一、科学认识地震

地震，广义上是指地球表层的震动；狭义而言，人们平时所说的地震是指能够形成灾害的天然地震。地震俗称地动，是地壳某个部分的岩石在内、外应力作用下突发剧烈运动而引起的一定范围内的地面振动的现象。

地震震中集中分布的地带是地震带，一般是活动性很强的地质构造带。根据板块构造学说，全球大部分地震都发生在大板块的边界上，一部分发生在板块内部的活动断裂上。全球主要有环太平洋地震带、喜马拉雅-地中海地震带和海岭地震带三个地震活动带。

环太平洋带是最主要的地震带，属于俯冲的板块边界，有强烈的地震和火山喷发，它是世界上地震活动最频繁的地区之一，地球上约有80%的地震都发生在这里。大洋中的海岭也是经常发生地震的地带，海岭地震带是沿着洋中脊轴部分布的地震带，其宽度较窄而延伸很长，震源较浅，震级很少超过6级，所以海岭上发生地震的强度较前两个地震带弱。

我国地质构造复杂，断裂带十分发育，所以我国是一个多地震的国家，地震活动范围广、强度大、频率高。我国地处环太平洋地震带和喜马拉雅-地中海地震带的交汇部位，中科院地球物理研究所将中国地震带划分为23个地震带，而中国地质科学院地质力学研究所根据中国活动构造体系特征划分了20个地震带，但是目前影响相对较广的是前者。近千年来，渭河平原带和华北平原带相对比较活跃。1303年（元大德七年）发生在山西洪桐、赵城地震是经中国地震学界科学论证和确认最早的8级地震，它就发生在渭河平原带汾渭地堑强震带。1556年1月23日，83万余人遇难的陕西华县地震，是我国乃至世界死亡人数最多的地震，它也发生在渭河平原带汾渭地堑强震带。新中国建国后死亡人数最多的唐山大地震则发生在华北平原带的唐山断裂上。

地震按照不同的分类方法，可以分为很多类型，大致的分类方式有八种：成因、震源深度、地震序列特点、里氏震级的大小、震中附近人们的感觉、震中发生位置、发生地处在板块的位置和观测点与震中距离。

一次地震发生后，可能其中的几种分类方式相互交叉。比如，5.12汶川特大地震是龙门山断裂引发的，属构造地震；同时震源深度10~20千米，属浅源地震，破坏性大；根据它地震序列的特点，属主震型地震；震级达到8级，属特大地震；震中区烈度达到Ⅺ度，属有感地震；震中位于四川山区，属大陆地震，不会发生地震海啸，但要特别注意防御崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的发生；地震发生在板块内部，属板内地震。所以一次地震可以从不同的角度来讨论它是属于哪种类型的地震，为进一步判断地震严重后果，提前采取防治措施做准备。需要说明的是，在这八种分类方式中，按成因分类是最常用的，其中构造地震的发生比例最大，约占全世界地震的90%以上，且强震几乎都是构造地震，破坏性大。

地震发生时，地下岩层断裂错位释放出巨大的能量，激发出的一种向四周传播的弹性波叫地震波，地震的巨大能量就是通过地震波传播至地表的。地震波分为纵波（P波）、横波（S波）和表面波（L波），在地球内部以弹性波的形式传播，其破坏性依次升高，地震波引起的地面振动是几种波共同作用的结果。在没有边界的均匀无限介质中，只有纵波和横波存在，它们可以在三维空间中向任何方向传播，所以叫体波。但地球是有边界的，体波衍生出另一种形式的波，称为面波。

 地震波分为纵波（P波）、横波（S波）

在强烈地震的震中区附近，最先到达地表的是纵波，其传播速度较快（一般为5.5~7.0千米/秒），引起地面上下跳动，人们也随之感受到颠动。数秒钟后传播速度较慢（一般为3.2~4.0千米/秒）的横波到达，并引起地面水平晃动，人们也就左右摇摆、站立不稳。当从震源发出纵波和横波在地表相遇后，会激发形成表面波。

