第1章基础地震学

1.1什么引起地震？

地震可由许多因素引起，包括地下爆炸、火山内岩浆的运动以及大型物体与地面的撞击。由这类事件引起的地震一般强度很低，很少造成重大破坏。然而，大多数破坏性地震都是由于地壳内部的突然运动而发生的。

地壳可以被视为覆盖在地球熔融核心上的一层薄薄的岩石外壳。这个壳体内有许多大裂缝，有效地将地壳分成一系列非常大的板块，称为构造板块。其中一个板块位于北美大陆的大部分之下，而另一个板块位于太平洋的大部分之下。还有一些位于欧亚大陆和印度次大陆之下。图1-1所示为世界地图，说明了这些构造板块的布局。

图1-1世界主要板块地图（由美国地质调查局提供）

在重力、地球自转引起的力和地球熔融核心内对流产生的力的影响下，板块不断相互推挤，导致应力和应变能在每个板块内部以及板块之间的边界积聚。经过多年的时间，应力将累积到超过板块边界的摩擦阻力，或超过板块内部岩石本身的强度。当这种情况发生时，地壳将发生快速的差异运动，释放一部分多年来储存的应变能。这种应变能以动能的形式释放出来，从发生差异运动的区域向外辐射，引起地面震动和其他地震效应。

1.2地震发生在哪里？

地震可以在任何地方发生。但大多数地震发生在地壳的薄弱地带，也就是以前发生过地震的断层。在过去的构造活动所形成的山脉和丘陵的基底上，经常可以发现断层。例如，在加利福尼亚州所谓的海岸山脉和内华达山脉的东侧都有大断层。在内华达州、犹他州和美国西南部，许多陡峭的山脊和山丘下面都有断层。在德克萨斯州和俄克拉荷马州，断层也位于起伏的丘陵之下，是这些州发现的石油藏的地质特征。

随着地壳多年来的变化，通过构造和地质活动，地壳中的应力积累模式也会发生变化。地球上某个地质时代发生过大范围地震活动的地区，下一个地质时代可能就没有了。如果地质证据表明，在过去的11000年里，断层发生过活动，那么这条断层被称为活动断层。在这段时间内没有发生地震的断层通常被称为不活跃断层。尽管大多数活动断层偶尔也会发生地震。

除了根据其活动性进行分类外，断层还按其发生的滑动类型进行分类。主要由沿断层轨迹横向水平位移构成的断层称为走滑断层。沿断层垂直滑动的断层称为正断层。

世界上大多数活动断层往往位于靠近板块边界的地方，在这些板块边缘摩擦产生的应力迅速而严重。最活跃的断层是板块边界本身。例如，圣安德烈亚斯断层是太平洋板块和北美板块之间的分界线，它沿着加利福尼亚海岸延伸。再往北，这个板块边界位于北美洲海岸以西的太平洋之下，在那里被称为卡斯卡迪亚俯冲带。

在俯冲带，一个构造板块被压在相邻板块之下。除了产生一些世界上最大的地震，俯冲带通常也会导致火山活动。卡斯卡迪亚俯冲带在俄勒冈州、华盛顿州和不列颠哥伦比亚省引发了多次大地震，也是喀斯喀山脉火山的发源地。

在南部，同样的板块边界一直延伸到墨西哥海岸和中南美洲。另一个板块边界向东延伸到中美洲南端的圣安德烈亚斯体系之外；延伸到加勒比海；然后沿着大西洋海底中部向北延伸。

由于板块边界处应力的广泛积聚以及沿板块边界频繁发生的地震，这些边界附近的地壳往往高度断裂且脆弱，从而导致许多活动断层。例如，加利福尼亚州有130条已知的活动断层。随着与板块边界距离的增加，过去地震造成的破坏、应力的累积以及活动断层的数量都有减少的趋势。内华达州

例如，爱达荷州的活动断层比太平洋沿岸国家少。亚利桑那州和新墨西哥州则更少。然而，在北美大陆中心的一些地区存在着主要的活动断裂带。其中包括穿过犹他州盐湖城地区并向北延伸至黄石国家公园的瓦萨奇断层带；沿密西西比湾向北延伸至五大湖，然后沿圣劳伦斯航道向东北延伸的新马德里断层带；以及南卡罗来纳州查尔斯顿附近的地带。然而，地震也可能发生在许多其他地方，包括新英格兰、大西洋中部各州和中西部。

图1-2是美国地质调查局（USGS）绘制的美国地图，显示了美国各地发生破坏性地震的风险。这张地图显示了该国有许多活动断层的地区，这些地区经常发生地震，颜色为鲜红色或橙色。偶尔发生地震的区域以黄色到绿色显示，而很少经历地震的区域以蓝色到灰色显示。图1-3是美国地震历史位置图，震级大于4.0。

图1-2美国地震风险图。（由美国地质调查局提供）

图1-3美国地震的历史地点（由美国地质调查局提供）