7第七章 地震及地球内部构造

地震是由于能量的突然释放造成的大地振动。它属于内动力地质作用，是地壳运动的一种表现形式。在陆地上，强烈的地震能导致山崩地裂，地面沉降和隆起，地表错位，河流堵塞或决堤，建筑物倒塌等宏观灾害现象。第一节地震的基本概况1976年7月28日清晨，在世界各地往返的电波中传递着一条可怕的消息：美国地调所宣布：北京东南，北纬39.6°，东径118.1°发生8.2级地震。日本气象厅：中国发生7.5级至8.2级之间的地震，震中在内蒙古，即北纬43°东径115°。里氏震级的创立者里克特宣布：中国发生了8.2级地震。香港英国皇家天文台：中国发生的地震为8级左右，震中：东径118.1°，北纬39.6°，距唐山极近。·········这一天的3时42分53.8秒，一场死伤人数最多的地震灾害袭击了人口600多万的工业城市唐山。新华社7月28日讯：我国河北省的唐山－丰南一带发生强烈地震。天津、北京市有较强震感。据我国地震台网测定，这次地震为7.5级。几天后，再次公布经过核定的震级：Ms7.8级。后来这次地震被定名为唐山地震。唐山大地震是世界地震史上最悲惨的一页。它造成的直接灾害：死亡242769人；重伤164851人；直接经济损失据不完全统计达100亿元。是世界上发生在城市内的强破坏性地震之一。地震的突然性和灾难性，使人谈震色变。唐山火车站震毁唐山市文化路青年宫，除四根门柱外，全部坍塌。中国唐山地震灾害图片列车脱轨京山线蓟运河上行桥,西侧桥头铁轨弯曲变形地震造成的地裂缝唐山市胜利桥，墩断桥塌。天津旭日化工厂，26米高的水塔倒塌。中国唐山地震灾害图片唐山地震遇难者纪念碑现在的唐山市中国汶川地震汶川—茂汶后断裂带映秀—北川中央主断裂带都江堰—安县边界断裂带龙门山（位于青藏高原东缘）地震破裂面以逆冲为主兼右旋走滑。破裂面从震中汶川县开始破裂，以3.1公里/每秒的速度传播，破裂长度约300km，破裂过程持续120秒，地震主能量前80秒内释放，最大错动量达9米，震源深度约12公里，矩震级7.9，面波震级8.0。2008年5月12日14时28分，在四川东部龙门山构造带汶川附近发生8.0级强烈地震。汶川地震汶川地震汶川地震2003年5月22日02时44分，阿尔及利亚首都阿尔及尔发生6.7级强震，使人民的生命和财产遭受严重损失。地震造成2250多人死亡，1万多人受伤，1000多人失踪，9名中国建筑工人在地震中遇难。中国国际救援队的特殊队员－搜索犬“超强”，成为联合国官员交口称赞的“救灾明星”。“超强”为中国国际救援队救出唯一幸存者立下头功。1966年河北邢台地震滏阳河堤道路裂缝1951～1952年西藏当雄地震那曲县达孜乡地震裂缝带1931年新疆宫蕴地震错断山脊地震断层震中区基岩裂开1933年四川叠溪地震－岷江堰塞湖蚕陵山地震断裂1812年新疆尼勤克地震喀什河寨沟南地震滑波体发生在海底或滨海地区的地震，称海震。发生海震时，由于海底岩石突然破裂和位移以及地震波的作用引起上覆海水的运动，产生具有强大破坏力的海浪，称作海啸。海啸能以每小时700至800公里的速度穿过大洋，以10－30米的高度海浪冲击海岸，破坏力极大。海啸全球百年以来的七次大海啸时间国家、地点地震震级海啸死亡人数1908.12.28意大利墨西拿7.5级近海浪高12米820001933.3.2日本三陆近海8.9级浪高29米30001959.10.30墨西哥引发山体滑坡50001960.5.21-27智利沿海地区8.9级海浪高25米100001976.8.16菲律宾莫罗湾80001998.7.17非洲巴布亚新几内亚海浪高49米22002004.12.26印度尼西亚苏门答腊岛8.7级大规模海啸近3000001960年南美智利沿海8.9级地震，形成巨大的海啸。以25米高的海浪，传过太平洋，在夏威夷的希洛湾推起10多米高的浪墙，把岸上各种建筑物荡涤一空。之后，又传播到日本东海岸，最大浪高仍达6.5米，把停泊在岸边的渔船抛到陆地上，造成巨大损失。