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地震知识
2008-06-04| 编辑:王维 | 【 】【打印】【关闭
地震地球地壳的快速颤动。它是构造运动的一种重要表现形式,是现今正在发生构造运动的有力证据,因为在地震过程中,地壳或岩石圈不仅表现出明显的水平运动和垂直运动,而且还可造成明显的岩石变形。据统计,全世界平均每年发生地震约500万次,但绝大多数是人们不可能直接感觉到的,只有借助灵敏的地震仪才能观测到;7级以上的破坏性地震,平均每年仅约20次,而且通常只在少数地区发生。由于大地震常给人类带来巨大的灾难,例如我国1976年7月28日发生的唐山7.8级地震,造成24万多人死亡、16万多人重伤,仅唐山市可以计算的直接经济损失就达30亿元以上。所以,对地震的研究,不仅具有了解构造运动、认识地球内部结构的理论意义,同时也具有重大的现实意义。
一、地震的有关概念
(一)震源、震中、震中距
地震时,地下深处发生地震的地区称为震源,它是地震能量积聚和释放的地方。实际上震源是具有一定空间范围的区间,称为震源区。震源在地表的垂直投影叫震中。震中也是有一定范围的,称为震中区,它是地震破坏最强的地区。从震中到震源的距离叫震源深度,从震中到任一地震台站的地面距离叫震中距,从震源到地面任一地震台站的距离叫震源距。
按震源深度可把地震分为浅源、中源和深源三种类型。浅源地震(0~70km)分布最广,占地震总数72.5%,其中大部分的震源深度在30km以内;中源地震(70~300km)占地震总数的23.5%;深源地震(300~720km)较少,只占地震总数的4%。目前已知的最大发震深度为720km。我国绝大多数地震是浅源地震,中源及深源地震仅见于西南的喜马拉雅山及东北的延边、鸡西等地。
(二)震级和烈度
地震震级和地震烈度是描述地震强度的两种不同的方法。
1.震级
震级是指地震能量大小的等级。一次地震只有一个震级,以这次地震中的主震震级为代表。发生地震时从震源释放出来的弹性波能量越大,震级就越大。弹性波能量可用其振幅大小来衡量,因此,震级可用地震仪上记录到的最大振幅来测定。
震级(M)和震源发出的总能量(E)之间的关系为:
lg{E}=11.8+1.5{M} (其中E的单位为J)
应用这个关系式,可求得不同震级的相应地震总能量,如下表所示。
各级地震的能量

 M
 E\J
 M
 E\J
 1
2.0×106
 6
 6.3×1013
 2
 6.3×107
 7
  2.0×1015 
 3
 2.0×109
 8
  6.3×1016 
 4
   6.3×1010 
 8.5
 3.6×1017
 5
 2.0×1012
 8.9
 1.4×1018
 

一次强烈地震所释放出的总能量是十分巨大的。例如,一次7级地震相当于近30个两万吨级原子弹的能量,一次8.5级地震的能量相当于100万千瓦的大型发电厂连续10年发电量的总和。震级和能量不是简单的比例关系,而是对数关系,震级相差1级,能量约相差32倍。小于2级的地震,人们感觉不到,称为微震;2~4级称为有感地震;5级以上的地震开始引起不同程度的破坏,称强震;7级以上的地震称为大震。迄今为止,世界上记录到的最大震级是1960年5月22日在南美智利西海岸发生的8.9级地震。
2.烈度
烈度是指地震对地面和建筑物的影响或破坏程度。地震烈度往往与地震震级、震中距及震源深度直接有关。一般来讲,震级越大,震中区烈度越大;对同一次地震,离震中区越近,烈度越大,离震中区越远,烈度越小;对相同震级的地震,震源深度越浅,地表烈度越大,震源深度越深,地表烈度越小。另外,震区的地质构造对地震烈度也有明显影响,
 简缩烈度表

