1、地震概论 地地 震震 概概 论论ssz-gogo 地震概论 5.1 地震基本参数 5.1.1 发震时刻、震源位置参数的测定 5.1.2 地震震级 5.1.3 地震震级与烈度的区别与联系5.2 地震能量 5.2.1 能量的积累和释放 5.2.2 震级和能量的关系5.3 地震序列 5.3.1 地震活动期间地震序列的结构 5.3.2 余震预测第五章第五章 地震参数及地震序列地震参数及地震序列地震概论 发震时刻发震时刻经经/纬纬度和度和深度深度震震级级强强空空时时5.1 5.1 地震基本参数地震基本参数地震概论 14:28 在四川汶川县(北纬31.0，东经103.4)发生8.0级地震。”A HereB
2、 HereC Here地震概论 数学-追及问题地震概论 题：已知甲乙两人由同一地点出发，去往终点，甲骑自行车，速度恒定为10km/h；乙步行出发，速度恒定为5km/h。甲与上午10点到达终点处，乙与下午1点到达终点处。请问：1）甲乙的出发点距离终点的距离是多少？2）甲乙的出发时间是什么时刻？3）甲/乙到各地的时间曲线？村终点100Km90Km80Km70Km60Km50Km30km上午上午7:00地震概论 一般以发震时刻、震中地理位置一般以发震时刻、震中地理位置（即经度和纬度、震源深度，以及地震（即经度和纬度、震源深度，以及地震大小（即震级）这五项作为地震基本参大小（即震级）这五项作为地震基本
3、参数。数。发震时刻发震时刻:H震中位置震中位置:经度经度，纬度纬度震源深度震源深度:h地震大小地震大小:M(震级震级)地震概论 微观地震研究，主要在于了解地震及其活动性。早期在地震发生后，人们被其破坏力和强烈震动所吸引，赴现场调查，从地震现场表现出的宏观现象分析了解地震的发生时刻、发生时刻、地点和强度地点和强度等具体情况，以定地震参数，这就是一种宏观地这就是一种宏观地震研究。震研究。图图4.2 唐山地震遗址唐山地震遗址地震概论 地震仪的基本工作原理（三分量）地震概论 观测点接收到地震波地震概论 t：震相到时震相到时，例如tp是P波初动的到时，ts是S波初动的到时等，一般算至秒。A：震相振幅震相
4、振幅，一般化成地动位移，以千分之一毫米()计算。因为它是矢量，有方向性，须附脚标加以说明，有：垂直向(Z)，分为向上(c或u，向下（d）水平向(H)，分为向东(E)，向西(W)，向南(S)，向北（N）；并以（c）、(E)、(N)为正(+)向，以（d）、(W)、(S)为负（一)向。地震学有关震相特征的规定说明：地震概论 震源的求法（近震的时空参数）震源的求法（近震的时空参数）1、发震时刻、震源位置参数的测定、发震时刻、震源位置参数的测定地震概论 地震记录波形图地震记录波形图P波波S波波 根据观测到的地震波资料可以获得：各种震相的到时到时P波到时波到时S波到时波到时地震波传播示意图地震波传播示意图
5、地震概论 P波走时波走时S波走时波走时P/S波到时差波到时差发震时刻的测定发震时刻的测定 由由tp/s到时到时得得P和和S到时差到时差P/S走时走时即即：tp/s走时走时 由由P/S波到时减去走时即波到时减去走时即得到发震时刻。得到发震时刻。T发震时刻发震时刻=tp/s到时到时-tp/s走时走时P、S波走时曲线图波走时曲线图地震概论 震中位置的测定震中位置的测定-交切法测定震中位置及计算实例交切法测定震中位置及计算实例 1975年8月1日在加州的东北部奥罗维尔附近发生了5.7级地震。这次地震的P波和S波到达BKS、JAS和MIN台站时间见下表：P波、波、S波到达台站时间表波到达台站时间表台站名
6、台站名P波波S波波时时分分秒秒时时分分秒秒BKS154604.5154625.5JAS154607.6154628.0MIN154554.2154607.1P波到时波到时15:46:04.5S波到时波到时15:46:25.5地震概论 PS波到时差波到时差震中震中 距距台台 站站 S-P/s震中距离震中距离/kmBKSJASMIN19021.020.418812.9105P、S波走时曲线图波走时曲线图地震概论 以加州的3个地震台BKS、JAS和MZN为中心的弧相交于震中附近奥拉维尔大坝细线是一些主要断层的地表位置地震概论 科学家们和公众询问地震的一个基本问题就是它的大小大小。因此，地震学家们发明
