发布时间 : 星期三 文章地震的成因更新完毕开始阅读652946ef102de2bd9605881a
地震的成因
1.1 前言
在古代世界很多地震区人民对地震都有宗教性的解释。中国常以“天人感应”将地震与社会的变动相联系，日本则认为地震是由地下一个状似鲶鱼的神灵所控制。对古代地震的许多引喻可在《圣经》和当时其他宗教著述中见到。
然而，早在希腊科学发展的早期，其实践者已开始考虑用地震的物理原因取代民间传说和神话提示的神学原因。公元前526年逝世的安乃克西门内斯（Anaximenes）认为地球的岩石是震动的原因：当岩体在地球内部落下时，它们将碰撞其他岩石，产生震动。一些自然现象，诸如杰里科城墙的倒塌和红海的开裂，曾被那些不迷信超自然事件的人解释为地震的结果。泽卡利亚（Zechariah）的书中甚至有一段对地震成因的卓越描述：“橄榄山将从中间劈开，一半向东，另一半向西，那里将出现一个大谷；山的一半将向北移，另一半向南移动。”这一段文字叙及的岩石滑动和地震之间的物理联系直至20世纪末才被人们理解，这表明古希腊人已经对地震成因的物理学理解迈出了第一步。第一个关于地震物理原因的全面解释是由希腊学者亚里士多德（Aristotle）（公元前384～322年）提出的。他不是从宗教或占星术中寻找地震成因的解释，而认为地下火将烧毁地下洞穴的支护，洞顶坍塌将导致像地震一样的震动。
18世纪，受伊萨克·牛顿爵士有关波和力学著述的强烈影响，自然科学的新时代开始了。在牛顿力学影响下的科学家和工程师开始发表研究报告，把地震和穿过地球岩石的波联系起来。这些研究报告很重视山崩、地面运动、海平面变化等地震地质效应和建筑物毁坏。里斯本地震是现代“地震学之父”之一的英国工程师米歇尔（Michell）（1724～1793年）灵感的主要源泉。他试图用牛顿的力学原理讨论地震动，相信“地震是地表以下几英里岩体移动引起的波动”。1899年印度地质调查所发表了一份描述1897年6月12日印度东北部阿萨姆地震的报告，调查所所长奥尔德姆（Oldham）在报告中非常仔细地描述了地面晃动，做出地面晃动速度的推断，并应用仪器记录了地面上升的数据。奥尔德姆掌握的证据支持了岩石的大规模翘曲和断裂产生地震的假说。
理解地震成因的转折点来自对1906年4月18日震撼美国加利福尼亚的旧金山地震的研究。地震调查委员会的报告指出，强烈的地面摇动是由圣安德烈斯大断层突然错动产生的，该断裂从墨西哥边界一直延伸到旧金山以北达400多千米，断裂西侧的岩块向北错动了好几英尺。
除上述断裂产生地震的学说之外，其他比较重要的地震成因假说还有岩浆冲击成因说和相变成因说。岩浆冲击说在火山地区受到重视,因为那些地区的岩浆活动相当普遍。火山地震就是岩浆冲击的结果。火山地震一般不大，涉及区域也不广。中国除台湾省外，大陆上绝大部分地震都与火山无关。相变成因说认为当地下的温度和压力达到一定临界值时，岩石所含矿物的结晶状态可能发生突然的变化，从而使岩石体积也发生变化，这样就可以产生地震。自从板块大地构造学说提出后，地震的相变成因说已失去重要的依据。
现代关于地震成因的解释基于大陆漂移、板块运动和弹性回跳学说。 1.2.1大陆漂移说
