环境地质学分论--地震

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1、环境地质学分论若干地质环境问题的论述Environmental Geology第一章 地震据联合国统计资料，20世纪全世界因地震死亡人数达260万，占 各种自然灾害死亡人数的58，地震每年造成的灾害达几十亿美元 ，为防震抗震投入的消耗也达几十亿美元，足见这种地质环境问题 对人类的巨大威胁。遭受地震破坏的北川县城被地震摧毁的居民楼遭地震摧毁的汶川县映秀镇地震触发的大型滑坡摧 毁了北川中学滑坡堰塞湖淹没了1座小 学和几个自然村“5.12”汶川特大地震，震级为8.0级，截至2008年9月25日 12时，已确认造成69227人遇难，374643人受伤，17923人失踪。 地震诱发大量的山体滑坡、崩塌、

2、泥石流、堰塞湖等次生地质灾 害的发生。据评估，汶川地震共造成经济损失8451亿元人民币（ 国家汶川地震专家委员会，史培军，2008年9月）。对地震及其诱发次生灾害的研究将是未来环境地质领域的一个重要方向 本章主要内容一、地震相关的基本概念二、世界及我国地震的分布、特点三、地震效应四、地震的形成机理及发生原因五、地震的活动特点及地震防范地震是什么？怎么样？为什么？怎么办？n n一、地震相关的基本概念一、地震相关的基本概念n n地震地震（earthquakeearthquake）是指地壳某个部位的）是指地壳某个部位的岩层应力突然岩层应力突然释放释放而引起的一定范围内而引起的一定范围内地面震动地面震

3、动的现象。的现象。n n地震波地震波（Seismic waveSeismic wave ）地震时震源释放的应变能以）地震时震源释放的应变能以弹弹性波性波的形式向四面八方传播，这种弹性波就是地震波。的形式向四面八方传播，这种弹性波就是地震波。 地震波是使建筑物在地震中破坏的地震波是使建筑物在地震中破坏的原动力原动力、也是研究地震、也是研究地震 的最主要的信息和研究地球深部构造的有力工具。的最主要的信息和研究地球深部构造的有力工具。体 波面 波勒夫波（L）纵波（P）横波（S）瑞利波（R）地震波通过地球本体传播的波沿地表传播的波由震源向外传 递的压缩波由震源向外传 递的剪切波P波和S波到达地表的时间

4、、两种波速度比率、振幅等可以用 地震记录仪测定记录，从而提供地震的严重程度、震中及震 源深度等信息。n n震源：震源：地球内部发生地震时震动的发源地地球内部发生地震时震动的发源地 n n震源深度：震源深度：震源点到地面的垂直距离震源点到地面的垂直距离 n n震中：震中：震源在地面上的投影点（实际上是一区域震源在地面上的投影点（实际上是一区域 ）n n震中距：震中距：某点至震中的地面距离某点至震中的地面距离 n n地震震级：地震震级：地震震级是表示地震震级是表示地震本身大小地震本身大小的尺度，是由地的尺度，是由地震所释放出来的能量大小所决定的。震所释放出来的能量大小所决定的。一次地震只有一个震级

5、。一次地震只有一个震级。释放能量大小可根据地震波记释放能量大小可根据地震波记录图的最高振幅来确定，按李希特一古登堡的最初定义，录图的最高振幅来确定，按李希特一古登堡的最初定义，震震 级（级（M M）是按标准地震仪（伍德是按标准地震仪（伍德- -安德森式标准扭力地震仪）安德森式标准扭力地震仪） 在距震中在距震中100km100km的地面所记录到的最大振幅的地面所记录到的最大振幅A A（微米）（微米）计算的：计算的：Mlg A目前世界上最大地震震级为8.9级。弱震3级；有感地震（34.5级）；中强震（4.56级）； 强震6级；巨大地震8级。n n地震烈度：地震烈度：地震在地面产生的地震在地面产生的

6、实际影响实际影响，即地震活动造，即地震活动造成的地面和建筑物的破坏程度。成的地面和建筑物的破坏程度。 受地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质受地震释放的能量大小、震源深度、震中距、震域介质 条件的影响。条件的影响。 震源深度和震中距越小，地震烈度越大。震源深度和震中距越小，地震烈度越大。 在震源深度和震中距相同的条件下，坚硬基岩场地较松在震源深度和震中距相同的条件下，坚硬基岩场地较松 软土场地烈度小。软土场地烈度小。一次地震只有一个震级，但可划分出若干个烈度不同的地区一次地震只有一个震级，但可划分出若干个烈度不同的地区n n等烈度线图：在同一次地震下，破坏程度相同的各点的连线等烈度线

