地震成因与地震监测原理探析

　李万华

云南省红河州红河县地震局 654499　

摘要：地震就是地面的震动，是地下构造活动的地面投影。地震的发生跟地壳板块运动产生的地应力与地层的地质条件密切相关。在地壳运动过程中，地应力能量积累起来，并超过了岩体的弹性强度时，最终导致岩层的构造形态在一定范围内发生了剧变，于是在某些地点或地带突然产生了破裂，引起了地震。研究地震监测预报，既要研究测量地应力，又要开展地震地质研究。当前地震前兆监测工作就是研究地应力的变化以及由此引起的地球物理、地球化学要素变化、宏观前兆异常变化，通过这些变化程度来分析研判某个区域的地震危险程度，为提前做好防灾减灾准备工作提供科学依据。

推动地壳运动的动力源十分复杂，地应力监测难度大，各区域地质岩体的弹性度难以把握，所以，地震监测预报仍然是当今世界的科学难题。但我们相信，随着现代科学技术的不断发展，区域性地震危险区的评估判定会变得更加科学；建筑抗震技术的不断提高，人类抗击地震灾害风险的能力会不断提高。

正文：

一、什么是地震

　　什么是地震？简单地说地震就是地面的震动。为什么会发生地震呢？目前学界大多数认为地震是沿着地质构造上的弱点所发生的岩层的断裂或断裂层的错动，是地下构造活动的地面投影。认为地震的产生，是由于地质构造运动导致地下岩层发生比较剧烈的破坏性变动所产生的能量，通过岩层的波动，向上下四周传播，直至达到地表的各点，引起地面震动。

　　根据地震的成因，地震可分为构造地震、火山地震、陷落地震、诱发地震、人工地震等。地质构造运动使地下岩层错动而破裂所形成的地震叫做构造地震。全球90%的天然地震都属构造地震。

二、地震是如何产生的

地震是如何产生的呢？学界以地壳板块运动学说来解释地震的成因。这主要是构造地震的成因。

地球由外到内分为地壳、地幔、地核三层。地壳是地球最外层，呈固体状态，平均厚度约17千米。地壳下面以莫霍面为界进入了地幔层，地幔分为上地幔和下地幔，呈液态高温状态，是地下岩浆层。地幔下部以古登堡面为界进入了地核，是地球最内层，地核也可分为外地核（液态）和内地核（固态）。上地幔顶部与地壳组成岩石圈，地球表层的构造运动主要在岩石圈的范围内进行。

板块学说认为，全球地壳是由亚欧板块、太平洋板块、印度洋板块、美洲板块、非洲板块、南极洲板块六大板块构成。每个大板块也不是完整一块，还可分为若干小板块，好比一个破碎的蛋壳，这些块体就“漂浮”在地幔层岩浆的上面。漂浮的岩体处于运动状态，岩体的相对位置发生变化，相互扩张或挤压。岩体运动过程中，块体与块体之间产生张力、挤压力或对抗力，这种相互作用力就是地应力。

发生地震是由于地下层一定的部位，突然破裂的结果，岩层之所以破裂又必然有一股力量（机械的力量）在那里不断加强，直到超过了岩层在那里的对抗强度，而那股力量的加强，也必然有个积累的过程。逐浙强化的那股力量积累起来，并超过了岩体的弹性强度时，最终导致岩层的构造形态在一定范围内发生了剧变，于是在某些地点或地带突然产生了破裂，引起了地震。这种“机械力量”就是地应力。

