地震(卷名：地质学)
earthquake
地球内部某些部分在力的作用下突然急剧运动而破裂，产生地震波，从而引起一定范围内地面振动的现象。地震是最为严重的自然灾害之一。
地震现象和灾害 强烈地震能给大自然以极大影响，在陆地、水中和大气中引起各种现象，包括地震直接引起的原生现象和由地震触发的次生现象。
地面振动（地震动） 大地震时，地面产生强烈振动。振动幅度有时可达数米,能在几分钟,甚至几秒钟内使地貌改观,使城市建筑变成废墟,造成严重灾害。1923年日本关东地震，东京有73％的房屋被毁，横滨被毁房屋达96％，死伤人数达14.3万人之多。1976年中国唐山地震,死伤人数达40多万，房屋倒塌70～80％,唐山市遭到毁灭性破坏。强烈的地震动会在地势陡峭的山区、坡地触发大规模的山崩、滑坡和泥石流等现象，摧毁整片村庄。1970年秘鲁北部一次近海地震引起了巨大山崩，掩埋了近 2万人。在堆积土、充填土等松软土质地区地震动能造成大量地裂缝。在地下水饱和地区，能使水和砂土渗混而发生砂土液化现象,造成地基失效,坚固建筑物整体倾倒。水灾和火灾是地震动引起的最严重的次生灾害。强烈的地震动会造成水坝和河堤溃决，酿成水灾。煤气泄漏和供电线路和设备的破坏常引起火灾。1906年美国旧金山地震引起的大火烧了3天,造成的损失比地震本身的损失大10倍。海底地震产生的地震动，能在海岭斜坡上触发类似滑坡的现象，称为海底浊流，能冲毁海底通信电缆等。海底地震传至海水，使水振动，称为海震。大地震时,由于长周期面波的传播,引起湖水和海湾水长周期自由振荡,称为湖震。（见彩图）
地壳形变 在内陆发生浅源大地震时，地壳发生强烈变形。地面出现大规模地震断层，有时长达几十千米至几百千米；沿断层发生数米的水平错动，地基发生大范围隆起、下沉和水平位移等。1931年中国新疆富蕴地震，出现了从可可托海至二台长达 176千米的地震断层，沿断层发生了位移为数米的右旋水平错动。1906年美国旧金山地震时，沿数百千米长的圣安德烈斯断层发生了最大水平位移达 7米的右旋错动。在地震断层附近震害最为严重。大地震时地基的升降和位移，在沿海地区表现最为明显。1964年阿拉斯加地震时，沿海地区地面隆起量竟达10米。海底发生大地震时，大范围的海底突然隆起和下沉，能扰动海水而触发海啸。外海的海啸浪高仅数米,波长达几十至几百千米。当传至岸边的V字形或U字形的小海湾时，海浪可急剧增高至20多米,能把沿岸建筑洗劫一空。岛弧、海沟内侧的断层倾向滑动地震容易激发海啸，而转换断层上的走滑断层地震不易引起海啸。地壳形变也会在一定范围内引起地下水位的升降变化,导致地下深、浅含水层的连通，使井水水质变化,流量增大和水温增高等。
其他现象 地震时地震动的部分能量传入空气中变为声波,产生地声。夜间发生大地震时常可看到地光,它可能是一种放电现象，其确切机制尚不清楚。在大震前后电磁场会发生变化；伴随地震会产生重力场减小或增大。特大地震还会激起整个地球的缓慢振动，称为地球自由振荡，上述现象通常不引起灾害。
地震波 地震时岩层破裂产生的强烈振动以波的形式从震源向各方向传播，形成地震波。地震波分为纵波（P波）、横波（S波）和面波，纵波和横波可在地球内部传播，总称为体波，而面波只能沿地球表面传播。纵波又称为压缩波，它的质点振动方向与波的传播方向一致，它的传播能引起地面产生近垂直方向的振动。横波又称为剪切波，它的质点振动方向与波的传播方向垂直，它的传播能引起地面产生前后或左右的晃动。面波又可分为瑞雷波和勒夫波两类。前者的质点振动形式为逆进的椭圆形,能使地表同时产生上下和前后方向的振动;后者的质点振动方式与横波相似，能使地面产生近水平向的左右摆动。这 3类波的传播速度不同，在地壳范围内，纵波速度约为5～6千米／秒，横波为3～4千米／秒，而面波速度只有3千米／秒多一点。在震中区附近，这3类波尚未分离，且振幅较大，互相叠加，使地面产生相当复杂的振动,造成建筑物的破坏。随着震中距的增加,各类波互相分离，波的振动能量逐渐减弱，其破坏作用也随之减弱。
地震参数 用来描述地震的特征值。分为地震基本参数和震源参数。