大陆之间相互移动的猜测可追索到20世纪以前，早期的世界地图已清楚地表明非洲和南美洲相对海岸线的“锯齿状拟合”。远在1801年，洪堡（Humboldt）及其同时代的科学家们已经提出，大西洋两岸的海岸线和岩石都很相似。1912年德国气象学家魏格纳（Wegener）对大陆漂移做出了系统论述，魏格纳假定一个超级泛大陆于3亿年前破裂，其碎块漂移出去形成现今的七大洲，同时提出了大陆的外形、古气候学、古生物学、地质学、古地极迁移等大量证据。
例如，南美和非洲都能见到的具有类似蝾螈的骨骼构造的淡水爬行动物中龙，它不可能游过大洋；大西洋两岸的古生代海相无脊椎动物化石组合很相似；南极洲三叠系中有许多陆生爬行动物的化石在其它大陆上同样存在；二叠纪舌羊齿植物群（一个独特的植物组合）的种子蕨化石，见于南方的各个大陆和印度。
在北大西洋两岸的两块大陆，有一条非常重大的古山系，被称为加里东山脉。如今在大西洋东岸的挪威看到的是山系的西段，这条山系通过爱尔兰以后似乎淹没在大西洋下。可是在加拿大的纽芬兰则有一个古山系仿佛从大西洋里爬上来，它和欧洲的加里东山脉有许多相同之处。这个在北美出现的山系被称之为老阿巴拉契亚山脉。魏格纳认为北美的阿巴拉契亚山脉曾一度和欧洲的加里东山脉相连。如果把大陆拼合在一起，就形成一条连续的山系。在北大西洋两岸的两块大陆，有一条非常重大的古山系，被称为加里东山脉。如今在大西洋东岸的挪威看到的是山系的西段，这条山系通过爱尔兰以后似乎淹没在大西洋下。可是在加拿大的纽芬兰则有一个古山系仿佛从大西洋里爬上来，它和欧洲的加里东山脉有许多相同之处。这个在北美出现的山系被称之为老阿巴拉契亚山脉。魏格纳认为北美的阿巴拉契亚山脉曾一度和欧洲的加里东山脉相连。如果把大陆拼合在一起，就形成一条连续的山系。
岩石中含有磁性矿物，在地球磁场的影响下，岩石形成时就受到磁化，从而保存了它们形成时间和地点的地球磁场方向的古地磁记录。通过对岩石所记录的古磁场的倾向和倾角的测量，可以计算岩石形成时地球磁极的位置。人们从各个大陆不同时代的地层里测出几千个古磁极的位置，连接任一大陆不同时期的古磁极的线，就是那个大陆的视极移曲线。将各大陆视极移曲线比较，调整的结果表明，在2亿年前的所有大陆曾是一块共同的大陆。
大陆漂移说能够解释许多地质学问题，但在约10年时间内没有受到地质学界的重视。受当时地球内部构造和动力学知识的局限，大陆漂移及其动力学机制得不到物理学上的支持，在几十年间遭到许多地质学家的强烈反对、始终是辩论的焦点。魏格纳最后因寻找证据而去世,他的尸体在第二年才被发现。
20世纪60年代，随着抛弃洋底稳定不动的海底扩张学说提出，人们对大陆漂移的兴趣又复萌了。大陆漂移的支持者们认真地提出了地球内部软弱带支承着刚性较大的地质“筏”的概念。接近熔融状态的软流圈比岩石圈软，刚性岩石圈浮在这层粘性物质上，以百万年的时间尺度缓慢地移动。这一解释不再像50年前那样因受到批评而沉默，在此基础上发展了板块构造原理。
1.2.2板块构造原理
这一学说认为地球的岩石圈分裂成为若干巨大的板块，岩石圈板块在塑性软流圈之上发生大规模水平运动；板块与板块之间或相互分离，或相互汇聚，或相互平移，引起了地震、火山和构造运动。板块构造说囊括了大陆漂移、海底扩张、转换断层、大陆碰撞等概念，为解释全球地质作用提供了颇有成效的格架。