7、了许多简单的方法从地震记录上确定地震的大小。地震台站所用衡量地震大小的最普通单位是地震震级。在1935年查尔斯里克特（Charles Ricer）在加州理工学院发明了类似的方法测量地震大小，和达也曾经用类似与确定恒星的大小的方法确定日本地震的大小。里克特提出按照地震仪器记录到的地震波的振幅将地震分级。2 2、地震震级地震震级地震概论 查尔斯里克特（19001985年）里氏震级发明者 地震概论 里氏震里氏震级系统级系统 近震震级标度近震震级标度ML 面波震级标度面波震级标度MS 体波震级标度体波震级标度mB和和mb 地震概论 近震震级标度近震震级标度ML 李克特（李克特（C.F.Richter）
8、于）于1935年通过美国南年通过美国南加利福尼亚地区地震研究加利福尼亚地区地震研究，使，使用的仪器是伍用的仪器是伍德德安德森标准地震仪进行记录（周期安德森标准地震仪进行记录（周期0.8s，阻尼阻尼0.8，放大倍数为，放大倍数为2800倍）倍）ML=log A-log A0 =log A/A0地震概论 零级地震的规定零级地震的规定 伍德伍德安德森标准地震仪在震中距等于安德森标准地震仪在震中距等于100km处处,如果记录的两水平分向最大振如果记录的两水平分向最大振幅的算术平均值是幅的算术平均值是1m，那么此次地震，那么此次地震的震级为零级。的震级为零级。地震概论 李克特定义李克特定义 当Amax/
9、A0=1时时,M=0 当Amax/A0=10,102,103,时时,M为为1、2、3 地震地震 规定：规定：A0=为伍为伍-安氏扭摆仪在离震中安氏扭摆仪在离震中100公公里处的记录振幅等于千分之一厘米。以此里处的记录振幅等于千分之一厘米。以此为基点。为基点。地震概论 里氏震级M是最大地震波振幅以10为底的对数.一般振幅随距离增大而减小,里克特选择距震中距100千米的距离为标准.对一个100千米外的地震,如果伍德-安德森地震仪记录到1厘米的峰值波振幅(即1毫米的10()倍),则地震震级是()44地震概论 地震震级确定地震震级确定距离/千米 s-P/秒震级振幅/毫米用一张特殊的标度图，计算一个地震
10、的ML的过程是很简单的：（1）用S波与P波到达的时间差，计算出距震源的距离（S-P24秒）；（2）在地震图上测量出波运动的最大振幅（23毫米）；（3）在下图左边选取适当的距离（左边）点，在右边选取适当的振幅点，两点联一直线，从它与中央震级标度线相交点可读出ML=5.0。地震概论 问题:1、地震仪没有正好放在震中100千米地方，怎么确定震级？2、不是用伍德-安德森地震仪，怎么确定震级？地震概论 我国使用的我国使用的ML公式公式 ML=logA+R（）+S（）R（）是量规函数，它的物理意义是补偿地）是量规函数，它的物理意义是补偿地震波随距离的衰减震波随距离的衰减 S（）为台站校正值，对于不同的台站
11、和不）为台站校正值，对于不同的台站和不同的仪器，其值不同，规定以北京白家疃地震同的仪器，其值不同，规定以北京白家疃地震台的基式地震记录为台的基式地震记录为ML的标准，即的标准，即S=0S=0，其它，其它地震台站和仪器要另求地震台站和仪器要另求S S值。值。地震概论 量规量规函数函数 log A0是震中距的特殊函数，写成是震中距的特殊函数，写成R（）量规）量规函数函数地震概论 2001年年11月月14日昆仑山口西地震的震级日昆仑山口西地震的震级 地震概论 首先，震级和烈度的含义不同首先，震级和烈度的含义不同。震级是衡量地震本身释放能量大小的级别。地震释放的能量越大，震级就越大。一次地震只有一个震
12、级。烈度是指某地区受地震影响的强弱或破坏程度。破坏越严重，烈度就越大。区别3 3、地震震级与烈度的区别和联系地震震级与烈度的区别和联系地震概论 震级和烈度的区别和联系其次，确定震级和烈度大小的依据不同。其次，确定震级和烈度大小的依据不同。震级是根据地震台站的仪器记录，按一定公式推算得出。地震烈度的大小，是根据地震发生时人的感觉及室内摆设的动摇情况，以及房屋和其他建筑物的破坏轻重程度，还有地面破坏现象等来确定。区别地震概论 震级和烈度的区别和联系 地震震级与地震烈度有一定联系。烈度大小与地震震级大小、离震中的远近、震源深浅、当地的地质构造、场地条件等因素有关。总的说来，地震震级越大，烈度越大；距
