原标题：地球的转动，大地的震动：你应该知道的地震冷知识，它们很有用！

我国是地震多发国家，不管愿不愿意，我们实际上都离地震很近。所幸随着地球科学、建筑科学的发展，大多数地震已经“可防可控”。但是，我们现在还不能提前预报地震，无论在什么地方，大地震还是会造成巨大破坏。地震灾害的避免，不仅要依靠科学家，更要依靠你我普通人。下面这些地震“冷知识”，对普通人来说就很有用。

Q1：我们平常人遇到地震和大地震的可能性有多大？

Q2：地震能不能预报？如果不能预报为什么还能预警？

Q3：地震有哪些类型？有没有人工地震？

Q4：地震越深越大，还是越浅越大？深源地震又是什么？

Q5：有些地震明明震级不大，为什么会感觉到较强的震感？

Q6：地震为什么有时会上下摇有时会左右摇？哪种摇晃更厉害？

Q7：在汶川大地震时，为什么离汶川这么远的上海和北京都有震感，而且晃的时间还特别长（尤其在高层建筑里更明显）？

Q1： 我们平常人遇到地震和大地震的可能性有多大？

A1：实际上，地震并非罕见的自然现象。根据多年统计，全球平均每年能发生50万次左右可被地震仪记录到的地震（换算成平均每日即接近1500次）。当然，其中只有20％不到是有感地震；而强震（M6.0级或更大）的频率就更低了，一年大约为300次左右，且其中不少又发生在远离陆地的海域、无人区等地。即使算上一些中强的浅源地震，平均每年能造成不同程度破坏的地震大约只有百余次。但是，这些破坏性地震的影响不容轻视。

全球6.0级以上强震（左列为震级范围）平均每年发生的次数（右列）。来自USGS

Q2： 地震能不能预报？如果不能预报为什么还能预警？

首先明确一点，精确到具体时间具体地点具体震级大小的地震预报，目前人类没有能力做到。

所谓的看地震云预报地震并没有科学依据，不可信。

紧急地震速报/预警的基本原理就是六个字：和 地 震 波 赛 跑

当前，日本和墨西哥等地震频发的国家有紧急地震速报系统，这个系统的工作原理是这样的。在地震发生后，系统检测到地震波（P波）后，立刻通过计算机分析地震波来推定地震发生的震中以及震级大小，发震类型等地震要素，迅速计算出地震波（S波）可能会给各地带来多大的震感（即震度），再立刻对计算出可能会有较大震感地区发布紧急地震速报。这个迅速是有多快呢，日本目前最快可以做到监测到地震波后3秒就并发出警报。

2016年4月14日熊本地震时日本气象厅紧急地震速报发布范围

此图中0,5,10,15...这些数字表示地震警报发出的瞬间，S波大约还有几秒到达各地 （剧烈摇晃还有多少秒才会发生） 。

紧急地震速报的特点是对大地震时能够对距离震中较远，虽然目前还没摇晃，但马上就会出现剧烈摇晃的地区发出警报；而图上出现了0，说明的是对于震中地区附近的剧烈摇晃，紧急地震速报是基本赶不上的，地震预警不可能比剧烈摇晃早。这是因为地震波检测站都是在地表的，对于发生在陆地上的地震而言，地震波被监测到的瞬间，意味地震波已抵达震中地表，当地已发生剧烈摇晃。这个地震预警就是在和地震波赛跑，现在大多数地震预警都是在和S波赛跑，这是因为虽然S波的破坏力更大（上文提过），但速度比P波慢。不过，虽然说速度慢，S波的传播速度依旧高达每秒4千米，这意味着地震发生后每过一秒，就有更多的地方开始剧烈摇晃；地震预警的越早，就会有更多地区的人们，有更多的时间进行紧急避难。

