人們很早就注意到火山噴發前後伴有地震,這就是火山地震。 、
意大利著名的維蘇威火山東南坡上的龐貝古城,63年2月5日曾發生較強烈的地震,其後的16年裏便經常發生小地震。79年8月24日地震活動達到**,接著維蘇威火山開始大爆發,火山噴出的熔岩、浮石、碎石、火山灰埋葬了整座龐貝古城,直到1592年當地修築水渠時才發現其遺跡。1748年開始進行發掘,1763年才證實這就是被地震和火山爆發毀承了的龐貝古城。龐貝古城的兩萬多居民,如果能夠意識到火山爆發隔續了十多年的一千多次地震是火山大爆發的先兆,就可能避免全城覆滅的命運,龐貝燦爛的古代文化和文明,就可能較多地流傳下來。
1855年,有人根據南太平洋新西蘭惠靈頓地震造成的地麵上升情況,認為這次地震與火山爆發在成因上有密切關係,推測火山地震是地下岩漿上湧注入地下岩層裂隙,裂隙中的壓力增高使地表岩層破裂導致火山噴發,噴發時大量氣體在火山口附近爆炸形成地震。
後來科學家們在火山周圍建立地震台,監測火山地震的活動情況。日本學者分析地震儀觀測記錄到的火山地震的地震波,發現地震波的衝擊方向都指向火山中心,因此認為火山地震是由於岩漿大量噴發之後,火山內部壓力減小,引起火山的岩層斷裂錯動而形成地震,所以火山地震群大都發生在火山大爆發之後。
在有活火山的地區,經常發生地震。從20世紀60年代開始,多火山的國家都在火山周圍建立地震觀測台網,用以觀測地震活動情況,並以此監視火山的活動。經過觀測研究,許多科學家認為,當地質構造運動使地殼局部區域改變狀態變得軟弱時,岩漿就趁機上湧,並沿隙縫衝出地麵,形成岩漿噴發時的火山地震。另外,當岩漿注入地下斷層裂隙後,可能降低斷層麵上的摩擦力,加強斷層附近地應力,改變地應力的平衡分布,使斷層錯動發生地震,同時岩漿噴出地表形成火山爆發。但發生在火山區域的地震不一定都是火山地震,例如,日本首都東京位於著名的富士山火山群區域,1923年發生的毀滅了東京的大地震不是火山地震,也沒有引起火山爆發。
世界上火山帶與地震帶的分布基本一致。火山主要分布在太平洋沿岸及其弧形島嶼地帶,形成“太平洋火山環”。另外,中亞至地中海一帶火山也比較多。意大利、日本、印度尼西亞、勘察加半島、墨西哥、智利、夏威夷群島等多火山的國家和地區,常發生火山地震。
我國的火山主要分布在東北、內蒙古、山西、雲南、新疆和台灣。東北長白山區的白頭山火山曾於1597年和1702年爆發過,黑龍江德都縣五大連池火山也曾於1720年爆發過,這幾次火山爆發都可能伴有一些小地震。台灣大屯火山群的七星山火山,至今還在繼續活動,是我國著名的活火山,經常發生微弱的火山地震。新疆於田縣蘇巴什以南昆侖山中大阪西溝附近的火山,1951年5月27日曾爆發,爆發時發出巨響,從火山口噴出圓柱狀的煙灰,飛出石頭,由於噴發不甚猛烈,未引起較大的地震。
沒有人否認火山爆發會引起地震,但火山地震一般都很小,數量也很少,僅占全世界地震總數的百分之幾。通過觀測火山地區的地震活動來預報火山爆發,已成為很有效的辦法。
另外,在我國廣西、貴州、雲南東部分布有石灰岩地下溶洞的地區和全國各地的某些礦區,有時由於溶洞、礦山采空、地下水過量開采致使地表塌陷,會引起局部範圍的地麵震動或破壞,這就是人們熟知但少見的陷落地震。與構造地震和火山地震比較,陷落地震數量極少,影響範圍極小,都屬於小地震之列。例如,1935年廣西百壽縣安和鄉屯浪弄發生一次較大的陷落地震,僅崩陷了三四萬平方米,陷坑附近房屋屋瓦掀動,十多公裏範圍內的居民受到驚駭。
陷落地震越來越受到人們的特別重視。煤礦采空區自然塌陷和人為放落采空區頂板造成的地震較普遍。例如,1973年5月30日起,山西省大同煤礦區微弱地震次數逐日增多,5天後每日達80多次,6月14日發生兩次較大的有感地震後,地震次數進一步猛增到一天內發生240多次小地震,緊接著就發生了礦井采空區塌落(冒頂),形成震級達4級的陷落地震,之後小震次數急速減少,很快就趨於平息。礦區陷落地震的這一普遍規律,已被用來監測預報礦山采空區的自然塌落,成為保障礦區安全生產的重要手段之一。
除構造地震、火山地震和陷落地震外,隕石墜落衝擊地麵、陡峻的山坡和海岸崩塌等,也會形成地震,這些自然原因造成的地震,統稱為天然地震。開山炸石、采礦爆破、地下核爆炸等也產生地震,稱為人工地震。地下核爆炸促進了地震學的發展,地震觀測又使核試驗的秘密暴露在光天化日之下。
強大的地下核爆炸是人工地震,它產生的地震波雖然比大地震微弱得多,但同樣傳遍全世界,用靈敏度很高的地震儀可以把它記錄下來。任何國家在任何地區進行地下核試驗,設有地震台的國家,幾分鍾後就能分析出核爆炸的時間、地點和量級(核爆炸的大小)。因此,如今的地震學已不僅僅是一門重要的基礎科學,而且躍入了尖端科技領域,開創了應用地震學的新生麵,推動著其他學科的迅速發展。
