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地震的形成及种类

已有 61700 次阅读 2007-10-5 18:06 |个人分类:地球科学

地震的形成及种类

广东海洋大学

廖永岩

电子信箱:rock6783@126.com

 

地震是地球上发生的一种自然现象,也是一种对人类产生强烈灾害的自然灾难。在人类的历史上,曾有地震灾害的惨痛记录:1556年发生在陕西华县的地震造成约83万人死亡,这次地震灾害可能是造成人类死亡人数最多的自然灾害;1920年宁夏海原发生8.5级地震,造成的死亡总人数为234117人,其中以震中海源县最严重,达7万人,占县总人数的一半以上;1923年的日本关东大地震造成14.3万人死亡,对日本的经济造成了巨大的破坏;1976728唐山大地震把整个唐山市夷为平地,大约有24万人死亡,给唐山人民带来了巨大的灾难;1985年发生在墨西哥城的地震造成了9500多人死亡,由于地震发生在墨西哥首都,引起世界的极大震动;1995年日本的阪神地震造成了6400多人死亡,许多现代化设施被毁,经济损失估计超过1000亿美元;1999年土耳其地震造成1. 7万人死亡,4. 4万人受伤,25万人无家可归;20041226印度尼西亚苏门达腊-安达曼大地震,达9.1-9.3级,引发海啸,至少造成28.3万人死亡[Li Ruihao, et. al., 1997; Zhang Yuanzhi, et. al.,2000; Chen Yong, et. al., 1988; Lay, et. al., 2005; 吴泰然和何国琦,2003Nation, 2005; Hamzah, et. al., 2000; Sharpe, et. al., 2000]。所以,研究地震的形成和预报,是人类进行防灾和减灾的重要前提。但是,到目前为止,人类仍很难预测和预报地震的发生。就地震能否预测预报,学术界都还有很多争论,很多地震学家对人类能预测地震抱有怀疑,认为地震是不可预测预报的[Bakun, et. al., 2005; Stein, 1995; Houston , 1994; Scholz,1989; Julian,1990; Swinbanks,1997]。这说明,目前人类对地震的形成机制等关键问题,还了解得很不够,或许还有错误。为了减少地震的恐怖感,为了减少地震对人员和财产的损失,进行地震形成原理的探讨,是人类所面临的重大历史课题,也是人类所必须完成的任务。这里,我们用现有的地质学、地球物理学、地震学、天体物理学、天文学资料进行约束,对地震的形成原理进行了研究,根据冰川均衡调整原理,提出地震形成的假说。

1.  地震的一般原理

1.1  概述

地震,是由于地壳水平或垂真方向上的剧烈运动,所造成的地震动。地球是一个有自己构造运动的星球,地壳肯定有自己的各种水平或垂直运动。当这些运动缓慢进行,地壳得以表现出它的塑性时;或地壳本身具有相当强的塑性,造成地壳运动的能量得以缓慢地释放出来时,一般就不会产生地震动或产生的地震动不明显。如熔融状态的地球,塑性相当强,除外星体撞击外,本身就不会发生地震;地震主要发生在刚性较强的地壳部分,在塑性较强的地幔和地核,很少有地震发生。若地壳表现出强烈的刚性,阻碍地壳的缓慢运动,使引起缓慢运动的应变能得以积累。当这个应变能积累到超过刚性地壳的承受度时,将造成刚性地壳的快速断裂,从而引发强烈的地震动。所以,从这个层次上说,引发地震,需要两个基本元素:一是地壳的运动,二是局部区域的地壳具有较强的刚性,阻碍地壳的运动,使应变能得以积累。地震常常发生在地壳运动相对剧烈的板块边界区域,如岛弧、洋中脊、地槽、地堑等处,因为这些区域都处于地壳的剧烈运动处。而大地震往往发生在断裂转折处或断裂交叉处,因为这些区域受特殊力学原因的影响,往往不易断裂或容易造成断裂的阻碍,只有当致断能量达到一定程度时,才可能造成这些区域最后剧烈断裂。

1.2地壳运动

地壳运动,一般可以简单地分为水平运动和垂直运动。所以,造成地震的地壳运动,也可以分为水平运动和垂直运动两种。

水平运动,主要由冰川的形成引起冰川下地壳的重力增加,冰川下地壳进行均衡调整时,造成地球膨胀的膨胀运动的切向拉伸力引起,及冰川消融时,冰川消融后原冰川下地壳反弹性回升,所造成的地球收缩运动的切向挤压力引起。这两种运动,都可能造成地壳的水平相对运动,在相对运动界面处,就有可能发生地震。

由于冰川的形成和消融,及冰川和冰川下地壳的均衡调整和反弹性上升所导致的地球膨胀和收缩,也会引发地槽、地背斜、岛弧和地堑的形成,而地槽、地背斜、岛弧和地堑的形成过程,又会导致地壳垂直运动的出现。所以,地球的构造运动,除水平运动外,还有垂直运动。垂直运动,包括上升运动和下沉运动。当运动的地壳上升或下沉时,就会在运动地壳和不运动地壳之间形成一个界面,这个界面处,就有可能发生地震。

这样,我们可以说:地震,主要发生在水平运动界面处和垂直运动界面处。只要地壳尚有水平运动和垂直运动,尚有水平运动界面和垂直运动界面存在,地震就可能还会发生。造成地壳水平运动和垂直运动的动力,就是地震形成和发生的动力。

水平运动,主要由冰川的形成或消融后,冰下地壳的均衡下沉及反弹性上升决定。所以,只要地球上还有冰川形成或消融,只要地球还有一定的塑性,能对冰川的形成和消融产生反应,地球就还会膨胀或收缩,地球就还可能会引起水平运动和垂直运动,并产生水平运动界面和垂直运动界面,从而引发水平界面和垂直界面上的地震。所以,监测冰川的形成和消融状况,监测冰川区域的重力异常情况,用卫星测距精确测量最可能发生水平相对运动的两点的距离,就有可能预测水平地震的发生。因为冰川的形成和消融,造成的地球膨胀和收缩,就会造成地球自转速率的变化。所以,精确监测地球自转速度的变化,也就有可能预测地震的发生。

1.3重力异常

最重要的地震,及大多数大地震,都是由垂直运动引起的。所以,研究垂直运动引起的地震,比研究水平运动引起的地震,更为重要。地壳要发生垂直运动,除地槽、地背斜和岛弧形成时造成的地壳下沉是由于地球收缩造成的水平挤压力转化为垂直力而造成的外,大多数垂直运动,都是由于重力异常造成地壳均衡调整而引起的。就算是由于地球收缩时的水平力造成的地槽、地背斜、岛弧地壳的下沉,最终也会造成重力异常。所以,重力异常,是地壳发生垂直运动的重要表征。可以这样说,只要人类能精确测量重力异常,精确知道重力异常的变化情况或规律,人类就能准确判断或预测垂直地震的发生。

