地震是怎么形成的(关于地震成因的主要观点)

关于地震成因的解释,迄今为止,尚没有一个确定的科学结论,有的都只是各种假说。从二十世纪初魏格纳的板块学说建立以来,目前学术界关于地震的看法,主要有以下四种观点。

地震是怎么形成的(关于地震成因的主要观点)

地震

一、板块运动致震说

板块运动致震说是指由于活动的板块之间相互挤压、碰撞、摩擦、分离等导致岩石断裂、破碎、错位等,造成了地震。

板块运动学说认为全球的岩石圈并非一个整体,而是被海岭、海沟等分割成漂浮在软流层上的六大板块。而板块之间并不是静止的,而是相互运动的,板块之间的相互运动,就会造成地震。但由于其引起板块运动的原因不同,可以将板块运动致震说分成以下两种不同的学说。

1、 板块构造学说

地球由地核、地幔和地壳三部分组成,呈同心圆状,从内到外依次是地核、地幔和地壳。各大板块处于软流层上,由于靠近地核处的地幔物质温度高于靠近地壳处的上地幔,这种显著的温度差,形成了地幔物质的对流现象,导致了板块的运动。板块的运动有两种不同的方式,即邻近板块的分离和碰撞。

而板块与板块之间的相互挤压、摩擦、拖曳、碰撞是导致地震的根本原因。由于板块之间的这种相互作用力,导致岩石中产生应力(静挤压力),其应力在岩石中储集,当应力的积累超过岩石弹性所能承受的极限后,就会导致岩石断裂、破碎、错位,造成地震的发生。当应力释放之后,再经过一段时间的余震以达到新的力学平衡。这就是挤压导致断裂,断裂引发地震的构造学说,也称之为弹性回跳学说。

板块构造学说一直是地震成因的主流学说,从20世纪形成以来,被中国地学界普遍接受,对中国地学界影响深远。其主要文章有张振春的《地质学基础》和潘绍焕的《板块构造学说与地震》。

2、 地球自转学说

地球自转学说认为不同板块之间质量存在差异,地球自转速率变化(地球自转角速度变化)时,漂浮在软流层上的板块就会相互运动,导致板块之间相互作用的发生。这是发生地震的根本原因。

地球自转速率的变化导致板块间的运动主要有以下三种方式:

(1)“分离”。当地球自转速度变化时,质量较重的板块就会和质量较轻的板块相互脱节,出现分离作用。这种“分离”情况会引发正断层型地震。

(2)“碰撞”。当地球自转速度变化时,不同质量板块的运动速率会有差异,质量较重的的板块运动速度慢,较轻的板块运动速度快,便会引发板块之间的“碰撞”。

(3)“摩擦”。由于靠近南北两极的自转速度小,南北板块运动速度缓慢或者接近于匀速。这就导致了远离两极的板块速度变快或者变慢都会与南北板块发生错位摩擦,出现“摩擦”的作用。这种情况会引发走滑断层型地震。

其主要文章有陈学忠、李艳娥、赵晓燕的《地球自转、地震成因与地震预报》,陈学忠的《地球自转与汶川地震的成因》等。

二、爆炸致震说

爆炸致震说主要是认为地球内部由于不同的因素会发生爆炸现象,导致地壳岩石圈的碎裂,引发地震。

但由于爆炸物质、方式的不一样,同样可以将爆炸致震说分为以下五种学说:

1、 雷电爆炸致震学说

这种学说认为地震是一种地壳雷电现象,即地震是由于地壳内部积累的静电荷过多、极化,从而引发了地壳中雷电现象的产生,引起岩石的破裂,导致地震的发生。这可以看作是一种雷电爆炸现象。

