地震基本知识

地震地球内部缓慢积累的应力突然释放引起的地球表层的振动。按成因可分为构造地震、火山地震、陷落地震等。其中最主要的是构造地震，约占全球天然地震的90%，释放能量约占地震总能量的99%，也是破坏性最大的地震。构造地震发生的原因主要是地壳中断裂的形成或断裂的重新活动。2008年5月12日四川汶川大地震就是典型的构造地震。地震成因理论1、断层说：也称弹性回跳说。美国学者里德(H.F.Reid)1911年提出，他根据对加利福尼亚州圣安德烈斯断层在1906年8.3级地震前后的观测认为，地壳运动产生的能量在断层及附近的岩石中长期积累，当受力达到一定程度时，断层上的某一点就开始断裂错动，并使周围积聚的能量突然释放，错动沿着断层迅速扩展，断层两侧的岩石体向相反方向突然滑动或跳动，产生相对位移，发生地震。2、黏滑说：是对断层说的补充和发展，由美国学者布里奇曼(P.W.Bridgman)、布雷斯(W.F.Brace)和拜尔利(J.D.Byerlee)在20世纪30—60年代提出，认为断层面因为摩擦阻力不均一，使滑动表现为黏结与滑动交替进行，某一瞬间，闭锁在一起的断层面突然滑动，释放能量，便产生地震。3、扩容说：又称微裂隙说、膨胀说。首先由努尔(1972年)和阿加维尔等(1973年)根据水饱和岩石的膨胀现象，提出的解释震前波速变化的理论。后又提出了湿模式和干模式两种模式。4、相变说：地下物质在一定温度和压力条件下，在从一种结晶状态突然转变为另一种结晶状态的过程中，伴随的密度变化引起的物质体积突然改变而产生地震。并通过计算认为只需要3%的相变能就可产生大地震所需的能量。5、热应力说：地壳内部温度的非均匀分布引起热应力，温度场的变化、膨胀系数的改变等都可以引起应力场的局部变化而导致地震。6、火山说：1830年，英国科学家莱伊尔在《地质学原理》一书中，最早提出地震的火山成因假说，对解释火山地震具有重要意义。7、岩浆冲击说：地壳深部的岩浆具有向外扩张的强大冲击力，当地壳运动造成局部围岩强度削弱时，岩浆向地壳最软弱部位的侵入就会引起地震，它对解释深源地震和火山地震有一定意义。地震区地震活动特点和地震地质条件都密切相关的地区，是地震区带划分的一级单元。在同一地震区内，地震活动在空间上的相对集中、时间上的连续和间歇、频度与强度等具有相似性。地震区可划分地震亚区、地震带。例如台湾地震区，它包括了台湾省及邻近海域，地处欧亚板块和太平洋板块之间，是中国地震活动最强烈的地区，仅1655年以来，就记录到8级地震2次，7—7.9级地震30多次，6—6.9级地震近200次。地震带具有成因联系的地震密集的地带，是地震区之下的次级地震单元。在同一地震带内，发震构造、地震活动时期、迁移特征、频度和强度等非常密切和类似。同一地震带往往受一组或一条活动的大断裂带或活动的断陷盆地带控制。发生2008年5月12日汶川大地震的龙门山地震带，就被认为是一个这样的地震带，它受3条相互平行呈北东走向的活动断裂带控制。控震构造与发震构造控制或约束地震孕育与发生、或直接发生地震的活动性构造。一般是一个地区主要的活动性断裂带或大断裂。例如，四川龙门山的北川—映秀活动断裂带，对2008.5.12汶川大地震来说，既是发震构造也是控震构造。除了一切发震构造都属控震构造外,本身不发震而分划地震区的构造带也是一种控震构造。例如，阴山构造带和秦岭构造带分划我国东部为东北、华北、华南3个地震区，它们各有不同的地震地质条件和地震活动特点，阴山构造带和秦岭构造带就是一种控震而不发震的构造。地震断层地震时由于突然释放能量，地壳突然破裂所形成的断层，通常是沿已存在的处于“闭锁”状态的活动断层重新产生错动或破裂而形成。断层的错动距离在极震区内最大，向两端逐渐减小。龙门山地震带中的北川—映秀大断裂，就是一个在2008年5月12日突然重新活动，并释放出巨大能量的地震断层。据中国地震局发布的分析报告，汶川大地震中，北川—映秀地震断层在极震区的最大位移达到6.7米，最大位移主要位于震中和震中北东方向100公里以内。