百科：地震新知

編者按
　　我國(guó)是世界上大陸強(qiáng)震最多的國(guó)家。20世紀(jì)以來，共發(fā)生6.0級(jí)以上地震近800次，遍布全國(guó)除貴州、浙江和香港以外所有地區(qū)，死難者多達(dá)55萬(wàn)人，占同期全球地震死亡人數(shù)的53%。人們常用“占世界7%的土地，養(yǎng)活了世界上22%的人口”來形容中國(guó);卻很少有人知道，這占世界7%的土地承受了全球33%的大陸強(qiáng)震。
　　
　　40年前的1976年7月28日，河北省唐山、豐南一帶發(fā)生里氏7.8級(jí)（矩震級(jí)7.5級(jí)）地震，造成巨大人員傷亡。這次地震名列20世紀(jì)世界地震史死亡人數(shù)第二。作為一個(gè)飽受地震威脅的國(guó)家，本刊擬刊發(fā)一組文章，介紹地震的最新研究進(jìn)展，以為紀(jì)念。
　　沒有任何預(yù)警，它能在短短幾秒鐘之內(nèi)撕裂大地，吞噬生命;更令人懼怕的是，它至今無(wú)法被準(zhǔn)確預(yù)測(cè)……這種自然災(zāi)害，就是地震。
　　地震是與一定的地震構(gòu)造相聯(lián)系的。我國(guó)位于世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶的交匯部位，再加上印度板塊對(duì)歐亞板塊深部地球動(dòng)力作用的影響，巨大的晚第四紀(jì)活動(dòng)斷裂十分發(fā)育，這些斷裂正是大地震的溫床。有歷史記載以來，我國(guó)大陸幾乎所有的8.0級(jí)和80%～90%的7.0級(jí)以上強(qiáng)震都發(fā)生在這些斷裂邊上。其中，發(fā)生在1976年的唐山大地震和發(fā)生在2008年的汶川地震，都造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失。
　　雖然目前還難以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)大地震，但科學(xué)家對(duì)地震的研究工作一直在緊鑼密鼓地進(jìn)行著。這些研究工作主要集中在兩方面：一是理論方面，主要研究地震的成因機(jī)制，即地震到底是怎樣形成的，其內(nèi)在動(dòng)力是什么;二是技術(shù)方面，具體研究地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的技術(shù)方法等。
　　地震是怎么發(fā)生的
　　地震成因，是地震研究中最關(guān)鍵的基礎(chǔ)理論。如果成因機(jī)制不清，預(yù)測(cè)就無(wú)從下手。
　　關(guān)于地震的成因機(jī)制，目前還存在很大爭(zhēng)議。國(guó)外科學(xué)家提出的地震成因機(jī)制主要有三個(gè)假說，分別是彈性回跳、巖漿沖擊和相變假說。我國(guó)科學(xué)家則提出了更多的假說。這些假說都能夠找到一些證據(jù)支持，但也有不足之處，它們難以對(duì)大地震過程中所有觀察到的地質(zhì)現(xiàn)象給出全面、合理的解釋。
　　多年來，在地震學(xué)界處于支配地位的是彈性回跳假說。彈性回跳假說認(rèn)為：“地震是由活動(dòng)斷裂的突然主動(dòng)破裂所造成;地震能量是斷層兩側(cè)巖體因地殼變形而產(chǎn)生和儲(chǔ)存的彈性變形能，地震能量的釋放過程是斷裂兩側(cè)彈性變形巖體在幾秒到幾十秒內(nèi)的突然脆性破裂和擴(kuò)展，然后再?gòu)椥曰靥??！蓖ㄋ讈碇v，地下巖體就像彈簧，長(zhǎng)期被地質(zhì)運(yùn)動(dòng)擠壓緩慢變形，從而積累能量，一旦達(dá)到臨界破裂程度，就會(huì)釋放其中存儲(chǔ)的彈性能量。這就像彈簧突然斷裂而出現(xiàn)彈性回跳一樣。
　　彈性回跳假說由美國(guó)里德教授在對(duì)1906年美國(guó)舊金山7.8級(jí)地震中地表變形和地表破裂的調(diào)查和研究后于1910年提出。
　　在20世紀(jì)60年代建立的全球板塊構(gòu)造動(dòng)力假說的推動(dòng)下，斷裂彈性回跳假說得到廣泛的認(rèn)可。里德認(rèn)為，舊金山7.8級(jí)地震就是北美板塊和太平洋板塊分界的圣安地列斯斷裂的水平突然錯(cuò)動(dòng)所造成的。
