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浅源地震

浅源地震

浅源地震（shallow—focus earthquake），简称“浅震”，是按震源深度分类的地震类型之一，具体指震源深度小于70km或在60km以内的地震，是地震的主要类型，其发生数量占地震总数的70%以上，所释放的地震能约占总释放能的85％。

浅源地震是由于大地构造力超过岩石破坏强度、断层边界摩擦力以及所受阻挡力之和所产生的塑性滑移。浅源地震的主要特征为分布范围广、发震频率高和释放能量大等。浅源地震主要分布于岛弧外缘，深海沟内侧和大陆弧状山脉的沿海部分，大多发生在地表以下30千米深度以上的范围内。

浅源地震会使地面产生断层或裂缝，产生滑坡、崩塌和泥石流等地质灾害；也会对生态环境、社会环境造成不利影响，如水污染、生物多样性的丧失、经济损失、人员伤亡和社会治安问题等；此外，还会对人类造成心理创伤。

概念界定

按照震源的深度，地震可划分为浅源地震、中源地震和深源地震。其中，浅源地震是指震源深度小于70km或在60km以内的地震。

在中国，中国地震局将震源深度在70公里以内的地震称为浅源地震；国家地震科学数据中心则将震源深度小于60千米的地震称为浅源地震，也称为正常深度地震。

在美国，美国地质勘探局认为浅源地震的震源深度在0至70km之间。

在日本，日本气象厅和地震本部认为，在陆地-海洋板块边界和海洋板块内，以及陆地板块内的浅水区（深度小于约20公里）发生的地震被称为“陆地浅层地震”。

形成

成因学说

弹性回跳假说

1906年，旧金山大地震后由地质学家亨利·菲尔丁·里德（Henry Fielding Reid）Reid提出弹性回跳假说，该假说将地壳看作连续介质，认为浅源地震是构造作用力超过岩石弹性极限时发生脆性破裂所致，自此，弹性回跳一直被认作地震发生的主因，并成为传统地震学的基本观点之一。

之后，人们根据弹性回跳假说进行深入研究时发现，依据这一观点和岩石实验结果计算得到的地震能量与实际观测结果有很大矛盾，并将这个矛盾称之为“热流佯谬”；为解决“热流佯谬”，人们又先后提出摩擦弱化和颗粒滚动等机制。

大陆逃逸假说

大陆逃逸假说是由法国巴黎地球物理学研究所Paul Tapponnier教授首次提出的（Tapponnier and Molnar 1976 1979；Tapponnier et al． 1982 1986；Peltzer and Tapponnier 1988）。1975～1976年，Paul Tapponnier教授在美国麻省理工学院做博士后期间，通过用胶泥模拟欧亚大陆在向北漂移相对刚性的印度大陆板块挤压下，亚洲大陆逐渐裂解分成断块向东或东南方依次逃逸提出了亚洲大陆逃逸的构造模式。

颗粒物理原理

20世纪后半期，随着凝聚态物理学的发展以及对复杂体系运动规律的探索，陆坤权、厚美瑛、刘寄星等学者提出的颗粒物理原理将地壳和地幔作为大尺度离散态颗粒物质体系，认为浅源地震是岩块滞滑移动和力链传播共同造成的，即大地构造力作用下，第一块岩石上作用力大于所受摩擦力和阻力时，岩块滞滑移动，一步一步挤缩后面的断层泥，又推动第二块岩石发生滞滑移动。就这样渐次使后面的岩块发生移动，力和位移延力链传播并逐渐积累能量。即浅源地震就是大地构造力作用使岩块突破阻挡力，即大地构造力超过岩石破坏强度、断层边界摩擦力以及所受阻挡力之和，实现从相对静止到破裂的塑性滑移。

引发因素

引发浅源地震的因素有很多，如火山活动、板块运动和人为活动等。

火山活动

在火山活动中，随着深部岩浆的增压及运移等，一般会在火山下方附近出现地震活动增强的现象。因此，人们将发生在火山及周围(通常10公里范围)区域，与火山作用过程有关的地震称为火山地震。以长白山天池火山为例，天池火山区的地震主要是由火山深部岩浆的活动造成周围浅部岩石的脆性破裂引起的。

