地球动力系统——地震灾害的诠释

中国大陆地震构造及现今地球动力学若干问题~

叶洪　陈国光　郝重涛　周庆
（中国地震局地质研究所，北京　100029）
摘要　在现今地球动力学体制下，中国大陆板块内部的构造活动表现为6个各具特色的构造运动及内部变形的一级块体（青藏块体、甘新块体、东北块体、华北块体、华南块体及东南沿海块体。中国大陆地震活动与现代构造运动受制于特提斯－喜马拉雅构造带及西太平洋构造带两方面的影响。中国大陆西部现代构造运动的力源主要来自印度板块与欧亚板块的碰撞，而中国大陆东南地区及东北地区则主要分别受菲律宾海板块及太平洋板块的影响。华北的情况比较复杂，太行山以西的华北西部以特提斯－喜马拉雅构造带的影响为主，郯庐带以东的华北东部以西太平洋构造带影响为主，介于以上两者之间的华北中部地区可能是两种影响混杂的过渡地带。大陆板内各个块体之间的边界在很多段落上表现出弥散性变形的特点，它们之间的相对运动幅度是有限的，这些都与岩石圈大板块之间的相对运动及变形方式有很大不同。在上述块体内部，应变能的释放主要沿着原有的构造软弱带进行。在中国大陆东部的各个块体内古裂谷或被动大陆边缘的地壳颈化带是最重要的构造软弱带。而在中国大陆西部，一些古生代以来褶皱带的主边界断裂或主中央断裂仍是当地主要的构造软弱带。大地震往往沿着上述构造软弱带成带状分布。板内大地震复发间隔的统计结果表明，中国大陆板内块体运动及变形的速率比板块边界要小一到两个数量级，这对板内块体运动学模型是一个重要的限定。
关键词　地震构造　地球动力学　中国大陆
1　引言
从本世纪初阿尔冈（E.Argand）最早提出喜马拉雅大陆碰撞的设想算起，中国大陆地球动力学问题的研究已经经历了中、外学者好几代人的努力。到目前为止，这仍是世界上地球动力学研究的一块热土。各种科学基金及国际协作组织争相立项，各国地球科学家纷至沓来，都想在中国大陆内部地球动力学的研究中占有一席之地。
中国大陆的这一科学魅力首先来自于它在全球构造格架中所占的独特的构造位置（图1）。从全球构造的角度看，中国大陆正好处在目前世界上最大的两条全球规模巨型挤压构造带：特提斯－喜马拉雅构造带与环太平洋构造带的接合部位。特提斯－喜马拉雅构造带代表着全球规模南、北大陆的聚敛与碰撞，它横贯欧、亚、非三洲自西向东延伸，在中国大陆内部东经104°附近嘎然终止。这一巨型构造在这里的突然收尾，显然是因为受到了近南北向西太平洋构造带的阻挡，在这里它的巨大的近南北向压缩变形必须以某种方式与西太平洋边缘近东西向板块聚敛运动影响下的中国大陆东部构造变形相协调。