13、震中越近，震源越浅、烈度也就越大。联系地震概论 参数修订参数修订地震概论 地震概论 地震概论 地震概论 5.2 5.2 地震能量地震能量 地震能量是储存在地球岩石内，是应变能，地震时由岩石破裂而突然释放出来。根据突然破裂而产生的地震波能量的测量，估计全世界每年由地震释放的能量在1025尔格到1026尔格之间。岩石破裂后未必将所积蓄的应变能全都释放出来，而所释放的能量有多少转化成地震波的能量传播出去，也没有固定的比例。地震概论 岩石释放能量与地震波的能量之间的比例（比例在01/2 之间），与应变能释放的快慢有关系。若释放得极慢，可全部变成其他形式的能量(如热能)而不产生地震波。若释放得极快，则最
14、多只有一半的应变能化作地震波的形式传播出去。岩石总应变能是不易估计的，但地震波能量可以用振幅的平方去估算。普通所说的普通所说的“地震能量地震能量”是指是指地震波能量而言地震波能量而言，它比实际地震释放出的能量可能要小二三个数量级。地震概论 地震概论 p 一个8.5级地震通过地震波释放出来的能量，大约相当二滩电站连续发电近6年的发电量总和。p 1995年1月17日日本阪神大地震的震级为7.2级，释放的地震波能量相当于1000颗二次大战时投向日本广岛的原子弹。p 汶川地震释放的能量相当于5600颗广岛原子弹爆炸。一般认为，迄今为止世界上记录到的最大地震是1960年5月22日智利的9.5级地震。地震
15、概论 地震之前，震源处有应变，我们假定震前震源处的应变能为E1，由于发生了地震减少到E2。E=E1-E2就是被地震所释放的应变能。1 1、能量的积累和释放能量的积累和释放 岩石中的应变能转变为：地震波能量（有时海啸能量）形成断层面的能量位能（地壳发生垂直运动的势能）地震概论 里克特（里克特（1935）曾以下式作为）曾以下式作为 和和 （单位：（单位：erg，尔格）的关系，尔格）的关系LMSElog62SLEM以后，古登堡和里克特曾接连更改这类公式的系数，终于得出以后，古登堡和里克特曾接连更改这类公式的系数，终于得出log11.8 1.5SSEM除此之外，就两者的关系还有许多研究。大体都采用除此
16、之外，就两者的关系还有许多研究。大体都采用logSEM2 2、震级和能量的关系震级和能量的关系 地震概论 SESESE表4.3 M和 之间的关系M（尔格）M（尔格）-26.310852.01019-12.0101066.3102006.3101172.0102212.010137.51.1102326.3101486.31023342.010166.310178.53.61024log11.8 1.5SSEM注：由公式 计算得。地震概论 8级地震将会释放4200000000000000000（4.2乘以10的十八次方）焦耳的能量，这相当于十亿吨TNT炸药爆炸的能量。按照到目前为止人类投入战争的
17、最大当量的长崎原子弹来计算的话，相当于同时爆炸了47600颗以上。假定第1级地震所释放的能量为1，第2级应为31.62，第3级应为1000，依此类推，第7级为10亿，第8级为316.2亿，第9级则为10000亿。地震概论 在核爆炸地震学中，通常用与TNT炸药等价的千吨（kt）或百万吨（Mt）来表示核爆炸所释放的能量。1kt TNT=4.21012J，或者说，一次1百万吨（1 Mt）级的核爆炸所释放的能量为4.21015J。一次5 Mt级的核爆炸（如1971年阿拉斯加（Alaska）阿姆契特加（Amchitka）的核爆炸），其能量为2.11016J，相当于一次MS=7.7级地震。1906年旧金山
18、大地震的地震波能量约为31016J，这个能量相当于一次7.1Mt的核爆炸，远远大于1945年投在广岛的原子弹（0.012Mt，相当于MS=6.1级地震）。迄今记录到的最大地震是1960年智利大地震，其地震波能量约为1019J，相当于一次2400Mt的核爆炸。地震概论 地震概论 5.3 5.3 地震序列地震序列地震概论 地震概论 2009年4月6日22时22分，安徽省合肥市肥东县粱园镇境内发生3.5级地震，震中区震感强烈，合肥地区普遍有感，未造成人员伤亡和其他灾情。虽然只是一次3.5级的小地震，但谣言四起，引起人们群众的普遍不安和惊慌。地震发生从时间上和空间上的分布来看，都是不均匀的。每个地震活