与一般的构造地震相比，火山区岩浆活动引起的地震具有数量多、震级小、多以震群形式出现、在火山喷发前，还可能出现明显的长周期地震，甚至火山颤动等特点。此外，由于火山地震类型与火山活动（岩浆活动）的不同阶段密切相关，可以将火山地震分为火山构造地震、长周期地震、混合地震、火山颤动及爆炸地震。

板块运动

地球的最外层被分割成大约15个主要板块，称为构造板块。这些构造板块彼此之间在地幔对流、洋脊推力和板坯拉力等驱动力作用下发生缓慢移动，虽然通常每年只移动几厘米，但这仍然会导致板块边界发生大量变形，进而导致地震。

以澳大利亚板块为例，作为地球上移动最快的大陆块，他正在与澳大利亚北部和东部的太平洋板块以及西北部的欧亚板块相撞。当它每年向东北移动约7厘米时，在澳大利亚大陆内部产生压应力，并在整个板块上缓慢积聚，即澳大利亚的地震是由地下深处的岩石破裂并沿着断层线移动时突然释放的应力引起的。

人为活动

很多人类活动诸如油气开采、地热开采、矿床开采、废水注入深井和修建水库等都会诱发地震，因此人们把由人为活动引起的地震统称为人工地震。与天然地震相比，人工地震具有震源深度浅、震级较低、活动有规律可循以及很大程度上可以控制等特点。

常见的人工地震有工业诱发地震和水库诱发地震（水库地震）。在工业诱发地震方面，1962-1969年美国丹佛（丹佛）的地震，可能是最早的工业诱发地震。常见的诱发地震的工业工程有地下采矿、石油提取和存储、页岩气生产、岩盐矿的采卤、地热资源开发和CO2封存等；在水库地震方面，水库诱发地震问题最早出现在20世纪30年代，最为严重的是印度马哈拉施特拉邦邦的柯依纳水库6.5级地震，造成180人死亡、1500多人受伤。

发生机制

岩层破裂

由于岩石是由脆性固体组成，且各处岩石的强度、密度都不均匀，因此在构造力积累过程中，当外加构造应力接近或达到破裂强度时，局部区域就会发生破裂，即岩层破裂。在浅源地震中的岩层破裂主要是剪切破裂，即大范围岩石层的剪切破坏。

影响剪切破裂的因素主要有岩石和断层泥的剪切强度。对岩石而言，其强度不仅与岩石的组成成分、状态和温度等因素有关，还与破坏的条件有关，如作用力大小、作用时间长短和有没有阻挡等；对断层泥而言，地震时断层泥的剪切沿断层面发生，即在近似竖直的平面内，又由于活动断层边界经常发生滞滑移动而形成低摩擦系数的剪切带，此外，断层泥剪切强度随深度变浅而减小。

岩层滑移

岩石层块在构造力的作用下发生的滞滑移动被称为岩层滑移，其产生的充分必要条件是存在局域体积膨胀空间。在岩块链中，大地构造作用力通过岩块滞滑移动以力链形式传播。构造作用力链传递方向前方若遇到某些地质因素引起的阻挡，会使岩块滞滑移动减缓，甚至停止。这种情况下，构造作用力会逐渐积累并增大，则可能导致地震发生。

岩层破裂和滑移的共同作用

一旦岩层破裂和滑移出现，岩石的应力状态就改变了。继而又会导致新的破裂和滑移，以及局部弹性-塑性变化或弹性-塑性变化的发生。而且这一变化过程是持续的，连锁的同时也会促使塑性连通的形成。当构造作用力积累达到可突破阻挡力时，就会产生岩石的大规模破裂和滑移，即发生地震。