我们先假设地壳没有重力异常之外的作用力。在这种情况下,我们只考虑地壳具有重力异常后的均衡调整作用。那么,当某地具有重力正异常(大地水准面负异常),具有重力正异常的地块,就会在均衡调整作用下下沉,直至重力正异常消失为止。若某地具有重力负异常,具有重力负异常的地块,就会在均衡调整作用下上升,直至重力负异常消失为止。所以,只要某地具有重力异常,就说明某地具有垂直运动的潜力,这个地区就有可能发生垂直运动,在这个垂直运动的地块和不运动的地块之间,就存在一个相对垂直运动界面,这个界面处,就有可能发生垂直地震。所以,重力异常,是造成地震的主要原因。这个垂直运动的地块,当其垂直运动时,假设它和不运动的地块之间的界面,刚好和一条已有地壳断裂带相吻合或基本吻合,那么,地震主要发生在这一已有断裂带上。若它和不运动的地块之间的界面处没有断裂或界面,或界面和原来断裂不吻合,就有可能形成新的断裂,地震主要在新界面形成处发生。但和新断裂较近似的原断裂带处,也会有一定的地震发生。而该区域的最大地震,往往发生在新老断裂交接处。

以上的分析,是我们先假设地壳没有重力异常之外的作用力后得出的。其实,若没有重力异常之外的作用力的话,也就不会有重力异常了。所以,我们分析重力异常时,必须考虑重力异常之外的作用力。造成重力异常的作用力,如地球收缩时水平切向挤压力,能转化为使地槽、地背斜、岛弧形成的垂直作用力。也就是这些作用力,造成了重力异常。若这些造成重力异常的作用刚好和地壳的均衡调整作用相等,则重力异常保持不变;若这些作用力大于重力的均衡调整作用力,则重力异常增加;若这些作用力小于重力均衡调整作用力,则重力异常逐渐减小。但同时,我们必须清楚地知道,由于地壳的均衡调整作用,随着均衡调整的进行,原有的重力异常将逐渐减小,直至最后消失。所以,仅看重力异常的变化,我们是不可能判断该地块是否有造成重力异常的作用力存在的。我们必须综合考虑各方面的情况。要判断某地的重力异常是否可能导致该地块垂直运动,我们首先必须弄清楚该地块是否还具有造成重力异常的作用力存在。若有造成重力异常的作用力存在,只有在确定了这个致重力异常的作用大小之后,才可能进一步分析该重力异常可能导致的该地块的垂直运动。

致重力异常的力,主要是构造力。重力异常是地槽、地背斜、岛弧和地堑形成时造成的。所以,我们首先必须判断这些构造作用是否已经完成。若该地块的重力异常仍在继续增大,这说明这种致重力异常作用正在进行。若该重力异常在逐渐减小,那我们就得计算该地块在该重力异常下的重力异常减小速度。若重力异常减小速度小于该地块的均衡调整下的重力异常减小速度,则说明该致重力异常的作用力仍在作用,重力异常仍在增加。若重力异常作用力减小速度刚好等于该地块的均衡调整下的重力异常减小速度,则说明该地块的重力异常不变。若重力异常减小速度大于该地块的均衡调整下的重力异常减小速度,则说明该地块现在存在一个反向的致重力异常作用力。

除构造力外,大质量的转移,也是造成重力异常的原因。如水库贮水,大质量的水,从别处转移至已处于重力均衡的库区(为了分析简单,我们假设库区原来没有重力异常),将使库区质量增加,从而造成重力正异常。在这个重力正异常的作用下,库区将下沉。若库区原来就有断裂面存在,且断裂面与相对运动界面基本一致,就有可能发生水库地震。虽然库区没有与相对运动界面基本一致的断裂,但库区太大,库水太深,库底岩石特性不一致,造成不均匀下沉出现,也有可能引发地震。若库区贮水前就有重力异常,那就要把这两种重力异常综合起来考虑,才可能正确判定库底的运动情况和地震的发生概率。

矿山开采,也是一种大质量的转移过程。当大量的矿石被开采出矿区,矿区质量减小,将造成重力负异常。在这个重力负异常的作用下,矿区将上升。因为矿区下的矿井排列不均匀,岩石的性质也有可能不一样,就有可能造成矿区的不均匀上升,当应变能得以积累,并积累至一定量时,矿区地震就有可能发生。矿区地震的震级,与矿区矿石开采量和开采速度有关。开采量越大,重力负异常越大,震级也可能越大,反之,震级越小。开采速度越快,重力负异常越大,震级也可能越大,反之,震级越小。一般的矿山,质量转移不是太大,所以,重力负异常也不是太强烈,发生的地震均为小地震。但大量、迅速开采的煤矿及其它形式的大矿,造成短时间内的大质量转移,就有可能发生较大的地震。虽然矿山地震的震级不大,但对矿下人员的生命安全造成巨大威胁,常造成巨大人员和财产的损失,所以,也是一种值得重点研究的地震。

其实,很多矿山事故,除人为因素之外,常与这种微型矿山地震有关,如冒顶、瓦斯突出、透水等。增强矿山地震意识,认识这种地震的发生规律,能大大减少这种微型矿山地震对人类生命和财产的损失。

还有一类大质量转移就是水土流失。大量泥土通过雨水冲洗,经河流流入大海。这种情况以中国的黄河最为明显,其实全球均有发生,只是程度不同而已。

以黄土高原和黄河为例,来分析这种大质量转移与重力异常和地震的关系。自从古特提斯洋消失,青藏高原隆起后,阻断了海洋雨水的来源,黄土高原周围形成干旱少雨气候。由于风沉积作用,形成黄土沉积[刘东生等,1978;刘东生和张宗祜,1962]。这种大规模的黄土沉积,肯定造成过该区域的重力正异常,在这个重力正异常的作用下,该区域下沉,继续沉积黄土,从而形成巨厚的黄土堆积。最后,该区域重力异常消失,均衡调整停止。但随着高藏高原的不断隆起,黄河倒流,从自东向西改为自西向东。黄河不仅不能再给黄土高原带来大量泥沙,反而带走大量泥沙。中华文明起源于黄河流域,由于过度的开发和干旱,黄土高原植被受到严重破坏,大量黄土裸露。青藏高原继续抬升,河流落差增大,对黄土的冲刷能力更加增强。这样,大量的黄土,经黄河流进黄河或渤海。这样,黄土高原,由于大量泥沙流失,大质量泥沙被转移出该区域,该区域重力负异常。在这个负异常的作用下,该区域将上升。若这种大质量的泥沙转移,是均匀地发生在整个黄土高原,那整个黄土高原将均匀抬升。但是,这种泥沙的大质量转移,是以河流冲刷为能量的,是相当不均匀的,形成严重的不均匀抬升。这就为地震,特别是大地震的发生提供了机会和条件。

当然,黄土高原,地处青藏高原隆起的边缘。青藏高原隆起,使这一区域的重力变化更为复杂,也为研究这一区域的重力异常和均匀调整增加了难度。

在黄河下游的黄河或渤海,由于大质量的黄土泥沙沉积,造成这些区域在重力正异常的作用下沉降。这种重力正异常,造成异常区域和非异常区域相对运动,若有和相对运动界面一致的原有断裂,地震将主要在这些区域发生,若没有这些原有断裂,在相对运动界面上,将形成新的断裂。

因黄河曾多次改道,有时注入黄海,有时注入渤海。这样,就使这一区域的重力异常及重力异常后的均匀调整更为复杂。这一复杂的综复调整过程,可能就是华北区域及黄、渤海区域成为我国又一地震多发区域的原因。

