关于地震几个概念的阐释

沈新荣

（江苏省天一中学, 江苏 无锡 214101）

关于地震几个概念的阐释

沈新荣

（江苏省天一中学, 江苏 无锡 214101）

随着社会经济的发展，地震对社会生产生活的破坏性及公众对于地震的关注度不断提高。但是中学地理教科书及科普读物中尚存在一些过时的地震知识，这有碍于人们正确认识地震的发生机制、危害性及防震自救。本文就震源、震级、地震成因、地震预报等几个概念进行阐释。

震源；震级；地震成因；地震预报

一、震源与震中

1.震源概念

震源，也叫震源区，指地球内部发生地震的地方，是地震波产生的波源。震源可以分为天然震源和人工震源两种类型，其中天然震源具有一定的大小和体积。为便于用确定的数学、物理模型来描述，科学家将震源概括为多种不同的理论模型，如线源、点源、错位源等。

2.震中概念

震中，也叫震中区，指震源在地面上的投影，其地理位置常以经纬度表示。按确定方法不同，可将震中分为微观震中与宏观震中。微观震中，即仪器测定的震中，也是通常所说的震中。宏观震中的位置需由调查确定。首先，根据宏观地震资料确定震区的烈度值，编绘地震等震线图；然后，确定等震线最内侧圈定的区域，称为极震区；最后，计算极震区的几何中心，该中心即为宏观震中。

在《中国地震目录》中，1900年以前无仪器记录的地震，常绘制宏观震中；1900年以后有仪器记录的地震，则同时绘制宏观震中与微观震中。

3.辨别点与区的重要性

一次地震的发生，尤其是大地震，其震中并非一个点，而是一个区域。6级、7级的地震，其破裂长度约十几千米到几十千米，8级地震的破裂长度则可达上百千米。受地表局部地质条件影响，一次地震后破坏最严重的地区（极震区）是宏观地震区。宏观震中与微观震中常常并不重合（图1）。

图1 汶川地震资料图（来源：中国地震局地球物理研究所、地质研究所）

如2008年汶川地震主震的微观震中位于31.0°N，103.4°E（据中国地震网络中心），该处距汶川县映秀镇的直线距离较漩口镇更远，但映秀镇的受灾程度却更甚。这与传统点震源、点震中（微观震中）的观念不符，运用震源区、震中区（宏观震中）理论则可以很好的进行解释：映秀镇处于微观震中东北方向的破裂带上，且距宏观震中较近。

中国国家地震局陈运泰等对美国阿拉斯加区域台网记录到的观测数据进行分析得到，汶川地震开始于其震中位置（微观震中），然后以3.1km/s 的速度向东北方向传播了300km，造成震中东北方向形成了长约300km的破裂带；对全球范围内最小方位角间隔为5°的21个震中距超过7000km的长周期远震台站的资料进行分析得到，最大静态滑动位移主要位于震中和震中北东方向100km以内；另外在震中北东方向150km左右，也存在着最高达4.4m的静态滑动位移。

基于对震源区、震中区概念的认识，进行地震宏观调查（强地震调查、前兆现象调查、历史地震调查与考证、宏观地震资料整理等），可以确定地震的烈度、绘制等震线图、确定宏观震中的位置，这对于灾后准确计算极震区范围、地震破坏性强度，并实施及时有效的救援，以及震区灾后重建和城镇规划选址、建筑物抗震性能设计与抗震级别确定等，都是极其重要的。

二、震级

1.震级标度的提出与发展

地震震级的标度，最初是美国地震学家里克特（Charles Richter）、古登堡（Beno Gutenberg）共同提出并制定的里氏震级。为区分当时美国加州地区发生的大量小规模地震和少量大规模地震，里克特在借鉴天文学中表示天体亮度的星等概念基础上，规定以震中距100 km处“标准地震仪”所记录的水平向最大振幅的常用对数为该地震的震级。照此定义，若震中距100km处“标准地震仪”测得的地震波振幅为1mm的话，则震级为里氏3级。

受当初设计里氏震级时所使用的“标准地震仪”的限制，近震规模过大或观测点震中距过远时，里氏震级便不适用。随着远台及非标准地震仪记录换算的发展，研究人员对震级标度进行了改进，常用的有面波震级（MS）、体波震级（Mb）、近震震级（ML）等不同类别。同一地震的三种震级标度可通过一定的经验公式互换。