浅源地震的主要破裂类型和滑移方式共有四种。方式一：沿断层向上滑移。由于地表几乎没有阻挡力，如在逆断层情况下，可以发生向地表方向的滑移(图(a)）；方式二：突破岩石层薄弱处向上滑移。图(b)中灰色区域为岩石薄弱处，总强度和阻挡力较小，薄弱岩石层破坏而发生的地震可形成新断层；方式三：岩块运动前方存在地质空隙或低密度区，作用力突破阻挡导致滑移。图(c)中白色范围表示阻挡力很小的区域，这时岩石突破阻挡沿断层边界滑移；方式四：在斜插板块区的滑移(图(d))。斜插板块边缘是地壳薄弱和运动活跃区域，由于构造力逐渐积累，或板块斜插方向前方区域岩块熔化等变化，导致斜插板块突然滑移，发生地震。世界上这类地震较多，且一般震级大，滑移距离长。

（注：红色虚线表示破裂区，红框白色态射表示滑移方向，蓝色箭头示意构造力作用随深度增大，浅灰点区域为断层泥）

主要特征

浅源地震的特征有分布范围广、发震频率高和释放能量大等。

分布范围广

浅源地震在世界上分布广泛，可发生在包括大陆在内的地球上大部分地区，主要分布于岛弧外缘，深海沟内侧和大陆弧状山脉的沿海部分。

发震频率高

与中源地震和深源地震相比，浅源地震发生的频率最多，占地震总数的70%以上；在大陆，浅源地震发生总量占比95%以上；在余震发生的数量方面，深震明显少于浅震。在地震震级相同的情况下，深震的余震数量比浅震的要少1个或更多个数量级。据统计，中国大陆百年 (1901～2001年)强震(ＭS≥6.0)的95%是浅源地震，且西部6级以上浅震的年平均活动频度约是东部的7倍。

释放能量大

在释放能量的多少方面，与中源地震和深源地震相比，浅源地震所释放的地震能约占各类地震总释放能的85％。

地理分布

浅源地震在世界上分布广泛，主要分布于岛弧外缘，深海沟内侧和大陆弧状山脉的沿海部分，大多发生在地表以下30千米深度以上的范围内。

世界范围内

浅源地震的震中勾划出的大岩石层板块与小板块（纳斯卡、加勒比、菲律宾、阿拉伯板块等）一样。除了地中海—美拉尼西亚地震带地震活动在空间上非常分散以外，地震震中分布一般局限在一个比较窄的地震带上。大量的浅源地震发生在板块的边缘上（板缘地震），但有些很强的地震（M≥7.0）发生在板块内（板内地震）。以环太平洋地震带为例，其上的绝大多数地震属于板缘地震，且全世界约80%的浅源地震发生于此；如在东亚地区，主要分布在中国大陆架近海地区和俯冲带地区（琉球群岛俯冲带和台湾南-菲律宾西侧马尼拉海沟俯冲带）的上层震源区。

中国范围内

据统计，在1901～2001年年间，如以107°Ｅ为界，把中国大陆划分为东、西两部分，则中国大陆发生的6级以上的浅源强震中，88%发生在大陆西部，12%发生在东部，且大陆西部的平均震源深度比东部的深，在大陆西部，地震群体活动地区先后经过新疆南北天山、宁夏-甘肃-青海地区、西藏东部-四川-云南、西藏北部和青海-新疆交界处；呈现出时间、空间和强度分布的不均匀性。

影响

对地质的影响

浅源地震对地质的主要影响是地面出现断层和地震裂缝。大地震的地表断层常绵延几十至几百千米，往往具有较明显的垂直错距和水平错距，能反映出震源处的构造变动特征；能使局部地形改观，或隆起，或沉降；在山区，地震还能引起滑坡、崩塌以及泥石流等地质灾害。崩塌的山石堵塞江河，在上游形成地震湖。

对生态环境的影响

浅源地震会不同程度地在温度场、流体场、应力场、应变场、重力场、电磁场、地球化学场上有异常表现，产生一定的声光效应，也许会影响到对震动或上述某种场很敏感的动物。如有关5·12汶川地震的相关研究表示，地震前热红外、云图、地温、地下水和地表水均出现了不同程度的异常现象。地震后会导致各种动植物栖息地的丧失和退化，生物多样性的丧失和野生物种的迁移；引发一些危险品和污水的泄漏，造成水污染；此外，地震之后为了防止疫情的发生，会使用大量的消毒剂，而这些消毒剂亦会对环境造成破坏。

