书城自然科学地球运动的科学现象
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第8章 地壳的不停运动(2)

为什么会出现这三条地震带呢?让我们再配合一幅世界板块构造图看一下就容易明白了。先说地中海-南亚带,这是一条地质历史上最年轻的造山带,正好是非洲板块、阿拉伯板块、印度板块自南向北推移与欧亚板块相撞的接界处。自比利牛斯山、阿尔卑斯山、喀尔巴阡山再向东经过土耳其的托格罗斯山脉、伊朗的库赫鲁德山脉直到喜马拉雅山脉,再转向东南亚的横断山脉,基本上是第二纪时期造山运动时形成的,迄今这些山脉仍在不断升高,说明这条几个板块相接的地带仍在活动,或者说,这是地质构造上的活动地区,所以,地震在此带频繁出现就不是偶然的了。

至于洋中脊带,前已述及,这里是海底(实际上就是地壳)发生裂口的所在地,其下直通地幔,岩浆往往从此喷溢而出。当然,这正是地壳破裂且极易活动的地区,地震带在此出现也是势在必然。

而太平洋地震带也属于板块构造的接界之处,以太平洋东岸为例,是太平洋板块与南北美两大板块的接触处;西太平洋岸也是太平洋板块向亚洲大陆板块向下俯冲的所在地--深海沟成为两者的接触带,断裂同样深入上地幔部分,岩浆不时从此喷出。现今日本、菲律宾一带正是活火山喷溢,地质历史的新生代的火山熔岩也沿此带广为分布,地震活动频繁自然可以理解。

西太平洋沿岸剖面示意图也许你会发问:“有很多地震并不发生在上述三带上,那又为什么呢?”这三条地震带,只是说明地震频繁出没的地方。有些地震,甚至是灾害性的大地震并不位于“三带”之内,但多少与当地的断层(特别是大断层)有关。比如前已提及的1668年7月25日发生于山东莒城-郯城--带的8.5级大地震,虽在“三带”之外,但当地正好有一条着名的“郯庐大断裂”通过,这条大断裂南起安徽的庐江,向东北穿过巢湖-泗洪-郯城-潍坊-渤海-沈阳以北,被另一条近东西向的大断层切断。据研究,这条长达2 000公里以上的大断层深达上地幔,早在古生代前可能就已存在,此后陆续都有活动,中生代时期曾经达到活动的高峰,发生较大的水平位移。到新生代时,还出现拉张与挤压作用,近期则有旋转运动的迹象,可见,长期处于活动状态的大断裂一旦出现灾害性的大地震也完全合乎科学道理。而更有意思的是,这条使人们受害匪浅的大断层带来灾难的同时,也带来了财富,由于它的深度直达上地幔,由岩浆带到地壳里的若干贵重矿产却在此富集起来,例如我国天然金刚石(钻石)就出产在断层带的山东蒙阴与辽宁的新金(普兰店)等地。自然界并无绝对的好,也无绝对的坏,构成巧妙的均衡。

又例如1920年12月16日发生于宁夏海原近8.5级的大地震,也不在“三带”上,却位于鄂尔多斯西部边缘的断裂带上。这条断裂带大致呈南北走向,南起自陕西宝鸡,向北沿六盘山东侧通过,经固原直达贺兰山南段,再向西北延伸到腾格里沙漠之内,自古生代以来,特别是新生代时期,处于十分活跃的阶段,使断层东西两侧的地质特征发生重大差异,断层的深度肯定很大,所以,在海原发生了大地震。

地震真的能预报吗

地震确实很可怕,为了减轻或避免生命财产的损失,谁不希望能进行预报?在科学尚未昌盛的古代,人们凭借地震历史的纪录或遭受地震的经验,也总结出若干有意义的预报方法,并取得了一定效果。

举例来说,根据山西省《虞乡县志》记载:清嘉庆20年(1815),山西平陆地区从8月6日开始,连续下了30多天倾盆大雨,过了重阳节,天气才转晴。照理,此后应该逐日凉爽,可是,那几天出现异样,气温比常年偏高,几天之内,一天高于一天。当地的老人们根据前辈流传下来的谚语“霪雨后天大热,宜防地震”,向群众预报近日可能发生地震。果然,9月20日午夜2时,突然地摇山动,发生了一次强烈的地震,房屋倾塌,人畜死伤。

又如《清代地震史料》记述了清咸丰四年(1855)12月11日辽宁金县(位于郯庐断裂带的北端)发生一次破坏性地震前,大地发出一阵闷雷般的响声,群众闻声,及时逃出屋外,避免了一场人畜大量死伤的悲剧,震后统计,仅死伤7人。