随着地球人口的增加,大城市的出现,及水资源的不断缺乏,地下水的开采量也越来越大。大量的地下水开采,供人类使用,然后随江河流入海洋。这样,大质量的水转移至别处,使城市区域出现重力负异常。在这个重力负异常的作用下,城市将由于均衡调整作用而上升。但在大城市,大量的高层建筑物,又形成大质量的转入。将造成城市的重力正异常。某一城市到底是重力正异常或是重力负异常,要由这两项综合决定。当然,城市的这种重力异常变化,相对水库、矿山及泥沙流失来说,是相当小的。但是,城市是人口最为集中的地方,若这个地方由于重力异常引起的均衡调整作用而引发地震,就算很小,也会造成严重的人员和财产损失。

综上所述,可以说,只要有重大质量转移,就一定会有重力异常区域的形成。有了重力异常区域,就一定会有均衡调整。在这种均衡调整过程中,就有可能造成应变能的积累。只要质量转移足够,形成的重力异常足够,能形成一定量的应变能积累,就有可能引发地震。

地壳的均衡调整作用,主要受重力异常大小、该地壳易断裂或变形能力、地壳下地球物质的塑性等诸多因素影响。其中最主要的是重力异常的大小、该处地壳的易变形或断裂能力的影响。重力异常引起的地壳的均衡调整作用,简单地理解:重力正异常的均衡调整作用,就是重力的作用,重力负异常的均衡调整作用,就是地幔对地壳的浮力作用。某处的重力负异常越大,就是该处的地幔浮力越大,在该浮力作用下,该地块上升的重力均衡调整作用力越大。重力负异常越小,均衡调整的作用力越小。某处的地壳最易变形或断裂(如原来就有和相对运动界面一致的断裂面),则地壳均衡调整得就越快。反之就越慢。

1.4地震发生地点的判定

对某一地块的重力异常和均衡调整作用的比较分析,我们必须是对整个地块的综合分析,而不是对某一处或某一点的个体分析。换句话说,我们经过比较分析,发现某一地块的重力异常变化,是和该地块均衡调整速度一致的,这并不是说,该地块的任何一点上,重力异常变化都是和该地块的均衡调整速度一致的。通过以上的分析我们知道,若具有重力异常的地块,能均匀地上升或下降,能通过均匀地上升或下降来缓慢释放能量,就不会有大应变能的积累,就不会发生地震或不会发生比较大的地震。若地壳具有足够的塑性,也不会有地震的发生。要有地震或大地震发生,就必须有大的应变能的积累。所以,若某地块有重力异常的作用,发生了地壳的均衡调整,重力异常积累的能量,通过均衡调整释放出来。但在某一点,或某几点上,由于结构原因或岩石性质原因,没有发生相应的形变或缓慢的断裂,这样,在这一点或几点上,应变能逐渐积累。当应变能积累到一定程度,超出了该点的承受度,则该点发生突然断裂,应变能突然释放,引发地震或大地震。所以,若某地块整体来说,重力异常变化和均衡调整作用一致,而某一点或几点滞后于均衡调整速度,则这几点就很可能是地震的孕育点,是将来地震的发生点。这几点和该地块整体来说的差异越大,说明该点应变能的积累越大,发生地震的可能性也就越大,发生大地震的可能性也越大。所以,应变能的积累点和非积累点之间,肯定会有重力异常的差异,会有均衡调整速度的差异。只要我们能精确测定这种差异,我们就能精确预测地震的发生地点。

某地壳的变形和抗断裂能力,主要由构成地壳的岩石的性质和地壳的厚度来决定。变形能力,主要由岩石性质(是岩浆岩或是沉积岩等,因为不同的岩石抗断性能不一样)、岩石的温度、地壳的厚度等来决定。不同的岩石具有不同的塑性,塑性大的岩石,就容易产生变形。塑性小的岩石,就不易产生变形。相同的岩石,温度越高,塑性越强,越易变形;温度越低,塑性越弱,越不易变形。地壳越厚,变形的难度越大。

断裂潜力,主要由岩石的抗断能力、地壳厚度、断裂面的几何结构、是否具有和运动界面一致的老断裂面存在等因素来决定。不同的岩石,抗断能力不一样,越是抗断能力强的岩石,岩石越不易断裂,抗断能力越弱,岩石越易断裂。地壳越厚,越不易断裂,地壳越薄,越易断裂。因为岩石的抗压力远大于其抗拉力,所以,断裂面的几何结构,对能否断裂影响很大。若断裂所致,主要是拉张力,这样的断裂面就容易断裂;若断裂过程中产生了一定部位的挤压致断,这就大大增加了致断的难度。当然,若原来就有一断裂带位于相对运动界面处,则断裂可能性就大大增加。

所以,最易发生地震的地方,是相对运动界面上的与该重力异常区域的重力异常不一致的点。这种点上重力异常不一致越大,发生地震的可能性越大,发生大地震的可能性也越大。

1.5地震发生时间的判定

原则上说,地震发生的时间,主要由应变能和致应变能增加点的机械承受力这一对矛盾来共同决定。某一相对运动界面上的某一点,由于种种原因,阻碍了相对运动,使应变能得以增加。当应变能小于这一阻碍点的承受力时,应变能将继续增加,当这两个力相等时,该点处于地震爆发临界点,当应变能大于阻碍点的承受力时,地震爆发。所以,从这个层次上的分析来看,地震的爆发是不定时的,随时都可能发生。爆发时间,主要由应变能增加和阻碍点的机械承受力来共同决定。

但是,地球还受到月球、太阳及太阳系其它行星的吸引。这个引力作用于地球,也作用于地壳。因为地球围绕太阳转,九大行星也围绕太阳转,而月球围绕地球转。所以,相对于地球,以地球为中心参照系来说,它们围绕地球转的周期并不一致。这样,就造成,有时,地球和以上各个星体的连线均不重叠;有时,地球、月球、太阳在一条直线上;有时地球、月球、其它九大行星在一条直线上;有时,可能地球、月球、太阳、所有九大行星均在一条直线上。当地球和以上各星体的连线均不重叠时,各星体对地球的吸引力比分散。当地球、月球和太阳三者在一条直线上时,太阳和月球对地球的吸引力叠加,引力增大。当地球、月球、太阳及九大行星均在一条直线上时,所有的引力均集中起来,这时的引力最大。行星间的引力,主要由质量大小和距离远近共同决定。因为月球离地球最近,引力最大,太阳次之,其它的九大行星的引力更小。所以,月球和太阳的叠加效应最强,其它九大行星的叠加效应相对较小。星体的引力,能产生潮汐现象一样的效应。假设太阳直射赤道面,使面对和背对该星体的地球赤道表面突起,其中,面对面突起最大。而和星体呈90度角赤道面,则凹陷。由于地球在太阳的黄道面上公转,月球在地球的赤道面上公转,所以,以太阳、地球、月球三者在一直线上,月球和太阳的引力叠来说,这个引力的最大引力点,也会随时间不同而有所变动。

若某一区域有重力正异常,在均衡调整作用下,该区域将相对没有重力正异常的区域下沉。在异常区域和非异常区域的相对运动界面上,若某一点形成了阻碍点,即相对运动界面上的非异常区域上的某一点,阻碍了异常区域的下沉。这一阻碍点,受到异常下沉区域的下沉作用力。当这个下沉作用力小于或等于该阻碍点承受力时,应变能继续积累。当这个下沉力大于该阻碍点的承受力时,该阻碍点断裂,地震发生。