日本气象厅在监测到熊本地震的地震波后3.8秒对西日本多地发布警报

当然，目前日本气象厅已能够同时使用P波和S波两种数据来同时计算（PLUM法），以大大增加特大地震发生时预估震度震级的准确度。

日本气象厅2018年3月启用的PLUM法

汶川地震后的十年，我国地震预警也在逐步建立。成都高新减灾研究所已初步能够对我国中东部大部分地区发生地震发出地震预警，去年九寨沟大地震时就成功对汶川等四川地区在S波到达前发布预警。我国国家级的地震预警系统也正在建立中。

汶川电视台九寨沟地震发生时的紧急地震速报画面

Q3： 地震有哪些类型？有没有人工地震？

A3：对于地震的定义，在我国国标文件里，绝对是想不到的简单——“大地的震动”。

当然,这只是一个推荐性定义，实际应用中，地震一般指的是地球表层岩石圈内，因受应力而快速破裂错动，所引起的地表振动。但是是什么原因导致的破裂错动？这就有多种可能了。

最为常见的类型，就是地下的构造应力作用产生运动，使得地下岩层断裂错动造成的地震。这被称为构造地震，大约占到了地震总数的90％。汶川地震也是构造地震。

2008年汶川512地震的CMT发震机构解（沙滩球），来自JMA

其次，当火山出现活动时，向上侵入地表的岩浆对上方岩石圈施加强大应力，导致岩层破裂错动，也会造成地震，这一类被称为火山地震，比如近期基拉韦厄火山的活动造成了夏威夷大岛的一系列地震，其中最大一次规模更是达到了M6.9级。这一类地震大约占到了地震总数7％。

夏威夷大岛在北京时间5月10日15时-11日15时期间，因基拉韦厄火山爆发引发的M2.5级以上的地震。请注意有可能引发轻度密恐不适。图片来源：美国地质勘探局

此外，大规模的山体滑坡，以及喀斯特地貌地区的岩溶塌陷等，也会导致地震，这些一般归类于天然塌陷地震。

以上这些都是天然地震，占了地震中的绝大多数。但此外，还有人类活动引发的地震，这包括了直接引发的地震，如开矿等建设需要的爆破和一些爆炸；还有人类活动间接引发的地震，如矿区采空区引发的塌陷。一般而言，人类活动引发的地震会注明成因，如塌陷（有时天然塌陷也会注明）。

一次塌陷引发的地震。来自国家台网速报微博

Q4： 地震越深越大，还是越浅越大？深源地震又是什么？

A4：对于震中附近而言，地震震源深度越浅，震感越强烈；但对于离震中较远的地方来说，就因震而异了。地震根据震源深度可分为三类：浅源、中源和深源地震。震源深度在300km以上的地震，被称为深源地震，而在60km-300km间者被称为中源地震，部分研究也把它归为深源地震。相比浅源地震，它们出现的次数较少，中深源地震总共只占地震总数约25％。

在1950年前后，美国地震学家贝尼奥夫发现，在大洋板块和大陆板块的汇聚边界，随着大洋板块（如太平洋板块）向大陆板块（如亚欧板块）俯冲的加深，自交界的海沟起沿着俯冲方向，发生的地震震源深度不断加深，依次出现了浅源地震-中源地震-深源地震的分布。这一带状分布被称为贝尼奥夫带。

由于板块性质，全球主要的贝尼奥夫带都在太平洋板块周边，其中对我国有影响的，当属太平洋板块和欧亚板块-美洲板块间的俯冲带——自日本海沟向西，这一俯冲带造成的地震震源深度不断加深，末端位于我国吉林和黑龙江东部，因此当地也会发生深源地震，其中最近较为明显的一次发生在2016年初的黑龙江林口县（M6.4级，震源深度580km）。当然，我国绝大部分地震都是属于亚欧板块内，或板块内部次级地块间的断裂带构造运动引发，这些都是浅源地震。