　　但該學(xué)說遇到很多無(wú)法進(jìn)行合理解釋的問題，比如，在地下深處，溫度、壓力很高，巖體大多已處于類似塑料被加熱軟化的塑性狀態(tài)，不具備地表附近巖體的彈性特征，更不可能儲(chǔ)存巨量的彈性應(yīng)變能量，但也會(huì)發(fā)生中深源地震。
　　事實(shí)證明，彈性回跳假說是一個(gè)只看到局部表面現(xiàn)象的錯(cuò)誤理論。它不能正確解釋前震與主震、主震與余震的物理機(jī)制，也不能正確解釋地溫、地電、地磁異常等地震前兆現(xiàn)象。它把地震結(jié)果之一的巖石斷裂，片面地理解為地震的成因。
　　正是由于對(duì)地震成因機(jī)制的理論認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，以致人們對(duì)地震預(yù)測(cè)的研究停滯不前。
　　隨著科技的發(fā)展，大量觀測(cè)和勘探事實(shí)表明，大地震往往是一個(gè)地下深處沿著斷裂帶的爆炸過程，地質(zhì)上稱之為隱爆，其主要能量來源于地下帶電超臨界流體?；诖罅康挠^測(cè)事實(shí)，蘇聯(lián)學(xué)者沃洛波耶夫于1970年提出了“地下放電擊穿引發(fā)地震”假說。
　　地下深處存在高溫、高壓流體，這些流體以水為主，其中溶解有很多礦物成分，包括鹽類和氣體以及多種金屬礦物。在高溫、高壓下，水處于超臨界狀態(tài)，而且會(huì)發(fā)生電離，就好像沒有安全閥的高壓鍋一樣，一直處于緩慢加熱狀態(tài)，咕嘟咕嘟冒著泡兒，這就是平常地下的微震。地球上的微震很多，幾乎每天都會(huì)發(fā)生很多次。一旦壓力積累到臨界狀態(tài)，就會(huì)把高壓鍋沖破，進(jìn)而發(fā)生爆炸。這就成為高壓沖破地下板塊的裂縫而發(fā)生的大地震。
　　
　　地下大爆炸
　　2008年汶川地震后，我國(guó)政府投資兩億多元設(shè)立了一個(gè)地震科學(xué)研究專項(xiàng)，在發(fā)生地震的龍門山斷裂帶上打了5口井，用于研究該地震的成因（圖1），同時(shí)也進(jìn)行了大量地質(zhì)勘探和地球物理、地球化學(xué)測(cè)量，由此獲得了很多極有價(jià)值的資料和研究成果。
　　汶川震區(qū)處于龍門山斷裂帶，該斷裂帶被松潘甘孜地塊和四川盆地這兩個(gè)剛性地塊夾持。研究表明，汶川地震是一個(gè)沿龍門山斷裂帶從西南往東北方向漸進(jìn)的一連串地下深部爆炸過程，該過程持續(xù)近兩分鐘，中間還有間斷。這一爆炸區(qū)域被限定在松潘甘孜地塊和四川盆地之間，后續(xù)的余震也在這一范圍內(nèi)。
　　進(jìn)一步的地質(zhì)探槽、鉆探和測(cè)井及地球物理勘探資料分析表明，本次地震的隱爆動(dòng)力能量來源包含兩方面：其一是地下超臨界流體相變膨脹爆炸，其二是地下深處的累積負(fù)電荷放電（地下雷電）。
　　專家通過分析汶川斷裂帶附近48個(gè)地震臺(tái)站的記錄發(fā)現(xiàn)，汶川地震可以分解為4個(gè)震級(jí)分別為Mw7.5、 Mw8.0、Mw7.5和Mw7.7的地震子事件，從汶川開始發(fā)震向北、東擴(kuò)展，整個(gè)破裂帶長(zhǎng)達(dá)近300千米;汶川并不是地震能量釋放最大的地方，只是地震起始地;北川釋放的地震能量最大，比其他區(qū)域大約十倍。破裂性質(zhì)也有變化，難以用彈性回跳假說解釋。通過更詳細(xì)對(duì)比遠(yuǎn)震和近震地震波形，人們發(fā)現(xiàn)，在汶川地震的4個(gè)地震子事件（群震）中，每個(gè)子事件中同樣包含多個(gè)地震子震源，也就是說，是一系列的地下子爆炸組成了這次地震過程。該次地震可以用地下深處的結(jié)構(gòu)爆破得到合理的模擬和解釋。
　　除了理論模擬和解釋外，專家還從地質(zhì)勘查和地球物理勘探上得到了關(guān)于這次爆炸特征的可靠證據(jù)。汶川地震后，在綿竹九龍地表探槽揭露了這種爆炸特征，灰色的砂巖呈噴射狀貫入紅色黏土之中，這說明地震中存在地下射流和爆炸噴射。