对社会环境的影响

在社会治安方面，地震后会产生诸如抢劫、盗窃等社会治安问题；在经济方面，除了造成直接经济损失之外，也会影响正常的经济秩序，如民众抢购生活物资、企业停产破产等；在社会基础设施建设方面，地震会使房屋倒塌、城乡道路裂、铁轨扭曲和桥梁折断等；在社会秩序方面，还会造成社会生活秩序失常，比如5·12汶川地震使整个地区乃至整个国家受到了巨大的冲击，集体创伤，需要重建社会网络和调整社会生活秩序。

对人类的影响

地震不仅会造成严重的人员伤亡，而且其引发的次生灾害会对人类产生巨大影响，例如2004年的印度尼西亚的8.9级地震引发的12·26印度洋地震和2011年日本9级大地震引发的核泄漏灾害。以2004年的印尼的8.9级地震为例，该地震引发了印度洋历史以来最为严重的海啸灾难。该海啸的重灾区--印尼齐亚省的死亡人数估计超过40万人，受害国多达25国以上，受灾人数达数百万，造成的经济损失难以计算。此外，还会给人类带来心理创伤，会出现不同程度的心理失调，甚至是产生严重心理疾病，如器质性精神疾患、适应障碍症、病态性哀伤、强迫症、忧郁症或焦虑症甚至精神病。

典型案例

2004年印度尼西亚8.9级大地震

2004年印度尼西亚大地震发生在2004年12月26日，位于印尼苏门答腊岛附近海域，震级为8.9级。该次地震是一次发生在板块边缘的逆冲型地震，苏门答腊以北地区位于印度板块边缘，在板块边缘的一个长距离破裂带通过长时间积累，蓄积了巨大能量，最后这些能量集中释放出来。在这次地震中，印尼、斯里兰卡、印度和泰国等东南亚和南亚国家遭受严重人员伤亡和财产损失，此外，地震还引发了印度洋历史以来最为严重的海啸灾难。

中原地区 5·12汶川地震

中国5·12大地震发生在2008年5月12日14时28分04秒，震中位于四川省汶川县映秀镇与漩口镇交界处，震级为8.0级，震源深度为10～20千米。该次地震是由于印度洋板块、亚欧板块和青藏高原、四川盆地相互作用造成构造应力能量的长期积累，最终压力在龙门山北川至映秀地区时突然释放，造成了逆冲、右旋、挤压型断层地震。在这次地震中，共10个县（市）沦为极重灾区，41个县（市、区）划定为较重灾区，中国大部分地区、泰国首都曼谷、越南首都河内、菲律宾和日本等地均有震感，并造成了重大人员伤亡和财产损失。

2010年智利8.8级地震

2010年智利8.8级地震发生于2010年2月27日14:34:16（北京时间），位于智利中部地区，震级为8.8级，震源深度为33千米。地震是由于纳斯卡板块向下插入南美板块之下造成的，这次地震造成了人员伤亡和重大财产损失。被美国地质勘探局确立为1900年以来的全球第5大地震。

2011年日本9级大地震

2011年日本9级大地震发生于2011年3月11日，当地时间14时46分，位于日本东北部太平洋海域，震级为9级。地震是由于太平洋板块俯冲到日本本州岛下面（即海底山脉下沉卡住了板块边界，致使板块积累了巨大能量，斜插构造力突破阻挡所）引起的。除了地震本身造成的人员伤亡和财产损失，此次地震引发的海啸更是导致福岛第一核电厂发生了核泄漏事故，该事故成为全球继1986年切尔诺贝利核事故以来的最大核事故，事故的等级提升到国际原子能机构（IAEA）发布的国际核事故评估标准最严重的7级。对人的生命健康、海洋环境、陆地和淡水环境、野生生物等都造成不可估量的伤害和损失。