1977年，美国地震学家金森博雄（Kanamori Hiroo）等发展出了与震源物理特性有更直接联系的矩震级（Mw），并在大规模地震时取代了里氏震级（美国地质测量局对规模小于3.5级的地震不使用地震矩震级）。矩震级的优点首先在于它不像近震震级那样容易饱和，亦即大于某震级的所有地震之数值都相同的情况不会发生；其次，它更能直接反应地震过程的物理性质，如地层错动的大小和地震的能量等。缺点在于要准确计算矩震级难度较大、需要耗费的时间较长。

目前，各种震级标度普遍存在偏差大、物理基础不充分、种类多而不统一等问题。国际地震学和地球内部物理学联合会于1967年成立了专门的震级分委员会，来研究均一震级系统、近震震级和深震震级的测定，震级的物理基础及历史地震震级等，以寻求确定地震震级的统一方法和提高震级的精确性。

2.不同标度震级的应用

不同标度震级之间的差别是地震性质的反映。我们需要了解不同类别震级分别适用于说明什么问题。

比如，对救灾来说，最理想的是能量震级（ME）。退而求其次的，也许是面波震级（MS）。里克特于1935年提出，美国南加利福尼亚适用的能量震级关系为lgES=6+2MS。此后的1956年，他与古登堡又将公式修改为lgES=1.5MS+11.8。式中，ES为能量，MS为面波震级。从中我们可以得知，震级每增加1级，其释放的能量大约相差32倍。

对于海啸预警来说，最有意义的是矩震级（Mw）。矩震级是对断层错动引起的地震强度的直接测量，只有它真正反映了地震错动的大小，能更好地反映地震时释放出的能量。矩震级的运用在分析波形的长度与方位角的关系、确定地震破裂的方向性、计算给定地点的海啸大小、最大海啸波幅等方面有很大的意义，可以为及时对海啸进行预测和预警提供帮助。

借助对面波与体波振幅的比较，以及面波震级（MS）与体波震级（Mb）的比较，可以对核试验产生的地震波进行监测和判别。在大多数天然地震中，面波振幅最大，其次是横波（体波）振幅，再次是纵波（体波）振幅；人工爆炸导致的地震中，纵波振幅反而大于横波振幅，低频面波振幅也较小。通过面波震级（MS）和体波震级（Mb）的比值也可以较为直接的判断地震是否是人为导致。除此以外，科学家也通过分析P波（纵波）初动的类型、震源深度、地震能量等方式来鉴别地震是天然还是人为的。

3.震级的修正

地震，尤其是大地震发生时，经常会出现各地地震监测机构先是公布一个震级，然后又反复进行震级修正的情况。其原因通常有两种可能。

可能一：地震监测机构最先计算并公布的是已经饱和了的体波震级（Mb），后来又先后计算和公布了饱和点较高的面波震级（MS），以及不会发生饱和的矩震级（Mw）。

可能二：为在第一时间让政府与公众了解地震的基本情况，比如震级的大小，震中的位置等，地震监测机构往往会根据某一个或某几个监测站的记录数据，先公布一个粗估的“速报震级”。在地震发生一段时间之后，更多台站的记录数据被收集、汇总、分析，震级将会被修正的更为准确。

三、地震成因与地震预报

1.地震成因假说

在对美国旧金山大地震观测资料进行分析和解释的过程中，美国地震学家里德（Harry Fielding Reid）于1911年提出了关于地震机制的弹性回跳理论。这是出现最早、应用最广的地震机制假说，它证明了地震是断层作用的结果，而不是断层作用的原因。弹性回跳理论认为，在发生地震时，具有弹性的地壳岩石以弹性回跳方式释放应变能，能量释放后变形岩石重新回到原来未变形的状态，而断裂两盘则发生相对位移。（图2）

图2 弹性回跳理论（图片来自网络）

1966年，美国学者布雷斯（W.F.Brace）和拜尔利（J.D.Byer lee）正式提出“粘滑说”，被认为是“断层说（弹性回跳理论）”的补充和发展。此外，地震成因还有“岩浆冲击说”“相变说”“温度应力说”等。上述假说，都是各学者根据所掌握的事实材料，按已被证实的理论，进行逻辑论证而提出的。它们从不同角度阐释了地震的成因，但还需要实践的检验。