　　汶川地震過程后，研究人員在青川縣發(fā)現(xiàn)了以陳家壩水井巖為代表的三處帶有燃燒痕跡的環(huán)形爆炸坑。這說明，汶川地震深處的高壓爆炸在部分薄弱地段已經(jīng)沖出地表。
　　這種地下深處的爆炸特征，從地震現(xiàn)場(chǎng)人們的描述中也得到了證實(shí)。
　　地下是否真的存在流體的隱爆？汶川地震的鉆井巖芯給出了明確答案：WFSD-1鉆孔在多個(gè)深度鉆出了大量的液化角礫巖，這是一種流體高壓爆炸形成的巖石。
　　對(duì)該鉆孔的巖芯礦物X光譜分析表明，斷裂帶中的假玄武玻璃和斷層泥及斷層角礫巖具有相似（近）的礦物組成。這表明，它們很可能是深部高壓貫入形成的，至少部分物質(zhì)是這種成因。假玄武玻璃被喻為“地震化石”，主要由發(fā)生重結(jié)晶的玻璃質(zhì)熔融體形成。由黏土礦物分析，人們得知，地震斷裂發(fā)生時(shí)的溫度超過1100℃。其成因機(jī)制的當(dāng)前流行解釋是：假玄武玻璃是因斷層快速滑動(dòng)過程中摩擦生熱造成摩擦面溫度升高，從而使周圍巖石融熔所形成的巖石。如果汶川地震中的巖石確是因此形成，一定會(huì)在假玄武玻璃脈體與圍巖接觸界面上存在“熔蝕邊”，但實(shí)際觀測(cè)中根本不存在熔蝕邊，接觸界面很清晰。這說明，該處的巖石很可能是高壓噴射貫入所形成的。
　　汶川地震的構(gòu)造特征也難以通過彈性回跳成因機(jī)制進(jìn)行解釋，但如果用地震隱爆成因機(jī)制，則可以得到合理解釋。
　　在過WFSD-1鉆孔的一條北東向剖面上，由地表探槽和WFSD-1鉆孔確定了本次汶川地震的主斷裂F1滑動(dòng)面，傾角大約為60度。為了勘探該主斷裂向深部的延伸情況，研究人員在剖面北東側(cè)又鉆探了一處更深的WFSD-2鉆孔，結(jié)果并沒有在預(yù)期的深度發(fā)現(xiàn)這個(gè)主斷裂F1，反而發(fā)現(xiàn)其主斷裂F1在這兩個(gè)鉆孔之間呈現(xiàn)近水平特征（圖2），這意味著，主斷裂F1不是一條直線，而是出現(xiàn)了奇怪的變化，即從地表的傾角60度到地下變?yōu)榻?。這是難以用彈性回跳假說解釋的。
　　
　　汶川地震后，通過人工地震勘探，專家得到了多條高精度、高分辨率人工地震勘探剖面。圖3是一條位于虹口附近的東南向人工地震勘探剖面的地質(zhì)解釋，WFSD-1和WFSD-2井經(jīng)過該剖面附近。圖中左側(cè)深色部分說明，地震爆炸后，巖石已經(jīng)破碎，而且曾發(fā)生過流體蝕變，人工地震勘探剖面表現(xiàn)為地震波的雜亂和弱反射。剖面右側(cè)的人工地震波相對(duì)反射規(guī)整，說明受到較少流體蝕變，巖層仍完整。該區(qū)域深度大約8～15千米，與地震震中深度一致。
　　
　　地下深處是否存在高溫高壓流體庫(kù)？更深層的地球物理勘探給出了答案。在橫穿汶川斷裂帶的深地球物理勘探剖面中，存在一近水平的、深度約30千米的紅黃色異常體，表現(xiàn)為低電阻率和低地震波速度特征。這說明，地下深部存在高溫、高壓流體;在這個(gè)深度下，它們應(yīng)該處于超臨界狀態(tài)。
　　溫度和壓力分別在臨界溫度和臨界壓力以上的非凝聚性高密度流體，被稱為超臨界流體。地下深處存在大量的地質(zhì)流體，其中，水是最重要的成分之一。水在不同的溫壓條件下呈現(xiàn)多種相態(tài)，當(dāng)溫度大于374.3℃、壓力大于22.1兆帕?xí)r，水即變成第四相態(tài)——超臨界水。地下10～18千米以下，即可同時(shí)達(dá)到水的超臨界溫度和壓力。根據(jù)目前對(duì)地球內(nèi)部壓力和溫度的估算結(jié)果，在下地殼及深部，流體均處于超臨界狀態(tài)。
　　當(dāng)水在地下深處呈現(xiàn)超臨界狀態(tài)時(shí)，一旦由于斷裂構(gòu)造活動(dòng)使地下裂開一個(gè)口子，壓力、溫度陡降，超臨界水就會(huì)發(fā)生退相爆炸，變成水蒸氣，這是一個(gè)體積急速膨脹過程。同樣重量的水蒸氣體積比超臨界水大數(shù)百倍。
　　超臨界水氧化性強(qiáng)烈，在一定溫壓條件下，甲烷、乙炔和高烷烴等有機(jī)物在超臨界水中可發(fā)生自燃，并在一定條件下產(chǎn)生“水熱火焰”。
　　地下深處的雷電