地应力分压性力、张性力、旋扭力和混合力。地层中某些地点，在地应力的作用下，遭受破坏性形变才有可能引起地震。

但地应力的变化，不一定发生地震，由于岩层结构软弱或者沿着已经存在的断裂，产生相应的蠕动，或者由于当地地块产生大面积、小幅度的升降或平移，积累的能量，可能

逐浙释放了，那就不一定有地震发生。

　　三、地震发生的地质条件

　　地震的发生，不仅跟地应力的变化有关，还与岩层的地质条件有关。一条断裂带两头的终点和断裂带中发生曲折的地点附近，或若干断裂带交叉的区域，往往是潜伏的震源所在。构造带的活动，有间歇性的，也有连续性的。有随时间而发生缓急变化，也有活动程度均匀地持续下去，也有极为缓慢但长期继续下去的变动（称为蠕动）。活动断裂带，可以是单一的断裂，可以是若干个断裂组合而成复式断裂带，更可以由褶皱和断裂夹杂在一起组成的褶皱带，也有由单一的破碎带组成。活动构造带可以是压性的，可以是张性的，可以是扭性（剪切性）的，也可以是压扭性的或张扭性的。活动断裂带曲折最突出的部位，往往是构造脆弱的处所，也是应力集中的处所，往往是震中所在的地点。活动断裂带的两头，有时是震中往返跳动的地点。断裂带交叉的地方，往往是震中所在的地点。活动构造带中某些具有特殊构造形式的部位，当做可能发动地震的危险地点看待。

曾经发生过一两次破坏性强烈地震的地方，一般是地质构造脆弱的处所。但由于岩层中出现了大量的断裂，这些断裂的存在，被破裂了的地层就必然会在重力场中陆续调整自己的地位，以达到最低位能的稳定状态。这样会产生一系列的余震。同时，由于大量断裂的存在，即使再有地应力积累情况的重演，那些积累起来的应力，大部分都可能通过断裂的活动来释放能量，因此，再次发生强烈地震的可能性不大。　　

　　四、地震监测的基本原理

地震预测预报的主要依据，一是根据历史地震事实加以推断，二是研究地下构造活动应力场的变化情况，来推测发生地震的可能性。　　　　

　　历史地震集中的地方，是构造活动最强烈的活动断裂带所在之处，是岩层比较脆弱的地方，是最容易发生破坏性地震的地方。分析历史地震的分布规律和发震时间规律，是划定地震危险区的途径之一。

　研究测量地应力，是解决地震预报的关键之一。　地震是地应力超过了该构造带的岩石弹性强度，至使岩体断裂、错动，是地应力逐步增强的结果。测出应力场，了解其范围，是地震预报工作研究的一个方向。地应力的积累可以很慢，也可以很快，可以是几个月，也可以是几小时。地应力变化速率是预判地震发生时段的一项重要指标。在一个地区里地应力的方向、大小和速率有变化，它的性质、特点和变化规律，总起来叫“地应力场特征”。目前应用的各种地震前兆台网的监测工作，就是监测分析地应力场特征，譬如，岩层和地表形变、大地电流、地位场、磁场、重力场、地下水位和某些气休冒出等异常现象。　　

地表变形现象在强震区特别显著，如大面积地面升降、地表裂隙、沿河道某些地带发生滑坡和崩塌；同时引起地下水位的升降、地表裂隙带普遍发生涌泉冒沙和洼地积水等现象。这些现象直接或间接地反映了地应力的活动。地震前兆

观测台网就是利用这一原理，从地表异常现象中捕捉可能发生地震的前兆信息。

地下水文现象与地震有密切关系。地下水化学的变化可能反映含水层发生了变动，这个变动引起水里边的成份或气体发生变化。地应力的变化一定影响水化学的变化。基于这一原理，人们通过监测地下水的变化做为预测地震的一种手段。但水化学变化，并不一定意味着局部地应力场的变化。异常现象发生的原因还有其他复杂因素，如降雨、灌溉、抽水、环境污染、工程施工引起地下水文走向变化等也会引起水化学变化。　　　

岩体性质是引发地震的另一重要因素。发生地震的地点肯定有构造活动，但有构造活动不一定发生地震。在同样形式的应力场中，不同性质的岩层、岩体和地块，在构造方面的反映是不同的。同样大小、同一方式的应力和加之于不同性质的地块上所产生的构造现象和构造特点可以完全不同。比如一个地区受水平压力时，有些软弱的地层发生褶皱，坚硬的地层则发生破裂和矿物相变。发生地震，应力的作用是一个主要因素，被作用的岩体的性质，也是一个主要因素。所以，地震预报工作，掌握地应力变化是一个重要方面的工作，研究某区域岩层或地块的性质及其最脆弱部位的最大弹性强度（承受地应力的最大极限值）是一个重要方面的工作。然而，这两个方面的科学数据，以目前的科学水平难以准确