太平洋板块向西俯冲向欧亚-美洲板块下方，所形成的贝尼奥夫带 。可以看到，自日本海沟向西，地震震源深度逐渐加深。

和浅源地震的断层构造活动不同的是，深源地震的发生，和地下深处的高温高压环境有关。具体的机制仍有争议，不过主流观点认为主要有以下两个成因：一是在俯冲过程中，随着温度升高，板块岩石所含结晶水发生脱水，使得岩石体积等发生骤变而破裂；而是在地下极大压力下，岩石矿物的晶体类型发生改变，使得体积发生变化而破裂。

2015年5月30日小笠原群岛附近海域发生M8.1级深源地震，日本全国有震感。来自JMA

由于震源深度较深且没有面波发育，在同等震级规模下，深源地震对地表的破坏较小。如2016年初的黑龙江林口深源地震，虽然震级达到了M6.4级，但仅在震中附近有较弱震感，更没有引发地表明显破坏。

Q5：有些地震明明震级不大，为什么会感觉到较强的震感？

A5：首先要明确的是，震感是人对地震烈度的一个感性认识。震级是反映地震规模的度量，一次地震只会有一个固定的震级，但烈度则是地震引发各地地面震动以及影响的程度，不同地方会有不同的烈度。（日本和我国台湾称之为震度）

烈度的大小，显然和地震规模（震级），震源深度和当地到震中的水平距离（震中距）有关；但除此之外，还有许多其他因子。

其中最重要的，当属当地地形与地质构造。在1985年，墨西哥西部沿海地区发生了一次8.0级强震，但受影响严重的除了离震中最近的区域外，却还有数百千米外的墨西哥城。这是由于墨西哥城建立于干涸的特斯科科湖湖盆之上，存在有较厚的松软沉积土层，使得地震波从深处或周边地区表面传来时，折射入这些刚性较弱的沉积土层，使得振幅有所放大，造成了这一悲剧。此外，若处在盆地、河谷内，且周边为刚性较大的岩石组成的山区，也可能导致地震波的局地汇聚放大，这样会导致局地震感较强。

1985年墨西哥大地震，墨西哥城因特殊地质结构受灾严重。图片来源：维基百科

但对较强地震的震中附近极震区，烈度还和地震发生机制与断层构造有关。十年前的汶川大地震，震中位于汶川县境内，但烈度分布并非为以震中为圆心的同心圆，而是沿着龙门山主断裂带偏向震中东北侧。这是由于主震发生后，断层沿着走向，向东北方向发生了一系列破裂过程，使得当地受到了主震和这些后续破裂引发的地震波共同叠加，造成了最为剧烈的破坏。

美国地质探勘局测定的汶川大地震主震造成的烈度分布图，五角星处为震中

从美国地质探勘局测定的汶川大地震主震造成的烈度分布图可以看到，烈度最大的区域是自震中向东北方向延伸，同时一些河谷区域也较周边较强。

就人的感性认识而言，若处在建筑物内，一般处在更高楼层的人会感受到较强震感；人在静止不动的时候会比在运动时更容易感受到震感；此外，不同个人之间，对地震波的“灵敏程度”也有差异。

Q6：地震为什么有时会上下摇有时会左右摇？哪种摇晃更厉害？

A6：这是不同性质的地震波所致。在高中地理课本上，介绍地震波时已经提及了两种重要的波动：纵波和横波。纵波一般也写成P波，实际上P来自于Primary的首字母，即最先到达地表的波；而横波也被称作S波，来自Secondary的首字母，即继纵波后第二种到达地表的波。纵波是在可压缩的介质里，通过压缩-扩张的交替运动传递，这和声波类似；而地震波横波则是存在弹性的岩石发生了剪切和扭动所激发的波动，因为液体和气体不会发生剪切运动，所以地震波的横波不能在这些介质里传播。