7、图：在同一次地震下，破坏程度相同的各点的连线 （1）等烈度线的几何特征：等震线图上最内一根等震线长轴方向就是断层面的走向。当极震区两侧的等震线基本对称时，断层面近乎直立，当 等震线不对称时，断层面向波及得宽的那个方向倾斜，不对 称性愈显著，说明断层面愈缓。（2）地表断层和裂缝一般认为：大地震时在地面产生的地震断层和变形带的走 向代表了震源断层面的走向。n n烈度表：地震破坏程度大小的分级标准（中国：十二度表）烈度表：地震破坏程度大小的分级标准（中国：十二度表） n n二、世界及我国地震的分布特点二、世界及我国地震的分布特点n n世界范围内的主要地震带世界范围内的主要地震带（1）环太平洋地震带

8、（2）地中海-喜马拉雅地震带或欧亚地震带 （3）大洋海岭地震带n n我国强震空间分布及地震区带划分我国强震空间分布及地震区带划分板块边缘地震带： 台湾地震带; 西藏-滇西地震带板块内部地震带： 郯城-庐江地震带; 华北地震带; 南北地震带; 天山地震带本世纪以来发生 的9次大于8级的大地 震，除2次发生于台湾 临近海域，其余7次均 发生于新疆、西藏、 宁夏、甘肃、等西部 省份。本世纪以来，中 国大陆发生的300多次 6级以上的地震，西部 地区为250多次，占83 。n n地震灾害表现为西部强于东部，在东部地区北强南弱地震灾害表现为西部强于东部，在东部地区北强南弱 我国东部地区人口 、建筑物以及

9、城市等密 集，经济发达，西部人 烟稀少，这就决定了我 国地震灾情必然是东部 严重，特别是地震多发 的南北地震带、华北地 区及台湾的地震灾情最 为严重。特别是地震多 发的南北地震带、华北 地区及台湾的地震灾情 最为严重。n n地震灾情总体特点：东重西轻地震灾情总体特点：东重西轻 n n我国地震灾害的周期性我国地震灾害的周期性4、中国地震灾害我国地震活动呈现出时间上的明显的周期性。由于东 西部构造运动的差异，东部地震活动周期普遍比西部长。 研究表明，东部地区地震周期大约为300年左右，西部为 100200年，台湾为几十年。我国大陆地区在20世纪以来已经经历了4次大地震活跃 幕，每个活跃幕持续约10

10、20年左右，有活动高潮与低潮交 替的现象。目前已进入了新的活动幕。n n三、地震效应三、地震效应地震产生的直接和间接结果，称为地震效应。地震产生的直接和间接结果，称为地震效应。震动破坏效应震动破坏效应地面破坏效应地面破坏效应次生灾害效应次生灾害效应地震 破坏 效应其主要包括由地震引起的地表位移、断裂，地震所造成的其主要包括由地震引起的地表位移、断裂，地震所造成的 建筑物和地面毁坏，以及水面的异常波动。建筑物和地面毁坏，以及水面的异常波动。（一）振动破坏效应（一）振动破坏效应地震 地面、地面建筑物强迫振动 建筑物破坏地震波由震动力作用直接引起建筑物破坏由震动力作用直接引起建筑物破坏附加荷载（二）

11、地面破坏效应（二）地面破坏效应地震发生时，地层错动、开裂、地陷、地基不均匀变形及地震发生时，地层错动、开裂、地陷、地基不均匀变形及砂土液化等使地基失稳，导致建筑物发生破坏。包括：砂土液化等使地基失稳，导致建筑物发生破坏。包括：n n地基沉降或不均匀沉降（岩性差异、厚度不同地基沉降或不均匀沉降（岩性差异、厚度不同）n n地基水平滑移（斜坡或半挖半填）地基水平滑移（斜坡或半挖半填）n n砂土液化（饱水粉细砂岩）砂土液化（饱水粉细砂岩）（1 1）地面开裂）地面开裂（2 2）地基基地底变形）地基基地底变形（三）次生灾害效应（三）次生灾害效应由地震引发的海啸、崩塌、滑坡、泥石流、洪水等次生灾害。由地震引