震源和震源体积震源是地球内部地震的发源地，即地震波的波源。通常认为天然震源是具有一定体积的空间。对构造地震来说，它往往是地震断层发生破裂的区域，称为震源体积。震源深度震源到地表的垂直距离，是地震的基本参数之一。迄今为止记录到的最深的震源深度约650公里。按震源深度可把地震分为：浅源地震，震源深度小于70公里，约占全球地震总数的72.5%；中源地震，震源深度70—300公里，约占全球地震总数的23.5%；深源地震，震源深度大于300公里，约占全球地震总数的4%。对人类来说，浅源地震是破坏性最大并常常造成巨大灾难的地震。发生在中国大陆上的地震，多为震源深度小于30公里的浅源地震。中国地震局、美国地质调查局公布的2008.5.12四川汶川大地震的震源深度，分别为：10—33公里、19公里。地震波由震源发出并在地球内部和表面传播，并使物质和质点发生往复运动的弹性波；是地震能量传播的一种形式。按地震波的传播方向与振动方向的关系，可分为纵波与横波。纵波的质点振动方向和波的传播方向一致，它可在固体、液体、气体中传播。在其传播过程中，介质发生体积胀缩变化，因此也称为“压缩波”。也许它有点像木风箱里受挤压的空气向外传播的情形。地震学上把纵波称为“P波”，它的传播速度最快，是地震时最先到达地面的地震波。横波的质点振动方向与波的传播方向相垂直，它只能在固体中传播。在其传播过程中，介质发生剪切变形，但体积不变，又称为“剪切波”。在某种程度上，它就像我们上下摆动一根一端固定的长绳，绳子的上下波动向前传递的情形。地震学上把横波称为“S波”，它的传播速度小于纵波，在地震时晚于纵波到达地面。纵波和横波都是在地球内部三维空间中自由传播的一种弹性波，也称“体波”。当纵波和横波传至地下某种界面或地球表面时，还会产生沿地下界面或地球表面传播的次生波面波。面波又分为乐夫波、雷利波，是以其发明者命名的。这两种波都是横向振动，传播速度比体波慢，但面波的振幅最大，持续时间很长。震源深度越浅面波越突出。震级描述地震强度大小的一种基本参数。一般用M表示。目前世界上使用的震级标度很多，常用的有近震震级ML、面波震级MS和体波震级MB，不同的震级标度可通过一定的经验公式互换。近震震级由美国地震学家里克特(Richter)在1935年提出，是指在震中距100公里处，利用标准地震仪记录的地震波最大振幅来确定的震级，亦称里氏震级。后由古登堡(Gutenberg)推广到远震面波震级和体波震级，形成了所谓“里克特—古登堡震级体系”。各国在此震级体系的基础上，根据不同的仪器和区域特点相继发展了适用于本地区的震级公式。由于里氏震级在地震震级强到一定程度，如8级以上时，将很难精确反映地震强度与地震震级的对应关系，即出现所谓“震级饱和”，因此日本学者金森博雄又提出了新的地震标度：矩震级MW。它是通过对断层错动引起的地震强度的直接测量来标度震级。目前各种震级标度仍然存在偏差大、物理基础不充分、种类多而不统一等问题。迄今，全球最强的地震为8.9级，可精确测到的最微弱的地震为-3级。此次2008.5.12汶川地震由中国地震局最后公布的里氏震级为8.0，矩震级为8.3。地震能指地震发生时岩石中释放出来的能量，它们绝大部分以机械能(岩石破裂和位移)和转化为热能的形式存在于震源区，只有少部分以弹性波的形式向外传播。目前，还不能直接测量全部地震能，所测到的只是地震波的能量。一般说地震波的能量与地震的总能量不是一个常数。可根据地表或其附近的地面震动来计算地震波的能量，地震能量的单位是J(焦耳)，据古登堡—里克特的计算公式，震级为零的地震，其弹性波总能量约为105J；而震级为8.5级的地震，其弹性波总能量约为1018J。震中亦称“震中位置”。指震源在地面上的垂直投影。是地震的基本参数之一，通常以经度和纬度表示。按确定震中的方法不同，有微观震中(亦称仪器震中)与宏观震中之分。通常所说的震中一般都是指根据仪器记录的地震数据所确定的微观震中。