　　前面提到，汶川地震隱爆動(dòng)力能量的第二個(gè)來源，是地下深處的累積負(fù)電荷放電（地下雷電）。關(guān)于這一點(diǎn)，證據(jù)也很充分：很多大地震發(fā)生時(shí)，都發(fā)現(xiàn)震區(qū)附近電磁場(chǎng)的突然變化。這是由于電場(chǎng)的突然變化引起了磁場(chǎng)的突然變化。
　　電場(chǎng)為什么會(huì)變化呢？合理的解釋是，地震過程中，帶電氣體或者帶電流體從地下泄漏所致，相當(dāng)于電流的突變。
　　地下深處的大電流流過時(shí)，是否會(huì)留下痕跡？答案是肯定的。美國(guó)科學(xué)家的研究表明，假玄武玻璃的出現(xiàn)，說明發(fā)生了大電流事件。
　　假玄武玻璃往往包含新生成的細(xì)小磁鐵礦，表現(xiàn)出較高的天然剩磁（NRM）。NRM數(shù)值高，意味著曾經(jīng)有強(qiáng)大的電流持續(xù)通過。該磁場(chǎng)高于地球正常磁場(chǎng)約1000倍。如果沒有大電流形成的局部強(qiáng)磁場(chǎng)，這些新生成的磁鐵礦只可能具有正常地球磁場(chǎng)的磁化率。
　　汶川地震后的鉆井巖芯磁化率測(cè)量結(jié)果表明，沿著新形成的地震破裂面存在假玄武玻璃，表現(xiàn)為高磁化率特征。這是由于假玄武玻璃中包含新生成的磁鐵礦顆粒所致。
　　地震專家曾仔細(xì)分析了地震記錄臺(tái)站的記錄，發(fā)現(xiàn)汶川地震前和地震發(fā)生過程中都存在電磁異常的急劇變化。地震前一天，成都地震臺(tái)站記錄到明顯的電磁脈沖異常。
　　專家通過總結(jié)全球的地震發(fā)生規(guī)律和強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)地震與斷裂性質(zhì)及地下是否存在高壓地殼流體密切相關(guān)：在漲性正斷層區(qū)域如東非裂谷區(qū)域，最大不會(huì)發(fā)生超過7.5級(jí)地震，因?yàn)闈q性環(huán)境是一個(gè)相對(duì)開放的環(huán)境，流體和地下電荷會(huì)緩慢釋放，不容易形成大地震;而在擠壓逆沖斷層區(qū)或壓扭斷裂區(qū)域，如果同時(shí)存在高壓地殼流體，則可發(fā)生9.0級(jí)以上地震，如環(huán)太平洋區(qū)域，因?yàn)閴盒原h(huán)境是一個(gè)封閉環(huán)境，流體和地下電荷會(huì)緩慢聚集。地震形成金屬礦？
　　地震雖然給人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失，但也有好的一方面，那就是大地震往往也是地下金屬礦的成礦過程。
　　針對(duì)地震與成礦之間的關(guān)系，科學(xué)家做了大量研究，也取得了不少進(jìn)展。澳大利亞科學(xué)家近期的研究表明，地震中地下流體的瞬間蒸發(fā)，可使金礦發(fā)生沉淀。事實(shí)上，地震和火山爆發(fā)所造成的地殼淺表溫度、壓力和pH值等參數(shù)的臨界轉(zhuǎn)換是很多熱液礦床形成的基本因素。
　　在地震過程中，含礦熱水在大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下沿?cái)嗔褞нw移上升，由相對(duì)封閉體系進(jìn)入到半開放-開放體系，特別是伴隨有熱水隱爆作用發(fā)生時(shí)，伴隨含礦熱水的多種理化條件或參數(shù)的改變，熱水體系快速遠(yuǎn)離平衡態(tài)，使熱水組分的濃度增大，礦物沉淀形成。
　　在大型斑巖銅礦和金礦的勘探開采過程中，人們都發(fā)現(xiàn)了大量隱爆角礫巖。這也從另一個(gè)方面說明，斑巖銅礦和金礦的成礦過程往往伴隨著地震的發(fā)生。