12、发的海啸、崩塌、滑坡、泥石流、洪水等次生灾害。n n四、地震的形成机理及发生原因四、地震的形成机理及发生原因近代关 于地震 形成机 理的假 说（1）断层说：地壳中产生的能量积累于岩体中当能量积累到一 定程度就会在地层的薄弱地带断层附近以快速应变的形式释 放，使两盘发生突变性的相对位移，从而引发地震。（2）岩浆冲击说（3）相变说（4）温度应力说（5）黏滑说n n地震形成机理地震形成机理n n地震发生的原因地震发生的原因（一）自然地质作用形成的地震（一）自然地质作用形成的地震（1 1）内动力地质作用引起的地震）内动力地质作用引起的地震这些地震多分布于现代地壳活动强烈的这些地震多分布于现代地壳活动强

13、烈的构造带构造带，这些构造带阻隔了，这些构造带阻隔了构造应力的传递，有利于构造应力的传递，有利于能量的积累能量的积累。当地应力超过岩层强度时，岩层。当地应力超过岩层强度时，岩层 会突然断裂、错动和弹跳，从而会突然断裂、错动和弹跳，从而释放能量释放能量并产生剧烈震动，形成地震。并产生剧烈震动，形成地震。（2 2）外动力地质作用引起的地震）外动力地质作用引起的地震动力主要来源于地球之外，如陨石撞击地震等。该类地震一般震动力主要来源于地球之外，如陨石撞击地震等。该类地震一般震级小，破坏力也较小。级小，破坏力也较小。（二）人为活动诱发的地震（二）人为活动诱发的地震（1 1）水库蓄水诱发地震）水库蓄水诱

14、发地震蓄水增大了库底岩层的蓄水增大了库底岩层的上覆荷载上覆荷载；库区水岩作用也导致岩体；库区水岩作用也导致岩体物理力学物理力学性质的降低性质的降低，岩体稳定性的减弱。该，岩体稳定性的减弱。该两种作用两种作用将使地应力场迅速变化，将使地应力场迅速变化， 断裂带应力急剧上升，当继续的能量超过地震发生所需最小值时，即可断裂带应力急剧上升，当继续的能量超过地震发生所需最小值时，即可 诱发地震。诱发地震。（2 2）抽、注地下流体诱发地震）抽、注地下流体诱发地震抽取或向地下注入液体，将改变原先围岩的应力装态，使岩层中抽取或向地下注入液体，将改变原先围岩的应力装态，使岩层中的孔隙水压力急剧下降或上升，的孔隙

15、水压力急剧下降或上升，有效应力急剧变化有效应力急剧变化，使一些较软弱破，使一些较软弱破 碎以及具有黏滑性质的碎以及具有黏滑性质的断层压力平衡状态破坏断层压力平衡状态破坏而发生位移，进而诱发而发生位移，进而诱发 地震。地震。（3 3）地下采空区塌陷诱发地震）地下采空区塌陷诱发地震采矿形成的采空区会使采矿形成的采空区会使围岩压力重新分布围岩压力重新分布，导致围岩变形、脆性，导致围岩变形、脆性破裂，严重时可造成岩体应力和应变能的集中释放诱发地震；另外破裂，严重时可造成岩体应力和应变能的集中释放诱发地震；另外顶顶 板突然冒落板突然冒落的冲击力也会诱发地震。的冲击力也会诱发地震。（4 4）地下核试验）地

16、下核试验n n人为诱发地震的关键往往是发人为诱发地震的关键往往是发震断裂事先已处于临界状态。震断裂事先已处于临界状态。n n五、地震活动特点与地震防范五、地震活动特点与地震防范（一）地震的活动特点（一）地震的活动特点（1 1）地震的重复性）地震的重复性 （2 2）地震的迁移性和填空性）地震的迁移性和填空性（3 3）地震的累进突发性）地震的累进突发性（二）地震的预报（二）地震的预报长期预报、中期预报、短期预报、临震预报长期预报、中期预报、短期预报、临震预报（1 1）地震的时间预报：）地震的时间预报：（2 2）地震的空间预报：）地震的空间预报：活动性深大断裂带、断陷盆地边缘地带一般是强震发生地带活动性深大断裂带、断陷盆地边缘地带一般是强震发生地带（三）地震灾害的防范（三）地震灾害的防范（1 1）进行地震区划）进行地震区划（2 2）地震区建筑的抗震规划与设计）地震区建筑的抗震规划与