地震活动性

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  地震活动性汉语拼音:Dizhen Huodongxing;英语:Seismicity),地震活动是地球岩石层构造运动和应力状态的表现之一。一定区域内一定时期的地震活动特性,包括地震的时间、空间分布特点和地震频度、地震强度的变化。

  研究地震活动性,主要是根据地震观测系统测定的(或历史资料中记载的)地震发生的时间、空间位置(震中震源深度)和强度(震级震中烈度)等基本参数并研究这些参数之间的相互关系。另外,也有人把震源参数的变化(如地震矩应力降、破裂性质和震源机制解等的变化)作为地震活动性的一项研究内容。

地震活动分布特征

  主要是地震时间、空间、强度的分布特点。

地震活动时间分布

  或称地震时间序列。其一般特点是,在一定地区内,地震活动的起伏性和周期性、地震活动的活跃期和平静期常交替出现。地震活动没有严格的周期性,但一定地区内大地震相隔若干年有重复发生的现象。例如中国1679年河北三河平谷大地震和1976年唐山大地震,时间相隔约为300年,与华北全区地震活动的重复期相吻合。在地震预报实践中,有用数理统计方法从地震活动的时间序列中提取和分析地震周期,模拟某区带内地震发生的成丛模式等。有些大地震前,中、小地震活动逐渐增强;在大地震临近发生时,中、小地震又出现暂时的平静。最简单表示大震前后地震时间序列的方法是绘制M–t图,即在时间轴(t)上画出所发生的地震系列,用竖线的高度表示其震级(M)的大小。与此类似的还有N–t图和E–t图,分别表示地震频度(N)和能量(E)随时间(t)的变化。H.贝尼奥夫建议用应变能释放曲线(–t图,又称蠕变曲线)表示地震的时间序列,其优点是可以借此估计地震序列的未来发展趋势。

地震活动空间分布

  地震活动的空间分布是不均匀的,某些地区地震活动相当强烈,而在另一些地区,地震活动很弱。大地震往往只在某些特定的地区发生。地震活动频繁而强烈的区域称为地震区;许多大地震群集的狭长地带称地震带。有些地区,在未来大地震震中周围,中、小地震密集发生形成环状,而中心部分形成地震空区,也有的中、小地震排列成带状,或者形成两个交叉的条带,未来的大地震有可能在条带的交叉点附近发生。日本茂木清夫发现,在相继发生一系列大地震的某些地震带上,若存在尚未发生大地震的空段,未来的大地震便可能在此活动带的空段上发生。有些地区,大地震的震中互相连接,往往构成一定形式的网络状分布;在另外一些地区,大地震的震中有向一定方向迁移或者在某个空缺部位发生的现象。这些地震活动图像的形成和其构造环境有关,可能反映区域构造应力作用过程,这些地震图像的变化趋势,也可能为地震预报提供信息。

地震活动强度分布

  1954年,B.古登堡C.F.里克特,首先提出使用震级-频度的经验公式来描述世界各地区地震活动性强度的差异,这个公式的常用形式为:

lgN(M)=abM

  式中N(M)是以震级M为中心的小区间(M±ΔM)在一定时期内发生地震的次数;a和b是常数,a表征在统计时间、区域内的地震活动水平,b值表示该地大小地震数的比例关系,大地震数目相对多时,b值则小,b值大小和该地区的介质强度以及应力大小有关。古登堡等对全球地震统计得到:在环太平洋岛弧地带,a和b值均高;大陆内部,a、b值较低。

  一个地区地震活动性的强弱也可以用单位时间内单位面积所放出的地震波能量来衡量。1958年,苏联的Yu.V.里兹尼钦科提出用地震活动度(单位面积内发生相当于地震能级103焦耳的地震数)来表示一定地区内不同地点地震活动性的相对强度。

