地震成因機(jī)制

1、地震成因機(jī)制我國是一個(gè)地震多發(fā)、震災(zāi)嚴(yán)重的國家。我國地處地球兩大地震帶-環(huán)太平洋 地震帶與歐亞地震帶之間。受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓板塊的擠壓，地震 斷裂帶發(fā)育，地震活動(dòng)十分活躍。20世紀(jì)初地震臺(tái)網(wǎng)建立之后，完成了地震活動(dòng)的全球性監(jiān)測(cè)，人們發(fā)現(xiàn)大地 震發(fā)生處遠(yuǎn)離火山和山脈。上世紀(jì)末地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)清楚地認(rèn)識(shí)，一般的地震與造 成地球表層廣泛變形的構(gòu)造過程密切相關(guān)，這些變形也創(chuàng)造了山脈、裂谷、洋脊 和海溝。據(jù)推測(cè)，地表巖石的大規(guī)模迅速錯(cuò)動(dòng)是強(qiáng)烈地動(dòng)的原因。今天認(rèn)為天然 淺震幾乎都有同樣成因。地球深成構(gòu)造力造成地球外層大規(guī)模變形是地震的根源。沿地質(zhì)斷裂的突然 滑移則是地震波能量輻射的直接原因。地球深

2、部的作用力使地震活動(dòng)區(qū)巖石產(chǎn)生 變形，隨時(shí)間增加變形漸漸變大。這種變形在很大程度上，起碼在大約千年尺度 上，是彈性變形。所謂彈性變形，是指加力時(shí)巖石產(chǎn)生體積和形狀變化，當(dāng)力移 去時(shí)將彈回到它們的原狀，就像受擠的橡皮球。這種彈性巖石運(yùn)動(dòng)能通過精密的 系統(tǒng)的大地測(cè)量加以探測(cè)，以區(qū)分出彈性和非彈性（即不可逆的）變形。為了達(dá)到 這種目的，有3種主要大地測(cè)量方法，兩種確定水平運(yùn)動(dòng)大小。不同的測(cè)量方法 表明，在地震活動(dòng)區(qū)，諸如加利福尼亞和日本，地面水平和垂直運(yùn)動(dòng)都達(dá)到了可 觀測(cè)到的量級(jí)。它們還表明在大陸的穩(wěn)定區(qū)，諸如加拿大和澳大利亞的古老地塊，很少發(fā)生 變化，至少在最近的過去。與地震有關(guān)的區(qū)域變形測(cè)量的最

3、重要的結(jié)果可能來自 加利福尼亞。在那里他們?cè)缱?850年開始并于1906年舊金山地震后定期進(jìn)行測(cè) 量。其成果在現(xiàn)代地震發(fā)生的理論中起著關(guān)鍵作用。近十余年來沿圣安德烈斯斷 裂系的測(cè)量已有進(jìn)一步改進(jìn)，著眼于地震預(yù)報(bào)。測(cè)量人員用光學(xué)和激光束光電測(cè) 距儀，測(cè)量了圣安德烈斯斷裂兩側(cè)山頂上基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離。應(yīng)變的趨勢(shì)變化特 別清楚，測(cè)量表明斷層存在右旋變形，而未橫過主要斷裂帶的測(cè)線長度變化則很 小。1906年以前跨被圣安德烈斯斷裂切過的區(qū)域作了兩組三角測(cè)量，一組在18511865年，另一組在18741892年。美國工程師里德（Reid）注意到，到 1906年的50年期間斷裂對(duì)面的遠(yuǎn)點(diǎn)移動(dòng)了 3.2米，西側(cè)

4、向北北東方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng) 這些測(cè)量數(shù)據(jù)與地震后測(cè)量的第三組數(shù)據(jù)比較時(shí)，發(fā)現(xiàn)地震前和地震后，平行于 圣安德烈斯斷裂的破裂，都發(fā)生了明顯的水平剪切。自里德的工作之后，地震學(xué) 界普遍認(rèn)為，天然地震是地球上部沿一地質(zhì)斷裂發(fā)生突然滑動(dòng)而產(chǎn)生的。這滑移 沿?cái)嗝鏀U(kuò)展，這種滑移破裂傳播的速度小于周圍巖石中的地震剪切波波速。存儲(chǔ) 的彈性應(yīng)變能使斷裂兩側(cè)巖石回跳到大致未應(yīng)變的位置。這樣，至少在大多數(shù)情 況下，變形的區(qū)域越長、越寬，釋放的能量就越多，構(gòu)造地震的震級(jí)也將越大。自從1906年地震之后，肯定了彈性回跳作為構(gòu)造地震的直接原因。像鐘表 的發(fā)條上得越緊一樣，巖石的彈性應(yīng)變?cè)酱?，存?chǔ)越大的能量，當(dāng)斷裂破裂時(shí)， 儲(chǔ)存的