地震基本参数 包括地震的发震时刻、空间位置(震中位置和震源深度)和震级,简称为地震的时、空、强三要素。岩层突然发生破裂的时间称为发震时刻，用年、月、日、时、分、秒表示。岩层开始破裂的地方称为震源，震源在地表的垂直投影就是震中，可用经纬度表示。震源与震中之间距离称为震源深度，用千米表示。震源的位置由震中和震源深度确定。通常震源的岩层错动有一定范围，称为震源区，它在地表的投影也有一定范围，称为震中区。震级表示地震本身大小和等级，它直接与震源释放的能量大小有关。地震烈度指地面及建筑物遭受地震影响的强烈程度。地震烈度不仅与震级大小有关，而且与震源深度、震中距、地面土质条件和建筑物的结构、质量等多种因素有关，故同一地震在不同地点可以有安全不同的烈度。
震源参数 当地震震源不能简单地看作点源时，就必须用一组参数来描述震源的特征，称为震源参数。它包括震源的几何参数（断层面走向、倾向、倾角、错动矢量和滑动角）、震源运动学参数（断层破裂面长度、宽度、面积和破裂速度）、震源静力学参数（断层面的错距、应力降和地震矩）和震源动力学参数（视应力）等。
地震参数的测定 若地震台站不多，且要求的精度也不高时，采用作图法和地震走时表法较为简单易行。地震波从震源到达观测点所需的时间，称地震走时。地震走时表则是根据地球内部波速分布特征，计算出不同震源深度条件下的各种地震波在不同震中距上的理论走时。地震走时表是分析地震图，识别不同震相的主要依据。震级是利用地震图上量得的地震波振幅资料通过计算来确定的，但也可根据地震影响的分布情况来大致推算。震级的一般计算公式是
式中A是地面位移的振幅（以微米为单位）；T是地震波的周期（秒）;Δ是震中距；h是震源深度；Cs是台站校正;Cr是对不同地震区和路径所作的校正；f(Δ、h)是震级的起算函数（或称量规函数）。地震越大，发生的次数也越少。德国B.古登堡和美国C.F.李克特(1941)首先得出了地震频度随震级按指数衰减的规律：
lgn(M)=a-bM式中M是震级；n(M)是各震级的频度；a、b是系数；b的值约为0.7～1.0。
若拥有丰富的地震台阵观测资料，可综合利用各种地震波的走时、振幅、频谱、波形等运动学和动力学特征，通过电子计算机的数据处理精确地测定地震的基本参数，反演地球内部结构和地震的震源参数。
地震烈度主要是根据人的感觉、物品和家具的振动情况、各种建筑物和地表遭受破坏的程度等确定的。地震工作者制订了统一的判断地震烈度大小的尺度，称为地震烈度表。常用的十二度烈度表，是一种经验性的定性标度。在震中区，地震烈度为Ⅰ～Ⅴ度的是轻微地震，Ⅵ度以上的称为破坏性地震。1904年意大利的A.坎卡尼将各级烈度配上相应的最大水平加速度使烈度表定量化，称为绝对烈度表。在震中区的烈度，称为震中烈度。对于震源深度在10～30千米范围内的地震，震中烈度与震级大致的关系如表：
地震序列 按时间顺序排列的，在一定时间内，同一地质构造区内发生的一系列地震。一次强烈地震一般由前震、主震和余震 3个阶段组成。前震是强烈地震发生前的一些较小的地震。主震是一系列地震中震级最大的那一次地震，它释放主要能量。余震是主震后在震中区及邻近地区发生的一系列小于主震的地震。根据强烈地震中前震、主震和余震的分布特点，地震序列大体可分为3个基本类型。
主震型地震 在这类地震序列中，主震震级显得很突出,且有很多余震,但其中与主震震级相近的地震很少。主震释放的地震能量占全序列的90～95％。根据前震活动的情况,主震型序列又可分为有明显前震活动(如1975年中国海城地震)和无明显前震活动(如1976年中国唐山地震)两类。
主震发生后的余震都分布在主震附近的一定范围内，这个区域称为余震区。但也有分布在离主震稍远地区的，称为广义余震。若震后地表出现地震断层，余震震源的分布区大致与震源断层面的位置相一致，往往集中在断层附近或断层一侧，呈带状分布，或分布在断层的两端。余震的持续时间可长达数月至数年之久，其总趋势随时间t增大,次数逐渐减少，强度逐渐减小。主震与最大余震的震级差可以从近于0到大于3。但对于浅源地震，震级差的平均值为1.1～1.8左右。
