普通地质学第七章地震及地球内部构造

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1、1,2,第一节 地震的基本概念 一、地震概况,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。如下照片：,1976年危地马拉的旧危地马拉城在地震后的废墟,地震后站在废墟上的印度小女孩,亚美尼亚城在1988年地震中几乎被完全摧毁,4,中国唐山地震灾害图片,唐山火车站震毁,开滦煤矿医院,唐山市文化路青年宫，除四根门柱外，全部坍塌。,5,2003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22

2、50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。,6,1933年四川叠溪地震 叠溪岷江堰塞湖,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,7,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1030米的高度海 浪冲击海岸，破坏力极大。,8,全球百年以来的七次大海啸,9,2004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

3、震造成印度洋板块移动最多达30米，多个岛屿发生位移 。这次地震引起印度洋大规模海啸，遇难者总人数近30万。其中死亡人员最多的国家: 印尼 234271、斯里兰卡 30957、印 度 10749、泰国5393。,10,印度海啸汽车被淹没,印度海滨城市马德拉斯遭遇海啸时的情景,海啸过后的印度马里纳海滩鸟瞰图,发生海啸的场景,11,地震的发生极其频繁。据统计，全世界平均每年发生地震约 500万次，但绝大多数是人们不可能直接观察到的，只有借助于 灵敏的地震仪才能观察到。七级以上的破坏性地震，平均每年仅 12次左右。八级以上大震要若干年才发生一次。而地震的强度与地震次数呈反比关系。 1899年以来全球发

4、生的特大地震,12,地震强度与地震次数呈反比关系,13,二、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。,14,2、 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，分为体波和面波二种。,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。,15,体波包括纵波和横波 纵波（P波）：为推进波，

5、如弹簧。 其特征是， 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； 振幅小，周期短，传播速度快 （5.57Km/s），最先到达震中，引起地 面上下振动，其破坏性较弱。,16,横波（S波）：为剪切波，如抖绳。 其特征是： 质点振动方向与波的前进方向垂直，只能在固体中传播； 振幅大，周期长，波的传播速度慢（3.24.0Km/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。,17,面波 由纵波和横波在地表相遇后激发产生的一种地震波。该波仅沿地表传播，不能传入地下。两种振动方式： 质点作垂直于地面的椭圆运动，类似水的波浪运动-瑞利波 质点在地面内作垂直于传

6、播方向的运动-勒夫波 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。,18,二、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。,19,（2）近代地震仪 近代地

7、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）。,摆、阻尼器,换能器,机械杠杆放大,光杠杆放大,电流计,笔绘记录,光记录,光记录,电子放大器,记录笔,笔绘记录,拾震器,、,摆由惯性体（重锤）和悬挂系统组成，拾取地面运动。,转为电能,提供阻尼，使拾震器的输出能正确反映地动。,（3）现代地震仪 随着科学技术的发展，地震仪的结构在不断地改进，电子技术、遥测遥控、计算机的新技术手段的应用，使地震仪的

8、性能和自动化程度不断提高。归纳起来，现代地震仪主要由拾震器、放大器、记录器和记时器组成。,相对运动,21,现代化的野外地震仪,22, 地震谱 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。,23, 震中定位 确定震中位置方法是由 地震波的走时差（SP）来 确定地震台至震中之间的距 离。 如有三个地震台站，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。,24,3、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

9、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。,震级公式计算法：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=11.81.5M 其中，E震源放出的总能量（单位：尔格）；M震级。,由表可看出，一次强烈

10、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3.61024，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41023尔格，比一个8级地震的能量还少。,地震震级与能量的关系,26,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9.5级地震。 我国自有地震记载以来，震级8级的地震共发生16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； 57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

11、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。,27,（2）地震烈度 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， 同一次地震，离震中区越近， 烈度越大，反之则小； 同级地震，浅源要比深源地震 破坏性大，相应烈度也大。 岩石松软，断裂发育地段烈度 也相对大。 如，1960年发生在摩洛哥阿加迪乐的一次地震，虽然只有5.8级，但震源深度很浅（23Km），震中区的烈度竟高达九度，造成严重的破

