地震是怎样发生的

陈运泰 吴忠良

摘自《科学家讲科学》北京理工大学出版社

突如其来的强烈地震，常常在数分钟，甚至是数秒钟的时间里，造成大量的人员伤亡和经济损失。自古以来，造成数万人死亡的强烈地震的记载屡见不鲜。如1556年陕西关中大地震，竟造成83万人死亡。

地震究竟是怎样发生的?这个问题困惑了人类几千年。直到20世纪初，关于这个问题的解答，才开始有了一些线索。

古代的人们对于强烈地震的成因一直不甚了了。古代的印度人怀疑地震是地下的大象在发怒。古代的日本人认为地震是海里的鲶鱼在翻身。在古希腊神话中，有时也认为海神波塞冬(Poseidon)应该对地震负责；但也有些古希腊人认为，地震可能是地下的一种“气”在运移。不过，古希腊神话中专门主管地震的神叫赛斯摩斯(Seismos)，英文中的地震学(seismology)一词就是这么来的。古代中国人的观察似乎更细一些，他们认为地震的发生过程中不但有机械振动，而且还伴随着电磁过程。《诗经》中曾用“烨烨震电，不宁不令。百川沸腾，山冢崒崩。高岸为谷，深谷为陵”的诗句来描写地震的过程。在这个过程中，既有机械振动，又有雷鸣电闪，并且与地质过程紧密地联系在一起——这大概是同时代对地震最细致的观察、最形象的描绘和最有深度的推测了。

问题的关键是，在寻找问题的答案时不能只是推测，必须找到证据才能算数。20世纪之前，可供收集证据的手段不多，所以关于这个问题，一直没有明显的进展。

情况大约是在19世纪末20世纪初开始发生变化的。当时，一些科学家发明了可以记录地震引起的地面运动的仪器，并且开始用这些仪器进行地震观测。与此同时，大地形变测量也为地震学家提供了了解地震的过程的有力工具。

1906年4月18日，美国加利福尼亚州旧金山发生了一次大地震，地震在圣安德列斯断层上留下了一道长达260千米的“伤痕”，“伤痕”两侧最大的相对位移有6.5米。地质学家里德(Reid，H．F．)由此推断，地震的过程，就是断层在地质作用下发生突然的断裂的过程。

还有其他证据证明里德的推测是正确的：恰好在这次地震前后，横跨圣安德列斯断层曾进行过几次大地测量，测量标志的变化清楚地描绘了地震的发生过程。

因此，地震的过程大体上是：构造运动造成了断层两侧的地球介质的变形。当地球介质承受不住这种变形的时候，就会发生断裂。地震就是这种断裂的直接结果。

一个科学假说，应该不但能够解释已经知道的现象，而且还能“预测”一些尚未观测到的现象。按照上面的推理，地震所引起的地面运动的“初动”，不可能是各处一样的，也不可能是随机分布的，而应该是有规律地分布的。出现这样的分布的原因，想一想断层两侧是怎么运动的，就很容易理解。

不久，1917年，日本发生了一次地震。恰好在这个地区，已经布设了地震观测台网。日本地震学家借助地震仪的记录，果然看到了初动四象限分布。后来发生的一些地震，也证实了这一现象。

不过，问题并不像最初直观想像的那么简单。问题在于，地球的内部结构很复杂，地震波在地球的内部并不走直线。因此对很多地震，如果不做地震波传播效应的“校正”的话，人们看到的，并不总是四象限分布，而是经过地球这个蹩脚的“透镜”之后发生畸变的模样。地震台距离地震越远，这种校正就越麻烦。搞清楚应该怎样进行这种校正，又花了地震学家将近30年的时间。到了20世纪50年代，这个问题大体上才有了初步的结论。

20世纪80年代以来，地震学发展很快。数字技术在地震学中的应用，以及空间大地测量技术的发展，已经使地震学家可以直接“看”到一些地震的破裂的过程。比如，1999年美国赫克托矿(HectorMine)地震之后，地震学家可以从现场记录中，“看到”地震之前当地的形变是怎样积累起来的，“看到”在此之前发生的1992年兰德斯(Landers)地震是怎样影响了这次地震的震源附近的形变和应力场，“看到”这次地震是怎样开始的，地震破裂是怎样传播的，破裂后的地震断层犹如伤口、又是怎样逐渐“愈合”的。这些知识，对于研究地震的规律、减轻地震灾害具有非常重要的意义。

启示：在科学研究上，仅有“假设”是不够的。科学所强调的，是“假设”要有“实证”的支持。科学家在大部分时间里所做的，也正是这种探求“实证”的工作，即人们常说的“实事求是”。