震群型地震 这类地震序列的主要能量是通过多次震级相近的地震释放出来，没有突出的主震。最大地震在全序列中所占能量比例一般均小于80％。震群型地震的特点是地震频度高，能量的释放有明显的起伏，衰减速度慢，活动的持续时间长。震群的震源往往较浅（小于10千米），随时间震群的分布范围也逐渐扩大。震群型地震分为两种：一种是地震活动逐步升级的；另一种是两个以上主震型地震组合或混淆一起而形成的。震群与主震尚未发生的前震常难以区分。
孤立型地震 或称单发性地震。其显著特点是前震和余震都很少，且与主震震级相差很大。地震能量基本上通过主震一次性释放出来。前震、余震的能量总和通常不到主震的0.1％(如1668年中国山东莒县-临沂地震)。
有时相隔的甲、乙两个地区地震活动存在相关性，即甲区发震后不久，乙区也随即发生震级相近的地震。在中国华北燕山地区，新疆天山南北两侧，以及云南北部和西部等地都发现地震活动相关现象。这些地震活动相关的地区往往分布在地壳断块间的边界带上，表明地震的有规律迁移与地壳块体沿边界运动有关。
地震类型 按形成原因地震可分为 4类：①构造地震。在构造应力场作用下，岩层突然错动而发生的地震。这类地震数量多，分布广，占地震总数的90％左右。世界上震级大、破坏严重的地震都属这一类。②火山地震。火山区地下岩浆的膨胀和收缩，岩浆的运移、流动和冲击，火山喷出的可燃气体的爆炸，以及岩浆喷发后火山底部岩层的崩塌等现象所引起的地震。火山地震数量少，占地震总数的 7％左右。其能量小，主要分布在火山活动带附近。③冲击地震。由地下矿井和洞穴顶部的塌陷，地层的陷落和滑动，巨大的山崩和滑坡等现象所引起的地震。这类地震为数最少,占地震总数的3％左右。由于震源浅，能量小，影响范围也小。④诱发地震。由于人类活动导致地壳内应力、应变积累的释放而引起的地震，实质上是一种构造地震。大型水库蓄水，深井注水，大型矿山等工业爆破，以及地下核爆炸试验等人类活动都可能触发地震。诱发地震的最大震级不超过6.5级。
按震中距的大小,地震可分为地方震(震中距Δ<100千米）、近震（100千米≤Δ≤1000千米）和远震(震中距Δ>1000千米)。
按震级大小,中国把地震分为6个级别：小地震（震级M<3）、有感地震(3≤M≤4.5)、中强地震 (4.5<M<6)、强烈地震(6≤M＜7)、大地震(7≤M<8)和巨大地震(M≥8)。
按震源深度地震可分为浅源地震(深度 h≤70千米)、中源地震(70千米
全球地震分布 主要分布在几条狭长的地震带内。大的地震带有:①环太平洋地震带,包括太平洋的东、北、西各周边的岛弧－海沟系和安第斯型大陆边缘。此带的地震活动性最强，频度高，能量大，震源深，其释放的能量占全球地震释放总能量的75％以上。②地中海－南亚地震带，包括地中海、土耳其、伊朗及喜马拉雅弧和缅甸巽他弧。它由西向东跨越欧亚大陆,总长约15000千米。此带的地震活动性仅次于环太平洋地震带，以浅震为主，有少量中、深源地震。地震释放的能量约占全球地震释放总能量的15～20％。③海岭地震带，其走向是沿着大西洋、印度洋、太平洋东侧和北冰洋的主要海底山脉（海岭）分布。此地震带的特点是宽度窄，地震发生的频度低，震源浅（不超过30千米），能量小，且常以震群形式出现。④大陆裂谷系地震带，由一些区域性大断裂所组成，常表现为地堑系。如东非裂谷、红海地堑、亚丁湾、死海、贝加尔湖、莱茵地堑以及中国华北、东北裂谷系均属此类地震带。裂谷系的地震活动也相对较强，均为发生在地壳范围内的浅震。
按深度地震分布在0～700千米深度范围的地壳、上地幔内。其中震源深度在70千米以内的浅震占全球地震总数的72.5％，所有灾难性地震都属浅震。深度在70～300千米之间的中源地震占地震总数的23.5％,深度大于300千米的深震只占极少数。
