1、 第十二章第十二章 地震地震 n地震是对人类最具威胁性的自然现象。n地震是地球内部存在巨大能量的证明。n1556年陕西华县的地震造成约83万人死亡，八百里秦川哀鸿遍野。n1960年5月22日在智利发生的8.5级地震引发的海啸波及了太平洋的广大地区，5月23日海啸到达夏威夷时浪高约10米，死伤200多人；5月24日到达日本时浪高还有6.5米，伤亡100多人，沉船100多艘，给日本造成严重的破坏。n1976年7月28日唐山大地震把唐山市夷为平地，造成人员的严重伤亡。n1999年9月21日台湾发生的浅源地震是一种特殊类型的地震，5级以上余震达37次之多。n2008年5月12日汶川地震造成了9万多人死
2、亡。1906年旧金山大地年旧金山大地震震1964年阿拉斯加地震引发了海啸年阿拉斯加地震引发了海啸1985年墨西哥城地震年墨西哥城地震n地震是由于震源区物质发生瞬时位移所形成的弹性波达到地表所引起的震动。n地震的原因是因为地球内部岩石所承受的应力超过了岩石的强度发生破裂而产生的。n地震往往沿着一些断裂带发生。n全世界每年约发生500万次地震。12.1 地震研究的方法12.1.1 基本概念地震烈度级 地震烈度级是用来刻划地震对地表设施破坏的程度，我国采用的是12度分级。n地震震级 地震震级是用来表示地震所释放的能量大小的度量。震级最初的含义是标准地震仪在距离震中100千米处所记录的最大振幅的对数值
3、，振幅以微米为单位。震级能量E与振幅M的关系： lgE=11+1.6Mn2.0X1015焦耳 6.3X1016焦耳 2.0 X1018焦耳n每相差一个能量级，其释放的能量相差32倍侯风地动仪拾震仪 地震产生的振动以波的形式传递能量，地震波有3种形式：纵波、横波和面波。 地震发生时在震源处同时产生纵波和横波，由于纵波的传播速度比横波快，因此最先到达地表的是纵波。地震波到达地表时会引起地表另一种形式的振动面波，面波只沿着不同介质之间的界面传播，但面波的波长较长，振幅大，会对地表建筑物造成很大的破坏。 地震波传递过程中通过不同的介质会发生折射，并且在界面处形成新的纵波、横波和面波。12.1.2 地震
4、的类型 地震按其发生的原因可以分为三大类：陷落地震、火山地震和构造地震。 陷落地震是由地面塌陷、山崩等作用引起的。陷落地震多发生于石灰岩地区或矿区，由于石灰岩地区的岩溶作用、矿区采掘的巷道使地下出现空洞，洞顶失去支撑力而发生陷落，引起地表振动形成地震。高山地区的悬岩崩落也可以引起地震，但这种地震的规模比较小，影响的范围也很小。 火山地震是由火山活动所引起的，其特点是仅局限于火山活动带，影响范围也不大。在火山爆发之前由于岩浆在地下运移，会使地壳应力发生改变，引起地震，1959年夏威夷基拉委厄火山爆发之前几个月就发生了一连串的地震。 构造地震是由岩石圈的构造运动所引起的，也是地球上数量最多、规模最
5、大的地震类型。其特点是活动频繁、持续时间长、分布范围广、破坏性极强的地震，在自然灾害中危害最为严重的一种。全世界发生的所有地震中，构造地震的数量在90以上。 另外人工爆破、水库蓄水等认为因素也会引起的地震，有些水库地震甚至达到相当大的规模，造成强烈的破坏，但这类地震不属于自然的范畴。根据地震的震源深度，还可以把地震分为浅源地震、中源地震和深源地震。浅源地震震源深度为300千米破坏性地震的震源深度一般都不超过100千米12.1.3 地震的地理分布 全球地震主要分布在3个带上，即环太平洋构造带、特提斯构造带和大洋中脊带，大陆内部造山带也常有地震发生。 在活动大陆边缘（环太平洋构造带），地震的震源分
6、布在一个向大陆方向倾斜的斜坡带上，称为毕鸟夫带，其倾斜角度在俯冲带的不同地段也有所不同。不同震源深度的地震分布图2000年世界地震分布图震源深度8005003001507033中国地震分布图图例12.2 地震作用地球内部的多余能量经常转化成岩石中的应力，并在岩石的缺陷处造成应力集中，使岩石产生应变。当应变量超过了岩石的弹性变形能力时，岩石就发生破裂同时释放能量。能量的释放常引起地面的各种变形（隆起、错动、旋扭等）。能量的积累和释放台湾地震造成高速公路的错动台湾台湾1999年年9月月21日的地震造成雾乡中学体育场的变形日的地震造成雾乡中学体育场的变形大地电磁场的变化 由于地震发生前后地壳中的应力