12、坏；,1976年唐山地震烈度图,28,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.de Rossi）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 烈度表有几十种。但多数不符合我国的实际情况，1956年我国 根据国内地震地质调查，以房屋和碑、塔、牌坊等常见的特殊 结构物的破坏情况，编制了12度烈度表。,29,小于三度：人无感受，只有仪器能记录到。 3度：少数人有感，仪器能记录到。,45度：睡觉的人会惊醒，吊灯摆动。,6度：器皿倾倒，房屋轻微损坏。,30,78度：

13、房屋破坏，地面裂缝。,910度：桥梁、水坝损坏、房屋倒塌， 地面破坏严重。,1112度：毁灭性的破坏。,31,第二节 地震的类型,一、按地震的成因分类：主要有构造地震，火山地震和陷落地震。 1、构造地震 指由地壳的构造运动产生的地震。约占地震总数的90%，世界上绝大多数地震和震级最大地震，均属此类。其特点是活动频繁，延续时间长，规模大，破坏性强。 构造地震的成因和震源机制研究是地震理论中最核心的问题。1906年旧金山地震后，里德（H.F.Reid）等人发现从旧金山西边通过的圣安德列斯断层发生了顺时针方向的扭动错位，错距达4m以上。在查阅地震前50年中这条断层两侧的测量记录，发现这一段时间内断层

14、两侧有不断累积起来的扭曲变形，在地震中一次断开伸直。于是在1910年里德提出了构造地震的发生，是由于断层错动时引起的突然弹性回跳造成的弹性回跳理论。,32,地壳或岩石圈是个具有弹性的刚性物体，其变形情况与弹簧片相似。地壳中的岩石受力后产生弹性变形，一旦超过弹性极限而破裂时，断层两侧的岩石就要回到未变形前的位置 而产生弹性跳动，同时释放能量。因此地震的 发生就是由于地壳岩石中的弹性应变能量不断 积累和突然释放的结果。 地震断层成因的弹性回跳理论，己得到证 实，并符合震源机制研究的实际观测结果，受 到公认。它对浅源地震的成因机制，解释是合 理的。但对于中、深源地震，则与板块活动有关。,33,2、火

15、山地震 伴随火山活动而引起的地震叫火山地震。这类地震为数不多，只占地震总数的7%。其特点是震源常限于火山活动地带，震源浅，震级小，多属于没有主震的地震群型，影响范围很小。 3、 陷落地震 这类地震是由于岩层大规模的崩塌或陷落而引起的。只占地震总数的3%左右。一般震级小，影响范围不大。地震能量主要来自重力作用。,34,二、按震源深度分类 浅源地震：震源深度70Km，约占全球地震总数的72.5%，其 中震源深度多集中地下520Km范围内，属于破坏 性最大的地震。如我国云南的通海地震和唐山地震 震源均为13Km。 中源地震：震源深度 70300Km，占地震总数的23.5%，主 要分布环太平洋地区，以

16、及地中海北岸，印尼和中 亚一带。 深源地震：震源深度 300700Km，占地震总数的4%，主要发 生于环太平洋带上。,第三节 地震的分布,一、全球地震分布,1、环太平洋地震带 位于太平洋周围大陆边 缘与岛屿附近。 一支从堪察加半岛开始， 向东经阿留申群岛，沿落基 山脉，到南美的安第斯山， 最后终止于南安第斯环。 另一支从勘察加半岛开 始，向南西到日本分两支， 南东支延至马利亚纳群岛， 经关岛向西到雅浦岛。南西 支经琉球群岛到台湾，再向 南经印度尼西亚到苏拉威西岛的东北部，与地中海印度尼西亚地震带汇合。 这一地震带的活动性最强，集中了全球约80%的浅源地震，90%的中源地震和所有的深源地震。,堪察加半岛,落基山脉,安第斯山,2、地中海印尼地震带,大致沿地中海、土耳其、伊朗、喜马拉雅山脉、缅甸、印度尼西亚一线展布，与环太平洋地震带相接。该带集中了全球约15%的地震，主要是浅源和中源地震。,3、洋脊地震带 分布