　　2011年2月22日，位于汶川地震斷裂帶的平武縣南壩鎮(zhèn)文家壩村山體發(fā)生冒煙現(xiàn)象。平武縣位于北川和青川之間。經(jīng)過專家現(xiàn)場(chǎng)勘查及權(quán)威機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)資料報(bào)告，此處山體含有大量磷、硫、鐵、錳等礦物質(zhì)。地震后，山體垮塌，原先深埋地下的礦物質(zhì)裸露，造成自燃。進(jìn)一步的鉆井巖芯化學(xué)分析表明，汶川地震主破裂帶富集了磷、硫、鐵、錳等元素。這說明，地震是一種由斷裂運(yùn)動(dòng)激發(fā)引起的地下隱爆和成礦過程。這次地震只是漫長(zhǎng)的地質(zhì)活動(dòng)過程的一個(gè)瞬間，也是成礦過程的一個(gè)階段。一個(gè)成礦過程往往延續(xù)百萬(wàn)年。在百萬(wàn)年內(nèi)，沿一個(gè)地震斷裂帶會(huì)發(fā)生無(wú)數(shù)次地震，每一次地震都是對(duì)成礦的一次貢獻(xiàn)。
　　前人的研究成果表明，在數(shù)百萬(wàn)年的地質(zhì)歷史內(nèi)，龍門山斷裂帶發(fā)生過多次地震。沿著汶川地震帶分布的一系列大大小小的鐵礦、磷礦等，就是不同時(shí)期的地震所形成的。
　　地震與地下放電
　　地光，也叫地震光，是強(qiáng)地震前后常見的一種自然現(xiàn)象，在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中均有不少記載。唐山大地震由于發(fā)生在夜間，震區(qū)多人看到了耀眼的地光。5·12汶川地震發(fā)生在白天，地光在震區(qū)并不明顯;但在400千米外的天水，還是有人拍攝到了這種與地光相關(guān)的地震云（圖4）。
　　
　　地光實(shí)質(zhì)上是放電現(xiàn)象，是一種負(fù)電荷和正電荷碰撞形成的電子湮滅發(fā)光。早在16世紀(jì)，人類就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，靜電在放電過程中會(huì)發(fā)光，尤以摩擦放電最為典型，當(dāng)電荷密度達(dá)到每平方米0.1微庫(kù)侖時(shí)，就能看到發(fā)光現(xiàn)象。
　　美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)卣鹌冉鼤r(shí)，地下活動(dòng)會(huì)發(fā)生“奇怪變化”，產(chǎn)生強(qiáng)電流?！斑@種電流很強(qiáng)。里氏6.0級(jí)地震產(chǎn)生的電流高達(dá)10萬(wàn)安培，里氏7.0級(jí)地震產(chǎn)生的電流高達(dá)100萬(wàn)安培”。常見的家用電表的最大電流一般不超過60安培。
　　如此強(qiáng)大的電流是怎樣產(chǎn)生的？地球真的帶電嗎？
　　現(xiàn)代科學(xué)研究表明，地球是一個(gè)巨大的帶電球體，不同的圈層具有不同的帶電特征。地球大氣層總體帶正電，地球大地表層總體帶負(fù)電。全球大地帶有5.6×105庫(kù)侖的負(fù)電荷，整層大氣電位差為3×105伏特，地面電場(chǎng)平均強(qiáng)度130伏特/米。大氣層中既存在正離子，也存在負(fù)離子，但正離子平均比負(fù)離子多12.5%左右。因此，地球大氣總體表現(xiàn)為帶正電荷。
　　既然地球淺表層總體表現(xiàn)為富集負(fù)電荷，那么富集的負(fù)電荷是從哪里來的呢？
　　研究顯示，地球深部高溫、高壓下的元素轉(zhuǎn)換發(fā)生的電（核）化學(xué)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生了負(fù)電荷。這些負(fù)電荷會(huì)隨著流體向上運(yùn)移，逐漸聚集在地球淺部的圈閉（一種能阻止電荷繼續(xù)運(yùn)移并能在其中聚集的場(chǎng)所）中。一旦構(gòu)造斷裂運(yùn)動(dòng)使得地球表層破開一個(gè)口子，就會(huì)發(fā)生電荷的突然泄露爆炸，并產(chǎn)生地震。
　　通過前文的介紹，我們知道，地下深處是一種高溫、高壓環(huán)境，物質(zhì)處于一種超臨界狀態(tài)。部分元素的原子核也并不穩(wěn)定，不斷有放射性現(xiàn)象發(fā)生。所謂放射性，是指元素從不穩(wěn)定的原子核自發(fā)放出α射線、β射線、γ射線等的現(xiàn)象。
