地震的成因主要有构造的、火山的、陷落的,以及其他激发因素所引起的诱发地震。
(1)构造地震。它是由于岩石圈的构造变形所造成的地震。构造地震的特点是活动频繁、延续时间长、影响范围广、破坏性强。世界上大多数地震和最大的地震均属此类。它约占全球地震的90%,常分布在地壳活动带及其附近。
构造地震中主要是断层引起的。岩石圈中因地壳运动岩层经常处在某种挤压或推动力的作用下(这种作用在岩石单位面积上的内力称为地应力。岩石在地应力也就是构造应力的作用下,积累了大量的应变能),岩石受力达到一定程度时,首先发生变形,产生体积和形态的改变。当应变能一旦超过岩石所能承受的极限强度时,就会使岩石突然产生断裂,或使原先已有的断裂突然活动,断裂的岩石或重新活动的断裂使得已积累的应变能迅速释放出来。其中一部分以地震波的形式传播出来。当地震波传到地表时,使地面产生震动,这就是地震。
因此,构造地震是内能转化为位能(柔性变形和断裂),再由位能转化为动能(地震波传播),最后释放出能量的过程。也可以说,构造地震是地球内部能量释放的过程,是地球内部能量转化的一种形式(图4-1)。
图4-1 构造地震:断层产生滑动呈弹性回到变形前的状态
(2)火山地震。是由火山活动引起的,其特点是震源较浅一般不超过10km,数量较少,约占地震总数的7%,影响的范围较小,主要集中于火山活动带,而且,一般是由中性和酸性岩浆喷发的火山所引起的。
火山活动之所以会产生地震,主要是因为地下岩浆的冲击或者由于强烈的爆炸产生断层并导致地层的移动。位于现代活动火山带上的意大利、日本、印度尼西亚等国及堪察加半岛等最容易发生火山地震。
(3)陷落地震。主要是在重力作用下,由于块体运动或地面、地下塌陷引起的。它主要发生于可溶性岩石分布地区,矿井下面以及山区。
在可溶性岩石分布地区,岩石受到地下水长期的溶蚀,往往形成许多大型的地下溶洞,随着溶洞的不断扩大,喀斯特化程度的加深,当洞顶不能承受其上部岩石的重量时,会产生突然的塌陷,从而引起地震。在矿井的下面,尤其是煤矿,因其采空区范围较大,无足够的回填,上覆岩层也可能突然崩塌,引起地震。此外,在高山地区,由于悬崖或陡坡上大量岩石的崩落也可能造成地震。
陷落地震的震源很浅,影响的范围小,震级也不大,因而传播不远。这种地震为数很小,约占地震总数的3%。
(4)诱发地震。由于修建水库、人工爆破、采矿、注水、抽水等一系列外界因素触发而引起的地震称为诱发地震。诱发地震影响范围小,破坏力亦较小。
人类活动诱发地震的一个典型的例子就是科罗拉多州丹佛地区的地震。在落基山的Arsenal,从1962年以来记录了几百次地震,看来它们与在压力下将液体泵入回落井渗入3600m深处有关。作为一种解释,一般认为岩石内液压的增加会引起岩石内已有应力能的释放。
这种解释自然地使人们联想到是否可以应用工程的方法,如灌注液体去诱发许多小断层活动,并且以此来阻止应变积累到危险的程度。为了证实这种可能性,美国地质调查所的科学家们在1969年开始从事这项研究,以科罗拉多州西部的Rangely油田为试验地。他们发现,将水灌入深油井曾使液压比平时提高60%。在此期间,地震从通过油田的一个断层系统以每周15~20次的速率产生。然而用6个月时间将水从这些井中抽出,液压随之降低。地震频率引人注目地下降,在所有靠近油井的地方,数字降到零。
至今的研究表明,地下核爆炸可在爆炸地点附近产生许多的小地震。爆炸的地震能触发沿断层附近应力的释放;其已知的作用半径为10~20km。
人类活动诱发地震的另一种情况与水库的建设有关。这主要是大坝建成后水库蓄水所造成的地壳负荷所引起的。美国亚利桑那州和内华达州胡佛大坝后的米特(Mead)水库,在蓄水后的10年内,该地区发生了数以百计的小地震。这种地震一般是在水库蓄水达到一定时间后发生的,多分布在水库下游或水库区。有时在水库大坝附近发生的趋势是最初地震少而小,以后逐渐增多,强度加大,出现大震,然后再逐渐减弱。
所以,诱发地震是人类活动、大型工程等影响的结果,由此,在制定大型工程时,应做环境地质工作。