2004年12月26日,8时58分55.2秒在印尼苏门答腊西北近海(北纬3.9,东经95.9)发生8.7级地震。地震造成印度洋板块移动30米，多个岛屿发生位移。这次地震引起印度洋大规模海啸，遇难总人数近30万。印度洋海啸印度海啸汽车被淹没印度马德拉斯市遭遇海啸时的情景海啸过后的印度马里纳海滩鸟瞰图发生海啸后的场景印度洋海啸1899年以来全球发生的特大地震发震时间发震地点震级发震时间发震地点震级1899.11.1美国阿拉斯加8.61950.8.15中国西藏察隅8.61906.1.31哥伦比亚8.61960美国加利福尼亚8.31906.8.17智利8.41960.5.21智利8.91911.1.3天山（前苏联境内）8.41964.5.28美国阿拉斯加8.61920.12.1中国宁夏海原8.51976.7.28中国唐山7.81923日本关东8.31985.9.19墨西哥8.11927.5.22中国甘肃古浪8.32004.12.26印尼苏门答腊8.71933.5.2日本8.52008.5.12中国汶川8.0地震震级地震出现的次数7.7～8.627.0～7.7126.0～7.01085.0～6.08004.0～5.062003.0～4.0490002.5～3.0100000地震强度与地震次数呈反比关系二、地震的基本概念1、震源、震中、震中距震源：地下深处发动地震，释放深部能量的源区。震中：震源在地表的垂直投影。震中是有一定范围，称震中区，震中区是地震破坏最强的地区。震源深度：震源到震中的距离。震中距：震中到地面任一地震台的水平距离。等震线：烈度相同点的连线。2、地震波与地震仪（1）地震波地震时，从震源区发出，以弹性波的形式传播出来，这就是地震波。按传播方式，分为纵波、横波和面波三种。池塘中水波呈圆形波纹扩展。地震波以相似的形式从震源向外在各方向上传播。特征：①质点的振动方向与波的传播方向一致，在固、液、气态的介质中均可传播；②振幅小，周期短，传播速度快（5.5－7Km/s），最先到达震中，引起地面上下振动，其破坏性较弱。纵波（P波）—推进波，如弹簧。特征：①质点振动方向与波的前进方向垂直，只能在固体中传播；②振幅大，周期长，波的传播速度慢（3.2－4.0Km/s），第二个到达震中的波，引起地面发生左右抖动或前后抖动，破坏性较强。横波（S波）—为剪切波，如抖绳。该波仅沿地表传播，不能传入地下。两种振动方式：①质点作垂直于地面的椭圆运动，类似波浪运动。面波（L波）—由纵波和横波在地表相遇后激发产生的一种地震波。②质点在地面内作垂直于传播方向的运动。WavedirectionWavedirection面波的传播速度最慢，周期最长，振幅最大，对建筑物的破坏最大。地震波Flash动画二、利用惯性，张衡完成突破－地震仪研究地震的科学是地震学，其内容是研究地震的波动。这里最主要的困难是：考察一个物体的运动必须有一个独立于该物体之外的参考系，而地震时大地颠簸得象风浪中的洋面，在不脱离地面的条件下如何解决这个难题？公元132年张衡发明了一台可用于确定震中所在地方位的地动仪。成功地解决了这一难题。张衡生于公元78年，死于139年，是我国古代杰出的科学家。他在数学、天文、地震等方面，都有突出的成就。张衡发明的仪器叫侯凤地动仪，这是世界上第一台地震仪。（1）地动仪龙嘴里含的小铜球地动仪精铜铸造，圆径八尺，像个酒樽，机关装在樽内。东、西、南、北、北东、南东、南西、北西八个方位各设置一条龙铜蛤蟆公元138年3月1日，这台地动仪西方的龙嘴张开了，铜球“铛”的一声落到蛤蟆嘴里，测知洛阳以西发生地震。由于洛阳没有震感，所以很多人议论纷纷，说这台仪器不准。几天以后，信使飞马来报，距离洛阳以西一千多里的陇西（甘肃东南部）发生了大地震，这才使朝廷内外“皆服其妙”。但是，地动仪只是一个验震计，而不是地震仪，因为它不能表示出一次地震震动的全过程，而只能指出地震造成的主冲力方向。（1）地动仪地震仪在1880年才制成，它的原理和张衡地动仪基本相似，但在时间上却晚了1700多年。