險象叢生的水庫地震
人類對自然規律認識不多的時候,某些自然現象的發生。往往出乎人們的預料之外。修建大水庫誘發地震,就是這樣一種自然現象。
希臘曾在阿裏洛斯河上修建蓄水0.41億立方米的馬拉鬆水庫,1929年lO月建成並蓄水,1931年在庫壩區開始發生小地震,這是世界上最早由水庫蓄水誘發的地震。因為該水庫處於地震活動區,建水庫之前,當地就曾發生過地震,因此水庫蓄水後誘發的地震沒有引起人們的特別注意。地震隨庫水增高而增多,1938年庫水猛漲的時候發生了5級地震,震動了水庫大壩,更震驚了科學家和當地群眾,人們才開始注意水庫蓄水誘發地震的問題。
1935年。美國在科羅拉多河上修築胡佛大壩,建成蓄水375億立方米的米德湖大水庫。雖然庫區幾百雋來沒有發生過地震,美國工程技術人員仍注意吸取希臘馬拉鬆z障地震的教訓,在庫區周圊建立地震台,監測地震活動。1936年水庫水位升高到100米時,庫區發生一次小地震;庫水繼續增高,地震也隨著增多增強。1939年庫壩區發生5級地震,危及水庫及其下遊人民的生命財產安全,美國政府被迫投入大量人力物力詳細研究水庫與地震的關係,從此研究水庫誘發地震逐漸成為地震學中的一個重要課題。
科學家和工程技術人員雖然注意到大水庫可能會誘發地震,興建水庫前要對庫區地震活動性進行調查和觀測研究,認真考慮大壩的抗震性能,但失誤仍然一再重演,險情不斷發生。
1958年,我國在風光秀麗的廣東省東江支流新豐江(河源縣)興建新豐江大型水庫,一年多即築成一座105米高的混凝土大頭壩(空心壩),庫容115億立方米。庫壩及周圍地區曆史上沒有破壞性地震記錄,按抗震建築規範規定,大壩按抗6度地震烈度設防(即不抗禦破壞性地震)。1959年截流蓄水,庫壩區即開始發生小地震,地震隨庫水增高而增多增強,當地群眾不時感到地震的搖撼,聽到地震時的地聲。
1960年,當水庫第一次蓄滿水之後,大壩附近小地震驟然增多增強,並發生一次人們感覺強烈的地震,引起地震工作者、工程技術人員和當地群眾的高度警覺。大壩一旦潰決,東江沿岸的河源、增城、惠州、東莞、廣州等許多城市都將被一掃而光,並危及香港和澳門的安全。在危險迫在眉睫的時候,周恩來總理親臨水庫大壩視察,指示立即采取有效防範措施,加固大壩,確保安全。水庫工程局當即決定改大頭壩為實心的重力壩,對大壩按抗禦8度地震烈度加固,以實際抗9度進行驗收。與此同時,成千上萬的小地震接踵而至,0.4級以上的小地震平均每月達4000多次,危如累卵。
當大壩加固工程臨近結束時,1962年3月19日,大壩下遊l公裏處發生了6.1級破壞性地震,壩區的地震烈度達8度。縱橫100公裏範圍內的城鄉機關、學校建築物和民房倒塌1800餘間,破壞23900餘間,死傷85人。址震時,大壩劇烈搖晃,水平裂縫貫穿壩體,大壩電廠及附屬設施均遭破壞。由於震前加固及時,大壩整體、穩定,才頂住了強烈地震的衝擊,轉危為安,避免了一場險惡的災難。三十多年來,新豐江水庫地震台觀測記錄到的地震已超過了40萬次。新豐江水庫是世界上誘發地震次數最多、地震延續時間最長、大壩加固最及時的大水庫。
20世紀60年代以來,水庫地震遍及世界各國,水庫地震與日俱增,國內外已有幾十座庫容l億立方米以上的大水庫誘發了地震。非洲讚比亞卡裏巴水庫、印度柯依納水庫、希臘克裏馬斯塔水庫和我國新豐江水庫等,都誘發了6級以上的破壞性地震。
縱觀國內外的水庫地震,地震次數和地震大小均隨庫水升降而增減,最大地震一般發生在第一次蓄滿水後的數月之內。水庫地震還與庫容及壩高有一定關係,誘發了地震的水庫,庫容一般在10億立方米以上,壩高多在100米以上。破壞性的水庫地震,都發生在庫容25億立方米以上、壩高100米以上的大型水庫。但不是所有高壩大水庫都誘發地震,全世界壩高200米以上的大水庫隻有25%左右誘發了地震,壩高100米以上、庫容lO億立方米以上的大型水庫隻有10%誘發了地震,壩高100米以上、庫容不足10億立方米的大型水庫則隻有0.54%誘發了地震。
許多位於地震區的大水庫平安無事,有些位於非地震區的中小水庫卻誘發了地震。但所有誘發地震的水庫,都位於地質構造複雜和地下岩層軟弱易透水的地區。幾十萬年來地質構造活動強烈、有大規模活動斷層或多組斷層交錯切割的地區,地下應力分布複雜,水庫蓄水後增加的靜壓力可以改變地下應力分布狀況,.造成地下應力分布不均勻和局部加強,致使斷層失去平衡,最後突然斷錯形成地震。另外,水滲透對斷層麵的軟化、潤滑、吸附、增溫、水化學、氣化學及應力腐蝕等物理化學作用,亦使地下斷層易於活動,導致發生一係列地震。各水庫的具體情況和條件不同,誘發地震的原因也不完全相同,但水庫地震都屬於有水參與作用的構造地震,研究水庫地震是地震學的一個專門課題。