中国地震分布 中国地处西太平洋地震带和地中海－南亚地震带之间，有些地区就是上述两地震带的组成部分，因而成为全球大陆区地震最强，分布最为集中的地区。强震的分区性和成带性是中国大陆地震在面上分布的基本特征。总的来说，中国西部的地震活动较东部强烈。西部地震主要分布在青藏高原的四周，天山南北、横断山脉和祁连山一带。其特点是发震频率高，复发周期短，震级也相对较大。中国东部地震活动主要集中在华北的一些断陷盆地内和大断裂带附近，强震密集成带。台湾地处西太平洋岛弧地震带中的两弧交结点，地震活动强度特别高，震级也大。在中国99％的地震都属壳内的浅源地震，只在中缅、中苏和中巴交界地区，以及台湾北部有些中源地震，在东北的吉林、黑龙江等省的东部有些深源地震。
地震成因 关于地震成因，较为重要的假说有 3种。
断层说 构造地震的直接原因是岩层的破裂。多数地震是因已有断层的重新错动，少数是新断裂的产生造成的。板块构造学认为板块、亚板块和块体的运动在块体边缘（通常是活的断裂带）某些构造部位上发生应力集中和应变积累，集中的应力超过岩石的强度时，岩层破裂，突然释放积累的应变能而发生地震。在板块俯冲带和碰撞带岩石圈板块可插入地幔几百千米深处，并保持其低温特性。在深部剪应力和深层水的作用下也能发生脆性破裂，造成中、深源地震。地震断层说得到多数学者的支持。
岩浆说 岩浆说认为高温岩浆的流动和冲击给围岩施加热应力,使岩层急剧增温并强烈变形,引起地震。在洋中脊、板块俯冲带或板块内部有些地震的发生与岩浆的侵入、冲击或膨胀收缩作用有关。某些大震区发现地下热异常和高温气体溢出的现象，是岩浆说的间接证据。火山喷发时岩浆和气体的猛烈冲出造成强烈振动会触发构造地震的发生。由于岩浆的大量喷出，火山下岩层空缺，上部岩层崩落也会引起地震。
相变说 相变说认为深源地震是由于深部温压条件达到某种临界值时，岩石中矿物结晶状态发生突变，与此同时岩石的体积也发生突变（膨胀或收缩）而引起的。但相变说的主要困难在于深部大块岩石不大可能同时发生相变。如果相变不能同时发生，深震也就不可能发生。板块构造学的出现使相变说正在失去重要依据。
地震预测 指对地震发生的时间、地点和震级等三要素进行预测。地震预测分远期预测（地震区划）和近期预测两类。
远期地震预测 对某一地区在较长时间内（如几十年、上百年甚至更长时间内）可能发生的最大地震及其影响场进行预测，即地震区划工作。它包括地震危险区划和地震烈度区划两类。地震区划的具体方法是：①划分强震活动带（地震带），确定未来百年的地震危险区；②分析地震活动趋势，估计地震危险区内未来可能发生的地震的最大震级；③预测未来百年内发生的地震的烈度影响场。在上述前两项工作基础上作出地震危险区划图。在上述 3项工作基础上作出地震烈度区划图。地震区划，尤其是烈度区划能为建设规划和工程设计提供合理的抗震设防指标──基本烈度。地震区划成果能为地震前兆观测台网的合理布局和捕捉大震提供依据。
近期地震预测 对几年到几十年内可能发生的地震的三要素进行预测。通常采用前兆性地震预测方法，即对地震活动性、地壳形变、地下水位、水化学成分、地电、地磁、重力、波速比、原地应力和动物异常反应等进行测量和观察，对地震前出现的各种异常现象进行综合分析，找出与地震直接相关的前兆现象，研究它们与地震三要素之间的关系，并利用这种经验关系进行地震预测。但影响异常的因素很多，难以从中区别真正的前兆性异常，且不同地震前出现的异常在种类、数量、分布范围和幅度上往往都各不相同。因此，迄今为止仍未找到地震前必然出现的“前兆”现象。实现地震预测的另一途径是根据现有的大量震前异常观测事实和实验室岩石力学的试验结果，建立孕震模式，以便最终实现根据孕震模式预测地震。这一方法尚在研究阶段。
参考书目
李四光著：《论地震》，地质出版社，北京，1977。
谢毓寿著：《地震与抗震》,科学出版社，北京,1977。
傅淑芳、刘宝诚、李文艺编：《地震学教程》，地震出版社，北京，1980。
K.E.Bullen and Bruce A.Bolt,An Introduction to the Theory of Seismology， 4th ed., Cambridge University Press,London,1985.