地震波除了 “携带”巨大的能量摧毁物体外，它也有可利用的一面。其实，人类认识地球的内部结构就是从地震波开始的。1906年，英国地球物理学家奥尔德姆首先试图从地震波穿过地球的时间来推断整个地球的内部构造。1909年，前南斯拉夫地球物理学家莫霍洛维奇根据地震波的传播时间，推算出地下56千米处存在一个间断面，后来称之为莫霍面，它也是地壳和地幔的分界面。1914年，地震学家古登堡根据地震体波确认了地核的存在，并测定地幔和地核的间断面，其深度为2900千米，这个数值相当准确，至今变化不大。

在地震中，地震波可以用来确定地震震中的位置。地震时纵波先到达地表，然后横波随之而来，两者之间有一个时间间隔。人们根据感觉到的时间间隔的长短就能判断震中的远近，间隔越短，说明震中越近。换句话说，纵波与横波到达同一地震台有一个时间差，与震中离地震台的距离成正比，即可求出震中距。根据三个不在一条直线上的地震台所得到的震中距，用三点交绘法即可大致算出地震震中的位置，为抗震救灾做准备。

地震矩是一个描述地震大小的绝对力学量，单位为牛·米，是断层面积、断层面的平均位错量和剪切模量的乘积定义。震源机制中有几个常用的参数，如断层走向、倾角、滑动角等。断层走向是指两个断层面滑动的方向，正北为0°，正东为90°。倾角是指断层面和水平方向的夹角。当断层面在水平方向上滑动时，滑动角为0°，当它与水平方向呈一个夹角时，这个角就是滑动角。以2010年发生的海地大地震为例，据中国地震信息网张晁军等认为，海地7.3级地震的地震矩为7.1′10¹⁹牛·米，断层走向为254°，也就是说断层面向南西向滑动，倾角为68°，滑动角为11°，属左旋走滑型。海地位于南美板块和北美板块之间，由于两大板块的水平运动速率和位移量不同，导致加勒比海地区形成一个弧形的走滑俯冲体系，并形成很多大型走滑俯冲断裂系统，就是这些断裂系统的活动引发了地震。

一处地震的发生不是孤立的，总是成系列的，即地震时间序列，包括主震型、震群型和孤立型等地震。主震型地震是指主震震级突出又有很多余震的地震序列，是一种最常见的地震序列类型，其中最大的地震所释放的能量占全序列的90%以上，这个最大的地震叫主震，其他较小的发生在主震后的叫余震。据美国地质调查局的资料显示，最强余震通常比主震约小一个震级，可能在主震发生后1~2个星期到来（宜宾长宁6月23日发生4.5级余震）。例如，2008年汶川特大地震属于主震型地震，震后余震频发。据中国地震台网测定，截至2009年4月17日12时，汶川地区共发生Ms4.0级以上余震297次，其中Ms4.0~4.9级254次，Ms5.0~5.9级35次，Ms6.0级以上的8次，最大余震震级为Ms6.4级。

我们如果回顾地震史，会发现地球的南、北极地区从未发生过地震，对于这个问题有几方面的原因。首先，南极大陆被大洋中脊环绕，没有活动的板块边界，不具备发生大地震的先决条件，因而在南极冰层下虽然也有火山活动，但却没有引发大地震；而北极被大陆环绕，中央有无震海岭，因此也没有大地震。这是最主要的原因。其次，巨大的冰层也是造成南北极地区从未发生地震的因素。南北极地区的冰层达到了这些地区总面积的80%～90%，且厚度大，这对于岩层底部产生了很大的压力，与地层构造的挤压力基本达到平衡，无形中分散和减弱了地壳的形变。基于以上原因，地球的南、北极从未发生过地震。

地震总是突如其来，人们最关心的就是地震到底能不能像天气一样准确预报？俗话说：上天容易入地难。地震预报是观测地下，目前人类打的最深的井，和地震的震源深度相比，仅仅是浅源地震的范畴，地震预报还有一段艰难的路要走。（未完待续）

本文选自《现代物理知识》2010年第3期    时光摘编