若月球的引力,或月球、太阳及其它九大行星的引力得到叠加后的引力经过或接近该阻碍点的重力异常区域时,阻碍点除受到一个重力正异常区域下沉的向下的作用力外,还受到一个从地心向外的作用力,因这两个力的作用方向相反,相互抵消,使阻碍点受力减小。由于受力减小,不会发生地震,但这种受力大小变化的晃动,会增加今后地震发生的可能。若这个叠加后的引力经过或接近相对运动界面上的该阻碍点的非重力异常区域时,相对运动界面上的阻碍点除受到一个重力正异常区域下沉的向下的作用力外,还受到一个从地心向外的星体叠加后的引力,因星体对非异常区域的引力与自己原来对异常区域的支撑力方向一致,这两个力相互叠加,使阻碍点受力增大。当这个叠加后的力,大于地震临界点力,地震发生。同样道理,除和叠加引力方向上受的固体潮凸起作用外,和这个叠加引力方向相垂直的方向上,固体潮引起的凹陷作用力,也会产生相应的受力情况,只是作用力方向刚好相反而已。但这种叠加后的引力的作用,正对面的突出作用远大于90度垂直面上的凹陷作用,所以,诱发地震的作用力,主要是这种正面的突出叠加吸引力的作用。

若某一区域有重力负异常,在均衡调整作用下,该区域将相对没有重力正异常的区域上升。在异常区域和非异常区域的相对运动界面上,若某一点形成了阻碍点,即相对运动界面上的非异常区域上的某一点,阻碍了异常区域的上升。这一阻碍点,受到异常上升区域的上升作用力。当这个上升作用力小于或等于该阻碍点承受力时,应变能继续积累。当这个上升力大于该阻碍点的承受力时,该阻碍点断裂,地震发生。

同样道理,若月球的引力,或月球、太阳及其它九大行星的引力得到叠加后的引力,经过或接近该阻碍点的重力异常区域时,阻碍点除受到一个重力负异常区域上升的向上的作用力外,还受到一个从地心向外的作用力,因这两个力的作用方向相同,相互叠加,使阻碍点受力增大。当这个叠加大于地震临界点力,地震发生。若这个叠加后的引力经过接近相对运动界面上的该阻碍点的非重力异常区域时,相对运动界面上的阻碍点除受到一个重力负异常区域上升的向上的作用力外,还受到一个与这个力方向相反的作用力,因这两个力的作用方向相反,相互抵消,使阻碍点受力减小。由于受力减小,不会发生地震,但这种受力大小变化的晃动,会增加今后地震发生的可能。同样道理,和叠加引力相垂直的地球面上的固体潮凹陷产生的作用力,也会产生相应的受力情况,只是作用力方向刚好相反而已。

因为农历初一和十五,是太阳、月球和地球呈一直线,引力叠加时期,所以,也往往是地震的易发时间。若除太阳、月球外,还有其它九大行星与地球呈一直线排列,这种叠加引力更大,就更易诱发地震或大地震[Lay, et. al., 2005; Ammon, et. al., 2005]

叠加效应能增大引力。月球、太阳这些引力相对较大的星体与地球的距离,也是影响引力大小的一个重要因素。因为地球绕太阳公转,月球绕地球公转,它们的公转轨道都不是正圆的,是一种椭圆形轨道。这样,就存在有时月球、太阳离地球远,有时月球、太阳离地球近。它们离地球远时,引力小,离地球近时,引力大。所以,当月球、太阳、地球在一条直线上时,恰好又是月球、太阳离地球最近的时期,诱发地震的可能性最大。反之,则可能性小。同样道理,所有太阳、月球、地球及其它九大行星均排在一条直线上,且这些球体是处于相对来说离地球最近的时期,这种千载难逢的时机,就是地震或大地震频发的时期。

月球、太阳,及其它九大行星对地球的引力,是可以准确计算的。它们的引力全部叠加及部分叠加,都是呈周期性变化的。同时,它们的引力作用区域,并不遍布整个地球,而主要是在部分区域,或在部分区域的引力比较大。因为月球离地球最近,引力最大;其次是太阳,虽然离地球较远,但质量较大,对地球的引力大小仅次于月球。其它九大行星,因为距离地球较远,且质量较小,对地球的引力作用比较小。先不考虑月球和地球的公转轨道都是椭圆,及两个公转轨道不在一个平面这个事实,假设公转轨道都是正圆的,且两个公转轨道是在一个平面上。那么,我们就不必考虑月球、地球、太阳这三者间的距离变化,仅只要考虑月球和太阳对地球引力的叠加。这样,每一个月,都有两次,即农历的初一和十五,月球和太阳的引力叠加,引力最大。这可能也就农历初一和十五,地震发生概率最大的原因。虽然每月都会有两次外星体引力最大期,但由于地球在自转,也在围绕太阳公转,月球又在围绕地球公转,具体到地球上的某一处外星引力最大期来说,这个周期远大于半个月。但不管怎么样,总有个周期。若这个周期大于地震形成的应变能积累期,外星引力就很难成为地震的启动因素。若这个周期小于或远小于地震形成的应变能积累期,它就有可能成为引发地震的因素。基本原则是:当某处的外星引力最大或较大期来临时,地震应变能积累已位于临界点附近。当积累的应变能叠加上外星引力后,将超过临界点,地震就被启动。若积累的应变能叠加上外星体引力后,仍未超过临界点,则要等下一次叠加。若叠加后又未能超过临界点,而又不可能等到下一次叠加期,这种地震就有可能不在应变能和外星体引力叠加期发生。这种情况往往发生在原来应变能积累比较慢,但因某种原因,应变能增加变得迅速或阻碍点被弱化,使应变能积累期突然被缩短或应变能积累被加速所致。这就是一个大地震本来应变能积累仍需较长时间,但因与其相关的一些区域发生了前震,造成阻碍点弱化或应变能积累加速,致使应变能积累在未到外星体引力叠加期,就已超过临界点而爆发地震。

当然,地震是否发生,主要还是由相互运动界面的作用力平衡来决定的,这种引力诱发,仅只是诱发而已。若相互运动界面的应变能积累还不够该区域的阻碍点,再极端的诱发条件,也是不可能诱发地震的。反之,若应变能已积累足够,就算没有这种诱发,也同样会产生地震,如火山喷发时的地震[Gillard, 1996; Linde and Sacks, 1998; Furuya, 2003]