图1　中国及邻区现代板块及板内运动示意图

中国大陆地质的另一个重要特点是它本身的复杂拼合结构。中国大陆既不同于典型的北大陆地块（如西西伯利亚、俄罗斯），也不同于典型的南大陆地块（如非洲、澳大利亚、南美等）。它是由部分北大陆碎块、部分南大陆碎块以及若干位于南、北大陆之间的小陆块拼合而成的。在漫长的拼合历史过程中，围绕着相对比较刚性的古陆块形成了大量相对比较韧性的不同年龄褶皱带。
中国大陆基底这种软硬相间的拼合结构，加上上述两个超级构造动力学系统在这里的强烈对抗与相互协调，必然使其现代构造运动及变形表现出独特的复杂性及多样性。中国大陆内部一系列令世人瞩目的现今地球动力学现象就是在这样的构造背景下发生的。例如：青藏高原的快速隆升、缩短、地壳增厚及向东挤出；天山、阿尔泰山的再生隆起与塔里木、准噶尔盆地边缘的快速沉降；华北一系列新生代裂谷盆地的拉开与迁移；华南地块的持续缓慢隆升及东移；菲律宾海板块与欧亚板块在台湾东部斜向碰撞及其在中国东南沿海引起的挤压剪切变形等，这些都与在现今地球动力学体制下中国大陆内部软硬相间块体间的相对运动有关。这些热点课题的研究不仅具有区域性意义，而且对于认识整个地球大陆岩石圈构造行为及变形机制具有普遍意义。
地震构造分析历来是研究现今地球动力学的一个重要途径，从构造地质学的角度来看，地震就是岩石圈构造变形过程中的破裂－错动事件。目前已有日趋成熟的地震地质学及地球物理学方法可对地震与构造的关系进行系统研究，包括各次地震的构造力学背景、震源破裂过程以及地震活动在最近地质历史时期的时空分布规律等。这些研究成果对认识大陆内部现今地球动力学过程，特别是大陆内部块体相对运动及块体内部变形无疑具有十分重要的意义。
近十多年来，配合联合国国际减灾10年计划，我国在地震区划、重大工程及城市地震危险性分析等方面开展了广泛的工作，这些工作涉及到地震构造方面的一系列基础研究。由此产生的大量研究成果，是我们进一步认识中国大陆现今地球动力学过程的新的基础。在本文中，作者想应用近年来在地震区划及工程地震工作中积累与收集到的各种地震活动性、震源机制、古地震、大地震地表破裂及形变带等资料，对中国大陆地震构造特征作一次再分析，在此基础上，从地震构造的侧面对中国大陆现今地球动力学研究中大家关心的某些问题作概要的讨论。
2　中国地震构造分区及大陆板内块体
地震的空间分布曾是确定现代岩石圈板块边界的重要依据，同样，大陆板块内部现代构造运动的块体性，在地震的空间分布上也有相应的反映。但是，由于板内地震分布的弥散性，情况比较复杂，研究方法也应有所不同。对于岩石圈板块，一般根据巨型地震带的展布，就可以相当明确地划分板块边界，而对于板内块体，除了需要考虑地震空间分布外，还需要更多地从地震构造的区域特点上去进行分析，也就是首先需进行地震构造分区。
根据地震空间分布及地震构造的区域性特点。我们将中国划分为以下10个地震构造区（图2）：甘新地震构造区、青藏地震构造区、喜马拉雅地震构造区、东北地震构造区、华北地震构造区、华南地震构造区、东南沿海地震构造区、台湾中西部地震构造区、台湾东部地震构造区、南海地震构造区。
上述10个地震构造区中，有两个地震构造区，即喜马拉雅地震构造区及台湾东部地震构造区分别与喜马拉雅板块碰撞带及台湾东部板块碰撞带相对应。另有两个地震构造区，即台湾中西部地震构造区及南海地震构造区，可看作是板缘及板内构造区的过渡。其余的6个地震构造区则具有板内地震构造区的性质。
将这6个板内地震构造区的位置与前寒武纪结晶基底的分布进行对比，可以看出，上述板内地震构造区大多都是以一两个前寒武纪古陆块为核心，古陆地之外，一般围绕着古生代以来的褶皱带。例如：华北地震构造区是以著名的中朝地台为核心的；东北地震区以松嫩地块为核心，周边为古生代褶皱带；华南地震构造区以扬子地台西部为核心，东侧围绕有古生代褶皱带；东南沿海地震构造区大致以华夏古陆块为核心；甘新地震构造区由塔里木地台、准噶尔地块以及发育其间的古生代褶皱带组成；青藏地震构造区的情况比较特殊，它主要是由古生代以来各个时代的褶皱带组成，但其中夹杂着一系列较小的古陆块，如：柴达木地块、羌塘地块、冈底斯地块、松潘－碧口地块等。上述各个地震构造区具有各自独特的现代构造应力场特征、地壳变形和地震能量释放方式以及块体运动方向。因此应被看作是在现代构造运动体制下中国大陆板内的一级块体。

