二维地震勘探原理 地震机理与勘探原理

( 一) 近代关于地震形成机理的假说

地震成因的研究虽有 100 多年的历史，但目前对其成因的认识还不一致。近代主要有断层说 ( 弹性回跳说) 、岩浆冲击说、相变说、温度应力说和黏滑说等。

1. 断层说 ( 弹性回跳说)

断层说的代表是由美国地震学家 H. F. Reid 于1910 年提出的。他根据美国圣安德烈斯断层的研究，认为地壳岩体中能量积累到一定程度就会在地层的薄弱地带———断层附近以快速应变的形式释放。多数地震由已有断层重新错动引发，少数由新断裂形成，两盘发生突变性的相对位移，从而引发地震。地震发生时，岩体以弹性回跳的方式释放应变能，能量释放后，变形的岩体部分回到原有位置，而断裂两侧则发生相对位移。

2. 岩浆冲击说

岩浆冲击说是由日本学者石本己四雄于 1931 年提出的。他认为，地壳深部岩浆运动时，会产生巨大的推力，当局部地段围岩强度较低时，岩浆就会突破围岩而引发地震。在洋中脊、板块俯冲带或板内，有些地震的发生与岩浆的侵入、冲击或膨胀收缩作用有关。某些大震区发现地下热异常和高温气体溢出的现象，是岩浆冲击说的间接证据。火山喷发时岩浆和气体的强烈冲出，造成强烈震动会引发地震。岩浆大量喷出后，火山下岩层空缺，上部岩层垮塌也会引起地震。

3. 相变说

相变说是由新西兰地震学家爱维森 ( F. F. Evision) 于 1963 年提出的。其基本观点是: 处于一定深度和压力环境中的地壳和地幔物质，当压力和温度改变时，原有平衡状态被破坏，产生快速相变，引起体积和密度快速变化，从而产生对周围岩体的快速压力或张力，产生地震波。发生的相变必须是快速的，否则就变成缓慢的构造运动。相变说的局限性在于: 在这种情况下，深部大块岩石不大可能同时发生相变，深震也就不可能发生。板块学说的出现，使相变说渐渐失去其独立存在的理论价值。

4. 温度应力说

前苏联大地构造学家别洛乌索夫认为，产生地震的应力状态与热能有关，热能主要来自放射性元素的衰变。地壳内温度的不均匀分布会引起岩浆的运动，并使应力场发生变化，在局部地段发生地震。

5. 黏滑说

1966 年，美国学者布雷斯 ( W. F. Brace) 和拜尔利在做摩擦实验时用岩石样品进行了黏滑试验，并在实验的基础上提出了 “黏滑说”。他们认为: 地壳中的深部断层 ( 5 ～25km) 可能在较低应力作用下滑动，断层的每一次错动只释放岩石中所储集的总应变能的一小部分，而剩下的部分则被断层面上很高的动摩擦力所平衡，所以在断层错动发生地震以后，断层两盘间仍有摩擦力使其锁固，并可以再积累应力，为下一次地震的发生提供能量。

以上这些学说之间其实有着相互的因果联系。断层说强调了岩体应变破坏的现象; 岩浆冲击说讲的是能量的积蓄、分布不均的现象; 相变说强调地球内部相的平衡或者因相变形成地应力场的变化; 温度应力说讨论的是相平衡破坏或应力场改变的能量来源。另外，回跳和黏滑是地震的运动方式，它们都是剪切断裂的结果，在地壳内深度小于 25km 范围内，黏滑说的观点与地震发生时震源处应力降较小的事实较为符合，因此黏滑说比弹性回跳说对构造地震的解释又进了一步。

根据地质学的知识，地球内部因不稳定因素，如放射性元素的衰变、潮汐能以及地壳和地核转动的角速度不一致等所产生的热能使地壳深部的物质接近熔点，大陆漂浮在柔软的地幔之上，因不平衡加热，使岩石密度有差异，同时各处地层压力不平衡，就使部分地块上升或下降，地壳发生剧烈变形。大规模的块体被扯开，或者相遇而相互碰撞。向下弯曲的板块边缘沉没到软流层中，即所谓的俯冲现象，另一块就会上升。在该运动过程中，有的地区会因岩浆挤压上升，释放热能而形成火山，并伴随地震; 有的地区岩石被挤压或拉张而裂开，形成断层并伴随地震，即地震是断裂释放地壳内部能量的结果。岩层破坏的能量来源则是热能积累，能量的释放首先发生在地层比较软弱的地方。所以，当板块理论出现之后，上述学说可以被统一起来。

( 二) 现代关于地震形成机理的板块理论

1. 板块边缘地震的形成机理

1965 年，加拿大著名地球物理学家威尔逊首先提出 “板块” 概念，1968 年，法国人把全球岩石圈划分成六大板块，即欧亚板块、太平洋板块、美洲板块、印度板块、非洲板块和南极洲板块。板块与板块的交界处，是地壳活动比较活跃的地带，也是火山、地震较为集中的地带。板块学说是大陆漂移、海底扩张等学说的综合与延伸，它虽不能解决地壳运动的所有问题，却为板块边缘地震的成因提供了理论依据。

圣安德烈斯断层是世界上最有名的板块边缘，它是太平洋板块和北美板块相互碰撞并向西北方向移动造成的。这条断层即为两大构造板块之间的断裂线，贯穿于美国加利福尼亚州。在这里，北美板块正在向北移动，而太平洋板块则正在向南移动。两大板块以约13mm / a 的速率相互擦滑。有时，它们的通道平滑，平安无事; 有时，它们相互间摩擦或碰撞。当发生断裂、脱落时，便可能引发大地震。

2. 大陆动力学层流构造说

大量的地质、地球物理、地球化学、实验和模拟资料证明，大陆岩石圈存在壳内流层，我国学者李德威等因此提出了 “层流构造说”。他认为，盆地热软化下地壳物质在重力作用下顺层流向相邻的山根，盆地地壳减薄，造山带下地壳显著加厚的部分熔融物质和层流带来的残余熔体，在重力作用下带动深层变质岩向上不规则流动，热重力派生的垂直主应力形成热隆伸展的变质核杂岩和低角度拆离断层系，隆升的山体在重力势能作用下侧向扩张，盆山边界形成逆冲推覆和滑覆构造，在地壳薄弱地带可能产生能量的突然释放，从而诱发地震。

目前，这一学说已成功地用于 “5. 12”汶川大地震等地板块内部地震诱发机理的理论解释。

地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。

地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。