但不管怎么样,这种引力诱发作用,为我们预测预报地震发生的时间,提供了很大的操作方便。对于构造地震,更是这样。

1.6  2004年苏门达腊-安达曼大地震的发生机制分析

下面,我们以20041226印度尼西亚苏门达腊-安达曼大地震为例来具体分析外星体引力对地震形成的影响。

印度洋,位于青藏高原、东非高原、安达曼岛弧、澳大利亚大陆和南极之间。通过卫星测量的地震大地水准面可知,在印度半岛最南端附近,印度洋有一个明显的大地水准面负异常(重力正异常)(Mörner, 2000)。青藏高原,是大陆与大陆之间形成的地槽,由于大量比重较轻的沉积物沉积于这个地槽,达10公里以上,造成地槽比重小于两侧的地壳,在均衡调整作用下,现在青藏高原现处于地槽后期的中央隆起期。虽然青藏高原现已是世界上最高的高原,但目前仍是上升较快的区域之一。东非高原也在隆起(Abuodha, 2003),并形成东非大裂谷的地堑和火山。安达曼岛弧的地槽,现也处于隆升期。这样,就可以明显地看出,印度洋的这个大地水准负异常,刚好处于三大隆起的中央位置。所以,我们可以说,印度洋的这个大地水准面负异常,是由于东非、青藏高原和安达曼岛弧的隆升,共同牵拉北印度洋海洋岩石圈,使北印度洋海洋岩石圈抬升所致。这可能也就是造成位于该异常中心的马尔代夫(本来因为冰川消融,全球海平面上升,理论上应该下沉(Kench, et. al., 2005; Woodworth, 2005),实际上不沉反升的原因(Mörner, et. al., 2004)。因安达曼弧具有重力负异常,由于均衡调整作用,它现正在不断上升。而北印度洋具有重力正异常,由于均衡调整作用,它应该下沉。这样,在安达曼弧就形成一种力的矛盾:弧外印度洋海洋岩石圈要下沉,弧内苏门达腊陆地岩石圈要上升。这个矛盾的最终解决,就是该处岩石圈断裂,弧内苏门达腊岩石圈上升,弧外印度洋岩石圈下沉。岩石圈是否断裂,主要由岩石圈抗断性和摩擦力等相关因素共同决定。除以上分析的垂直运动外,安达曼弧处,还有由于印度洋洋中脊扩张造成的向北的水平运动:地球膨胀时,洋中脊破裂,岩浆上涌形成海洋岩石圈,造成海底扩张。地球收缩时,印度板块将向东北方向挤压,达每年40-50mm (Lay et. al., 2005)。而安达曼岛弧阻碍这种水平运动,最终造成弧外海洋岩石圈向西北运动,安达曼弧内陆地岩石圈向东南运动。而大震发生地,刚好处于转角处,这种几何结构,造成水平运动的阻碍,也造成垂直运动的阻碍,成为运动阻碍点,也即是地震应变能积累点。

2004年,是1998年后又一个厄尔尼诺年(专家称厄尔尼诺现象卷土重来,今冬我国气温偏高,2004),十月份,美国就已发出厄尔尼诺的预警报告。厄尔尼诺年的形成,是因北极区域冰川的消融受阻,冰后反弹受阻。在南极冰川形成后的均衡调整作用和北极区域冰后反弹受阻的综合作用下,造成两极挤压地球,地球质量向赤道转移,赤道区域膨胀,地球自转速度减慢。安达曼岛弧,刚好位于赤道附近,赤道区域的膨胀,增加地球岩石圈断裂的机会,加大应变能的积累,为大地震的形成提供了机会。因为厄尔尼诺年的大质量向赤道区域的转移,是由于北极区域冰川消融受阻或冰雪等质量增加造成(Blewitt, 2001)。而冰雪量增加最大时,往往是冬季。地球的大陆主要分布北半球,这又为北半球冰雪在冬季增加提供了机会。所以,每当厄尔尼诺发生时,都是圣诞节前后开始加重。所以,安达曼大地震要发生,发生在厄尔尼诺年的可能性较大。所以,像1983年、1998年、2004年这些年份是最有可能发生安达曼大地震的年份。但1983年、1998年等年份,可能地震的应变能积累得还不够,所以,没有来得及造成大地震的发生。在厄尔尼诺年,最有可能发生的时间是在冬季,是在厄尔尼诺开始加重或最为严重的时期。所以,12月到第二年的3月,是最有可能发生地震的时期。若地震应变能积累接近临界点,则有可能在较早的月份的农历初一或十五发生;若应变能积累离临界点较远,则有可能在较晚的月份发生;若过了该厄尔尼诺年,叠加上外星体的引力,仍难超过临界点,则只有等下一个厄尔尼诺年了。

具体造成20041226日上午当地时075853秒(格林尼治时间005853秒)大地震的原因,可能如下:1224新西兰西南方向约430公里的达斯曼海域发生里氏8.1级地震,对安达曼弧产生影响,使地震阻碍点弱化,加速了应变能的积累。20041226农历十一月十五,太阳、地球、月球排成一条直线。太阳直射点位于南回归线附近,所以太阳对地球的引力,也是南回归线附近最大。月球的引力最大点位于赤道上。根据作用位置,太阳和月球对地球引力合力应位于赤道和南回归线之间。因为月球对地球的引力比太阳对地球的引力大,所以,引力的合力应在赤道和南回归线之间偏北的位置。005853秒时,与月球和太阳的引力合力呈90度垂直的区域正好位于印度洋重力异常区域中心附近的印度洋上。因为,正对月球、太阳引力合力点区域,由于地球固体潮作用,固体地球岩石圈将上升,和该合力呈90度角的区域,岩石圈将下沉;所以,印度洋重力异常区域将因为固体潮的原因而下沉。由于地球自西向东自转,接近大地震爆发时间时(格林尼治时间005853秒),安达曼弧内侧的印度尼西亚所在的欧亚板块将逐渐上升,而安达曼弧外侧的印度洋板块将逐渐下沉。当这个月球、太阳引力的合力造成印度洋海洋岩石圈下沉的力叠加在安达曼-亚奇这个3.3°N 96.0°E,深度30 km阻碍点上时,超过阻碍点的临界点,阻碍点断裂,大地震发生。断裂后的印度洋海洋岩石圈下沉和向北运动,断裂后的苏门达腊陆地岩石圈向上及向西南运动。由于上下运动剧烈,且区域较大,引发大海啸,造成巨大的人员和财产损失。大地震发生,使大量的赤道区域膨胀的能量以地震的方式被释放,厄尔尼诺失去能量,不会再导致东太平洋赤道区域的洋中脊扩张,不会再导致东太平洋海水升温,这次厄尔尼诺宣告结束。

所以,综合来看,安达曼大地震是地球形变、外星引力叠加、地球均衡调整、板块运动等综合作用的结果。也是水平运动和垂直运动的综合结果。

20041221开始的中国等北半球地震的降雪(冬至:瑞雪染白半个中国,2004)及中国三峡水库的贮水(200361蓄水,至615,库容增加100亿立方米),可能也对2004年厄尔尼诺的形成和大地震的形成有一定的触发作用。

若人类能准确测定安达曼岛弧两侧的水平距离变化和该岛弧重力异常变化的情况,人类是可以准确测定大地震发生的地点的。若人类通过测定水平距离和重力变化,能计算出应变能的积累及该区域岩石圈的抗断裂能力,根据外星体对地球引力、地球形变、板块移动等资料进行综合,是有可能较准确地确定地震发生的时间和震级的。

2  不同构造运动中的地震

我们在火山和岩浆作用章节,详细讨论了冰川均衡作用如何造成火山喷发。岩浆要喷发出地面,没有地壳的破裂或断裂,岩浆是不可能喷出地面的。而地壳的迅速、剧烈的破裂或断裂,就会造成地震动或强烈地震。所以,在一定程度上说,岩浆、火山作用和地震,是相随相伴的。下面,我们详细分析伴随岩浆作用过程的地震及其它的构造地震。

2.1  洋中脊式地震的形成

当冰川形成时,由于冰川均衡作用,地球将膨胀,地壳将扩张,这样,将造成部分地壳破裂而形成地震。因为海洋壳比陆壳薄,抗张力弱,相对大陆壳来说,容易破裂,特别是洋中脊处,最易破裂。这种最易破裂处的迅速、急剧破裂,一旦引起地震动,就形成地震。所以,这种形式的地震,主要发生在洋中脊及其附近。当然,若其它地方的地壳在这种力量作用下造成了破裂,也同样会造成地震。

2.2  地槽形成过程中地震的形成

我们前面章节已详细讨论了与地槽的形成过程(见图1)。这里,我们讨论地槽形成过程中的有关地震。

1. 地槽形成和造陆过程. A,岩石壳;B,早期沉积物;C,负压腔;D,后期沉积物;E,火山堆;F,易形成花岗岩岩浆的浅地幔;G,易形成玄武岩岩浆的深地幔;H,玄武岩;“→”示火山喷发; ”,地震发生处.