图2　中国震中分布及地震构造分区

Ⅰ—甘新一级地震构造区；Ⅱ—青藏一级地震构造区；Ⅲ—喜马拉雅地震构造区；Ⅳ—东北一级地震构造区；Ⅴ—华北一级地震构造区；Ⅵ—华南一级地震构造区；Ⅶ—东南沿海一级地震构造区；Ⅷ—台湾中西部地震构造区；Ⅸ—台湾东部地震构造区；Ⅹ—南海地震构造区
这些大陆板内块体的边界一般沿袭先存的断裂带或古陆块缝合线发育，但并不一定与前期构造单元的边界完全吻合。
与板块边界的情况不同，板内块体边界的地震活动性在许多段落上表现出明显的弥散性，地震活动的强度也很不均匀。依据地震活动性的强度及分布特点可以将板内一级块体的边界分为三种类型：
（1）线性快速运动边界。例如青藏块体北边界，沿着阿尔金断裂、祁连山山前断裂发生大规模走滑运动，地震密集分布，这类板内块体边界，类似于板块边界，边界两侧块体间的相对运动速率较大，最大可达到1cm/a左右的量级。
（2）弥散型运动边界。例如青藏块体东缘及华北块体与华南块体边界的西段，地震沿着多条断裂呈宽带状分布，块体间的相对运动，总体来说可能有相当大的幅度，但位移不是沿着一、两条主干断裂发生的，而是通过有相当宽度的弥散型变形（distributed deformation）来实现的。
（3）微弱运动边界。例如华北块体与东北块体的边界，华北块体与华南块体边界的东段，华南块体与东南沿海块体之间的边界，地震活动性不强，块体间的相对运动微弱。
板内块体边界地震活动的这些特征说明大陆板块内部块体的相对运动与板块间的运动相比，在活动强度与方式上均有很大差别。
3　中国大陆板内一级块体运动模型
在现今地球动力学体制下，中国大陆内部的各个板内块体，都以各自不同的方式进行着相对运动及内部变形调整[25]。地震的震源机制解及大地震所产生的地表破裂带为研究大陆内部现代构造应力场及块体构造运动模型提供了重要依据（图3、图4）。根据我国大量地震震源机制解[5]及50多个大地震的地表破裂带[3,4,23,27～29,31～36]，我们对大陆内部块体的现代构造运动得到如下认识：
中国西部受印度板块推挤向北运动，总的来说表现为近南北方向的地壳压缩变形并相对于中国东部向北作右旋扭动。其南部的青藏块体内主要是由古生代以来各个时代的褶皱带组成。虽然内部及边缘有小块古陆块卷入，但总的来说比较韧性，因此，内部变形调整量较大，整个块体发生强烈压缩变形，地壳加厚，地面隆升。由于它处在特提斯－喜马拉雅构造带的尾部，南北向挤压具有明显的不对称性，其西侧的挤压强于东侧的挤压，造成青藏块体在向北运动过程中同时向东呈喇叭型挤出，其北部向北东东方向运动，其南部向南东东方向运动。位于青藏地块以北的甘新块体主要由刚性较强的古陆块组成，在古陆块之间夹持着相对比较韧性的褶皱带。在青藏块体的推挤下，甘新块体向北运动，现代构造应力场主压应力方向近南北向，内部变形调整主要表现为古陆块间的褶皱带的压缩变形与地壳增厚，致使原来已经夷平的天山、阿尔泰等古生代褶皱带上升形成再生山脉。

