地震概述(一)

如果要想比普通人更加了解地震，就要从学术的高度了解地震的机理与性质。

先复习一些概念

地震是一种自然现象，指的是地壳快速释放能量过程中造成的振动，期间会产生地震波。地球上板块与板块之间相互挤压，造成板块边沿及板块内部产生错动，甚至破裂，这也是是引起地震的主要原因。

震源：地球内部直接产生破裂的地方称为震源，它是一个区域，但研究地震时常把它看成一个点。地面上正对着震源的那一点称为震中，它实际上也是一个区域。

震中：根据地震仪记录测定的震中称为微观震中，用经纬度表示；根据地震宏观调查所确定的震中称为宏观震中，它是极震区的几何中心，也用经纬度表示。

震中距：从震中到地面上任何一点的距离叫做震中距。同一个地震在不同的距离上观察，远近不同，数值也不一样。

震源深度：从震源到地面的距离叫做震源深度。

极震区：震后破坏程度最严重的地区，极震区往往也就是震中所在的地区。

我们在这里主要关注构造地震——只有这种地震才会直接造成人员伤亡。

构造地震有哪几种？

第一种称为孤立型地震，有突出的主震，余震次数少、强度低；主震所释放的能量占全序列的百分之九十九以上，主震震级和最大余震相差二点四级以上。

第二种称为主震-余震型地震，主震非常突出，余震十分丰富；最大地震所释放的能量占全序列的百分之九十以上，主震震级和最大余震相差0.7～2.4级。

第三种称为双震型地震，一次地震活动序列中，百分之九十以上的能量主要由发生时间接近，地点接近，大小接近的两次地震释放。

第四种称为震群型地震，有两个以上大小相近的主震，余震十分丰富；主要能量通过多次震级相近的地震释放，最大地震所释放的能量占全序列的百分之九十以下；主震震级和最大余震相差零点七级以下。

地震空区理论（Seismic Gap Theory）

这是一种基于地震周期的预报方法，认为地震是有一定发震周期的。通过一些方法可以计算出一个地区地震发生的周期是多少，通过上一次地震的发生时间，然后就可以估计下一次地震在什么时候发生。

地震周期本身就不易计算，而且，断层的状态受到了太多的因素影响。地震发生后，会对周围的断层造成应力的加载或卸载。如果是加载，就会造成这个断层上地震发生的时间提前，有时候甚至可以提前上百年；如果是卸载，那么会造成地震发生滞后。

弹性回跳理论（Elastic Rebound Hypothesis）

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。地震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。岩层受力发生弹性变形，应力超过岩石弹性强度，发生断裂。

地震层析成像

近年来，地震层析成像技术广泛应用于地球内部结构的研究，取得了丰硕的研究成果。地震层析成像就是通过对观测到的地震波各种震相的运动学（如走时、射线路径）和动力学（如波形、振幅）特性的资料进行分析，用反演反方来反推地下介质的速度结构及其它物性参数等重要信息的一种地球物理方法。

从华县地震说起

来过西安的人可能会到小雁塔看看，不难发现，小雁塔和大雁塔外观最大的区别就是小雁塔没有塔尖。小雁塔本来有十五层，在1556年之后，就只有十三层了。

“明嘉靖三十四年十二月十二日子时，秦晋之交，地忽大震，声如万雷，川原坼裂，郊墟迁移，道路改观，树木倒置，阡陌更反。五岳动摇，寰宇震殆遍。陵谷变迁，起者成阜，下者成壑，或岗阜陷入平地，或平地突起山阜，涌者成泉，裂者成涧，地裂纵横如画，裂之大者水火并出。井泉涸废，新泉涌流，喷高丈余。山移河徙四五里，涌沙、陷没亘数千里。华山诸峪水北潴沃野，渭河涨壅数日。华县、渭南、华阴及朝邑、蒲州等处尤甚。郡城邑镇皆陷没，塔崩、桥毁、碑折断，城垣、庙宇、官衙、民庐倾颓摧圮，一望丘墟，人烟几绝两千里。”明代官吏秦可大在《地震记》中写道：“受祸人数，潼、蒲之死者什七，同华之死者什六，渭南之死者什五，临潼之死者什四，省城之死者什三，而其它州县。则以地之所剥剔近远分深浅矣。” 《明史》对这次地震记载为: “（嘉靖）三十四年十二月壬寅，山西、陕西、河南同时地震，声如雷。渭南、华州、朝邑、三原、蒲州等处尤甚。或地裂泉涌，中有鱼物，或城郭房屋，陷入地中，或平地突成山阜，或一日数震，或累日震不止。河、渭大泛，华岳、终南山鸣，河清数日。官吏、军民压死八十三万有奇。”