雷电爆炸说认为地下的雷电主要有以下两种来源:自然电场。自然电场主要是由电子导电地质体的天然电化学作用和地下水中电离子的过滤和扩散作用,以及大地电流和雷雨放电等因素所形成的电场。包括地下水氧化还原电场、过滤电场、地壳中的压电效应、热电效应等;太阳活动产生的电荷。太阳活动如耀斑、黑子、太阳风等产生的带电粒子、射电辐射等可以直接或者间接的到达地面,形成地壳中的电能。

持这种地震成因学说的主要文章有张宝盈的《地震是一种“地壳雷电效应”?—地震成因新探》和《地震电磁成因假说》,姚承的《地震是地下雷电》。

2 、热能过多致震学说

地核内部热能过多引发地震主要是指由于地球吸收各种能源的能量大于地球向宇宙空间释放的能量,因此地球內核储存的能量会逐渐增加,地核内具有的压力也越来越高,当地核内能量增加到一定限度,超过地壳岩石所能承受的限度时,就会爆炸,以火山喷发,地震等形式向外释放能量,形成地震等灾害。

地核热能过多的现象是多种因素共同作用的结果,主要有以下几方面的原因:地球内部的雷电是产生地热能的重要因素。地球内部是一个闭合的电路,地球在围绕太阳公转或者自转时,会与星际磁场发生相对运动,在地球内部产生微弱电流,以地球自转的方式输往地核,形成热能;太阳辐射汇聚地核形成热能。由于地球的特性,太阳辐射到地球上的热能大多数被地球吸收,储集起来,汇聚到地核内部,形成热能;还有一种情况就是人类日常所用的煤炭、石油、天然气、电等能量被地球所吸收,形成热能。其中前两点是形成地核热能的主要原因。

所以持这种观点的学者认为只要在适当的地方,尽可能多的开采地热资源,就可以人为地减少火山喷发和地震。

关于这种理论观点,笔者没有找到专业的学术论文,仅找到一篇关于此种观点的文章:张亚鹏的《地震成因新观》。

3、 天然气爆炸致震学说

这种地震成因假说认为地壳断层带是地震产生的场所,由于断层带提供了聚集气体的空间,当气体不断增加,因空间有限,气体会在封闭的地壳内膨胀受压,当压力积累到一定程度时,或者其它原因触发时,这些气体将会沿断层薄弱的裂缝爆破性地释放出来,引发地震。

这种假说否定了板块运动引发的地震,主要有以下四个依据:地震往往是突然发生的,地表没有征兆,这种突发现象只有气体在地底深部慢慢积聚,才能产生这个效果;地震是瞬间完成的,只有高压的气体才有足够的能量引发瞬间的能量释放;余震的产生是由于地壳内部气体的释放需要一个过程,需逐步释放,并不是一次性释放;地震发生前后会有降温现象,是由于气体膨胀吸热的缘故。

代表文章有岳中琦的《汶川地震与山崩地裂的极高压甲烷天然气成因和机理》,张恩学的《地震的特征、原因及触发机制》。

4、 核爆炸致震学说

核爆炸致震说是指地幔中核变的及时效应在地壳上的表现。

由于地幔的长期沉淀、析出、分层,在地球深处形成较纯净的核裂变(如铀等)物质圈,同时由于地幔对地表的液态、气态物质(如海水、石油、空气等)的吸入、热解,或者内部物质的生成析出,在地幔的上层(地幔、地壳之间)聚集了较为纯净的核聚变物质(如氢、氦等)。

地幔的对流会造成核裂变物质相遇,发生核裂变,如果此时附近存有核聚变物质,进而引发核聚变。核变要在极短时间里释放极大的能量,产生高温膨胀即产生高压,导致地壳因为这种压力而产生破碎、断裂,形成地震。

余震的产生机理有两方面因由。大地震发生后,一方面核变产生温度熔化地幔,并同时造成地幔温度的不均匀,加速其对流,提高了核裂变物质相遇的概率,引发余震;另一方面核变产生温度可以熔化地壳使一些曾经被冻结的核聚变物质被重新释放,同时又可以提高含氢化合物(如海水蒸汽)的热解比例,增加核聚变物质的含量,产生了余震。直到该地区下方地幔中几乎所有相遇可以超过临界体积的核裂变物质及其附近的核聚变物质全部发生核反应,余震才会停止。