全球地震活动概况

  1905年,法国地质学家M.de博洛雷的《地震地理》一书以历史资料和宏观调查资料为依据,第一次详细叙述了全球各地区地震的地理分布。同一时期,英国地震学家J.米尔恩第一次用仪器记录绘制了全球地震分布图,给出了1899~1903年由仪器测定的全球323次主要地震的地理分布。到20世纪50年代初,古登堡和里克特利用近50年的地震观测资料,根据他们所创建的震级标度,定量地对全球的地震分布(包括地震震级、频度、震源深度和地区分布)作了详细的统计分析。然而,限于台网分布和观测水平,某些地区的中等强度地震仍有较大的遗漏。直到60年代世界标准地震台网(WWSSN)建立以后,才能较准确地测定全球的中等强度以上的地震,为全球地震活动性的研究积累了更为全面的资料。

  对人类危害最大的是浅源大地震,据阿部胜征等人1980年统计,自1897~1977年的81年间全球共发生了震级MS≥7.75的地震139次,每年发生的次数如图1,1900~1952年期间平均每年发生震级MS≥7.75的地震为2.1次,在这期间共发生震级MS≥8.5的特大地震4次。1953~1977年间全球大地震的频度比前50年明显的低,平均每年为1.2次。近几十年来全球发生的特大地震是1960年智利地震和1964年美国阿拉斯加地震,震级分别为MS=8.5,MS= 8.3。1976年中国唐山地震的震级为MS=7.8,也被列入世界特大地震之列。

  全球特大地震每年不过一两次,而MS>3.5的地震约有几万次,表中表示平均每年全球发生各个震级区间的地震数及其相应的地震能量。通常地震震级每降低1级,地震次数约增加6~7倍。对于MS>8级的地震并不是按比例数递降,而是急剧减少,这也许是由各地区岩石所能承受的最大强度决定的。

全球地震分布

  1954年,古登堡和里克特利用当时积累的近50年的仪器观测资料,全面地论述了全球的地震活动性。后来,随着资料的日益积累,对全球地震活动情况有了更为明确的认识,全球地震分布和全球板块构造有着密切的关系,地震主要分布在板块汇聚带和扩张带上。

环太平洋地震带

  地震主要集中在太平洋周围巨大的太平洋板块与周围的大陆板块碰撞交接处。这里分布着大部分浅源地震和中源地震,以及几乎全部深源地震。地震分布从太平洋最北部的阿留申群岛向东西两个方向伸展。西经堪察加半岛千岛群岛日本,向南绕菲律宾海板块分成东西二支:西支经琉球群岛台湾岛菲律宾苏拉威西岛,东支经小笠原群岛马里亚纳群岛澳大利亚以北的新几内亚岛新赫布里底群岛,而后经新西兰与南太平洋相接。东由阿留申群岛向东经阿拉斯加、加利福尼亚、墨西哥、加勒比海以东,再向南经秘鲁智利

  环太平洋带上的浅源(深度h<70千米)地震的能量释放约占全球总释放能量的75%,中源(70≤h<300千米)和深源(h≥300千米)地震约占90%,其中尤以日本、堪察加和南美的智利一带为最强。这里不仅集中着大量浅源地震,中源和深源地震也很活跃。这两个地区释放的地震能量分别占该带地震能量的20%以上。

  整个环太平洋带上,中源地震比较普遍,而深源地震只分布在新西兰、新赫布里底新几内亚岛巽他群岛、苏拉威西和棉兰老岛、菲律宾一带,日本海中国吉林省也有深源地震分布。全球最深的地震深达700千米左右,只在萨摩亚群岛、巽他群岛、苏拉威西和棉兰老岛记录到。

欧亚地震带

  该带沿着欧亚板块与非洲、印度板块的边界带上分布。在地理上横贯欧亚,西起大西洋中的亚速尔群岛,东到印度尼西亚。这里分布着除环太平洋带以外的大部分浅源地震和其余全部的中深源地震。浅源地震释放的能量约占全球浅源地震总能量的20%,中源地震能量占11%。自有近代地震仪器记录以来,这里仅观测到1954年3月29日发生在西班牙南部,震源深度在600千米以上的1次5级的深源地震。这一地震带上的中源地震在某些地区分布比较集中,如缅甸弧、兴都库什、罗马尼亚的弗朗恰、爱琴海意大利西西里岛北部等地区;浅源地震分布在一个相当宽的地带内,常常在两个碰撞带的南北两侧,在宽达1,000多千米范围内均有地震频繁发生,这和环太平洋带上的地震分布在一个狭窄地带上有着显著的差别。D.P.麦肯齐曾解释引起大陆内广阔地震分布的两个可能原因:一是大陆地区有众多的老断层,后来重新活动;另一个原因是大陆板块的岩石比大洋板块具有更多的硅铝质、富硅酸成分(如花岗岩类),在低温条件下更容易发生形变。在整个欧亚地震带内,地震活动最强的地方为帕米尔和阿萨姆地区,这里的地震不仅频度高,且强度大。1897年和1950年分别在印度阿萨姆和中国西藏察隅墨脱一带发生8.6级世界罕见的特大地震。