图3　中国地震震源机制解


图4　中国大地震地表破裂带

中国大陆东部的基底由松辽、华北、扬子、华夏等古陆块及围绕着这些古陆块的古生代至早—中生代褶皱带组成。以上述古陆块为核心，自北向南形成东北块体、华北块体、华南块本及东南沿海块体，其中受西部动力学过程影响最大的是华北块体。华北块体的西部现代构造应力场主压应力方向为北东东向。受甘新块体及青藏块体向北及北东方向运动的影响，沿着近南北及北北东方向的断层发生右旋张扭运动并在尾端形成北东或近东西向的拉张盆地。这一运动形式在太行山以西表现得最为典型，并可部分影响到郯庐带以西的华北中部地区。郯庐带以东的华北东部地区现代构造应力场主压应力方向为近东西向，地震断层往往表现为北东及北西两组共轭剪切断层的活动，这一情况与华北西部地区的以北北东向右旋扭动为主的张扭性活动方式明显不同，说明华北东部地区的现代构造活动主要是受西太平洋边缘板块运动的影响。震源机制结果还表明：这一来自西太平洋边缘构造带的影响可以越过郯庐带影响到华北中部地区。因此位于太行山以东及郯庐带以西的华北中部地区是受东西两种影响混杂的过渡地带。以华夏古陆残块及沿海晚古生代，早中生代褶皱带为基底的东南沿海块体明显受到菲律宾海板块吕宋弧与台湾陆壳碰撞的影响，现代构造应力场主压应力方向为北西西向，沿海有一系列等间距排列的北西－北北西向张扭性断裂及北东东向压扭性断裂，北东走向的山地缓慢隆起，地震活动强度从沿海向内陆海逐渐减弱。位于东南沿海块体与青藏块体之间的华南块体其西半部基底为扬子古陆块，东半部基底由加里东褶皱带组成。在东南沿海块体及青藏块体的东西两侧挤压下缓慢隆升，现代构造应力场主压应力方向也为北西向，但现代构造活动较弱，是中国大陆地震活动强度最低的块体。东北块体的基底为松嫩古陆块及其周围的褶皱带，受太平洋板块俯冲及日本海小板块反向俯冲的影响，现代构造应力场主压应力方向为近东西向。
4　大陆块体内部变形及应变能释放方式
4.1　块体内部构造软弱带
地震的空间分布表明中国大陆板块内部应变能的释放除了沿着上述板内一级块体的边界进行外，还有相当一部分是在块体内部沿着各种先存的构造软弱带进行的。当先存的构造软弱带方向与现代构造应力场最大剪应力方向相近时，具有最大的活动性。
中国大陆东部的前寒武纪古陆块特别是华北地块，在中、新生代时期曾普遍遭受过裂谷作用的改造。在裂谷强烈扩张时期，沿着裂谷带上地幔软流圈上拱，地壳减薄，形成地壳颈化地带[17]。地壳颈化带是中国大陆东部重要的构造软弱带，华北的板内大地震大多沿着这些地壳颈化带展布。例如，汾渭带、银川－河套带、华北平原带、郯庐带中段等。东南沿海最重要的一条地震带——广东滨海地震带，则与南海第三纪扩张时形成的被动大陆边缘地壳颈化带有关。
在中国大陆西部，一些晚古生代或中生代褶皱带的主边界断裂或主中央断裂仍是当地最重要的构造软弱带，许多大地震沿着这些地带分布。
4.2　块体内部主要变形方式
4.2.1　走滑及共轭剪切网络
从地震震源机制及大地震地表破裂及变形带上可以看出，走滑断层作用是中国大陆板内地块内部最常见的变形方式。无论是中国东部地区还是西部地区，大部分地震都是以走滑错动分量为主的。走滑一般沿着那些与现代构造应力场的最大剪应力方向相近的原有构造软弱带发生。由于最大剪应力是成对出现的，因此在适当的条件下会形成各种规模的共轭剪切网络。例如，在华北地块的中部，主压应力方向以北东东向为主，地震大多沿着北北东向古近纪古裂谷地壳颈化带及北西西向古裂谷横向断裂发生，形成锐角指向北东东的共轭剪切网络。在东南沿海地块存在着锐角指向北西西的较小规模的共轭剪切网络。
4.2.2　走滑拉分
走滑断层引起的尾部拉张或错列部位拉张，是中国大陆东部地区常见的另一种块体内部变形方式。中国大陆东部有一部分地震的震源机制解具正断层性质，它们都是由走滑拉分引起的。特别是华北地块的西部，因受到青藏地块向东北方向的推挤，沿着北北东方向及近南北向的右行走滑断层发育一系列北东走向至近东西走向的走滑拉分盆地。这些盆地的边缘及内部主要断层大多以正断层或正－走滑断层为主。例如图3所示河套盆地1979年五原地震，即是典型的正断层。
4.2.3　逆冲及地壳缩短
在中国西部，除了走滑断层引起的地震外，尚有相当一部分地震是由逆冲断层引起的。例如图3所示的1963年乌恰地震、1965年乌鲁木齐地震、1969年乌什地震，以及1985年乌恰地震等。地震资料还表明，在中国西部即使是走滑断层性质的地震也往往都含有逆冲断层的分量。由此可见，逆冲作用以及与此相伴的地壳缩短作用在中国西部板内地块内部的变形中起了重要作用。可以这样说，在中国西部，板内块体内部变形及应变能的主要释放方式是走滑加逆冲，而在中国东部，则是走滑加拉分，两者形成明显对比。
4.2.4　块体旋转
近来块体旋转在大陆板内块体运动及内部变形中所起的作用日益受到重视。一些研究结果曾指出华北地块西部的鄂尔多斯块体存在着反时针旋转。另一些研究结果则指出在青藏地块的东缘，存在着一系列北西向小地块的顺时针旋转。我们设想由于板内块体运动受到周围环境的限制，不可能像岩石圈板块那样作大幅度的平动，因而往往需要用块体转动来调整各自的位置及释放应变能量。
著名的“南北地震带”沿着特提斯－喜马拉雅构造带收尾的部位展布。它是中国西部大陆相对于东部大陆作右旋扭动的结果。沿着南北地震带，发生较多的块体旋转不是偶然的，它说明块体旋转可能在调节中国西部及东部这两个截然不同的构造变形区方面，起了相当重要的作用。由于西部大陆相对东部大陆作右旋扭动，因此南北地震带以西的块体转动多为顺时针方向，其以东的块体旋转多为反时针方向。
5　大地震复发周期与板内块体运动及内部变形速率
近十多年来迅速发展起来的史前地震研究对现有地震资料是一个极有意义的补充与外延，它不但大大拓宽了我们对地震空间分布的视野，并且使我们对地震事件在最近地质历史时期的时、空分布规律开始获得某些认识[24,26]。
我国现在通过野外地震地质考察发现并进行过年代测定的全新世史前地震遗迹已达近百处[6]。在很多地方通过详细的槽探工作，证实了史前地震事件的多次重复，并采用14C，热释光，ESR等多种测年手段估算了大地震的复发间隔。
从表1列出的史前地震复发间隔时间可以看出，青藏块体及其周边大地震的复发间隔一般在1000～2000a；甘新块体大地震的复发间隔约为2000～3000a；华北块体的大地震复发间隔一般为2000～5000a或更长，这与板缘地震带大地震复发间隔仅为100～200a相比，相差了一到两个数量级，这一事实与上面提到的板内块体边界运动的弥散性及微弱性均表明大陆板内块体的相对运动速率及规模是有限的。在周边板块的推挤下，中国大陆内部块体之间存在着一定幅度的相对运动，并以此来调节板块间的运动，但是否像某些外国学者所认为的那样普遍存在水平运动年速率高达厘米级的大陆挤出运动（continental escape），看来是很值得商榷的。