2.2.1  地槽底式地震的形成

在冰川消融时或后,由于冰后反弹作用,地壳收缩,产生切向挤压力,造成地槽的形成(见图1a-c)。当地槽形成到一定时期,地槽底部就会造成弯曲(见图1b-c)。当这种弯曲超过地壳的承受力时,就会造成地槽底部地壳的破裂而引发地震(见图1, c, d)。

因地槽形成时,在地球收缩的强大挤压力作用下,地槽将插向地幔深处。所以,这种地震,往往是深源地震。地槽越大,震源越深。

2.2.2  地槽与地台间地震的形成

在地槽形成中晚期,随着地背斜的抬生和地槽进一步下陷,将加剧地槽地壳和地背斜地壳的的弯曲(见图1b-f)。当其弯曲程度超过连接它们洋壳的承受度时,将发生断裂而引发地震(见图1g)。最后引起地槽和地台的分离。

一旦地背斜和地槽分离,地槽因为失去两侧地台的牵扯,由于地幔的浮力而上升;地台将因为没有地槽的支撑而下降(见图1h)。 在地槽的上升和地背斜的下降过程中,若能缓慢地相互移动,造成的地震动不容易感觉到。若这种相对移动过程中受阻,就会造成应力的积累,当应力积累到一定程度时,就会造成断裂而引发地震(见图1h)。因为这种相互移动过程是相当缓慢的,在地槽作用完成后相当长的时间内完成的,所以,这种地震,是造成板块内地震的主要原因。直至地槽上升完全结束,地背斜下降也完全结束,这种类型的地震才算完全结束。换句话说,若地槽作用形成的山脉尚在上升中,那就表示这种地震还有可能发生。总的来说,这种地震,随着地槽作用结束,地震作用越来越弱,直至最后消失。

2.3  海岭顶部地震的形成

在冰川消融时或后,冰后反弹作用下,地球收缩,产生切向挤压力。地槽不断下陷,地背斜将被抬升。地背斜抬升到一定程度,就形成海岭(见图2a-c)。通过海岭的抬升,来达到地槽和海岭共同构成的浮力和重力平衡。

地槽形成时,在海岭的顶部,地壳就会发生弯曲(见图2b-c)。当地海岭弯曲到一定程度,超过地壳的承受力,地壳发生断裂而引发地震(见图2d)。海岭两侧的地壳形变,也有可能引发地震(见图2f-h)。

 

2 海岭地震形成示意图。a-i,示火山形成过程。A,岩石圈;B,软流层;C,负压腔及里形成的岩浆;D,火山堆;“”示火山喷发; ”,地震发生处。

2.4  岛弧式地震的形成

当地槽不是形成于两大陆块之间,而是位于大陆块和海洋之间,由于两则挤压力不均匀,大陆侧切向挤压力作用位置高,海洋侧切向挤压力作用位置低,造成大陆块和海洋之间形成的地槽两侧挤压作用力上、下不均等。地槽形成过程中,地槽底部将向大陆块侧偏移(见图3b-c),最后地槽底部将折叠于大陆块下或折叠于挤压力小或比重较小一则地背斜岩石圈下(见图3d)。由于地球的重力均衡作用,产生折叠的这一侧岩石圈将被抬升而形成岛弧(若两则均是海洋地壳,则形成岛弧)或高大山脉(若一侧为海洋地壳,一侧为陆壳,则海洋地壳折叠于陆壳下,形成甘第斯山脉式的山脉)(见图3e-h)。不管形成的是岛弧或山脉,这种折叠的两层地壳叠合处,就是海沟(见图3D)。

当位于岛弧下的地槽向岛弧岩石圈下叠合时,从地槽的底部,至海沟处,都有可能发生断裂。从而会引发一系列的深源地震(见图3c-e)。这种地震越接近地槽的底部,即叠合在一起的两层地槽地壳的顶部,震源就越深,地槽底部的震源最深;越接近海沟处,震源越浅(见图3c-e)。由于叠在岛弧下的地槽是两层地壳,两层地壳都可能断裂。所以,若这两层地壳有一定的沉积物间隔的话,这种地震的震源明显地分为两层(见图3c-f[Ratchkovsky, 1997; Engdahl and  Scholz, 1977; Samowitz and Forsyth, 1981; Cahill and Isacks, 1986; Kao Honn and Chen Wang-Ping, 1994; Zang Shao-xian, 1987]。若这两种地壳间的沉积间隔物不多或不明显,这两层地壳地震之间区分不太明显,则地震的双层性不太明显。

3. 岛弧后火山和山脉的形成过程. A, 大陆岩石圈; B, 流体地幔; C, 海洋岩石圈; D,海沟; E,负压腔; F,火山气体和岩浆从负压腔喷出; G,火山堆; H,逆冲断层发生处; →”示火山喷发; ,地震发生处.

由于折叠处有了至少三层地壳,折叠处的地壳将由于均衡作用而上升。由于地壳的刚性作用,折叠处地壳的上升,将带动和它相连的、没有折叠的单层地壳上升(见图3e)。

 

   随着岛弧和山脉的上升,单层地壳和三层地壳之间的弯曲度增加,拉力也增加。当这种两种力量共同作用,超过单层地壳的承受力时,单层地壳将断裂而引发地震(见图3f)。

断裂的单层地壳,失去上升的三层地壳的支持,在重力的作用下落而造成连续不断地的地震动(见图3f-g)。

这种地震,和地槽与地台间的地震一样,随着岛弧或山脉的上升,及与之断开的地壳的下降而不断发生。只要岛弧或山脉还在上升,这种地震就还会发生。直至岛弧或山脉上升结束,这种地震才会结束。这种地震发生于岛弧后或岛弧前,震级也是随着岛弧或山脉的上升的减弱而减弱。

在岛弧的海洋侧,单层海洋壳与岛弧的三层地壳交接处,即海沟,在地槽向大陆侧偏移、折叠时,海沟处重力负异常,由于重力均衡作用,海沟处的单层地壳将相对岛弧上升。若上升过程中产生断裂,就会发生地震(见图3d)。当岛弧三层地壳形成后,由于均衡作用上升的过程中,将带着海洋侧海洋壳一道上升,造成海洋侧地壳的重力正异常。当岛弧上升至最大高度时,这个重力正异常达最大。由于这个重力正异常的存在,因重力均衡作用,岛弧海洋侧的地壳将下沉。这个下沉作用若引起海洋壳和岛弧间断裂,海洋壳和岛弧分离,海洋壳向岛弧下逆冲,造成印尼安达曼式的地震在H处发生(见图3g-h)。

2.5  地堑式地震的形成

4. 地堑的形成过程. a-e, 示单侧岩石圈抬升形成地堑的过程; f-j,示两侧岩石圈均抬升形成地堑的过程. A,较厚岩石圈; B,较薄岩石圈; C,软流层; D,负压腔; E,在较薄岩石圈下新形成的岩石圈; F,负压腔里岩浆; G,火山堆;→”示火山喷发; ”,地震发生处.