2.地震预报

地震机制，指震源区在地震发生时的力学过程。从广义的角度来说，地震机制研究的是地震发动方式、地震发生后震源区能量再积累和地震能量转移等问题。狭义的地震机制只分析地震的发动方式，并推断地震的直接成因。

地震预报指地震发生地点、时间与强度的预报，按预报时间长短可以分为长期预报（时间以年计）、中期预报（以月计）、短期预报（以日计）与临震预报（数小时以内）等。地壳内部的物化变化与机械运动、地球的自转变速、相邻星球间的作用等使地壳不断有规律的运动着。运动的规律决定了地壳中断层系统的分布、运动特征和活动历史，也决定了地震发生的地点、时间和强度。所以，地震地质研究是预报地震的根本依据。

地震破裂动力学中有一个著名的佯谬：如果地震断层是“弱”的，地震时就不可能释放出那么强的地震波能量；如果地震断层是“强”的，那么地震时地震断层上的滑动肯定会因为克服摩擦而导致明显的“摩擦生热”。问题在于，科学家对地震断层进行热流测量，却找不到“摩擦生热”的明显迹象。因此，地震断层在地震前到底发生了什么？地震是如何“发动”的？地震又是怎么“停下来”的，这些都是未解之谜。未解之谜决定了地震预报和预警都会很困难，因为我们不知道地震应该在哪里“开始”，所以地点报不准；我们不知道地震什么时候或在什么条件下“开始”，所以时间报不准；我们不知道地震“开始”后会在哪里“结束”，所以大小报不准；我们不知道一次地震，究竟是在它开始发生时就“知道”自己会有多大，还是“走到哪里算哪里”，所以提前估测地震的震级并进行预警很难。

四、树立应对地震危害的现代观念

我们知道，地震预报可以分为长期预报、中期预报、短期预报与临震预报。长期预报作为一种时间跨度最大的阶段性地震预报，要对某一地区未来几年到几十年或更长时期内地震活动的趋势、概率和影响作出预测，并向政府部门提交报告，如全国及区域性的地震区划，建设规划区及工程场地的地震烈度、地震地面运动参数、地震小区划和震害的预测，全国及区域性的地震活动趋势预测等。地震长期预报对国家经济建设的顺利进行、合理布设监测台网、集中力量围捕大震、以较少的经济代价取得较多的社会效益等，都有极大的意义。“预防比救助更人道”。面对地震，我们要坚持预防为主，防救结合的方针。构造地质学家琼斯曾说过：“你愿意提前一小时从楼房里逃出呢，还是希望房子根本不会倒？”答案是显而易见的。

中国地震局地球物理研究所吴忠良所长曾说过，地震的时候在学校应该往哪里躲？这是一个完全错误的问题，不仅因为怎么回答都有可能是错的，而且因为这是一个被错误地提出的问题。这个问题的唯一正确答案是：学校以及其他公共建筑（例如医院、体育场馆等），必须是地震时最安全的地方，应该是地震时候避难场所的首选！学校，应该朝着“地震时最安全的地方”、朝着“地震时避难场所的首选”这个目标，去设计与建设。

树立应对地震危害的现代观念，其一，是要确定建筑物的最低抗震系数，提高基础设施的安全等级，以此可长期减弱地震的危害性；其二，是利用地震台网，摸清境内地震高发区和地震带，为城镇建设选址及灾后重建提供决策依据；其三，是加强防震避震宣传教育，指导公众了解大震预警现象、预警时间和避震空间，指导公众进行家庭避震、学校避震、户外避震、公共场所避震和野外避震等，以及指导公众有效开展震后自救等。

[1] 徐世芳,李博.地震学辞典[M].北京:地震出版社,2000.

[2] 周存忠.地震词典[M].上海:上海辞书出版社.1991.

[3] 李庆臻.科学技术方法大辞典[M].北京:科学出版社.1999.

[4] 吴忠良,蒋长胜,彭汉书等.与地震预测预报有关的几个物理问题[J].物理,2009,(4):233-237.

[5] 陈运泰,许力生,张勇等.汶川特大地震震源特性分析报告[A].汶川大地震工程震害调查分析与研究[C],北京:科学出版社.2009.