第08章 地震

第九章地震地震属于内动力地质作用。

它所产生的地震波能够引起地面的破坏，给人们带来危害；地震波的研究可以为认识地球的内部情况提供极为重要的信息，也是研究地球内部构造的重要途径。

第一节地震的基本概念一．地震概况地震是大地的振动。

它发源于地下某一点，该点称为震源。

振动从震源传出，在地球中传播。

地面上离震源最近的一点称为震中，它是接受振动最早的部位。

大地振动是地震最直观、最普遍的表现。

强烈的地震能导致山崩地裂，地面沉陷和隆起，地表错位，河水堵塞或决堤，建筑物倒塌或堤毁，电路走火，水道断裂等。

所有这一切都发生在倾刻之间。

在海底或滨海地区发生的强烈地震，能引起巨大的波浪，称为海啸(tsunami)。

海啸的波长最大可达数百公里，波速极快，每小时可达600—700km，在几小时内就能横过大洋。

波高在外海不显著(1m左右)，传到海岸浅水地带便急剧增高，可达十余米到几十米，以致使大量海水涌向陆地，在沿岸地带造成破坏。

地震是极其频繁的。

全球每年发生地震约500万次。

但是，大部分地震的震级低，只有通过仪器才能察觉。

人们能直接感觉的地震每年约5万次。

其中破坏性严重的地震每年约1—2次。

一般8级以上的特大地震要间隔若干年才发生一次。

二．地震的类型按成因分类：构造地震(tectonic earthquake)，又称断裂地震(faulted earthquake) ；火山地震(volcanic earthquake) ；陷落地震(fallen earthquake) 。

1．构造地震由于构造运动使地下岩石突然发生错断所引起，在一定的条件之下，岩石具有刚性，而且位于地下的岩石恒处于某种构造“力”的作用之下。

岩石受力达一定程度就要发生变形，包括体积和形态的改变。

地震成因的弹性回跳说作用力的强度一旦超过了岩石强度，岩石就要破裂，或断开，或错位。

变形的前期属于弹性变形(elastic deformation)，岩石在弹性变形阶段，变形量是逐渐加强的，而岩石由弹性变形发展到破裂是突变的和快速的。

变形的岩石通过破裂将已积累的“应力”迅速释放出来，然后，岩块“弹回”到原来的位置，遂引起弹性振动，构造地震是地球内部能量释放的过程，是地球内部能量转化的一种形式。

各处岩石受力是不均匀的，而且不同岩石的强度不一，抗破裂的能力也不一，因而只是在受力最集中且最易于发生突然破裂的岩石所在部位才会有地震发生。

构造地震分布最广，其强度一般也最大。

地球上约90％的地震和破坏性最大的地震都属构造地震，常分布在地壳活动带及其附近。

2．火山地震是由火山活动引起的，其特点是震源较浅一般不超过10km，数量较少，约占地震总数的7％，影响的范围较小，主要集中于火山活动带，而且，一般由中性和酸性岩浆喷发的火山所引起的。