19、动区都是有各自的时、空分布特征，表明其地震活动性。地震概论 在一次地震活动期间，发生地震的数目很多，其中震级最大的地震称为主震。主震。主震发生之前通常有不少小地震发生，这些小地震就组成了前震序列。前震序列。主震之后，会有大量的地震发生，这些地震就组成了余震序列余震序列。人们将前震、主震、余震，视为一次地震活动，称为地震序列地震序列。1 1、地震活动期间地震序列的结地震活动期间地震序列的结构构 地震概论 余震余震次数特别多，并带来与主震发生的有关重要信息，所以大地震发生后要对余震进行精密的现场观测。唐山地震序列区的小震（圆圈）分布摘自万永革等（2008）地震概论 余震的数目比较多，持续时间也比较
20、长，形成有规则的序列。一般的认为：由于地壳不是完全的弹性体，主震不能将前此积蓄的大量弹性应变能一下释放完全，其剩余部分就在弹性应变的恢复、调整平衡的过程中陆续以余震的形式释放，故余震，在某种意义上可说是主震的继续。持续的时间常常是长短不一，又因地壳岩石的组成不均匀，大破裂的周围必然有各式各样的尚未稳定的伤痕，继续破裂，渐渐趋于平稳，因此，余震震中的分布，震级的大小，次数的多少等情况很复杂。余震活动的形式，受震源区地质构造的影响，有一定地区性的差异，正常情况的总趋势是初期很强烈，急剧下降而逐渐衰减。地震概论 地震序列分类（1）主震型主震的震级高，很突出，主震释放的能量（RE）占全地震序列所释放的
21、总能量在总能量在99.9%RE90%，又分为“主震余震型”和“前震主震余震型”两类；主震型的最大特点是主震震级突出，主震和最大前震、最大余震的震级相差显著，有时也连发的，即震级相近的大地震接连发生几次。有时也用序列中两次最大震级地震两次最大震级地震间的震级差（间的震级差（M）在）在0.62.4之间作为判断标准之间作为判断标准。值得注意的是前震(foreshock)与主震之间常有一段活动间歇的时间，往往这段时间是作地震短临预报的关键，如我国的海城地震。主震之后，余震(aftershock)紧接着开始。地震概论 地震序列分类（2）震群型没有突出的主震，主要能量是通过多次震级相近的地震释放出来的；震
22、群型的最大特点是没有突出的主震，前震、余震和主震震级较接近，RE90%，或M小于0.6。地震概论 地震序列分类（3）孤立型（单发性地震）其主要特点是几乎没有前震，也几乎没有余震，RE99.9%，或M大于等于2.5。孤立型的最大特点是前震和余震少而小，且与主震震级相差极大。当然，这里介绍的是典型的地震序列类型，实际序列是很复杂的。地震概论 首发强震是指一个地震序列中第一次发生的强震。在它之后还有与它震级相近的或稍大于它的地震。所以首发强震既不同于主震，也不同于前震。在震群型地震中常出现这类地震，如1966年邢台地震和1989年巴塘地震。地震概论 强余震强余震是指主震后再次发生比主震小0.7级左右
23、的地震。强余震多出现在主震型和震群型的地震序列中。根据强余震距主震时间的长短，又可分为早期强余震早期强余震和晚期强余震。晚期强余震。地震概论 余震带给人的痛苦不亚于主震。主震突然来袭，顷刻之间万物归于泥土；然而在其后几天甚至几个月之间，余震却让人们守着几成废墟的家园，在等待中煎熬。因此，有些地震学家称余震为“地震后的幽灵”。余震的强度一般小于主震，在能量衰减到地震前水平的时间段内接连发生，个别余震甚至在数年后还会骚扰人类，因此，尽管强度不大，但它的威力会由于反复来袭而叠加。有时，主震不足以震塌的建筑，在余震作用下也相当危险。2 2、余震预测余震预测 地震概论 余震的两个特点：第一：余震并不一定局限于主震周围很小的区域。第二：随着时间流逝，余震的频率确实会越来越小，但是其强度却不一定减小，在主震过去很久后，还偶尔有很大的余震发生。地震概论 余震的三个规律：第一条定律叫“Gutenberg-Richter关联式”:由“里氏震级”的定义者Gutenberg和Richter总结出：余震的级数每降低一级，余震的次数就会增加10倍。第二条为“Bath定律”:平均说来，最大的余震，其震级比主震小1.2。第三条是“Omori定律”:讲的是余震频率的衰减，即发生余震的概率随时间基本上呈倒数曲线减少，所以余震的衰减还是蛮快的。地震概论
