1.1 地震的定義與天然地震的分類
地震俗稱地動，就像閃電、打雷、刮風、下雨一樣，是一種自然現(xiàn)象。不同的是，地震不像普通的雷電風雨那樣經(jīng)常發(fā)生，而且一旦發(fā)生在有人居住的地方，總會造成災害。因此，地震是一種小概率的災害性自然現(xiàn)象。
按照發(fā)生地震的地質構造背景與引起震動的原因的不同，天然地震主要可分為三類：
構造地震 由于構造運動，地下深處巖層發(fā)生變形積累應力，當所積累的應力超過巖石破裂強度，就會產(chǎn)生破裂，引起震動并傳播到地面，這就是構造地震。圖1-1比較形象地描述了這樣的過程。這就好比有人用雙手扳彎一條層板，隨著用力加大，層板逐漸彎曲，積累應力，當層板強度承受不了時，就會突然折斷。
這類地震發(fā)生的次數(shù)最多，約占世界地震的90%;這類地震分布最廣，各主要地震帶主要都是由構造地震組成的;這類地震造成的破壞和災害最重，因為大地震幾乎全是構造地震。
圖1-1? 構造地震的形成與發(fā)生
火山地震 與火山活動相關發(fā)生的地震被稱為火山地震。由于火山噴發(fā)巖漿的快速運動以及超熱蒸汽和氣體的激發(fā)，使周圍巖石發(fā)生震動，稱之為火山震顫。這是狹義的火山地震?；鹕礁浇貐^(qū)的巖石由于上涌巖漿的積累、擠壓而變形積累應力，當積累的應力超過巖石破裂強度也會導致巖石破裂，發(fā)生地震。這類地震的破裂方式與構造地震相像，區(qū)別在于積累應力的力源不同。由于它的應力積累與火山活動有關，也是一種火山地震。
火山地震數(shù)量較少，約占世界地震總數(shù)的7%。顯然，它們分布在火山活動區(qū)。
陷落地震 在石灰?guī)r或其他一些有地下溶洞的地區(qū)，當頂蓋巖層支撐不住發(fā)生塌陷而引起地表震動，叫做陷落地震。這類地震不多見，一般規(guī)模較小，影響比較局部。
另外，流星的隕石撞擊地面也會引起地表震動，也是一種天然地震。不過，流星隕石撞擊能引起地面顯著震動的很少，除極個別的以外，這種地震更小，影響也更小。
地震界還往往按地震的深淺、遠近進行分類。為敘述的方便，擬在第二講介紹有關震中、震源深度等地震參數(shù)后，再來講解這方面的內容。
由于世界90%以上的地震都是構造地震，我們以后講到地震，除非特別說明，一般都指構造地震。
無論構造地震，還是火山地震、陷落地震都發(fā)生在地球內部，不同的只是具體的地質條件與力的來源。為更好地說明構造地震的力是哪兒來的?也為便于后面更好地介紹地震與地震活動的特點，下節(jié)將簡要介紹地球內部構造、地殼、巖石圈、活動斷裂帶以及板塊構造等與地震的發(fā)生有較密切關系的地學知識。
1.2 地球、地殼、板塊與活斷層
地球 人類居住的地球是一個很大的橢球體，它的平均半徑為6371千米。赤道半徑比極半徑大約長21.5千米?？茖W家們把長半徑與短半徑之差，跟長半徑之比定義為橢球體的扁率，用來描述橢球體扁的程度。地球的扁率約為1/298，顯然，地球是一個稍稍有一點點扁的大球體。
地球內部具分層結構。最早也是最簡單的模型分三層：地殼、地幔和地核。地球半徑那么大，目前世界上最深的鉆井只有十幾千米，人們是怎么知道地球內部結構的呢?這得歸功于地球物理探測方法，主要是地震學方法。因為大地震的地震波能穿透地球，攜帶著震源和地球介質的信息，應用遍布全球的地震臺記錄的地震波資料可以反演，即反過來推算震源參數(shù)和地球內部速度結構。當然，重力學和地磁學等地球物理方法對于認識地球內部也有重要貢獻。
地球內部最明顯的兩個地震波速度分界面就是地殼與地幔的分界面和地幔與地核的分界面。前者于1909年為克羅地亞地震學家莫霍洛維奇首先發(fā)現(xiàn)，被叫做莫霍面，或簡稱M面。地殼厚薄很不均勻，海洋下面的地殼薄一些，只有5～8千米，大陸地殼的平均厚度約35千米。首先發(fā)現(xiàn)地球有一個液態(tài)地核的是英國地質學家奧爾德姆，而最早于1913年較準確測定地幔與地核速度分界面的埋深約2900千米的是德國地球物理學家，后來在美國成為世界地震學權威的古登堡，也被稱為古登堡面。由這兩個分界面就把地球內部分成了三層結構。