山活动之所以会产生地震，主要是因为地下岩浆的冲击或者由于强烈的爆炸并导致地层的移动。

位于现代活动火山带上的意大利、日本、印度尼西亚等国及堪察加半岛等最容易发生火山地震。

3．陷落地震主要是在重力作用下，由于块体运动或地面、地下塌陷引起的，它主要发生在可溶性岩石分布地区，矿井下面以及山区。

（1）可溶性岩石在石灰岩发育的地区，岩石被地下水长期溶蚀，形成巨大地下空洞，一旦上覆岩石的重量超过岩石支撑的能力，地表即发生塌陷，引起地震。

（2）矿井及山区在矿井下面，尤其是煤矿，因其采空区范围较大，如无足够的回填，上覆岩层也可能发生崩塌，引起地震。

陷落地震震源很浅，影响范围局部，震级也不大，强度小，因而传播不远，破坏性不大。

这种地震为数很小，约占地震总数的3％。

4．人为诱发地震由于修建水库、人工爆破、采矿、注水、抽水等一系列外界因素触发而引起的地震称为诱发地震。

诱发地震影响范围小，破坏力也更小。

（1）人造地震灌注液体诱发小断层活动，地下核爆炸，水库的建设，引起地壳负荷加大。

诱发地震是人类活动、大型工程等影响的结果，因此，在制定大型工程时，首先要做的是环境地质工作，确保工程的安全性与可实施性。

此外，在高山地区，由于悬崖或陡坡上大量岩石的崩落也可能造成地震。

不同成因的地震，震源的深度不同，构造地震的震源深度可以由数公里到数百公里；火山地震及陷落地震的震源深度一般在数公里以内。

按照震源深度可以将地震分为：深源地震，其震源深度为300-700km；中源地震，其震源深度为70-300km；浅源地震，其震源深度<70km。

破坏性最大的地震都属于浅源地震，它约占全球地震总数的90％，而且其震源多集中在地表以下5-20km的深度范围内。

三．构造地震的发展过程一次大地震的发生，通常只经过几秒到几十秒的时间，但任何一次地震的形成都有其孕育、发生和衰减的过程。

一般可分为前震、主震和余震三个阶段。

前震：强烈地震发生前，往往有一系列微弱或较小的地震。

前震显著：1966年3月8日河北邢台地震前震不显著：1976年7月28日唐山地震。

一般说来，往往有前震作为发生强震的预兆，某一系列地震中最强烈的一次震动，称为主震。

通常表现为巨大能量的释放，震感最强。

但也有一些地震的主震并不突出，例如一些小型构造地震。

强烈地震过后，在震中及其附近地区，往往还有一系列小于主震的地震，称余震。

其强度与频度时高时低，持续时间可达数月甚至数年之久。

如1920年宁夏海原大地震，余震三年未息。

但余震总的趋势是逐渐衰减直至平静下来。

第二节地震波与地震仪岩石振动是通过岩石的质点以弹性波形式传播的。

从震源中产生的弹性波称为地震波。

一．地震波按传播的方式，分为三类1．纵波推进波：波动时质点作前后运动，物质呈疏密交替，质点的振动方向与波的传播方向一致。

纵波在固态、液态及气态的介质中均能传播。

纵波的速度快，在地壳中的传播速度为5.5-7km/s，是最先到达震中的波动。

因纵波最先到达震中，因而地震时地面总是最先发生上下振动，其破坏性较弱。

2．横波是剪切波(shear waves)。

其波动时质点的振动方向与波的前进方向垂直。

横波只能在固体中传播，在地壳中的传播速度是3.2-4.0km／s，是第二个到达震中的波动。

因横波是横向振动，当横波到达震中时，地面发生左右抖动或前后抖动。

这种振动方式对建筑物破坏较强。

3．表面波又称为L波它不是从震源发生的，而是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的。

它仅沿地表面(或沿不同介质的界面)传播，不能传入地下。

其波长大，振幅大，传播速度比横波几乎小1倍。

其振动方式兼有纵波与横波的特点，类似于质点作圆周式振动的水波。

地震的破坏性后果都与地震波有直接或间接关系。

研究地震波就成为研究地震和预报地震的基础工作。

二．地震仪记录地震波的仪器称为地震仪(seismograph)，它能客观而及时地将地面的振动记录下来。

其基本原理是利用一件悬挂的重物的惯性，地震发生时地面振动而它保持不动。