7、场发生较大的变化，一些矿物产生压电效应和压磁效应，导致大地电磁场的变化。 岩石中最普遍的矿物石英就有非常明显的压电效应，致使岩石在应力的作用下发生电阻率的变化，并可能引起大地放电的现象，产生地光。岩石的磁化率在应力作用下也会发生变化，通常岩石在主压应力的方向上磁化程度降低，在垂直主压应力的方向上磁化程度增加。 特殊的应力场可以产生特殊的应力矿物，同时在不同的温压条件下可以使化学平衡向不同的方向移动，使地震区的物质成分发生变化。 另一方面，由于地壳应力增大，岩石破裂所形成的微裂隙使岩石的孔隙连通性增大，地壳中地某些物质可能会释放出来。例如地震前经常出现的氡异常，就是因为存在于岩石孔隙中的氡大量释
8、放的原因。物质成分的变化12.3 地震预报和抗震建筑 地震发生之前，地球内部发生了各种各样的变化，这些变化必然会反应到地表，并引起自然界的各种异常反应。研究自然界的异常反应及其与地震的成因联系，是地震预报的依据。虽然地震学家还没有完全了解地震的发震过程及其成因机制，尤其在临震预报方面还没有十分的把握，但目前已经有了不少临震预报成功例子，相信将来地震预报也可能取得重大的突破。动物异常 实际上，动物震前的异常反应主要源于地震前地下的各种物理、化学条件的变化，如温度、压力、地下水状态变化等。这些变化会使穴居动物的生存环境发生改变，尤其使一些低级动物，对这种变化尤为敏感。虽然，人类对这种变化尚未察觉，
9、但却会引起动物的异常表现。还有一些动物对某些特定的地球物理异常，如电磁异常、小振幅的地震等有敏感反应，使动物本能地作出异常反应。这些异常反应往往是大震的前兆。唐山地震前黄鼠狼成群结队外逃地下水异常 岩石的空隙会在地震前后发生变化，同样地下水在地震前后也会改变赋存状态。在地震前后都可能出现冒水现象。 地震过程中，如果震区地下为松散的沉积物，同时又有丰富的地下水，很容易造成震区的液化现象，使地面冒浆，造成破坏。唐山震区的冒水现象地球物理和地球化学异常由于地震前地壳应力地变化会引起大地电磁场和地球化学场的变化，观测和研究震区的地球物理场和地球化学场的变化，并研究震区的发震规律，可以较好地预测地震的发
10、生。实际上，地震发生的实质是因为地球内部岩石所承受的应力超过了岩石的强度发生破裂而产生的。因此地震发生之前的地壳必然有各种异常反应，通过这种变化来进行地震预报是可行的。震前物理指标的变化过程物理化学参数 阶段阶段阶段阶段纵波速度地壳表面隆升氡气释放电阻率地震频度常用的物理化学参数在地震孕育过程中的变化地震预报 地震预报主要是确定地震的地点、强度和时间。地点和强度的预报相对比较简单，对地震发生的时间，尤其是临震预报却很难有准确方法。目前我国已经建立了地壳运动的卫星定位观测系统，这将为中国的地震预报工作带来质的飞跃。 确定临震前震区的各种地球物理、地球化学指标的阈值也是非常困难的，这还需要经过科学
11、工作者的努力。 根据我国1999年发布的地震预报管理条例,地震预报分为四类：长期预报对未来十年内可能发生破坏性地震的地域的预报。中期预报对未来一二年内可能发生破坏性地震的地域和强 度的预报。短期预报对未来3个月内将要发生地震的时间、地点、 震级的预报。临震预报对10日内将要发生地震的时间、地点、震级 的预报。抗震建筑减少地震的灾害，更可行的办法是提高建筑物的抗震能力。日本阪神地震造成了按60年代抗震标准设计的建筑物的大量损毁，而按80年代抗震标准设计的建筑物却大多完好无损。1999年土耳其地震也是检验建筑物抗震能力的试金石，大批倒塌的房屋都是没有按照抗震规范的建筑设计，造成人员的大量伤亡。因此
12、提高建筑物的抗震能力对减少地震的灾害有者至关重要的作用。1999年台湾地震检验了建筑物的抗震能力，在周围楼房均安然无恙的情况下，此楼因存在结构性问题而一塌到底。关于人工诱发地震 通过人工方法改变地壳的应力状态，释放地壳中正在积累的能量，使造成破坏的强震转变成破坏程度低的小震，是人工诱发地震的基本思路。但这种方法目前仍存在着一些问题: 如何知道何处积聚的能量多寡？ 如何控制诱发地震所释放的能量？ 如何控制诱发地震的震中位置？ 采取什么办法诱发地震？ 从地震震级与能量的关系看，震级每增大一级，震级能量增大32倍。如果要把一次8级地震的能量通过诱发地震转变成破坏程度低的5级地震，则需要进行32768次的人工诱发操作，即便是每天一次，也需要大约90年的时间才能完成。
