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为什么会地震:地质、板块、内部结构和人为因素

时间:2024-10-04 07:53:34阅读:

地震形成的原因

地震的形成是一个复杂的地质过程,主要由以下因素导致:

地壳运动和板块构造:地球的地壳分为众多大小不一的板块,这些板块在地幔对流的作用下不断运动。由于地幔对流的不均匀性,板块之间相互挤压、碰撞,导致岩石中的应力积累并形成断层。当断层上的应力超过一定限度时,就会引发地震。例如,印度板块的活跃运动会影响中国西部一带,导致该地区地震活动明显抬升。

地下岩石的破裂:在地球内部,由于热的地核加热作用和地幔物质的动力学特性,地壳和岩石圈块体相互作用。在挤压和碰撞过程中,岩石中的应力不断积累,当达到足以克服与正应力和摩擦系数有关的静摩擦力时,平时锁闭的断层发生滑动,导致地下岩石破裂,从而引发地震。

地震的地质机制

地震的产生机理涉及多种学说和理论:

构造地震:这是最常见、破坏力最大的地震类型,由地下深处岩层的错动和破裂引起,约占全世界地震的90%以上。

火山地震:与火山活动相关,如岩浆活动、气体爆炸等,但只在火山活动区发生,占比约7%。

塌陷地震:通常由地下岩洞或矿井顶部塌陷导致,规模较小且次数少,多发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。

诱发地震:如水库蓄水、油田注水等活动可能引发地震,这类地震仅在特定的库区或油田地区出现。

人工地震:包括地下核爆炸、炸药爆破等人为活动引起的地面振动。

在科学发展的过程中,还出现了多种关于地震成因的假说,如1911年理德提出的“弹性回跳说”,认为地球内部不断积累的应变能超过岩石强度时产生断层,断层形成后岩石弹性回跳释放能量引发地震;1955年日本的松泽武雄提出的“岩浆冲击说”,认为地下岩石导热不均,部分溶融体积膨胀挤压围岩导致围岩破裂产生地震;美国学者布里奇曼提出的“相变说”,认为地下物质在一定临界温度和压力下,从一种结晶状态转化为另一种结晶状态,体积突然变化而发生地震。

板块运动与地震的关系

地球的岩石圈由多个相互移动或滑动的大型构造板块组成:

板块运动类型:板块之间会发生相互分离、碰撞、挤压等运动状态,每年相对运动0-100毫米。

板块构造学说的发展:早在1596年,布拉班提亚伯拉罕·奥特利乌斯就提出了地球大陆在地质时间内相互相对移动的“推测”。1912年,德国地质学家阿尔弗雷德·魏格纳进一步独立地提出了“大陆漂移”的概念。20世纪上半叶发展起来的现代板块构造学说就是基于这种“大陆漂移”的概念。

地震带分布:地震集中分布在板块构造边界,主要有三大地震带。环太平洋地震带地震最多、分布最广,发生的地震总数和释放的能量占全球70%;欧亚地震带排行第二,发生的地震总数和释放的能量占全球15%;海岭地震带存在于海底山脉,发生的地震总数和释放的能量占全球不到5%。

板块运动与地震成因:板块之所以会运动,是因为地幔软流层的热对流引起的。在板块边界,由于板块的相互作用,如生长和消亡,会导致岩石层的变形和断层的产生,从而引发地震。

地球内部结构对地震的影响

地球内部具有复杂的圈层结构,这对地震的产生和传播有着重要影响:

地球内部圈层:地球内部分为地壳、地幔、外核和内核四个主要圈层,各个圈层之间存在物理上的不连续面,如莫霍面、古登堡面和利曼面。地壳厚度不均匀,大陆部分较厚,海洋部分较薄。地幔组成物质主要是铁镁含量很高的硅酸盐矿物,在1000km左右深度还有次一级的不连续面,分地幔为上下两层。

岩石圈和软流圈:上地幔顶部有一层固体岩石层,它与地壳共同组成具有刚性的岩石圈。岩石圈以下,地震波速度明显下降,出现地震波的低速层,表明那里的岩石接近熔融状态,具有很大的可塑性,称为软流圈。

最新研究发现:新研究显示,地球的内部远比外观呈现的差异性更大,地幔包含更多不同物质。在地球的每侧存在两个较大的化学成分截然不同的致密物质堆或堆积物,这个物体达到数百公里厚,一处位于太平洋下面,另一处位于大西洋和非洲下面。

诱发地震的人为因素

人类的一些活动也能诱发地震:

采矿活动:在地下开矿挖井时会形成大面积空洞,改变了原本稳定的地壳结构,受局部构造应力、采挖附加应力和大地应力场变化的影响,在局部地区形成高应力集中区,在一定的诱发条件下,急剧而猛烈地释放出来,引起强烈的地面晃动和摇动。

油气开采:开采过程中的注水以及开采后的废液处理,深井注水可导致地层构造应力场变化,使得岩层发生破裂。诱发地震的数目和大小直接与注水的压力和注水量有关。

地热开采:增强型地热系统(EGS)技术通过“水力刺激”向岩石中泵入高压冷水来提高渗透率,以增强和创造热干岩中可获取的地热,然而这与诱发地震活动密切相关。

水库蓄水:大型水库的蓄水会增加地层的荷载、增加地层孔隙压力以降低有效应力,从而显著改变下伏断层或裂缝的应力状态,触发地震发生。但水库诱发地震的发生概率较低,且多数是微小地震,震中位置主要在坝区、水库库盆及其近岸地段,震源深度浅,对地表影响范围有限。

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