由地震仪记录下来的震动是一条具有不同起伏幅度的曲线，称为地震谱(seismic spectrum)。

曲线起伏幅度与地震波引起地面振动的振幅相应，它标志着地震的强烈程度。

从地震谱可以清楚地辨别出各类震波的效应。

纵波与横波到达同一地震台的时间差，即时差(图中的S—P)，与震中离地震台的距离成正比，离震中越远，时差越大。

由此规律即可求出震中离地震台的距离，即震中距图中XA、Xb，Xc)。

根据三个不在一条直线上的地震台所得的震中距用三点交绘法即可求出震中位置。

东汉末年(公元132年)，我国著名科学家张衡发明了最早的地震仪，称为候风地动仪。

它有八个方位，每个方位上均有一条口含铜珠的龙，在每条龙的下方都有一只蟾蜍与其对应。

任何一方如有地震发生，该方向龙口所含铜珠即落入蟾蜍口中，由此便可测出发生地震的方向。

当时利用这架仪器成功地测报了西部地区发生的一次地震，引起全国的重视。

这比起西方国家用仪器记录地震的历史早一千多年。

第三节地震的强度一．地震的震级震级(magnitude)是衡量地震绝对强度的级别。

震级的计算是取距震中l00km处由标准地震仪记录的地震波最大振幅的对数值。

振幅的单位为um。

如最大振幅值为10mm，即10000um，其对数值为4，地震震级即为4。

地震震级的大小取决于地震释放的能量，释放的能量越大，地震的震级越高。

目前已知最强地震的震级是8.9级。

其释放的能量为1.4X1025尔格。

接近27000颗广岛型原子弹释放的能量。

8级地震的能量约为4级地震的十万倍。

5级以上地震能够造成一定程度的破坏，3.5级以下地震一般情况下不能为人们所感觉。

二．地震的烈度地震对地面破坏的程度，称为烈度。

同一次地震在不同地区造成的破坏程度不同，故具有不同的烈度。

震中区破坏最厉害，离震中越远烈度越低。

烈度相同点的连线，称为等震线。

地表各处由于地质条件不均一，破坏程度就不一样，因而等震线并不是规则的同心圆。

烈度的分级：它是根据地面的破坏情况来确定的，一般分为12级。

12级烈度是毁灭性的，6级以上的烈度都具有破坏性。

1级：无感、仪器才能记录到；2级：个别非常敏感但完全静止的人有感；3级：室内少数静止的人感觉有振动，悬挂物有些摇动；4级：室内大多数人和室外少数人有感觉，少数人从梦中惊醒，门窗、顶篷、器皿等有时轻微作响；5级：室内几乎所有人和室外大多数人能感觉到，多数人从梦中惊醒，挂钟停摆，不稳器皿翻倒或落下，墙上灰粉散落，抹灰层上可以有细小裂缝。

6级：一般民房少数损坏，简陋的棚窑少数破坏，甚至有倾倒，潮湿疏松土里会出现裂缝，山区偶有不大的滑坡。

7级：一般民房大多数损坏，少数破坏，坚固的房屋也可能有破坏，民房烟囱顶部损坏，个别牌坊和塔或工厂烟囱轻微损坏，井泉水位可能发生变化。

8级：一般民房多数破坏，少数倾倒，坚固的房屋可能有倾倒的，有些碑和纪念物损坏、移动或翻倒，土质地面有烈缝，宽达10cm以上，常有挟泥沙的水喷出，上石松散的山区有崩滑，人畜有伤亡：9级：一般民房多数倾倒，许多坚固的房屋遭受破坏，少数顷倒；10级：坚固的房屋多数倾倒。

地表裂缝成带断续相连，总长度可达几公里，有时可局部穿过坚实的岩石。

11级：坚固房屋普遍毁坏。

山区有大规模的崩塌，地表产生相当大的垂直和水下断裂，地下水位剧烈变化。

12级：一切建筑物普遍毁坏，广大地区内地形改变很大，地面与地下水系均被破坏，洪水滥流，山区崩塌，土陷，动植物遭到毁灭。

地震的震级与烈度是度量地震强度的两种不同方法。

同一地震只有一个震级，烈度则随离震中或震源的距离而不同。

同一震级的地震在不同的地区造成不同烈度的破坏，而且同一地点、同一震级的地震，其震源越浅，造成的破坏越大，烈度越高。

第四节地震的分布一．按时间的分布根据历史资料，地震在全世界、一个地区或一个地震带，有活跃期和平静期交替的现象，表现出一定的间歇性，有时甚至具有近似的周期。

统计全球1904～1976年发生的≥7级的地震，大致可以划分出三个地震活跃期、二个相对平静期，每个活跃期为20年，平静期为10年左右。