遠期預測（地震區劃）和近期預測兩類。

　　遠期地震預測　對某一地區在較長時間內（如幾十年、上百年甚至更長時間內）可能發生的最大地震及其影響場進行預測，即地震區劃工作。它包括地震危險區劃和地震烈度區劃兩類。地震區劃的具體方法是：①劃分強震活動帶（地震帶），確定未來百年的地震危險區；②分析地震活動趨勢，估計地震危險區內未來可能發生的地震的最大震級；③預測未來百年內發生的地震的烈度影響場。在上述前兩項工作基礎上作出地震危險區劃圖。在上述3項工作基礎上作出地震烈度區劃圖。地震區劃，尤其是烈度區劃能為建設規劃和工程設計提供合理的抗震設防指標──基本烈度。地震區劃成果能為地震前兆觀測臺網的合理佈局和捕捉大震提供依據。

　　近期地震預測　對幾年到幾十年內可能發生的地震的三要素進行預測。通常采用前兆性地震預測方法，即對地震活動性、地殼形變、地下水位、水化學成分、地電、地磁、重力、波速比、原地應力和動物異常反應等進行測量和觀察，對地震前出現的各種異常現象進行綜合分析，找出與地震直接相關的前兆現象，研究它們與地震三要素之間的關系，並利用這種經驗關系進行地震預測。但影響異常的因素很多，難以從中區別真正的前兆性異常，且不同地震前出現的異常在種類、數量、分佈范圍和幅度上往往都各不相同。因此，迄今為止仍未找到地震前必然出現的“前兆”現象。實現地震預測的另一途徑是根據現有的大量震前異常觀測事實和實驗室巖石力學的試驗結果，建立孕震模式，以便最終實現根據孕震模式預測地震。這一方法尚在研究階段。

　　

參考書目

李四光著：《論地震》，地質出版社，北京，1977。

　謝毓壽著：《地震與抗震》，科學出版社，北京，1977。

　傅淑芳、劉寶誠、李文藝編：《地震學教程》，地震出版社，北京，1980。

　K.E.Bullen and Bruce A.Bolt，An Introduction to the Theory of Seismology，4th ed.，Cambridge University Press，London，1985.