　　從構(gòu)造動(dòng)力學(xué)可能更容易理解這種物質(zhì)變異過程。在地球的淺層——主要是地殼，物質(zhì)處于“形變區(qū)”，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和壓實(shí)作用就是分子團(tuán)間的形變。比如，壓實(shí)作用就是分子團(tuán)間的孔隙壓縮。
　　隨著深度的增加，主要在軟流圈部分的壓力和溫度逐漸增大，物質(zhì)孔隙已經(jīng)被壓縮到極限，孔隙度近于零。物質(zhì)處于“相變區(qū)”，這是一種分子內(nèi)原子間的重新排列和變位壓縮，比如煤炭、石墨、金剛石都是致密的單質(zhì)碳元素，但煤炭的密度小于石墨和金剛石。這說明，石墨和金剛石原子受到了不同程度的壓縮，密度逐漸增大。
　　隨著深度的進(jìn)一步增加，主要在地幔和外核區(qū)，進(jìn)入“電子云變區(qū)”，原子間已無(wú)法再被壓縮，壓縮進(jìn)而到達(dá)原子內(nèi)的電子層范圍，也就是部分物質(zhì)的原子內(nèi)外側(cè)的不穩(wěn)定電子可能會(huì)被擠出，使得β射線衰變釋放出電子，這些電子會(huì)隨著地下深處的流體向上運(yùn)移并富集。
　　研究表明，這些來自地球深部的負(fù)電荷主要富集在斷裂破碎蝕變帶內(nèi)。這些蝕變礦物往往是含水黏土礦物，多呈片狀結(jié)構(gòu)，如高嶺石族、伊利石族、蒙脫石、云母族。顯微鏡下，它們似一摞撲克牌。平坦一側(cè)帶負(fù)電，邊緣一側(cè)帶正電，總體上帶負(fù)電。就好比斷裂破碎帶內(nèi)有無(wú)數(shù)個(gè)電容器。黏土顆粒具有很大的比表面積，1克黏土的比表面積可以達(dá)到800平方米。
　　地下深處的累積負(fù)電荷在火山噴發(fā)時(shí)會(huì)隨著地球深處的巖漿向外噴射，與大氣中的正電荷作用，形成閃電。過去，人們把這種隨火山巖漿噴發(fā)出現(xiàn)的閃電現(xiàn)象解釋為“高溫使空氣電離”，但這種認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，如果這種高溫能使空氣電離，那么鋼鐵廠的高溫熔融的鐵漿也應(yīng)該會(huì)發(fā)生閃電，事實(shí)上并沒有。這說明，累積在地下深處的電荷突然受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)激發(fā)而發(fā)生地下放電爆炸給地震貢獻(xiàn)了另外一種能量。因此，地震也是一個(gè)地下雷暴過程。
　　其實(shí)，在20世紀(jì)70年代，就有蘇聯(lián)學(xué)者提出了地震成因的電擊穿說。作為地震時(shí)地內(nèi)存在強(qiáng)電場(chǎng)的直接觀測(cè)證據(jù)，蘇聯(lián)地震學(xué)家曾在1966年塔什干地震余震活動(dòng)期間，看到置于500米深井下的無(wú)電流電纜頭上產(chǎn)生了放電現(xiàn)象，并使得電纜頭熔化。1972～1974年，烏茲別克科學(xué)院的地震研究人員在恰爾瓦克水平坑道中偶爾進(jìn)行了地球脈沖電磁場(chǎng)變化觀測(cè)，證明地殼發(fā)射電磁脈沖，而且在地震前幾十個(gè)小時(shí)或幾天前，電磁脈沖強(qiáng)度異常變大。地震前，地下電荷的外泄會(huì)造成局部電磁異常，使家用電器如收音機(jī)、電視機(jī)、日光燈等出現(xiàn)異常，其中最為常見的電磁異常是收音機(jī)失靈。1976年唐山大地震前幾天，就有這種情況發(fā)生。
　　電磁異?，F(xiàn)象還包括一些電機(jī)設(shè)備不能正常工作，如微波站異常、無(wú)線電廠受干擾、電子鬧鐘失靈等。汶川地震發(fā)生的當(dāng)天上午，有的對(duì)講機(jī)不能正常使用，出現(xiàn)頻率偏移現(xiàn)象。
　　為什么地震前會(huì)出現(xiàn)無(wú)線電信號(hào)異常現(xiàn)象呢？合乎邏輯的解釋是，由于震前在一些構(gòu)造薄弱的斷裂區(qū)發(fā)生了地下電荷的泄露，這種泄露會(huì)產(chǎn)生寬頻帶的交流電磁場(chǎng)，造成無(wú)線電的混頻被干擾。
　　既然地震和地下高壓電有關(guān)，那么，歷史上的地震放電燒傷過人嗎？