表1　中国大陆史前地震事件重复间隔

从大震复发间隔的时间来看，可以认为在中国大陆内部年速率达厘米级的板内块体水平运动是很个别的。板内一级块体的边界及内部主要活动断裂一般具有毫米级的水平运动速率，西部较高、东部较低。同时在中国大陆东部相当普遍地存在着低于毫米级的缓慢或极缓慢板内断裂活动。需要指出的是，在这里“缓慢”或“极缓慢”仅只是相对于板缘的活动速率而言的。这些“缓慢”或“极缓慢”的板内断裂活动同样可以造成破坏性地震的发生并留下各种构造形迹，只不过其复发周期相对较长，时间非线性特征更加复杂而已。而这，正是板内地震预报及工程地震安全性评价的难点之所在。
6　结语
地球动力学研究的进展，在很大程度上依赖于观测技术的发展。在某种意义上甚至可以说，有什么样的观测技术，就会有什么样的地球动力学。
尽管近十多年来，人们在深部探测、地球物理资料解释、空间技术的应用、地球化学及地质测年技术方面取得不少重要进展。但是应该看到，就整体而言，我们对地球深部的探测能力及对地质历史的追溯能力目前仍然是相当有限的。存在着许多观测能力上的“盲区”及“模糊区”。在这种情况下，目前的不少推断与解释（包括本文中提出的一些认识）只具有阶段性的意义，其中有一些日后可能被证实为不充分资料基础上的误解。
在未来的一二十年内，地球动力学研究能取得多大进展不完全取决于地球科学家的努力，它在很大程度上还取决于人类整体科学技术水平所能提供给地球科学家的技术支持能力。不过，作为一个地球科学家也不应该仅仅只是等待别的学科的发展给自己带来新的“技术利剑”，而应该主动地到别的学科的武器库中去寻找，应该主动跟踪别的学科的技术发展前沿，或者再加上自己的“创意”，组装出地球科学新一代的“干将”与“莫邪”。
致谢　本论文是在国家自然科学基金项目（编号49572155）及中国地震局重点项目（编号85-07-01及95-05-02）的支持下完成的。作者感谢丁国瑜、马宗晋、汪一鹏、邓起东、张裕明、时振梁、高维明，多年来在地震地质工作中给予的各种支持与帮助，感谢北京大学钱祥麟老师在中国区域构造及大陆结晶基底方面给予的热情指教。此外，周永东、杨文龙、张华等曾在不同程度上参与本项工作，在此一并致以诚挚谢意。
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地震的原理是什么？我们如何得知

(一)地球动力系统

1.大陆漂移

见第一章第三节内容。

2.海底扩张

20世纪60年代初,海底调查有3个较为重要的成果,为海底扩张说的建立准备了条件:①全球大洋中脊及中央裂谷的发现;②海沟及毕尼奥夫带的发现;③洋底地壳的新认识。

在海沟岛弧系中,地表都位于靠大陆一侧,而且正是这种系统中才出现深源地震,并且震源深度的变化是很有规律的,在近海沟处都是浅源地震,远海沟处出现中源地震,到大陆内部出现深源地震,也就是,这一地震带中震源排列成为一个由海沟向大陆方向倾斜的面(图2-95),其倾向一般45°左右,这一带称为毕尼奥夫带。

图2-95 贝尼奥夫上的震源分布剖面图

海底地质新成果与新资料的积累,加之大陆漂移说的重新兴起,迎来了地球科学理论上的一场重大革新。20世纪60年代初,美国地质学家赫斯(Hess,1962)和迪茨(Dietz,1961)首先提出了海底扩张说。这一学说认为,大洋中脊顶部是地幔物质上升的涌出口,上升的地幔物质冷凝形成新的洋壳,并推动先形成的洋底逐渐向两侧对称扩张。随着热地幔物质源源不断地上升并形成新的洋底,先形成的老洋底不停地向大洋两缘扩张推移,洋底移动扩展的速度大约是每年几厘米(图2-96)。

图2-96 海底扩张

3.转换断层

1965年,加拿大学者威尔逊(Wilson,1965)指出,这种横断大洋中脊的断裂带不是一般的平移断层,而是自中脊轴部向两侧的海底扩张引起的一种特殊断层,威尔逊称之为转换断层。

转换断层具有不同于一般平移断层的特征(图2-97)。其一,如果是平移断层,则随着时间的推移,断层两侧的洋脊将越离越远;但如果是转换断层,虽然中脊轴两侧海底不断扩张,断层两侧洋中脊之间的距离并不一定加大。其次,如果是平移断层,错动是沿整条断裂线发生的;至于转换断层,相互错动仅发生在两侧中脊轴上段落上,在该段落以外的断裂带上,断层两侧海底的扩张移动方向相同,其间没有相互错动。第三,转换断层中相互错动段的错动方向,恰好与平移断层中把洋脊错开的方向相反,这一点是转换断层和平移断层的最重要区别。

图2-97 平移断层与转换断层(http://underseas.cn)