上述P波和S波是在地球球体内部传播，因此合称为体波。而当它们到达地球表面时，会因为界面反射及相互的干涉作用，形成一类新的波动。这类波动沿着地表传播，主要能量也集中在地表附近，所以被称为表面波。重要的表面波有瑞利波和勒夫波两种，前者是造成一个垂直于地面的往复椭圆运动，而后者则是造成水平方向的往复扭动。

在有感地震发生后，首先感受到的是造成上下摇晃的P波，但破坏性小；随后，S波到达地表，造成侧向晃动且破坏性较大；紧接着到达的是表面波中的勒夫波，振幅往往最大且造成横向剧烈摇动，对建筑物破坏性最大；最后到达的是瑞利波，带有水平和垂直方向的混合摇动。可以说，在强震中，感受并判断这种最快但相对较弱P波，是对逃生最为关键的一环。

如果对上述物理学解释没懂，那么就记一下最基本的点。一场地震发生时，地球内部会有两种波传播，P波和S波。P波快，S波慢。通俗来说，当感知地震时，如果一开始就有比较强的震感（P波到达），可能意味着这场地震的震级比较大，稍后到达的S波所带来的震感将会更为剧烈。那么，这时候，就要在S波到来前尽快移动到相对安全的地方，以确保人身安全。

一次地震的波形记录示意图（并非实例）。横坐标为时间，纵坐标为地表位移；这个图模拟的记录地点离震中应当有一定距离了，较早到达的体波振幅较面波明显较小。

此外，当强震发生时，在离震中很近的地方，S波和表面波振幅都很大，会造成严重破坏（尤其是S波和勒夫波）；但对于离震中稍远的地方，由于体波的衰减较表面波快，此时纵横波都不会很强，而随后到达的表面波仍会带来较明显的影响，这一点需要注意。

Q7：在汶川大地震时，为什么离汶川这么远的上海和北京都有震感，而且晃的时间还特别长（尤其在高层建筑里更明显）？

A7：这是一种特殊的表面波——长周期地震波造成的。

一般而言，长周期地震波是指周期长达10秒或更久的地震表面波分量，它的产生和强震对应的断层大规模破裂有关，且震级越大（破裂规模越大），长周期地震波在总体地震波的所占比重越大。一般而言，在M6.5级或更高的强震，长周期地震波的影响便不容忽视。311东日本大地震时东京的长周期地震动曾长达5分钟左右。

前文已经提及，表面波随着传播距离衰减的速度较体波慢，而表面波衰减速度又是随着周期增长而减小，因此长周期地震波可以传播到相当远的距离；同时，由于其周期较长，产生的震感持续也较长。

311东日本大地震时东京都大手町的地震波形监测，可见晃动时间超过4分钟

更为重要的是，建筑物的固有频率和其高度有关，高度越高则固有频率越小（周期越大），容易和这些长周期地震波接近而产生共振，因而长周期地震波对这些高层建筑物的影响也是最大。因此，当强震发生时，即使距离一些大城市较远，也要注意这些长周期地震波对高层建筑的影响。

以上只是地震相关内容的浅显一角。实际上，由于当前对地球内部探测的困难，要全面、系统研究地震学仍然是一个重大的挑战。但我们相信，未来在地震学方向总会有那一步步微小的前行与全新的突破。人类在强烈自然灾害面前，一直是渺小而脆弱的；但我们也正是在这样的渺小间，顽强不息。这样的故事，数万年未变。

文章来源：中国气象爱好者（qxahz-tybbs）

[1] 刘瑞丰，王丽艳，袁乃荣等.《地震震级的规定》（GB ）宣贯教材[M].2017，北京，地震出版社.

[2] 吴健，吕红山，刘爱文. 汶川地震烈度分布与震源过程相关性的初步研究[J]. 震灾防御技术，2008，3（3）：224—229.

[3] 干微，金振民，吴耀，2012. 深源地震机理与回顾：现状与问题[J].地学前缘，2012,19（4）：015-029.

日本气象厅-关于紧急地震速报PLUM法：

日本气象厅- 关于长周期地震动：