 烈度数
 破坏程度
 判据
 最大加速度(cm/s2
 震级(m)
 Ⅰ
 微震
 只有仪器记录
2.5 
 
 Ⅱ
 轻震 
 极少数敏感之人有感
2.5 
3.5 
 Ⅲ
小震
少数休息之人有感,震动如大车驶过 
4
 Ⅳ
 弱震 
行动之人也有感,吊物摇动 
10
4.5
 Ⅴ
强震
人人有感,睡者震醒 
25
5
 Ⅵ
损坏
树木摇动,架上东西掉落,老朽和劣质房屋损坏 
 50 
5.5 
 Ⅶ
 轻破坏
人惊逃,房屋普遍掉土,屋面裂,不好的房屋有倾倒 
100
6
 Ⅷ
 破坏 
砖砌房屋裂缝,烟囱倒塌;一般建筑物严重破坏 
200
6.5
 Ⅸ
 重破坏
地裂,喷水带泥沙;水管折裂;建筑物多倒塌 
500
7
 Ⅹ
毁灭
地裂成渠,山崩滑坡;桥梁水坝损坏,铁轨轻弯 
1000
 
 Ⅺ
毁灭
很少建筑物能保存,铁轨扭曲,地下管道破坏,水泛滥 
 
 
 Ⅻ
 大灾难
全面破坏,地面起伏如波浪、大规模变形 
 
 