主要文章有虞振东的《地下核燃烧假说的主要证据》,李六四的《地球热核演变说》。

5、 地球排气致震学说

其认为地球内部存在着大量不同于外界的强还原性气体,这种气体在巨大压力的迫使下不断钻入岩石裂隙的,通过H+H→H2反应产生上万大气压,压力使裂隙急速雪崩式地向前劈裂,当岩石的强度不足以抵挡这种压力时,遂发生破断地震。也可以算作是一种气体爆炸现象。

地球排气理论已有一个多世纪的研究历史,不算新近形成的理论,但是直到20世纪90年代后,才形成规模的、系统的一种理论,逐渐被人们所认知、接受。

地球排气观点认为地球内部含有巨大的气流和幔汁潮,而且在数量和能量上都不是大气、海洋可比拟的。杜乐天先生认为地球内部至少还存在4个规模很大的气圈,它们由深至浅依次是:外地核氢气圈;上地幔气圈;中地壳气圈;上地壳气圈。大气和海洋都是地球十几亿年内部排气的产物,气圈和水圈是地球排气的次生物。

由于地球内部巨大压力,使气体向上运动,向外排气,这种排气是造成地震、旱灾、地磁异常、特大暴雨、部分森林火灾等全球特异自然灾害的根本原因。

主要的文章有杜乐天的《地球排气作用—重大自然灾害孕因和地下巨大天然气来源》、《地球排气作用的重大意义及研究进展》,杜乐天、强祖基的《特异自然灾害发生的内因》。

三、流体致震说

流体活动致震说是指由于地球内部的高温熔融物质(即流体)在不同作用下导致了地壳岩石的破碎,引发了地震。

但根据流体物质活动方式的不同,可以将其分为以下两种学说:

1 、流体上升活动致震学说

地球内部存在着高温熔融物质,这些物质由于地球内部不同的温度差、密度差、压力差等差值,导致流体的上升活动,侵入地壳薄弱部位。当地壳岩石圈薄弱部位不能承载流体的冲撞力道之时,就会导致地壳岩石破碎,形成地震。

流体致震说是建立在地球内部存在大量熔融物质基础上的学说,其否定了板块碰撞导致地震的说法,解释了板块运动所不能解释的大陆内部板块稳定地带地震频发的现象。

代表文章主要有刘武英、吴建华、郭永霞等的《关于岩浆活动在地震过程中的作用的讨论》,车用太、刘五洲、鱼金子的《地壳流体与地震活动的关系及其在强震预测中的意义》,车用太、张培元、谷元珠等的《地震预测的新理论与新方法探索》。

2、 势—动能转化致震学说

其认为流体上的岩石具有极大的重力势能,当地球内部某一处封闭的熔融流体物质的温压发生变化或者沿地壳裂缝散逸之后,流体上覆的岩石圈的稳定状态就会被打破,就会导致地壳岩石圈因重力势能向下运动,发生塌陷、错位、形变等情况,引发地震。

这种观点认为流体对地壳主要有两方面的作用:高温高压流体会降低岩石的刚性,引发地壳岩石从脆性向塑性变形转变,因而大地震通常在脆性中上地壳内发生;流体会降低破碎岩体或者断层之间的摩擦力,地震发生后会获得较大的速度和动能,使塑性的地壳产生位移或者错位、形变。

代表文章是徐常芳的《壳内流体演化及地震成因说》和《地震流体成因说及其应用研究》。

四、天体引力致震说

天体引力致震说是指由于月亮、太阳等对地球的引力作用,导致地震的产生,古来就有根据太阳、月亮的变化来预测地震的方法。

关于天体引力对地震的影响,都是直接引起了地球上某些运动的发生,间接的产生了地震,所以可以根据天体引力引发的不同运动,又可以将天体引力致震说分为以下三种学说:

