地震成因发生传播机理浅谈

摘要：地震是地球内部介质局部发生急剧的破裂，产生的震波，从而在一定范围内引起地面振动的现象。本文简单介绍了地震的成因和传播，着重从浅源地震和深源地震两个方面对地震的发生机理进行了讨论。

关键词：地震 原因 浅源地震 深源地震 发生机理 传播

1 地震的成因

地震分为天然地震和人工地震两大类。此外，某些特殊情况下也会产生地震，如大陨石冲击地面等。

（1）构造地震

地球在不断地运动，其内部物质也在发生着相对运动，再加上周围的星体会对地球产生引力。因此在地壳或地壳以下的地方，存在着巨大的力作用。这种力作用可使组成地壳的岩层产生断裂和错动，形成褶皱山脉，造成大面积的陆地上升和下降，以及大规模的岩浆活动等地壳构造现象。在发生这些现象的同时，往往伴随着地震的产生，这种地震称为构造地震。

（2）火山地震

由于火山作用，如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震。火山下面的岩浆活动、火山喷发时的能量积蓄释放过程可以导致地面振动。

（3）塌陷地震

由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。例如，在煤矿采空区常发生顶板陷落导致的地震。

（4）诱发地震

由于水库蓄水、油田注水等活动而引发的地震称为诱发地震。这类地震仅仅在某些特定的水库库区或油田地区发生。

（5）人工地震

地下核爆炸、炸药爆破等人为引起的地面振动称为人工地震。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。

2 地震的发生机理

地震能量的聚集和形成并非在表面，而是在深部。特别是在震源深处，由于受力的作用，介质会发生破裂。开始时只是很小的破裂，我们称为“微破裂”，但由于应力不断集中， “微破裂”则会逐渐发展并形成一条“破裂链”，这条“破裂链”借助于质点的振动，并以波动的方式传播，且不断向四周辐射。当它们突破“重围”冲到地表时，即发生强烈地震。[滕吉文，深入地球深部，认识地球本体，世界科学，2008,5~9]

2.1 浅源地震的发生机理

在地壳中，理想均匀的应力分布是不存在的。首先由于自重力产生的体积力存在，致使地壳内应力随岩体断层埋藏加深而逐渐加载，并出现梯度差异；其次组成岩层的物质差异，出现对应力的反应不同的现象，对于抗形变高的物质区域，具有较集中的应力状态，而对抗变形较差的地方，只能呈现较低的应力状态。[ W ．D．Means，Stress and Strain，Springer―Verlag New York Inc．1976] 大陆浅源地震的震源深度一般是在40km左右。按国际著名地震学家[日]K．Aki的结论：凡“作用于地表的力的影响，大体能达到这个力在地表的分布波长相当的深度”而不衰减。所以，凡存在于地表的大尺度分布的异常力均可以成为触发地震的候选者。当地壳内长期在断层面上受到这种不均匀分布的受载力作用，便产生构造应力场，并积累到临界状态时，将会产生应力突变，即酿成破坏极大的大陆浅源地震源的发震。

2.2 深源地震的发生机理

大多数深源地震发生在以较快的速率向地幔俯冲的岩石圈板块中或是发生在古老的岩石圈俯冲巾板块中。深源地震的震波辐射型式显示其与浅震不同，表现为或是沿一个非平面状的断层面发生滑动的结果，或是由两个或两个以上的具有不同特征的次级事件所构成 。

根据板块的构造理论，岩石圈板块是一个巨厚的且导热性差的块体。在俯冲过程中，其外缘逐渐变热，而内部仍能保持一个较冷的、具有不同成分和高强度的区域 ，所以，尽管浅源地震和深源地震都涉及到一个剪切破裂过程，但却有着明显不同的成因机制。不少学者对此已进行了大量的研究工作．提出多种成因解释。[周翊，深源地震机理的新认识――反向裂隙断层作用，地质科技情报，1994,5~6]

2.2.1 沿剪切带的熔融或失控蠕变[ Ogawa M ．Shear instability in a viscoelastic material as the cause of deep focus earthquakes．J．Geophys.Res , 1987,92]

由剪切应力引起的蠕变作用会在岩石中生成热，当蠕变加速时，就可能引起沿一个平面状表面发生熔融，并使岩石的强度减低至零。但其有一个致命的不确定性，即蠕变不稳定性是否能发生足够快或是否能在一个很大的范屋内产生地震。此外，它还需要一个先存的有方向性的面状低强度区．而这在俯冲的岩石圈板块是难以找到的。

2.2.2 塑性不稳定性平[ Hobb5 B E．Ord A．Plastic instabilities― implications for the origin of intermediate and deep focus earthquakes-J．Geophys．Res ,1988,92]

在板块在向下俯冲的过程中，温度的增加导致阻碍蠕变的阻力减少，使得蠕变作用加速，并变为不稳定，而引起塑性不稳定性的发生。这种作用的一个主要问题在于这样的作用过程是否发生在实际的地幔物质中，因为目前还没有这方面成功的实验结果。

2.2.3 由于孔隙流体的存在而导致有效应力的降低

这种机制认为地幔岩石中的孔隙流体降低了有效静水应力，而使岩石处于一个剪切应力可引起发生破裂的区域。但是，在俯冲的岩石中，其孔隙度难于达到足以传递孔隙压力(减低有效应力)，而且地幔中流体很少，在如此深处似乎也难以产生足以引起断裂的有效流体应力。

3 地震的传播

当地震发生时，地震波在地球内部和地表传播。震源产生两种波：P波与S波。P波是纵向波，在纵波中，物质粒子与波的传播方向同向往复运动，而横波中的物质粒子则作与波的传播方向垂直的运动。

当各震相（P波，S波等）到达地球表面和内部的某一台站时，地震波形发生变化。在P波和S波之后的是面波。它们是地震中造成主要破坏的地震波。有两种类型的面波：一种是勒夫波，物质粒子在沿与波传播方向垂直的方向作水平的前后运动，另一种是瑞利波中，物质粒子沿与波传播方向同方向作垂直的前后运动。面波是发散的，这意味着它们在传播时不断向外扩散。地震学家利用这些地震波的到达时间来测定地球的内部结构。