已形成的地台,或大陆板块,一般来说,是相当稳定的。但在造山作用下,当其一侧(见图4a-e)或两侧的地壳加厚(见图4f-j),根据地球重力均衡原理,一侧或两侧加厚的地壳将抬升(见图4c-d; h-i)。由于地壳的刚性作用,两侧加厚上升的地壳将带动与它相连的中间地壳上升。当加厚的地壳不断上升,未加厚地壳的弯曲度和拉力增加,这种作用力超过未加厚地壳的承受力,产生断裂而引发地震(见图4c-d; h-i)。这种地震也常是浅源地震。未加厚的地壳下陷面积较小,则形成地堑;面积较大,则形成地洼;若面积相当大,就有可能形成盆地。

若这种地堑形成时,加厚地壳的加厚程度不大,形成的地堑规模不大,不至于造成加厚地壳与下陷的未加厚壳之间产生断裂,就有可能不形成地震。

2.6  撞击式地震的形成

在地球形成的早期,外星体对地球的撞击比较频繁。这时,地球的地壳刚形成不久,比较薄,承受力较差,在外星体的撞击下,会在撞击处引发地震或会使地球其它地方地壳因地球体积急剧膨胀破裂而引发地震。这种地震,可以称为撞击式地震。震级大小由撞击地球时的外星体大小和撞击速度决定,主要为浅源地震。

在地球还没有形成冰川之前,地球还没有自己的构造运动,这时的地震,主要是撞击地震。地球形成早期,外星体撞击比较频繁,会产生很多的撞击地震。地球形成的后期,还是会有外星体撞击地球,但频率大为减小,地球的地震,主要为冰川的形成和消融而造成的自己特有的构造地震。人类出现后,由于人类的活动,又有了水库地震等诱发地震。

 

2.7  人致地震

2.7.1  水库地震的形成

大型水库修好后贮水时,大量的水从别处转移至水库处。这样,水库处的重力增加,根据地球重力均衡原理,水库处的地壳将下降。水库放水时,大量的水从库区转移至库外,根据地球重力均衡原理,库区的地壳将上升。水库贮水越深,水库处地壳下降就越大。若这种下降是均匀进行的,既整个水库处都相应地下降,并且是缓慢地下降,就不会引发地震。也既水库处的地壳的塑性越强,发生水库地震的可能性就越小。水库的水深从中心至周围,是逐渐变浅的,这种水库发生水库地震的可能性小。若水库底部地壳的刚性越强,水深从最深处至浅处变化得越剧烈,水库贮水或放水越快,水库越深,水库的贮水量越大,诱发水库地震的可能性就越大。

虽然几百米深的库水产生的压力,不足以造成玄武岩或花岗岩质地壳的断裂。但是,岩石在短时间力的作用下,表现出明显的刚性;而在长时间力的作用下,则表现出明显的塑性。所以,库区地壳在水库水压力1年至几年的长时间作用下,就表现出明显的塑性。超过50深的水库,贮水后,库区底部的地壳都会有所下降。若库区地壳的塑性比较强,库区底地壳均匀地下降,库区下降的能量,能逐渐释放出来,就不会造成水库地震。若库区及周围地区,刚性都较强,能造成库区和周围地区整体下降,也许造成水库地震的可能性会小一些。若库区大部分地壳都具有较强的塑性,但有少部分地壳的刚性较强,不产生或很少产生形变,就有可能诱发地震。例如,水库的面积是5km2,水库的库容是1亿立方米。水库贮水时,大部分的库区地壳产生形变,只有100 m2的地壳刚性太强,不产生形变,这样,整个1亿立方米的水的重力,将在不发生形变的地壳和发生形变的地壳之间产生一种拉力。这种拉力,远大于玄武岩或花岗岩的承受力,任何岩石都有可能被拉断裂而发生地震。另外 ,若不发生形变的地壳,呈柱状伸展,以上的作用力作用于动力臂上,若动力臂远大于阻力臂,将利用杆杠原理,使作用力放大几十倍到几千倍,从而造成不形变地壳的断裂而引发地震。当然,若是玄武岩质地壳,较易受水解作用,这样,也会使岩石的刚性和塑性发生不确定的变化,造成减弱或加强地震的作用。

水库的位置,也会影响水库地震的发生。如水库是建在上升地槽上,或上升的岛弧上,这样,水库的贮水,不仅引发水库地震的可能性小,而且,水库及周围地区,原先地槽上升引发的地震数量也会明显地减少。当然,水库放水时,引发地震的可能性就会增大。

2.7.2  矿山地震的形成

煤矿、金属矿等矿物的开采,与水库的放水相似,作用机制也相似,只是作用方向相反。由于大量矿物从矿区转移出去,矿区相对周围地区,将要相对上升。若矿区及周围地区地壳的塑性较强,矿区能缓慢地上升而释放能量,就不易发生地震。若刚性较强,或部分地壳的刚性较强,就有可能发生地震。而矿山采挖矿物时,采挖的坑道,是造成地壳刚性变化的主要原因。所以,可以说,不同的坑道方式,引发的矿山地震不一样。矿山急剧排水,及矿山炸矿,往往成为矿山地震的导火索。

和水库地震一样,矿山开采,也有类似情况。若矿山位于地质作用的下降地壳,不仅矿山地震发生的可能性小,矿山的开采,将减弱原先地震的发生频率。

石油注水开采,也有可能发生地震。往地下注水造成的地震,也是大质量的转移而造成的地震。作用机理和水库地震或矿山地震相似。

3  地震的预测和预报

人类对地震的预测和预报,主要包括三方面的内容:1是地震发生的时间,2是地震发生的地点,三是地震发生的震级,即地震的强度。人类若能对这三个方面,均能做出准确的预测和预报,就可以说人类可以预测和预报地震了。因为产生地震的两个基本条件是地壳的运动及运动应变能的积累,所以,地震的预测,也必须从这两个方面入手。首先是地壳的运动。其次才是地壳刚性对地壳运动的阻碍所造成的应变能的积累。因为地壳的运动有水平运动和垂直运动两种,我们先分析地壳水平所造成地震的预测预报。

