人为地震是由于人为原因造成的地震,如人工爆破、矿山采空区崩塌和开采卸载诱发的矿震、水库蓄水诱发的地震及地下核爆炸引起的地震,此类地震属另一研究范畴。天然地震的成因多而复杂,主要分4大类:构造地震、火山地震、塌陷地震、陨石地震。

图1 地震成因的分类

1.构造地震

图2 1976年7月28日唐山7.8级大地震

构造地震皆因地壳断裂活动而引起。有两种情况,一种情况是某地点由于地应力长期不断的积累,当达到并超过岩石的强度极限时,从岩石最薄弱处产生破裂并发生位移而形成断裂。在岩体破裂、移动的瞬间急剧地释放出长期积累的能量,以弹性波的形式引起地壳的振动,产生地震。震后原受力的岩体迅速形成应力的新的平衡。第二种情况是,已有断裂的岩块因地应力作用而积累能量,达到一定程度后,原闭锁断裂两侧的岩体再一次突然错动,释放能量而形成地震。二者有所不同,第一种情况是新断裂构造形成伴随地震,第二种情况是已有断裂在发展过程中的再次活动形成地震。在地震、地应力活动与断裂构造直接相关。这一本质问题上,二者完全一致。在自然界的地震,更多的是属于第二种情况,如汶川地震、玉树地震。构造地震大多发生在地壳范围以内,特别是在10km~30km 的深度更为集中,它占浅源地震的绝大多数。由于构造地震数量多(构造地震占地震总数的90%),距地表近,对地面的影响大,有史以来巨大的破坏性地震都属于这种类型。我国大陆地震多为构造地震,如1976年唐山7.8级地震、1996年2月3日云南丽江7.0级地震、2008年5月12日汶川地震等都是典型的构造地震,且具有震源浅,灾害损失巨大等特点。因此,也是我国防震减灾研究的重点。

2.火山地震

图3 火山地震示意图

地球的内热使地下深层岩石熔融而成炽热的富含挥发成分的熔融体,即岩浆。在强大的压力下,岩浆沿着地壳中的某些破裂或薄弱处向地壳浅部挤压侵入,一旦到达地表或是溢出或是猛烈喷发,形成火山。在向上运移的过程中,岩浆猛烈冲击岩体或因巨大压力导致岩体中局部应力场变动后的小构造活动产生地震,这种与岩浆喷出活动有关的地震或是与火山活动有关的地震叫火山地震。火山地震约占地震总数的7%。利用火山地震与火山活动之间的内在联系,进行火山地震的观测成为预测火山活动的重要手段。应指出,在火山地区发生的地震并不总是与火山喷发有关。火山与地震都是现代地壳运动的一种表现形式,二者常出现在同一地带。我国吉林长白山天池火山、云南腾冲火山、黑龙江五大连池火山历史上有过多次火山喷发的记载,黑龙江镜泊湖火山、吉林龙岗火山、琼北火山全新世以来有过喷发。近年的观测与研究表明,长白山、腾冲等火山区存在火山地震、高热流、水热活动等,预示着这些火山存在再次喷发的潜在危险。为了预防火山灾害,利用火山资源,从“九五”期间开始,实施了“中国若干近代活动火山的监测与研究”等若干国家重点项目。建立了长白山天池、腾冲、五大连池三个火山监测站,改变我国对活火山不设防的局面。随着研究的深入和国力的提高,我国将有更多的火山得到研究和监测。

3.塌陷地震

图4 塌陷地震

塌陷地震是一种表层地质作用,是岩石在重力作用下,突然塌落、滑动、岩崩等引起的地震。在一些易溶岩石(石灰岩、岩盐等)发育的地区,由于地下水的溶蚀作用,在岩石中造成巨大的空洞,有时发生大范围的顶部塌落,而引起地震。如1935年,我国广西百寿县安和乡地震,就是发生在上泥盆统的石灰岩中。据史料记载,“地震时五六十亩的地方尽成深潭,崩陷时声闻数十里,附近屋瓦震动,二三十里内居民惊骇万状”。有时巨大的山崩、滑坡也会引起地震。例如:1974年4月25日秘鲁曼塔罗河发生了一次惊人的山崩,由此产生了4.5级地震。该山崩的体积为1.6×109m3,造成了大约450人死亡。这次地震是由于土壤和岩石迅速运动中损失的部分位能(重力能)转变为地震波引起的,几百千米外的一些台站清晰地记录到了这些地震波,80km 以外的一个台站测量到该震动的持续时间为3min,这与观测到的土石的滑动速度大约140km/h和滑动距离为7m 是一致的。我国1965年云南禄劝地区发生一次大山崩,约1.7×108m3的土石滑移了5km~6km,落差1700m,直接冲击鲁干山,引起3级左右地震,相距70km~80km 的昆明地震台清晰的记录到这次地震,持续时间达1min。塌陷地震属重力位能释放时形成的地震活动,不仅能量小、影响局限,而且发生的次数也很少,仅占地震总数的3%左右。还应指出的是,构造地震发生时也有陷落与崩塌现象发生,由此所引起的振动则是构造地震的后果。

4.陨石地震

图5 1976年3月8日吉林陨石地震后的陨石碎片

陨石地震是由于宇宙空间的陨石坠落时以很快的速度冲击地表造成的地震。如1976年3月8日下午,一颗陨星以极快的速度坠入大气层中,在我国吉林市北部上空爆炸,形成陨石雨向地面溅落。最大一块陨石重达1770kg,落地后使地面受冲击而振动,被地震台记录下来。相当于3.4级地震。由于陨石降落到地面的机会不多,能量也不大,此类地震并不为人们注意。