地震仪是记录和测量地震波的的仪器，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（即利用物体的惯性制成的）。（2）地震仪现代化的野外地震仪由地震仪记录下来的震波曲线，称地震谱。分析地震谱可以知道地震发生的时间、强度、震源距、方向和深度等。①地震谱MinutesSurfacewaves0PS1020304050确定震中位置方法是由地震波的走时差（S－P）来确定地震台至震中之间的距离。②震中定位Distancetraveledfromearthquakeepicenter(km)Timeelapsedafterstartofearthquake(min)3-minuteintervalat1500km200040006000800010,0002520SeismogramA11-minuteintervalat8600km8-minuteintervalat5600km151050SeismogramBSeismogramCSwavePwave1500kmAB震中C有三个地震台站，且不在一条直线上，可根据三个台站求出的震中距用三点交会法确定震中位置。3、震级和烈度（1）地震震级震级是衡量地震绝对强度的等级。一次地震只有一个震级。以这次地震中的主震震级为代表，地震时从震源释放的弹性波能量越大，震级也越大。按照弹性波理论，其波动量可用其震幅大小来衡量，因此，震级可用地震仪上记录的最大震幅来计算。●根据震幅确定震级的方法：规定在震中距为100公里处，用伍德－安德生标准地震仪，所记录到的最大震幅为1微米时，震级为零。震级就等于在震中距为100公里时，用同样地震仪记录到的最大震幅值以微米为单位的对数值。比如，某次地震的最大震幅为10毫米，即10000微米，其对数值为4，即为4级地震。地震震级与震源释放的能量有关，释放的能量越多，震级越大。因此，震级可用里氏震级标准公式计算：logE=11.8＋1.5M其中，E－震源放出的总能量（单位：尔格）M－震级震级公式计算法ME（尔格）ME（尔格）12.0×101372.0×102226.3×101486.3×102332.0×10168.53.6×102446.3×10178.91.4×102552.0×101992.0×102666.3×1020地震震级与能量的关系由表可看出，一次强烈的大地震所释放的能量是十分巨大的。一个8.5级地震，其能量为3.6×1024，相当于100万千瓦的大型发电厂连续十年发电量的总和。爆炸一枚氢弹释放的能量为4×1023尔格，比一个8级地震的能量还少。迄今为止，世界上记录到的最大震级是1960年5月22日智利发生的8.9级地震。我国自有地震记载以来，震级≥8级的地震共发生17次，如1668年山东郯城地震，1920年宁夏海原地震，1950年西藏察偶地震，2008年四川汶川地震等。一般，三级以下的地震为无感地震；3.5级以上为有感地震；5－7级叫强震；7级以上叫大地震。需要指出，震级和能量不是简单的比例关系，而是对数关系。震级相差一级，能量差32倍。比如，一个7级地震，约相当于32个6级地震的能量，相当于1000个5级地震的能量。烈度是表示地面和建筑物受到影响和破坏的程度。一般来说，地震烈度与震级的大小有关，震级越大，震中区烈度越大。但地震烈度除与震级大小有关外，还与震源深度、震中距、震区地质构造以及建筑物的结构等有关。通常，①同一次地震，离震中区越近，烈度越大，反之则小；②同级地震，浅源要比深源地震破坏性大，相应烈度也大。③岩石松软，断裂发育地段烈度也相对大。（2）地震烈度76年唐山地震烈度图（2）地震烈度怎样判断烈度的大小，主要根据人的感觉，家俱及物品的震动情况，地面建筑物和地形、地貌的破坏改造情况等综合确定。19世纪80年代，意大利的罗西（M.S.deRossi）和福列尔（F.A.Forel）提出世界上第一个烈度表。目前，世界上使用的烈