掌握，这就是无法准确预测预报地震的重要原因。

地震监测预报工作必须从捕捉构造运动导致的地震前兆信息和地质构造科考（地震地质工作）两方面同时进行，两条腿走路，地震预报才能实现新突破新发展。目前，地震部门的地震监测工作偏重于观测地球物理变化中的前兆信息为主，对已知地震带地块地质构造及岩体弹性强度方面的

研究不足。

　　五、板块运动的动力源

既然地震是由岩层板块运动的结果，那么是什么力量使地壳板块产生了运动呢？必然有一个板块自身之外的力量推动其运动。对于这个问题，科学家有各种推理学说。

地热说。地幔是一层高温的液态岩浆层，其温度高达1200℃~6000℃，温度并不均匀，处于沸腾澎湃的涌动中，地幔层的热能推动了地壳板块的运动。

地转说。地球以每秒465米、每小时1670千米的速在自转，且自转速度不断加速。地球的自转运动可能使地壳板块产生移动。一是自转离心力的影响：地球自转变化增加了地壳的离心力，使地球赤道地区鼓起，南北两极变扁平缩短，这一过程也会引起地壳板块形变运动。二是地转风的影响：地球自转引起地球外部大气层运动形成地转风，地转风对固态地球（地壳）的曳应力和摩擦力对地壳板块产生影响。三是地轴摆动的影响：地球自转速率中含有随时间变化的摄动（日长变化），自转轴也相对于地球上某些固定点进行运动（地轴摆动），地轴的这种周年摆动对固态地球的形变产生影响。

地球围绕太阳公转，在椭圆轨道上以每秒29.8千米、每小时107280千米的速度飞行。地球在公转过程中，按惯性定律，有一个向椭圆切线方向运动的逃逸力，同时受太阳引力确保它在自己轨道上飞行的捕获力，逃逸力与捕获力的矛盾运动，也可能对地壳板块产生影响。

天体影响说。太阳、地球、月亮以及其他太阳系行星，在围绕太阳公转的过程中，天体的相对位置是不断变化的，相对位置的变化也可能引起天体相互作用力的变化，从而导致地壳板块的运动。还有太阳黑子的活动对地球的影响，月球对海洋潮夕的影响等，都对地壳运动会产生一定影响。

大气环流与洋流说。地球在围绕太阳公转的过程中，随着日长变化和地轴的摆动，地球大气层受热部位的变化，引起大气密度、气压变化，导致大气环流随季节性的变化，大气环流的变化引起地球表面压力和重力场的变化，从而导致地壳板块的运动。大气环流的变化同时引起地球表面占四分之三的海洋的洋流变化，而洋流的变化对地壳运动也产生了影响。

如此看来，迫使地壳板块产生运动的动力源是一个庞大而复杂的系统。激发固体地球形变的动力源如此复杂，岩层板块运动的地应力不易监测、地下地质构造和岩层弹性强度难以准确掌握，因此，地震监测预报成了世界性的科学难题。

结语：

研究地震的目的，首先是尽量避免地震时造成的损失，或者使损失减少到最低限度，其次是抗震，考虑如何能使建筑物抵抗住地震的破坏。随着现代科技的进步，地震监测手段越来越丰富，地质勘探能力不断增强，抗震技术不断提高，所以，即使无法准确预测预报地震，但区域性地震危险区的评估判定会变得更加科学，我们相信人类抗击地震灾害风险的能力会不断提高。

                       　　　　　　　　　　　　　2023年3月

备注：

作者：李万华

工作单位：云南省红河州红河县地震局

职务：监测预报股股长

参考文献：《地震地质》（李四光，1973年12月，科学出版社出版）

《大气激励与地球响应》（赵洪声、刘祖荫、胡辉编译，1989年5月，气象出版社出版）

作者简介：李万华 1969.02.05 男 云南红河 哈尼族 大学 地震监测预警股股长 工程师 云南省红河县地震局 研究方向：地震监测分析、预警预报