宏观震中是根据实地调查确定的地震后破坏最严重的地区。对于大地震，震中并非一个点，而是一个区域。微观震中与宏观震中往往并不重合。水库诱发地震水库蓄水后，由于库水的压力引起库区岩体变形，以及库水渗透减低了断层面的抗剪强度，破坏了岩体原有的平衡而诱发的地震。广东新丰江水库1964年蓄水后，频频引发地震，随着水位变化，出现的最高震级达到6.1级，突破当地历史纪录。震中距大坝仅1.1公里，大坝出现82米长的横贯裂缝并渗水，电站受损停运，并致6人死亡、80人受伤、1800间房屋倒塌，是世界上典型的水库诱发地震案例之一。中强震震级大于4.5级小于6级的地震。大致相当于浅源地震的有感地震。全球每年发生中强震约3500次。强震震级不小于6级，包括不小于8级的巨大地震。大致相当于浅源地震的破坏性地震和毁灭性地震。全球每年发生6级以上的强震约150次，7级以上的强震约18次。巨大地震(巨震)震级不小于8级的地震。大致相当于浅源地震的毁灭性地震。造成毁灭性破坏，建筑物很少能保存，地面大规模变形，震区出现大灾难。全球发生巨震的年平均值为2次。地震迁移也称“震中迁移”。地震随着时间有顺序地沿着某一断裂带发生，或者在不同地区、不同构造带上交替活动的现象。例如2008.5.12汶川大地震主震后，余震震中在龙门山地震带的范围内，沿着长300公里的东北—西南走向的断裂带不断迁移。地震烈度简称“烈度”，指地震时地面受到的影响和破坏程度。宏观上主要表现为地面破坏、建筑物破坏、人的感觉等。可把震级和烈度的关系，比拟为电灯的瓦数和光亮度。正如一个灯泡只有一个瓦数，每个地震只有一个震级；在灯泡的照射下，不同地点有不同的光亮度，而一次地震中不同的地区各有不同的地震烈度。目前，国际上通常把地震烈度分为12级。影响地震烈度的主要因素有：震级及震源参数、震源深度、离震中的距离、岩石性质和结构、地形、地基。一般震源愈浅、离震中愈近、地形愈高、土质松散、地下水位浅的地区，烈度愈高。在地形和地基条件基本相同的地区，离发震断层愈近，烈度愈高。从2008.5.12四川汶川大地震地表破坏最严重的区域来看，其烈度最高达Ⅺ度，其标志是：山崩地裂，桥梁水坝损坏，建筑物很少保存，地下管道严重破坏等。基本烈度一定地区在一定时期内，在一般场地条件下，可能普遍遭遇的最高地震烈度。可为工业和民用建筑提供抗震设防依据。场地烈度建设地点在工程有效使用期间内，可能遭遇的最高地震烈度。是在基本烈度的基础上，考虑了小区域地震烈度异常的影响后确定的。工程场地条件对建筑破坏程度的影响很复杂，特别是软弱地基上的建筑物破坏。场地烈度比基本烈度更符合于工程建设地点的实际情况，可作为抗震设防的具体依据。设防烈度亦称“设计烈度”、“抗震烈度”，是建筑物抗震设计中实际采用的地震烈度。根据建筑物的使用期限和重要性，对基本烈度和场地烈度作相应调整而得。建筑物越重要，对抗震安全度的要求也越高。此外还应考虑地震时的次生灾害和建筑物破坏后修复的难易程度等因素。设计烈度由建设和设计部门，根据国家的技术政策区分建筑物的重要性来确定。紫坪铺水库在2008.5.12四川汶川大地震中备受关注，它的场地烈度和设防烈度分别为Ⅶ度和Ⅷ度，而地震后的实际烈度高于设防烈度，致使大坝及相关设施受到一定程度的损坏。震害指数中国地震烈度表中规定用于评定震害的一个数值。以房屋的“完好”为0，“毁灭”为1，其余介于0与1之间，按震害程度分级。平均震害指数指所有房屋的震害指数的总平均值。多以普查或抽查的方式确定。地裂缝地震断层错动直接在地表产生的裂缝。1783年意大利卡拉布里亚大地震就曾在地表形成宽约46米，深约70米的巨大地裂缝，并有热泉喷出，有几百人陷入其中。我国2001年11月14日的昆仑山口西的8.1级强震，形成长达350公里的地裂缝，至今保存完好。沙土液化地震时，由于瞬间突然受到巨大地震力的强烈作用，沙土层中的空隙水来不及排出，空隙压突然升高，致使沙土层突然呈现出液态的物理性状，导致地基承载力大大下降，使