宁夏《隆德县志》曾经把地震前兆归纳为“地震六端”:破坏性地震。

一、井水本湛静无波,倏忽浑如墨汁,泥渣上浮,势必地震。

二、池沼之水,风吹成荇交萦,无端泡沫上腾,若沸煎茶,势必地震。

三、海面遇风,波浪高涌,奔腾泽汹,此属常情;若风日晴和,飑飓不作,海水忽然绕起,汹涌异常,势必地震。

四、夜半晦黑,天忽开朗,光明照耀,光异日中,势必地震。

五、天晴日暖,碧空清净,忽见黑云如缕,蜿如长蛇,横亘空际,久而不散,势必地震。

六、时置盛夏,酷热蒸腾,挥汗如雨,蓦觉清凉如受冰雪,冷气袭人,肌为之栗,势必地震。

用现在的科学内容去考察这六条,都符合情理,特别是对震前天气异常、地下水异常、海啸、地光、地震云等宏观先兆作了精辟的概括,其中对地震云的描述与观察与现代研究成果基本一致。这些总结性的资料十分可贵。

1966年河北邢台发生7.2级地震前,有一位农村妇女正在梳头,不慎失手,把梳子落在地上,家养的狗衔着这把梳子很快地往外跑,农妇紧追出屋,狗一直跑到离家较远的田野里才放下梳子,然后高声狂吠,乱蹦乱跳,显得烦躁,一反常态。农妇一直跑到田野,正俯身拾梳,突然一声巨响,身体摇晃,站立不稳,待她定睛一看,村上的房屋全倒坍了,此时,她明白发生了地震。这个故事传开后,人们都说农妇平常对待这只狗很好,狗报答她,救了她一命,当然这是无稽之谈,但动物的敏感程度超过人类是事实。当地震前兆发生时,人们尚无知觉,有些动物却已感到,这只狗的当时动态即属于此。从这点讲,动物的异常情态预报地震是合乎科学道理的。

我国预报地震的水平在世界上也是先进的,从事预报工作者中最有名的科学家就是中国地球物理学会理事长翁文波教授,他在1984年出版《预测理论基础》一书中就预报过1991年华中(河南、湖北、湖南、安徽各省)地区将发大洪水,果然应验了。1990年10月14日,他应邀赴美参加经济地质学家学会年会,临行前,向美国HGS驻北京办事处总裁杰利?哈曼先生递交了一份书面备忘录,以一个科学家的责任感向美方提出忠告:加利福尼亚地区近期内将有地震发生,望加以监测。三天以后,一场6.9级的强烈地震果然在那里发生。1990年3月,翁教授在中国科学院地学部举行的“中国自然灾害灾情分析与减灾对策研讨会”上发表一份题为《认识与预测》的论文,预测1990年全世界将发生15次较强烈的地震,结果得到证实的就有13次,预测成功率到达87%。他的地震预报到达惊人的准确程度--发震日期前后不差31天,震级误差不超过0.9级,发震地点基本在震中的周围。

人们不禁要问:翁教授是不是一位超人?他有没有特异功能?对地震的敏感性胜过常人?没有!翁教授自己说:“我的预测工作没有什么秘诀,只靠看前人留下来的历史纪录资料和一台电子计算机。”他这里所说的历史纪录资料,包括图书馆里的藏书,报刊上发表的文章和讯息、各方有关单位相互交流的资料等,所有这些都是公开的,没有什么保密的内容,关键是要把资料搜集得完整、分析得清楚,结论就能准确。他又说:“电子计算机更是普通,一般市面上都能买到。至于预测的原理,都能在《预测理论基础》这本书中找到。”现在美国大学的教材中,已将翁教授写的这本书的精华部分吸收进去了。

翁教授之所以能较为准确地预报天灾,也有他的思想基础。1966年,邢台发生地震时,他曾随周恩来同志去灾区慰问和视察,当时灾民对他说:“能不能早点告诉我们地震消息?”这句简单的、反映出群众迫切希望的话语,深深地刺痛他的心。后来,周恩来同志专门把翁教授召到中南海长谈,希望他潜心致力于地震预报工作。此后,翁教授时刻记着总理的嘱咐,一定要为群众排忧造福,终于经过了十多年的努力,他的愿望逐步得到实现,我国的地震预报工作已处于世界领先的地位。

现在讨论地震预报,必须将地震发生的原因与地震的地质背景材料综合起来看,前面提到断层带问题,是不是处于断层带上都会发生地震?那也不见得。因为断层带只是背景材料,何时发生,何处发生,还要看那里近期的地应力变化情况,如果地应力无变化,地震就不见得会发生。

什么是地应力?地应力就是岩体内部逐渐累积起来的内力,当岩体出现破裂,表明地应力很快就会发生突变,接着就可能发生地震。所以,监视地应力的变化,实际上就是监视岩体发生破裂的程度,岩体聚积内力的程度,是用仪器长期观察与统计以后才获得的。

但是,地震发生在地下,跟踪观察相当困难,各种干扰的因素又比较多,预报地震的准确性自然也就降低了。就目前而论,定性预报的资料已经较多,而定量预报仍然十分困难。况且人们最关心的是震前预报,从各方面资料总结出,大致有以下几方面可供参考:

一、研究小震的活动规律。一般大震前小震的活动次数突然增多,或在增多后又会突然减少,甚至平静下来。例如1975年2月4日19时36分辽宁海城发生的地震,在发震前三天开始出现小震,后来小震次数逐渐增多,临震前到达高峰,24小时之内竟达500余次,然后平静了几小时,接着就发生大震。所以海城地震预报比较准确,减少了损失。1966年邢台发生地震,震前也有小震活动。群众曾总结说:“小震闹,大震到,地震一多一少要报告。”但是,这条规律不一定都可靠,有些地震前不一定发生多次小震;或小震多次后却不见有大震发生。例如1976年唐山大地震,震前未曾发现小震增多。为此,有人曾将全世界1950-1973年间发生的163次较大的地震作过统计,震前出现过小震的只有72次,占总数的44%。

二、测量地面形态的变化。大震发生前,岩体已受到构造应力(地应力)的持续作用而变形,岩石的变形会影响到地表,使地面失去原有的平衡,产生地形变化当地形变化到一定程度时,即预示着地震的来临(通过仪器观测获得)。人们能看到的地形变化,有地面的升降、倾斜之类。例如1668年山东莒县-郯城大地震前,在震中区东面的海上,有一个小岛不断上升,后来竟与陆地相连。用仪器观测到的,如唐山大地震前,北京大灰厂测到地形变化曲线发生异常起伏。

三、观察地下水的变化。这主要表现在地下水位的突然升高或降低,水温、水质的突然变化(如苦、咸、甜味的变化),突然浑浊,突然变清,或翻花冒泡等。当然,这许多不正常现象必须排除气象因素。如1856年6月10日湖北咸宁发生6级地震,据湖南《花坦县志》记载:“前数日,各处水井咸涌出红水。”又如1668年山东莒县-郯城8.5级大地震时,苏北《赣榆县志》记载:“是日城南渠暴涨,忽涸,见者异之。”1966年邢台地震前,该地有的水井水位急剧下降,有的水井则猛涨,甚至溢出井口,或井水变色、变味、发浑、冒泡等,水的化学成分也会发生变化。群众总结井水与地震的关系说:“井水是个宝,地震前兆来得早。”

四、观察动物生活习性的异常变化。许多动物的某些感觉器官十分灵敏,胜过人类,在震前几分钟、几小时,甚至几天就有反映,比人们提早捕捉到地震将要发生的讯息了。于是它们表现出异常的态势,烦躁不安、惊恐慌乱、不肯进圈、鸡飞狗吠等现象。据中国科学院有关研究部门统计,大约有58种动物对地震有敏感性。

震前的动物为什么会出现异常反应?意大利动物学家特利波在专着《动物的震前反应》一书中作了反应机理的阐述,他根据震前模拟实验的结果认为:地震前由于地层深处压力增加,会产生一种压电效应。被压缩的石英晶体的棱角处产生电荷而放电,放电的电流分解了地层中的水而产生无数正电微粒,正电微粒沿着裂隙上升到地表空气中,称为“气溶胶微粒”。这种微粒能使动物产生一种特殊的神经激素使中枢神经高度兴奋,继而出现异常行为。如果震前正好遇到天下大雨,雨水能冲刷气溶胶微粒而使之逸散,空气中就很难保存气溶胶微粒,那么,动物的神经中枢不可能受到刺激影响,它们就不会表现出异常反应。

五、某些植物在震前也有所反应。如提前开花、突然枯萎等,这是由于震前气温变暖或地下水位下降之类而引起的间接反应。

六、地声和地光。地声和地光常出现在大地震前几分钟的极短时间里,地声有时也在几天前听到。地声的音响或如闷雷;或如狂风吹过;或如载重汽车、飞机疾驶而过;或如开山炸石的炮响。

地光是天空的发光现象,呈现红、黄、白、蓝等闪光、光带或光球。唐山地震前几分钟,火车将临唐山站,驾驶员曾见地光,听到地声,因此及时刹车停运,避免了一场损失。

地声与地光产生的原因,研究者认为与断层活动有关。因为在地震时,地壳肯定发生断裂,有一股巨大的剪切力迅速地将岩石自下而上切开,断面发生强烈的摩擦,可以发出响声,在空气中振动与传播时,响声就会增强。

也就在断裂发生摩擦时,岩石的温度可以骤然增高,而且摩擦发热后,岩石会产生电荷。与此同时,地球表面及表层中所含的水分也会迅速变成水热气,其中的氢和氧气便会被电荷点燃起来,发出光亮,就是地光。

所以,地声与地光往往变成强烈地震即将发生的前兆,具有预报地震的作用。

七、扩容现象的研究。岩石受力作用未到达破裂前而产生许多很细的裂隙并出现体积膨大现象,称为“扩容现象”。这实质上是地应力、地磁、地电的一种反应。据实验表明,岩石承受应力值达到岩石破裂所需应力值的一半时,岩石开始扩容(扩大容积),体积膨胀,使一系列可测量的物理量(如岩石的地震波波速比、地形变、电阻率等均发生相应的变化。根据这些物理量的测得可以预报地震。例如地震波波速变化和地形变化等可在地震前10-15年发生,可作为地震长期预报的依据。