4.板块构造

板块构造学说的基本思想是:固体地球上层在垂直向上可划分为物理性质显著不同的两个圈层,即上部的刚性岩石圈和下部的塑性软流圈;刚性的岩石圈在侧向上可划分为若干大小不一的板块,它们漂浮在塑性较强的软流圈上做大规模的运动;板块内部是相对稳定的,板块的边缘则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动性强烈的地带;板块之间的相互作用从根本上控制着各种地质作用的过程,同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。

(1)板块的边界类型及板块的划分

岩石圈板块的划分是以构造活动性强烈的边界为界线的。按照板块之间相对运动方式的不同,可以将板块边界分成三种类型:

离散型板块边界 指的是大洋脊轴部,其两侧板块相背运动,板块边界受到拉张而分离,软流圈物质上涌,冷凝成新的洋底岩石圈,所以,离散型板块边界也称为增生或建设性板块边界。

会聚型板块边界 即海沟附近的板块俯冲带或大陆板块之间的碰撞带。当大洋与大陆板块会聚时,由于大洋板块密度大,位置较低,故大洋板块总是俯冲到大陆板块之下,在地表形成海沟。当大洋板块不断俯冲到大陆板块之下,并在地表逐渐消失时,其后部的大陆板块就有可能与其他密度相近的大陆板块发生碰撞,从而产生强烈的构造变形、岩浆与变质作用,并形成山脉,此时形成的强烈构造变形带就称为板块碰撞带(即相当于以前所谓的造山带)。

平错型板块边界 即转换断层,其两侧板块发生水平剪切滑移。转换断层一般分布在大洋脊附近,有时也可延伸到大陆边部,如美国西部的圣安德烈斯断层。

利用现存的上述三种板块边界在全球的展布,就可勾画出岩石圈板块的轮廓。目前,一般认为全球共有12个板块,其中以大陆为主,涉及少量海洋的板块有欧亚板块、北美板块、南美板块、非洲板块、阿拉伯板块以及南极洲板块;以海洋为主的板块有太平洋板块、菲律宾海板块、印度-澳大利亚板块、加勒比板块以及在东太平洋地区的纳兹卡板块和可可板块等(图2-98)。

图2-98 岩石圈板块的轮廓(舒良树,2010)

在上述的12个大板块之外,有人还划分出许多微板块。这些微板块对于了解板块运动的细节很有帮助。依据区域地质演化历史、古地磁、构造变形和板块运动的特征,有可能恢复地质历史时期各个古板块的位置和范围。关于这个问题,目前正在热烈地讨论之中,尚无定论。

岩石圈板块不是平面状的,而是呈球面形状。板块的运动,自然也不是一种简单的平面滑移,而是沿地球表面做球面运移。海洋板块的运动速度目前已经测定得较准确,一般每年都为1～12cm。大陆板块运动速度显然小于这个数据。板块面积越大,运动速度就越小,相对也比较稳定。

(2)板块运动的驱动机制问题

现在,一些地球科学家认为,岩石圈的变形与变位都受到板块运动的控制,在同一过程中发生,互相关联。同一时期,不同的板块可具有不同的运动方向和速度。不同时期的同一板块,也可以有不同的运动方向和速度。然而,岩石圈板块到底为什么运移呢,即岩石圈板块构造的动力学机制,仍是一个至今尚未解决的难题。

板块构造学说刚提出来时,不少学者曾经以为,刚性的岩石圈既然在软流圈上面运动,一定是地幔对流带着它运动,认为地幔中由于存在温度差异或密度差异,可能引起物质的缓慢移动,热的、轻的物质上升,造成大洋脊的热显示,同时带动大洋脊两侧岩石圈板块做相背移动,在俯冲带处大洋板块下插,使冷的、重的物质下沉。于是地幔物质就形成了对流环,好像“传送带”一样带着岩石圈板块运动。这就是板块构造学说早期所主张的地幔对流的“传送带模式”。初看起来,这种板块驱动机制的解释十分精彩,事实上问题很多。在全球“热点”(即地幔物质向上运动的热显示处)研究中,共发现100多处热点,除少数分布在大洋洋脊上,大多数却都散布在板块内部。由热点位置变化所反映的地幔物质运动速度,一般认为每年只有几毫米。而岩石圈板块的平均运动速度却比软流圈大一个数量级,即每年几厘米,于是问题就出来了,低速运行的“传送带”怎么能够带动其上的岩石圈以较高的速度运动呢?更何况,现在能肯定存在的是由热流体所构成的地幔热对流,至于固体的地幔物质是否能够发生大对流,至今尚无足够的证据。

近20年来,有些学者认为板块的扩张作用不是主要的,“冷”板块俯冲时下沉拖拉才是板块运动的主要驱动力,他们用数学模拟的方法论证了这种可能性。然而,近年来也有人证明,这种下沉拖拉力不可能太大,毕竟这些“冷”的洋底玄武岩的密度(约2.8/gcm³)不可能比深部地幔岩石的密度(3～5g/cm³)更大。