5、彈性能迅速釋放，部分地成為熱，部分地成為彈性波，這些波就構(gòu)成地震。 巖石的垂向應(yīng)變也很常見。在這種情況下，彈性回跳沿傾斜斷面發(fā)生，引起地水 平線沿垂向垮落并形成斷層崖。大地震造成的斷層崖可達(dá)好幾米高，有時(shí)沿?cái)嗔?走向延伸幾十或幾百千米。地震的前震和余震能通過研究主滑動(dòng)附近的裂縫發(fā)育過程而得到理解。前震 是沿?cái)嗔训膽?yīng)變和破裂物質(zhì)中的微細(xì)破裂結(jié)果，而那時(shí)主斷裂并沒有發(fā)展，因?yàn)?物理?xiàng)l件尚未成熟。前震中的有限滑動(dòng)稍微改變了力的格局。水的運(yùn)動(dòng)和微裂隙 的分布，終于使一個(gè)更大破裂開始了，造成主震。沿主破裂巖塊的拋擲和嚴(yán)重?fù)u 動(dòng)及局部生熱，導(dǎo)致沿?cái)嗔训奈锢項(xiàng)l件與主震以前相比有很大不同。其結(jié)果是附 加的小斷

6、裂發(fā)生了，造成余震。之后，該區(qū)的應(yīng)變能逐漸降低，像一個(gè)沒勁的鐘 表，可能在許多月之后恢復(fù)穩(wěn)定。一條斷層破裂有一個(gè)過程，破裂從地殼巖石中地震震源處開始，沿?cái)嗝嬖谝?個(gè)平面上可以向各個(gè)方位向外擴(kuò)展。破裂邊緣并非均勻地向外擴(kuò)展，而是不平穩(wěn) 和不規(guī)則的，因?yàn)閿嗔训奈锢硖匦詮囊惶幍搅硪惶幾兓?。在斷面上有粗糙的?位（常稱之為凹凸面），斷裂方向變化和其他構(gòu)造復(fù)雜性，給斷層滑移造成障礙。 有時(shí)這些障礙被滑動(dòng)克服打破，但有時(shí)它們能承受得住而保持不破。然后在某一 瞬間，由于彈性力的再調(diào)整，破裂前鋒可能繞過障礙在遠(yuǎn)側(cè)突然再破裂，并迅速 傳播，使其臨近點(diǎn)破裂。也有可能在主震結(jié)束之后一段時(shí)間障礙才破裂，結(jié)果就 是發(fā)

7、生余震。在野外觀察實(shí)際的滑移和在巖石測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室里小規(guī)模的模擬肯定 了沿?cái)嗔训拇植诿婵梢援a(chǎn)生間歇的閉鎖和釋放。任何地震斷裂破裂的范圍，取決于全區(qū)巖石的應(yīng)變歷史和變化以及斷裂滑動(dòng) 面的性質(zhì)。破裂向外擴(kuò)展，直到它到達(dá)某一位置，那里應(yīng)力不大、巖石沒有足夠 提供斷裂進(jìn)一步伸展的能量，于是斷裂的擴(kuò)展在該位置停止了。當(dāng)斷裂向上朝著 地表擴(kuò)展時(shí)，它是由彈脆性巖石中儲(chǔ)存的能量驅(qū)動(dòng)的。而在1千米或2千米深度， 破裂開始接觸到受破裂和風(fēng)化使之變?nèi)醯牡貛В貏e是在近地表遇到已被破裂和 風(fēng)化作用弱化的低剛度巖石，這些易碎裂和剪切的巖石隨時(shí)都能逐漸滑錯(cuò)開，這 種物質(zhì)相對(duì)來說不能有效地產(chǎn)生地震波。如果破裂達(dá)到地表，它會(huì)造

8、成可見的斷 層破裂。地震成因的彈性回跳原理受到世界各地地震儀記錄的支持。當(dāng)?shù)乇砥屏?并可直接測(cè)量時(shí)，記錄的波與野外觀察到的斷層的滑動(dòng)是一致的。近年來能清楚 地表明斷層破裂源對(duì)地震波的效應(yīng)的實(shí)例，是1971年震撼加利福尼亞的圣費(fèi)爾南 多地震的優(yōu)秀地震記錄。有一類地震可能不是沿一條斷裂簡單地彈性回跳產(chǎn)生的， 這些地震的震源在地表以下很深?，F(xiàn)在對(duì)這些深源地震的機(jī)制仍是推測(cè)性的，不 過被一致認(rèn)為，在脆性巖石中沿?cái)嗔褟椥曰靥@一對(duì)淺震的解釋難以應(yīng)用于深震。天然地震和地下爆炸之間有一個(gè)關(guān)鍵區(qū)別。與天然地震不同，一次爆炸在地 下球體洞穴或水下是一個(gè)對(duì)稱的波源，而天然地震的首次P波和S波來自震源或 是巖石破裂的初始點(diǎn)。天然地震對(duì)地球表面的一些觀測(cè)點(diǎn)，P波初始到達(dá)時(shí)可能 為地面巖石被上推，相當(dāng)于地面被擠壓；而在其他觀測(cè)點(diǎn)上，P波到達(dá)地表時(shí)可 能為巖石被下拉，相當(dāng)于引張。這些推和拉決定著地面初動(dòng)或首次到達(dá)波的極性。 核爆炸與天然地震成鮮明對(duì)