洋脊地震带

  包括大西洋太平洋印度洋北冰洋中的大洋洋脊部分。这是近代板块扩张的地带,地震都发生在洋脊附近或转换断层处,成狭窄带状分布,这里的地震活动水平不高,震级小于7。

板内地震带

  在板块内部,强地震分布较宽阔的地带(区)。它主要分布在欧亚板块(大陆)内部,即从欧洲高加索,向东延伸到中国大陆及邻区。该带(区),在近代曾发生不少大地震。例如在中国大陆,1902年新疆阿图什、1920年宁夏海原、1927年甘肃古浪和1931年新疆富蕴都发生过8级大地震,1976年河北唐山发生7.8级大地震;在伊朗,1968年发生费尔道斯7.3级地震;在哈萨克斯坦,1911年发生阿拉木图8级地震;在蒙古,1905年和1957年曾发生两次8级地震。

  此外,大陆内部的裂谷带地震活动也较强。如1811年和1812年美国大陆的新马德里连续三次8级以上大地震,都发生在该地区的里尔富特裂谷带内。东非大裂谷中地震活动性最强的是西裂谷带,在20世纪初期有过强烈的地震活动,在坦噶尼喀湖南部1910年12月13日发生过震级MS=7.3的地震。俄罗斯贝加尔裂谷也是大陆内部有名的地震带,20世纪最大的地震是1957年6月27日发生在贝加尔湖东北端,震级为MS=7.5的地震。1862年1月12日在贝加尔湖南部也曾发生过MS=7.5的地震。盆地山脉裂谷带是美国西部的重要地震带,历史上发生过多次7~7.5级的地震。

中国地震活动概况

  中国地震历史记载悠久、丰富,但早期的记载笼统,且多有缺失。自公元6世纪到14世纪所记载的破坏性地震,平均每50年仅3~4次。14世纪后,各地方志书盛行,地震记载逐渐完善,记录的地震数明显增多。1900年以后,仪器记录到的6级以上的地震资料是比较完整的,一定程度上反映了中国各地区地震活动的面貌。

  中国大陆内部的地震多属浅源地震,只在吉林东部一个很小的区域内有深震。这是由日本海沟向西以30°倾角向下延伸过来的震源带,深度可达600千米左右,震级一般为6~7级左右。中源地震出现在台湾的北部和东南部海域;在西天山南部、昆仑山喜马拉雅山一带均有少量中源地震,深度在100~200千米。

  中国大陆及其周边地区可划分为6个Ⅰ级地块区和22个Ⅱ级活动地块(据张培震等,2003)。活动地块是指被大型晚第四纪活动构造带所分割、具有相对统一运动方式的活动地质单元。

  由于活动地块的运动、变形、内部结构等具有整体性和同一性,因而不同活动地块之间的运动、变形和深部结构的差异性则集中体现在不同层次运动块体的边界上(亦称活动边界)。活动边界是活动地块间差异(相对)运动和相互作用的边界带,因而也是地壳变形的局部化带,亦即是应力、应变的集中带。因此,活动地块边界有可能与强震孕育和活动有密切联系。

  中国大陆及其邻区的强震活动在时间上具有活跃期与平静期相交替的特征。在活跃期内,强震呈成组的群体活动状态发生。而相邻两个强震组之间的间隙期(即强震平静或少发的时段),地震活动水平相对较低的状态被称为平静期。自19世纪末以来,中国大陆强震活动经历了5个活跃期:1895~1906年、1920~1934年、1946~1955年、1966~1976年、1988年至今。后4个活跃期资料较完全。