如一般在断裂构造发育的地带或古河道通过的地段烈度较大,地质基础坚实的地区烈度较小。此外,建筑地基的稳固程度、房屋建筑的结构特征等也影响烈度的大小。
判断烈度大小主要是根据人的感觉、家具及物品的震动情况、地面建筑物和地形的破坏程度等因素综合考虑确定的。按照它们的强弱分为若干等级,并用数字依序表示即成为烈度表。现在世界上一般采用12度烈度表。地震发生后,通过对地震区的宏观调查,并在地形图上注明地震时各地的烈度,然<把烈度相同的地点用曲线连接起来,便可构成等震线图。等震线通常为封闭曲线,环绕震中大致呈同心圈式分布。
二、地震的成因类型
根据地震的形成原因,可把地震分为构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震等。
(一)构造地震
由构造运动所引起的地震称构造地震。这种地震约占地震总数的90%,世界上绝大多数地震,特别是震级较大的地震均属此类。其特点是活动性频繁、延续时间较长、影响范围最广、破坏性最大。因此,构造地震是地震研究的主要对象。
关于构造地震的成因,目前比较流行的是断层成因的弹性回跳说。该理论认为构造地震的发生是由于断层错动所引起的岩石的突然弹性反跳。可以以弹性钢片变形为例,当弹性钢片两端受力后发生弹性变形,积累弹性应变能量,当钢片弯曲变形到达极限时,便会突然断开,并且两侧的钢片分别向弯曲变形的反方向迅速弹回,在弹回的过程中释放原来所积累的能量并产生弹性波。与此类似,地壳或岩石圈也是具有弹性的刚体物质,在构造运动所产生的构造应力的作用下,也会产生弹性应变,积累大量应变能,当应力逐步增加到超过岩石的强度极限时,岩石就会突然发生断裂或使地壳中原来已存在的断裂再次突然错动,断裂两侧的岩石以弹性反跳的形式恢复变形,同时释放大量的应变能产生地震。地震成因的弹性回跳说是1910年由美国学者里德(H.F.Read)提出的,该假说不仅已经在实验室中得到证实,并且符合野外的地震形变测量结果,因而得到普遍公认。但有人认为该理论只能解释浅源地震,不能解释中、深源地震,因为那里的岩石处于高温高压下,塑性较强,不可能发生断裂和弹性回跳。本世纪60年代岩石圈板块构造学说提出后,使中、深源地震的成因问题获得了比较合理的解释。
(二)火山地震
由火山活动所引起的地震称为火山地震。火山活动时,由于岩浆及其挥发分物质向上运移,冲破附近围岩而发生地震。这类地震有时发生在火山喷发的前夕,可作为火山活动的预兆;有时则直接与喷出过程相伴随。通常,火山地震的强度不太大,震源较浅,影响范围较小。这类地震为数不多,约占地震总数的7%。主要见于现代火山分布地区。
(三)陷落地震
易溶岩石被地下水溶蚀后所形成的地下空洞,经过不断扩大,上覆岩石突然陷落所引起的地震称为陷落地震。这类地震震源极浅,影响范围很小,只占地震总数的3%,地震能源主要来自重力作用,主要见于石灰岩及其它易溶岩石(石膏、石盐等)广泛分布的地区。此外,山崩、地滑及矿洞塌陷也可产生类似的地震。
(四)诱发地震
由于某种人为因素的激发作用而引起的地震称诱发地震。其中较常见的是水库地震和人工爆破地震等。水库地震是因水库蓄水而引起的地震。因为水库蓄水后,厚层水体的静压力作用改变了地下岩石的应力状态,加上水库里的水沿岩石裂隙、孔隙和空洞渗透到岩石中,起着润滑剂的作用,从而导致岩层滑动或断裂引起地震。由地下核爆炸也可以诱发出一系列的地震活动。一般认为,爆炸诱发地震是由于爆炸时产生的短暂巨大压力脉冲的影响,使原有的断层发生滑动而造成地震。
三、地震地质作用
强烈地震可引起一系列的地质作用,主要包括岩石变形、地表地形的改造等方面。常见的地震地质作用现象有:
地裂缝及挤压鼓包 地震时地面伴生的破裂统称为地裂缝,它是震中区最常见的破坏形式。其长度几厘米到几十米或更长;宽度从几毫米到几十厘米,也有达1m以上者。地裂缝有呈散漫分布的,也有呈密集带状分布的。其性质一般以张性裂缝为最多,有的并可明显见到沿两组剪切裂缝追踪发育而呈锯齿状的,有的也可见到呈雁行状排列的张剪性裂缝。在雁列张剪性裂缝的首尾相接部位常常产生一些挤压变形,出现各种压性构造,如挤压鼓包和逆冲土块等。挤压鼓包是由高出地面的土层或岩层所构成的规模较小的鼻状褶曲构造,其长几厘米到十几米,宽几厘米到几米,高几十厘米到一米以上。如  1973年炉霍地震形成的挤压鼓包高1.5m。
地震断层 由地震作用在地表产生的断层称地震断层。地震断层的性质可以是正断层、逆断层或平移断层,一般以平移断层、正平移断层及逆平移断层为最常见。地震断层通常规模较大,产状比较稳定。由于许多地震是沿老断裂带重新活动而发生的,所以地震发生时,沿着这些重新活动的老断裂带,往往形成一系列断续延伸的地震断层,其走向延伸不受地形、岩性的控制,长可达数十至数百公里,可构成一条新的断裂带,其中还包括众多的地裂缝、挤压鼓包等小型地质构造。如1931年8月在我国新疆阿尔泰山区发生的富蕴8级地震,沿早先的二台断层形成了176km长的地表地震断裂带,地震断层的最大水平位移达14m。又如1906年美国旧金山大地震,沿圣安德烈斯断层形成了长达430km的新地震断裂带,地震断层的最大水平位移为6m,最大垂直位移1m。
喷沙冒水 这是在发震阶段,由地壳震颤使未成岩的沙土液化,地下水携带着沙土沿地裂缝上涌而发生的一种现象。开始时水柱甚高,可达数米,以后渐次低落。沙粒在地表有时可堆积成圆丘状小沙堆,并常沿着地裂缝呈定向排列。
山崩和滑坡 地震的激发作用常引起较大规模的山崩和滑坡现象,尤其是在地形陡峻并有较厚碎石层、土层覆盖或基岩松散破碎的地区更易发生。大规模的崩滑若发生在江河边,则往往堵塞河道、积水成湖,或进一步因土石坝溃决而造成水灾。如1933年四川叠溪地震所产生的崩滑作用使大量砂、石阻塞岷江,先成湖泊,后又决口成灾。

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