要想解决岩石圈板块构造的动力学机制问题,还要积累更多的资料,预计在未来的二三十年内是有可能解决的。其动力来源无非是地球内部的变化和宇宙体系中的某些因素。应该注意的是,岩石圈毕竟只是固体地球上的一层表皮(平均厚度仅为地球半径的1/100左右),仅仅从地球内部来找寻原因,看来是不够的,有必要从宇宙因素与地球内部变化的角度综合起来考虑。但要确定什么是主导因素,目前看来,依据还不够充分,有待于进一步的努力。

(二)地震灾害的诠释

1.地震概念

由于地震引起地壳结构构造、地表形态以及岩石物理性质发生变化的作用,称为地震地质作用。

(1)地震

地震俗称地动,是一种自然现象。地球上出现的绝大多数地震是人们感觉不到的,有感地震是极少数。

据统计,世界上每年大约要发生500万次地震,其中能感觉到的只有5万次左右。能造成不同程度灾害的平均不到1000次。像1966年3月8日的河北邢台地震,1970年1月4日的云南通海地震,1973年2月6日的四川炉霍地震,1976年7月28日的河北唐山地震,2008年5月12日的四川汶川地震,2010年4月14日青海玉树地震等破坏性地震,全球平均每年约18次,而且有的出现在海底,有的在人烟稀少的地方,因此对人类有害的地震次数就更少了。

地震究竟是怎么回事呢?举几个例子大家就明白了。1933年8月25日,在四川省西北部的岷江上游,一个偏僻的丛山里,天气酷热,到下午两点半,地下突然发出隆隆的巨响,接着人们站立不稳,房屋颠簸摇晃,顷刻间变成一片瓦砾。同时山石崩落,尘土飞扬,遮天蔽日。震后3小时才尘消雾散,这就是有名的叠溪地震。地震后,叠溪城东被山石掩埋;城西塌陷在岷江中,堆成了三座大坝。其中一座高达160m,造成岷江断流43天,积水成为湖泊,今日尚存。在城北的蚕陵山造成断面高悬的断裂带,数十千米以外都能见到。

造成巨大破坏的地震,一般时间短促,只需几秒钟,能持续几分钟者极少见。在如此瞬间,地震能释放出多少能量呢?叠溪地震相当于280万吨黄色炸药爆炸发出的能量。1822年11月9日,智利大地震,使250094km²的面积上升,总体积达230亿立方米,超过十万个埃及的金字塔。1911年阿拉木图发生的地震,只在零点几秒内放出的能量,就需要45万千瓦的发电机工作300年。

地震不仅发生在陆地上,也发生在海底,称为海震。当海震发生在近岸时,会激起巨浪,称为海啸。例如1960年5月22日,智利西海岸发生一次海震,5月23日海浪冲到夏威夷的希洛湾,推起了10m高的巨浪,摧毁了岸上的各种设施;5月24日海啸到达日本东海岸,浪高3～4m,造成沉船109艘。

在一个地区,地震总是断续发生,由出现到趋于稳定的一系列地震,称为地震系列。其中最强的一次地震称为主震。主震之前的一系列地震,称为前震。主震之后的一系列地震,称为余震。它们的发生发展与断裂构造以及介质的均匀性有关。当地应力加强到超过岩石强度时,岩石开始产生变形或小错动,从而形成前震,接着地应力增大,岩石整体断裂,形成主震。之后,能量大量释放,剩余的能量还要慢慢地稳定下来,构成了余震。不过有的地震前震并不明显,如唐山地震就是如此。

(2)地震的有关概念

人们把地震的发源地称为震源。把震源在地面上的投影称为震中。离震中越远,震动越弱。

震中附近震动最大的地区称为极区。地面上破坏程度相等的各点连接起来的曲线称为等震线(图2-99)。

从震中到震源的距离,称为震源深度。按震源深度可以分浅源地震(0～70km)、中源地震(70～300km)和深源地震(>300km)。多数属于发生在岩石圈内的浅源地震。

凡地震波及的区域,称为震域(指有感地震)。地震时释放出来的能量多少(强度大小),称为震级(magnitude)。地震最高的一级为9级,<2级的地震一般无感,2～4级称为有感地震,5级以上称为破坏性地震。

以地表各种建筑被破坏为标志来划分地震的破坏程度,称为地震烈度。

图2-99 地震要素

2.地震的类型和成因

(1)地震的类型

天然地震按发生原因可分为三种类型:

火山地震 是火山喷发时,地表被挤压冲击而引起。这种地震的特点是,波及范围小,一般限于火山附近。在我国这种类型少见。只有云南腾冲地区的地震可能属于此类。这类地震主要分布在日本、印尼、南美,约占地震总数的7%。