3.1  水平破裂导致的地震的预测和预报

水平地壳运动,主要指地壳被水平拉张力的拉张作用,引起地壳破裂而形成地震,如洋中脊处破裂而形成地震。所以,像这类地震,一般可能通过GPS或其它更精确的水平测距仪的测量而测知。引起地壳水平拉张,主要是由于地球膨胀造成的。所以,在冰川形成期或冰川及其下地壳重力均衡调整下降导致地震膨胀期,是这类地震的多发期。因为这类地震是由拉张力和地壳的抗拉张力共同作用而形成的。而地壳的抗拉张力,又主要由地壳的厚度和质地决定,其中主要是地壳的厚度。所以,通过计算不同厚度地壳的抗拉张力,就可知道在相同的拉张力作用下,哪些区域最易发生这类破裂地震。

同时,就算地球处于膨胀期,也不是地球所有区域的拉张力一样。还要根据地球的形变,计算不同区域的不同拉张力。如两极均有冰川形成而造成的地球膨胀期,这时两极均下降,而赤道区域将膨胀。或者说,赤道区域的拉张力将最大。若各处的抗拉张力相同,首先是赤道处的地壳最先破裂。若是一极(假设是南极)形成冰川,则南极区域下降,北极突出,南半球中纬度区域膨胀,北纬中纬度区域反而收缩。这样,地壳拉张力最大的是南纬中纬度区域,其次才是北极区域;北纬中纬度区域不仅不会膨胀,反而会收缩。

月球引潮力、太阳引潮力、其它九大行星的引潮力和地球的旋转的变化,均会导致赤道和相应区域的膨胀,也应考虑在内。月球的引潮力和太阳引潮力,是最能影响地球膨胀的两个最大引潮力,当它们叠加时,就会造成某一处地壳的膨胀力急剧增大;若这两个引潮力能同时和其它大行星的引潮力进一步叠加,这将是在下一次再叠加之前的周期内,引潮力最大的时刻,也是该区域最可能形成地震的时刻。

所以,这类地震,主要通过判断地球的膨胀或收缩,判断地球膨胀或收缩的区域,通过测量易发生地震区域的水平拉张距离的变化来预测。通过这些,可以判断某一区域是否会发生地震,会发生什么震级的地震。具体的发生时间,则可以通过各星体的引潮力在该区域叠加的时间来推断。

3.2  垂直运动导致地震的预测和预报

地壳垂直运动造成的地震,主要有地槽形成过程中形成的地震、岛弧形成过程中形成的地震、地堑形成过程中形成的地震和地背斜形成过程中形成的地震。这些运动造成的地震,都有一个共同点:都会产生垂直的运动,且在运动过程中,随着垂直运动,都会有重力的异常变化。所以,检测区域地壳的垂直变形,及检测区域的重力异常变化,是预测这类地壳运动及地震的重要手段。

首先,根据地球的构造运动规律,找到某一区域的运动方式,然后,根据这一运动方式来分析该处具体运动规律。再对最易产生地震的区域进行连续、系统的地形变和重力异常监测。这种连续、系统的地形变和重力异常监测愈精确,做出的预测和预报就愈准确。所以,为了进行这种类型的精确地形变和重力异常监测,人类有必要发展更加精确、方便、有效的地形变和重力异常监测方法和仪器,从而达到人类准确预测和预报地震的目的。这种测量地形变和重力异常的方法和仪器越精确,人类预测和预报地震的能力越大。

地球的某一区域具有重力正异常(大地水准面负异常),就说明这一区域,在地球重力均衡调整的作用下,会发生下降。地球的某一区域具有重力负异常(大地水准面正异常),就说明这一区域,在地球重力均衡调整的作用下,会发生上升。若没有其它原因的影响,原则上,重力异常一致的区域,上升或下降的速度应该一致。若某一区域或某一点在相同的重力异常下,却没有相应的上升或下降,就说明这一区域或这一点就是应变能积累区。这一区域或这一点,就是地震最可能发生的区域或点。通过计算地形变和重力异常的变化情况,就可推知该处的地震震级,该地震的具体发生时间,则要通过星体引潮力在该处的叠加激发来推断。

现今的方法,对测量海洋的重力异常,是可信的,也是准确的,因为,海底岩石的密度是较为一致的,海水的密度是较为一致的,海洋面是可以精确测量的,所以,大地水准面异常是能精确测量的,通过大地水准面,可能准确地推断海洋的重力异常。但这种方法应用于陆地,因为构成陆地的岩的密度不同,厚度有差异,则只有通过修正才可能间接得到。而要准确修正,必须知道构成陆地岩石的比重和厚度。因为构成陆地岩石的比重目前还不可能准确测量,而且,不同区域陆地块的岩石是变化的。这样,进行修正时,只能以一个估计值(如认为大陆壳的岩石比重为2.67)来进行修正,所以,人类测得的陆地重力异常值的绝对值,相当不准确。本来应是重力负异常的喜马拉雅山区,根据2.67来进行修正后,反而成了重力正异常。这可能就是造成重力正异常的喜马拉雅山,反而不断上升的反常现象的原因。不过,人类可以通过测量相对值(随着时间的变化,该区域或该点的重力变化值)来达到目的。不管是海洋或是陆地,相对值是可以精确测量的,只是现今的仪器精度还不够。

通过以上分析可知,人类要准确预测预报地震的发生,就必须准确预测预报地震发生的地点、时间和强度。时间,可以通过其它星体对地球的引力变化周期来初步推断。要精确的话,还必须准确推算应变能的积累现状才可能达到。地点和强度,也由应变能积累强度来推断。而应变能的积累,由主要通过GPS等水平精确测距方法获得,和通过重力异常及地形变等的精确测量获得。根据水平测距和重力异常测量参数,和地壳运动及重力均衡作用综合推断地震发生的地点和强度。简单来说,人类获得精确的水平测距参数和重力异常及其变化参数,是人类准确预测预报地震的基本前提。在这个基本前提下,组建合理的预测预报模型,参照地形变、地球去气作用、地震前的其它物理现象变化等辅助手段,来精确预测预报地震。研究和发射更精确的水平测距卫星和重力测量卫星,获取动态的水平测距和重力测量变化参数,可能是准确预测预报地震的最有效的方法之一。

9 总结

根据震源的深浅,可将地震分为浅源地震和深源地震。地震的形成,都是因为形变产生差异而造成的。

所以,总的来说,地震,主要发生于冰川形成时地壳断裂或破裂的洋中脊处;冰川消融时地槽形成期的地槽底部破裂处、地台顶部的破裂处、地槽与地台的交界处、上升岛弧或山脉与未上升地壳交界处、海沟处。以上这些地震,都可以认为是板块与板块的交界处。唯一发生在板块内部的是,在大陆板块中形成地堑(或叫地洼)时,加厚上升的地壳与下陷的地堑交界处的地震。当然,若这里断裂,就有可能进一步形成洋中脊式火山喷发,并更进一步地形成新的海洋。这样,也就形成了新的板块,这种火山,也就位于板块与板块之间了。

地壳形成早期,撞击地震形成时,还没有板块出现。撞击地震的形成位置,一般是随机的。

参考文献

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各位若想了解这方面有关的详细情况,请各位参见廖永岩著,海洋出版社20075月版的《地球科学原理》(28.00元)一书。也可以在以下网址找到这本书的详细目录:http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=7010

也可以在以下网址找到有关这本书的部分相关内容:http://www.sciencenet.cn/blog/user_index.aspx?userid=3534

注:本文摘于廖永岩著《地球科学原理》一书



https://blog.sciencenet.cn/blog-3534-8396.html

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