　　1975年遼寧海城地震的調(diào)查結(jié)果給了我們答案。在這次地震中，出現(xiàn)了從未見于記載的地電對(duì)人體的危害，僅了解到的就有二十余例。
　　古人對(duì)地震的理解很值得借鑒。我國(guó)歷史較早有文字記載的一次大地震發(fā)生在周幽王二年（公元前780年），震中是陜西岐山?！妒酚洝ぶ鼙炯o(jì)》（卷四）記載，太史伯陽(yáng)甫認(rèn)為：“陽(yáng)伏而不能出，陰迫而不能蒸，于是有地震?！边@實(shí)質(zhì)上是一種陰陽(yáng)不平衡現(xiàn)象，也可以理解為正負(fù)電荷的不平衡?！吨芤住ふf卦傳》也描述：震為雷。
　　地震到底能不能預(yù)測(cè)
　　地震多發(fā)，災(zāi)難深重，這是我國(guó)特殊的地質(zhì)條件所決定的。20世紀(jì)以來，我國(guó)平均三年發(fā)生兩次7級(jí)以上地震。
　　早在古代，人們就開始進(jìn)行地震預(yù)報(bào)的嘗試。東漢時(shí)期，張衡發(fā)明了地動(dòng)儀。近代，人們?cè)趲状螐?qiáng)地震的活動(dòng)過程中，不僅觀察到了井水翻花冒泡、水質(zhì)變苦變甜等現(xiàn)象;還利用先進(jìn)的觀測(cè)技術(shù)觀測(cè)到了地下水中氡及其他一些化學(xué)組分的變化，由此開展了利用地下水化學(xué)組分預(yù)報(bào)地震的研究。
　　目前，中外科學(xué)家對(duì)地震預(yù)測(cè)的看法是一致的，即在地震帶內(nèi)可以做到中長(zhǎng)期概率預(yù)測(cè)，但尚不能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地震的發(fā)震時(shí)刻、震中和震級(jí)。
　　在地震預(yù)測(cè)方面，我國(guó)一直走在世界前列：建成了數(shù)百個(gè)由國(guó)家基本臺(tái)、區(qū)域臺(tái)和地方臺(tái)組成的全國(guó)地下流體觀測(cè)臺(tái)網(wǎng);建立了首都圈和滇西地震實(shí)驗(yàn)場(chǎng);初步進(jìn)行了臺(tái)網(wǎng)的數(shù)字化改造和建設(shè);目前開展的地震前兆觀測(cè)包括地震活動(dòng)性、地殼形變、地下水、地電、地磁、應(yīng)力-應(yīng)變、氣象、誘發(fā)因子、宏觀異常等十幾類近百種方法，發(fā)現(xiàn)了大量的異?，F(xiàn)象，但還沒有找到像天氣預(yù)報(bào)中溫、濕、壓、風(fēng)那樣物理意義明確的基本要素。
　　從上文所介紹的內(nèi)容看，關(guān)于地震的一些最新認(rèn)識(shí)，也許能夠使人們可以更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)地震的發(fā)生。關(guān)鍵的預(yù)測(cè)參數(shù)應(yīng)該包括三個(gè)方面，它們分別是：電磁脈沖異常、地下流體異常和微震異常。
　　地震能消減嗎
　　通過前文的介紹，我們了解了地震的成因機(jī)制，由此使得地震不但有可能被預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)，還有可能被消減。消減方法就是在地震斷裂帶深鉆并灌注鹽水（鹵水），這樣做有兩個(gè)目的，一是使得深部流體減壓釋放，二是地下深灌鹽水（鹵水）可以引爆累積的負(fù)電荷緩慢釋放能量。這就好像給高壓鍋鉆一個(gè)小洞并不斷緩慢注入冷水一樣，以防高壓鍋爆炸。理論上原來可能發(fā)生8.0級(jí)地震的地方通過該種方法消減后，有可能將地震強(qiáng)度減弱到5.0級(jí)。地震對(duì)人類的危害程度將因此大大降低。
　　深鉆使得深部高壓流體減壓釋放，不用證明。但深灌鹽水可以引爆累積的負(fù)電荷并緩慢釋放能量，到底有沒有科學(xué)依據(jù)？答案是肯定的。該方法由筆者提出來，類似提到深鉆但沒有提到注水的方法，最早由我國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家杜樂天教授于數(shù)年前提出。