1、 漩涡活动致震学说

漩涡活动致震说是一种将天体引力和地球内部流体结合起来的地震假说。主要是指地球内部软流圈内的流体物质在太阳、月亮引发的潮力作用下,与地球表面的的海水、大气发生同步运动,以漩涡的形式在地球内部形成有规律的升降,即所谓的固体潮,从而导致地震。

这种在天体引力作用下形成的漩涡升降活动主要有以下两种方式:自地球内部向地表盘旋上升的漩涡,它是流体在由低纬度区向高纬度区流动过程中形成的。当这种漩涡形成时,来自地球内部深处的热能就像是钻头一样不断的冲击、融熔岩石层,并使之抬升。当这种上升盘旋的势能积累超过岩石层的强度时,便会导致岩石层顶部的破裂,形成上冲型地震。由于上冲型地震的震源距离地表较浅,因此这种地震也被称为浅源地震。

自地表向地球内部旋转的下降漩涡,它是流体岩浆在由高纬度区流向低纬度区的过程中形成。当这种下降式的盘旋发生时,对地壳岩石层的支撑力降低,地壳岩石层在自身重力和向下吸附力的作用下,必然产生向下沉降的运动趋势。当向下沉降的势能积累超过岩石层的强度时,岩石层在底部的莫霍面上破裂,就会形成陷落型地震。由于震源距离地表较深,因此陷落地震被称之为深源地震。

代表文章是徐万民的《地震成因新说》。

2、 强潮汐致震学说

强潮汐致震说是指受天体引力的影响,地球上的海水会发生大规模、强烈的潮汐活动,这些潮汐活动会引发海平面的上升或者下降运动,引起了地下流体活动,而流体的活动会引发地震的产生。

天体引力引发地球上海水运动变化导致地震的说法主要表现在两方面:一方面是指海水的潮汐运动发生时,大规模潮水移动离去,重力势能的减弱,使海水离开的这一地区内的地壳受到流体的冲击而抬升,在地壳裂缝或者薄弱地带就会发生地震或者火山情况;另一方面是随着强潮汐转移到所在的区域内时,此地所受的重力势能增大,地壳会相对下降,挤压下面的流体向两边运动,导致两边地壳内的流体增多,同样受到流体的冲击、抬升,导致地壳撕裂、张开,从引发地震、火山等状况。

地球上海洋运动的变化,并不是天体引力一方面的作用,但是强潮汐的形成却与天体引力密切相关,是形成地球海洋强潮汐的重要原因。

代表文章有杨学祥、韩延本、陈震、乔琪源的《强潮汐激发地震火山活动的新证据》和杨学祥、杨冬红的《潮汐激发地震的研究》。

3 、天体引力触发地震学说

这种观点认为天体引力只是地震形成的一种次要因素,并不是主要原因。天体引力只是对地震的发生起到一种触发作用,即是一种加快地震发生的因素。

这种触发作用因为地震成因主要原因的不同,其触发机制也不甚相同。如坚持应力积累是导致地震成因主要原因的学者认为,天体引力可以通过对地壳的撕裂和提升作用,加速应力的积累,致使地震的提前发生;坚持流体是地震发生主要原因的学者认为天体引力强大时会引发地球流体剧烈的活动,导致地震的提前发生。虽然其观点不甚相同,但却都认为天体引力对地震有触发作用。

所以这种观点的学者认为通过观察太阳或者月亮的变化,有助于我们预测地震。

代表文章是张尚勤的《太阳月亮与地震》,胡辉、王锐、郭晓明的《日月引潮力与地震》。

以上的四种地震成因假说,虽然各不相同,但其目的是一样的:旨在地震预测,解决地震预测难的问题。本刊的立场主要倾向于气体爆炸致震学说,本期涉及的文章也多与气体爆炸致震学说有关。

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