1960至1962年期间，美国科学家赫斯（Hess）、迪茨（Dietz）在大陆漂移和地幔对流说的基础上创立海底扩张说。1965年加拿大学者威尔逊(Wilson)建立转换断层概念，并首先指出，连绵不绝的活动带将地球表层划分为若干刚性板块。1968年，科学家赛克斯（Sykes）等进一步阐述了地震与板块活动之间的联系，并将这一新兴理论称作“新全球构造”。目前常用的术语“板块构造”，是法国科学家勒皮雄（LePichon）、美国科学家麦肯齐(McKenzin)和摩根(Morgan)在1969年提出的。70年代以来，板块学说逐步渗透到地球科学的许多领域。
板块是由地震带所分割的岩石圈单元，因横向尺度比厚度大得多而得名。狭长而连续的地震带勾划出了板块的轮廓，是板块划分的首要标志。全球岩石圈可划分为六大板块：欧亚板块、非洲板块、美洲板块、印度板块（或称印度洋板块、澳大利亚板块）、南极洲
板块和太平洋板块。有人将美洲板块分为北美板块和南美板块，则全球有7大板块（图1.2.2-1）。根据地震带的分布及其他标志,人们进一步划出纳斯卡板块、科科斯板块、加勒比板块、菲律宾海板块等次一级板块。板块的划分并不遵循海陆界线（海岸线），也不一定与大陆地壳、大洋地壳之间的分界有关。大多数板块包括大陆和洋底两部分。太平洋板块是唯一基本上由洋底岩石圈构成的大板块。
海底扩张是板块运动的核心，板块从大洋中脊轴部向两侧不断扩张推移。就板块的相对运动方向而言，海沟和活动造山带是板块的前缘，大洋中脊则是板块的后缘。脊轴是软流圈物质上涌,岩石圈板块生长的地方,其热流值很高，岩石圈极薄（厚仅数公里），水深较浅（平均在2500米左右）。随着板块向两侧扩张，热流值与地温梯度降低，岩石圈逐渐增厚，密度升高，洋底冷缩下沉。大洋边缘的古老洋底岩石圈的厚度约100公里,水深可达6000米左右。洋底水深是洋底年龄的函数。新生的洋底岩石圈下沉最快，下沉作用随时间呈指数衰减。这解释了以下事实：大洋中脊斜坡在靠近脊顶处坡度较陡，远离脊顶坡度逐渐减缓；快速扩张的洋脊边坡较缓（如东太平洋海隆），慢速扩张的洋脊边坡较陡（如大西洋中脊）。
若大陆与洋底组成同一板块,这时陆-洋过渡带构成稳定（或被动）大陆边缘；若大洋板块在洋缘俯冲潜入地幔，则形成活动(或主动)大陆边缘。周缘广泛发育被动大陆边缘的大洋逐渐扩张展宽，周缘广泛发育活动大陆边缘的大洋则收缩关闭。在面积不变的地球上，一些大洋的张开必然伴随着另一些大洋的关闭。因此，大洋的开合与大陆漂移都是板块分离和汇聚的结果。
引起板块运动的机制是当前尚未解决的难题，许多学者提出不同的看法，主要有：①主动驱动机制,认为下插板块因温度较低和相变导致密度增大,可以把
整个板块拉向俯冲带；或设想上侵于大洋中脊轴部的地幔物质能把两侧板块推出去；板块还可以沿中脊侧翼倾斜的软流圈顶面顺坡滑移。在这些机制中，板块与下伏软流圈相互脱离，板块的移动是主动的，而不是由软流圈地幔流所带动；板块的持续运动导致地幔中产生反方向的补偿回流（图5）。主动驱动机制的弱点是，岩石圈必须先通过别种机制破裂成板块，它难以解释联合古陆的破裂，也难以解释大洋中脊和俯冲带开始是如何形成的。②不少学者主张板块由地幔对流所驱动，可称被动驱动机制。但是，还缺乏地幔对流的直接证据，也不了解对流的确切性质、涉及范围和具体形式。
板块构造说以极其简洁的形式（最基本的就是板块的生长、漂移、俯冲和碰撞），深