陷落地震 是由物体突然冲击地面而引起的。如溶洞的塌陷、山崩、地滑都能引起,但影响范围很小。如1972年山西校尉屯地震,就是煤矿采空区顶板塌落而引起,震级为3.4。这类地震占地震总数的3%。

构造地震 是一种由构造运动,岩石受力发生变形而引起的地震。这种地震占所有地震总数的90%。

(2)地震的成因

关于地震的成因问题,说法较多,下面介绍几种流行的看法。

断层说主要以“弹性回跳理论”为基础来解释地震成因。所谓弹性回跳,就是岩石破裂错动时,应变的岩石由于回跳到原来的位置,使应力获得释放而引起地震(图2-100)。

人们认为在岩石圈以下产生的中、深源地震,用断层说解释是困难的。

岩浆冲断说认为地下深处的岩浆以高温吞蚀围岩而占领空间,或流体争夺空隙而引起的地震。

相变说认为在地下深处,由于压力很大,物质只能在相变中发生密度变化,从而引起物质体积的突然改变,引起地震。

图2-100 应力释放而引起地震(http://www.sciencene.tcn)

板块学说认为,地震活跃在洋脊、岛弧和转换断层分布的地区,因为它们处在各板块间的结合带上,是地壳活动最多的地区。

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南安市13989778942： 地震的正确解释？
坚急阿壳： 全球板块构造运动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.地震就是地球表层的快速振动,在古代又称为地动.它就像海啸、龙卷风、冰冻灾害一样,是地球上经常发生的一种自然灾害....

南安市13989778942： 地震灾害是怎样产生的? - ？
坚急阿壳： 简单地说,地震的原因主要有:地球各个大板块之间互相挤压.另外还有火山喷发引起. 地震分为天然地震和人工地震两大类.天然地震主要是构造地震,它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来,以地震波的形式向...

南安市13989778942： 地震的解释 - ？
坚急阿壳： 地震又称地动、地振动,是地壳快速释放能量过程中造成振动,期间会产生地震波的一种自然现象.地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂,是引起地震的主要原因 . 地震开始发生的地点称为震源,震...

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坚急阿壳： 地震(earthquake)就是地球表层的快速振动,在古代又称为地动.它就象刮风、下雨、闪电、山崩、火山爆发一样,是地球上经常发生的一种自然现象. 它发源于地下某一点,该点称为震源(focus).振动从震源传出,在地球中传播.地面...

南安市13989778942： 地震到底是什么东西?？
坚急阿壳： 反正不是个好东西. 由于地球在不断运动和变化,逐渐积累了巨大的能量,在地壳某些脆弱地带,造成岩层突然发生破裂,或者引发原有断层的错动,这就是地震.

南安市13989778942： 地震的原理是什么? - ？
坚急阿壳： 地球板块在内力的作用下不断运动的结果. 地震的原因主要有:地球各个大板块之间互相挤压.另外还有火山喷发引起.地震分为天然地震和人工地震两大类.天然地震主要是构造地震,它是由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来,以地震波的形式向四面八方传播出去,到地面引起的房摇地动.构造地震约占地震总数的90%以上.其次是由火山喷发引起的地震,称为火山地震,约占地震总数的7%.人工地震是由人为活动引起的地震.如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;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.

南安市13989778942： 为什么会地震？
坚急阿壳： 地震大多数为构造地震,它是指地球岩石圈的岩层受到外力时产生的应力超出了岩石的承受程度,使岩层断裂,在断裂的瞬间岩层积累的应力以地震波的形式向外释放能量引起地面震动,从而形成地震.其原理类似于当手中握一根树枝时,树枝在弯曲的同时给手的反作用力(即应力),弯曲越大反作用力越大,当反作用力超过树枝的承受程度就会断裂,而断裂的瞬间手会感觉到震动.在板块的交界处地壳运动频繁,岩层易受外力的影响,因而该处是地震的主要分布区.

南安市13989778942： 地震是怎麽回事 - ？
坚急阿壳： 地震发生时,最基本的现象是地面的连续振动,主要是明显的晃动.极震区的人在感到大的晃动之前,有时首先感到上下跳动.这是因为地震波从地内向地面传来,纵波首先到达的缘故.横波接着产生大振幅的水平方向的晃动,是造成地震灾害...

南安市13989778942： 地震是怎么回事？
坚急阿壳： 地震是指岩石圈在内力作用下突然发生破裂,地球内能以地震波的形式强烈释放出来,从而引起一定范围内地面震动的现象

南安市13989778942： 什么是地震,地震是怎么产生的? - ？
坚急阿壳： 【概述】 地震(earthquake)就是地球表层的快速振动,在古代又称为地动.它就象刮风、下雨、闪电、山崩、火山爆发一样,是地球上经常发生的一种自然现象. 它发源于地下某一点,该点称为震源(focus).振动从震源传出,在地球中传...