　　美國(guó)阿森納巖石山污水回注誘震，是最早表現(xiàn)出回注與誘發(fā)地震有明確關(guān)系的案例（圖5）。該污水回注井深3671米，污水回注后，該區(qū)域自1962年至1966年共發(fā)生大小地震超過1500次，震中深度集中在3700～7000米，最大震級(jí)Mw4.8。
　　之后，人們又陸續(xù)開展了一系列類似試驗(yàn)，如美國(guó)的佯謬谷咸水回注誘震、美國(guó)間歇泉地?zé)峄刈⒄T震、瑞士巴塞爾干熱巖或增強(qiáng)地?zé)嵴T震案例，都說明，向地下注入咸水可以誘發(fā)地震。我國(guó)重慶榮昌天然氣田注水，也發(fā)生了明顯的誘震案例：該區(qū)域注水深度2.6～2.9千米，1988～2006年共發(fā)生超過3.2萬(wàn)次地震，最大震級(jí)是發(fā)生在1997年的Ms5.2，發(fā)震時(shí)間、頻次、震級(jí)與注水率有顯著相關(guān)性。
　　由此，我們很容易想到消減地震的方法，那就是采用深鉆法，首先對(duì)地下深處的高壓流體進(jìn)行釋放（圖6），然后再灌注鹽水（鹵水），目的是使地下深處聚集的負(fù)電荷緩慢放電。比如我們的深鉆目前可以達(dá)到近10千米，之下的部分可采用高壓灌注鹵水的方法，沿著深大斷裂帶有可能把水注入到深達(dá)近20千米的范圍。這樣一來，很多淺源地震可以得到有效緩解。
　　
　　盡管國(guó)內(nèi)外目前沒有專門采用注水方法消減地震的，但很多地方已經(jīng)無(wú)意中對(duì)該方法做了試驗(yàn)。人們發(fā)現(xiàn)，世界上石油開發(fā)和地?zé)衢_發(fā)較多的地方，近幾十年地震明顯減少了。
　　事實(shí)上，自從1976年唐山大地震后，郯廬斷裂帶至今沒有發(fā)生過大地震。這很大程度上得益于沿這個(gè)斷裂帶附近的石油勘探開發(fā)（渤海油田、勝利油田等）過程中的注水消減了部分能量;而且，地?zé)衢_發(fā)也起到了消減作用。 【責(zé)任編輯】趙 菲
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　　什么是大陸地震？
　　大陸地震是指震中位于大陸的地震。因大陸地震的縱波與橫波都傳到地面，破壞性一般比同樣大小的海震要強(qiáng);加之大陸地震多為淺源地震，陸地又為人類生活棲息的基地，因而即使大陸地震的震級(jí)不高，也能造成災(zāi)害。大陸強(qiáng)震指的是震級(jí)大于7.0級(jí)的大陸地震。
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　　地震的震級(jí)
　　地震有強(qiáng)有弱，用來衡量地震強(qiáng)度大小的尺子有兩把：一把叫地震震級(jí)，另一把叫地震烈度。
　　作為衡量地震大小的一種度量，每次地震只有一個(gè)震級(jí)，它是根據(jù)地震時(shí)釋放能量的多少來劃分的。震級(jí)可以通過地震儀器的記錄計(jì)算出來，震級(jí)越高，釋放的能量越多。
　　由于衡量地震震級(jí)的方法多種多樣，從而導(dǎo)致當(dāng)前世界上存在多種度量標(biāo)準(zhǔn)。常見的地震震級(jí)包括：矩震級(jí)（Mw）、里氏震級(jí)（ML）、面波震級(jí)（Ms）及體波震級(jí)（mb）。無(wú)論是里氏震級(jí)、面波震級(jí)，還是體波震級(jí)，都存在著兩個(gè)主要問題：一是這些震級(jí)與地震發(fā)生的物理過程沒有直接聯(lián)系，物理含義不清楚;二是統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，它們具有“飽和”現(xiàn)象，即當(dāng)?shù)卣鹚尫诺哪芰吭龃髸r(shí)，震級(jí)卻不再增大。因此，面對(duì)大地震時(shí)，采用這些震級(jí)標(biāo)度，會(huì)低估地震釋放的能量。
　　矩震級(jí)已成為世界上大多數(shù)地震臺(tái)網(wǎng)和地震觀測(cè)機(jī)構(gòu)優(yōu)先推薦使用的震級(jí)標(biāo)度。我國(guó)對(duì)外公布的震級(jí)大多是面波震級(jí)，而不是矩震級(jí)。