相對于幾千千米的地幔厚度和地核半徑來說，平均為33千米厚的地殼，實在是太薄了，根本無法按比例在一張圖上展現(xiàn)。隨著觀測技術的進步和地震學研究的進展，科學家們陸續(xù)發(fā)現(xiàn)更多的分界面，已建立七層或更多層模型，主要是把地幔和地核又分別分成上地幔與下地幔，外核與內核，以及一些過渡層。有意思的是，外核由于不能傳播橫波被認為處于液態(tài)，而內核又能通過橫波被推斷為固態(tài)。圖1-2是地球分層結構示意圖，如果忽略過渡層，把上地幔和下地幔合成地幔，把液態(tài)外核和固態(tài)內核合成地核，也就與最早的地球三層結構模型是一樣的。由于大多數(shù)地震發(fā)生在地殼里，最深的地震也只有720千米，下面主要介紹地殼、巖石圈，以及與地震活動有關的活斷層、板塊運動等相關知識。地球內部更深的知識就不再多說了。
圖1-2 地球分層結構示意圖
地殼與巖石圈 在19世紀末至20世紀初，人們認為地球內部是熔融的液體，地表凝固著一層硬殼。當時把地球最外層叫地殼就反映了這種內軟外硬，有一層殼的意思。實際上后來的觀測和研究表明，地球內部物質的密度比地殼巖層的密度大得多，硬度也大得多，一般比鋼還硬?，F(xiàn)在地學界仍沿用地殼這個名詞，但需記住它只是地球的最外層，已無硬殼的含義。
在早期的書刊上，一般把大陸地殼分為兩層：花崗巖層和玄武巖層。兩層之間有一個速度間斷面，按最早發(fā)現(xiàn)的科學家的名字命名為康拉德面。不過，后來很多工作發(fā)現(xiàn)，康拉德面并不普遍存在，或者說，有一些地方的大陸地殼不能明顯分出兩層。大陸地殼不僅厚度而且物性都不均勻，在構造運動比較年輕的造山帶地區(qū)，地殼要厚一點，結構也要復雜一些，如青藏高原地殼厚度可達60～70千米，上層地殼以下還有低速層。
海底地殼與大陸地殼有明顯差別。它不僅比大陸地殼薄得多，而且結構與物性也不同。一般認為，海底地殼可分三層。第一層是未凝結的沉積層，約0～2千米厚。第二層是空隙度很大的玄武巖碎屑，約0.5～2千米厚。第三層是鐵鎂質的巖石，與玄武巖很相近，平均4.7千米厚。顯然，第三層是主要的，有人甚至把海洋底下的地殼形容成玄武巖薄板，由火山巖漿流動覆蓋在更深部的巖石上。相對而言，海底地殼總的來說是比較均勻的，變化大的是海嶺與洋脊，島弧與海溝地區(qū)。關于這一點，后面介紹了板塊與板塊運動就很容易理解了。
無論大陸地區(qū)還是海洋地區(qū)，在地殼之下的上地幔內都有一層地震波速度低于上覆巖石的低速層。出現(xiàn)低速層的深度各處不完全一樣，大致為100～200千米深。關于這個低速層是怎樣形成的?多數(shù)科學家認為，那個地方的溫度已接近巖石的熔點，有些晶體的邊界上發(fā)生了部分熔化，使波速降低。需要說明的是，那里的介質仍是固體，只是在長期力的作用下，可表現(xiàn)相當塑性而發(fā)生流動。地質學家定義的軟流圈大體與它相當，深至600～700千米。
地球上部剛性的，或者說石質的一層叫做巖石圈。它不僅包括了地殼，還包括了上地幔內軟流圈以上的剛性層。好像100～200千米厚的剛性巖石圈漂浮在軟弱的軟流圈上。這些認識支持了大陸漂移原理，為板塊構造理論的興起提供了基礎。
板塊與活動地塊 早在20世紀初，就有大陸漂移說，認為一個超級大陸于3億年前破裂，其碎塊漂移出去形成現(xiàn)今的大陸。他們的主要證據(jù)是，不同大陸的地質構造和地貌相似與相吻，如非洲西海岸和南美州東海岸似乎可以吻合。大陸漂移說還可以解釋一些其他地質問題，但當時遇到了嚴重的困難，不為多數(shù)人接受。最要命的是，大陸坐落在高強度的巖石上怎么能漂移?因此，經(jīng)過激烈的辯論后，大陸漂移說沉默了幾十年。到20世紀60年代末地震學關于地殼及地球內部結構的研究發(fā)現(xiàn)，不論大陸還是海洋，地殼底下的上地幔內都有低速層。它表明那里介質的彈性和剛度都降低了，在長期力的作用下，可能流動。這樣，大陸能夠移動的主要障礙被消除了。隨著地震學、古地磁學等基礎地學的發(fā)展，在大陸漂移說的基礎上，板塊構造理論誕生了。
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