这样的记载不胜枚举，但都不难看出，这是中国历史上破坏力最大，死亡人数最多（到今天仍然如此），波及范围最广的地震。

至今秦岭的很多峪口还存在落下来的巨石，以至于壅塞河道，这也是关中大地震的遗迹。

那么，这场地震何以产生这样的影响？又为何会发生？

这次地震属于华山山前断裂。

关中地区分布着数十条断裂带，除了前几年的口镇-关山断裂上发生过一次小型地震，关中地区自古以来少发地震。但是，不排除关中地区近年来发生强震的可能性。

下面给出一篇不属于科普的内容：水力压裂诱发地震，或可解释四川盆地近年来地震多发。

摘 要

俄克拉何马最近广泛的地震活动是几十年来废水注入造成既存的、受严重压力和地震不稳定的断层的活化（reactivation）导致的。然而，活化断层的构造和性质仍然被沉积盖层（sedimentary cover）所掩盖。这里，我们通过地震勘查（seismic surveys）和岩石力学实验（rock-mechanics experiments），来刻画野外的基底断层（basement faults）。野外露头（Outcrop）和卫星测绘（satellite mapping）揭示了广泛分布的断层和断裂（fracture）系统，其走向（trend）与最近的地震线状构造（earthquake lineaments）走向呈现出明显的相似性。我们的三维地震分析（three-dimensional seismic analyses）显示，陡倾斜（steeply dipping）的植根基底的（basement-rooted）断层穿透了上覆的沉积层序（sedimentary sequences），代表了废水迁移的通道。实验稳定性分析表明，俄克拉何马的基底岩石在与近期地震的主要震源深度（dominant hypocentral depths）相关的条件下变得地震学意义的不稳定（seismically unstable）。这些分析表明，俄克拉荷马基底的几何结构、构造和机械稳定性（mechanical stability）使其对地震活化极其敏感。

正文

废水注入（Wastewater injection）可以通过多种触发机制沿已存在的断层诱发地震，触发机制包括在断层带（fault zones）[7]内孔隙压力（pore pressure）的直接增加、和从注入点向远断层的孔隙弹性应力（poroelastic stress）传递[6]。虽然这些机制可能导致断层滑动（fault slip），但诱发的断层滑动可以以稳定蠕变（stable creep）或失稳破裂（unstable rupture）的形式发生，而断裂带的地震稳定性强烈依赖于其组成成分（composition）和加载条件（loading conditions）。尽管人们对常见的结晶岩（crystalline rocks）中的断层稳定性了解甚多，但对经历了构造变形（tectonic deformation）和热液蚀变（hydrothermal alteration）多个阶段的美国大陆中部花岗-流纹岩省（granite-rhyolite provinces）的地震稳定性尚不清楚。此外，在俄克拉荷马州的一些地区，大量的废水注入仅引起了有限的地震活动，这一事实提出了以下问题：（1）注入区与基底之间的水力连通性（hydraulic connectivity）；（2）基底的流变学和应力状态。俄克拉荷马州的基底岩石形成了横跨美国中部大陆的前寒武纪火成岩省（Precambrian igneous province）的一部分（图1c）。因此，我们设想，对俄克拉何马诱发地震活动有更好的了解，并对其基底断层的性质有更好的认识，就可以制定出降低有害诱发或触发地震的可能性的注入策略。这种缓解策略可以应用到具有类似美国中部俄克拉何马基底的地区，以及世界上其他存在废水注入作业的地区。在此，我们指出在理解俄克拉何马大范围诱发地震活动性的控制机制方面的不足。研究了俄克拉何马南部前寒武纪基底出露部分、地震活动区的地下基底断层的构造，并实验测定了基底岩石在原位条件下（in situ conditions）的地震稳定性。这些分析提供了基底构造与当前地震之间的首次关联证明（first documented link），揭示了废水注入地（wastewater injection intervals，这里愚以为interval应该译为一个形容场所的名词而非“间隔”）与更深的前寒武纪基底之间的潜在通道（potential pathways），并解释了地震震源（earthquake hypocentres）的深度分布。

原文：The susceptibility of Oklahoma's basement to seismic reactivation，F. Kolawole 1 , C. S. Johnston  , C. B. Morgan  , J. C. Chang  , K. J. Marfurt  , D. A. Lockner    , Z. Reches  and B. M. Carpenter；Nature