地震与地震波教育版

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地震与地震波,二一二年九月,电话,:,Email:,地震与地震波-教育版,1,一、地震,地震波(seismic wave)是由地震震源向四处传播的振动，指从震源产生向四周辐射的弹性波。按传播方式可分为纵波(P波)、横波(S波)(纵波和横波均属于体波)和面波(L波)三种类型。地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。地震学的主要内容之一就是研究地震波所带来的信息。地震波是一种机械运动的传布，产生于地球介质的弹性。它的性质和声波很接近，因此又称地声波。但普通的声波在流体中传播，而地震波是在地球介质中传播，所以要复杂得多，在计算上地震波和光波有些相似之处。波动光学在短波的情况下可以过渡到几何光学，从而简化了计算;同样地，在一定条件下地震波的概念可以用地震射线来代替而形成了几何地震学。不过光波只是横波，地震波却纵、横两部分都有，所以在具体的计算中，地震波要复杂得多。,2,地震的形成,地震是地球内部缓慢积累的能量突然释放引起的地球表层的振动。当地球内部在运动中积累的能量对地壳产生的巨大压力超过岩层所能承受的限度时，岩层便会突然发生断裂或错位，使积累的能量急剧地释放出来，并以地震波的形式向四面八方传播，就形成了地震。一次强烈地震过后往往伴随着一系列较小的余震。,3,地震的规模,目前衡量地震规模的标准主要有震级和烈度两种。,4,地震震级：,是衡量地震大小的一种度量。它是根据地震时释放能量的多少来划分的。震级可以通过地震仪器的记录计算出来，震级越高，释放的能量也越多。,目前国际上一般采用美国地震学家查尔斯,弗朗西斯,芮希特和宾诺,古腾堡（,Beno Gutenberg,）于,1935,年共同提出的震级划分法，即现在通常所说的里氏地震规模。里氏规模是地震波最大振幅以,10,为底的对数，并选择距震中,100,千米的距离为标准。里氏规模每增强一级，释放的能量约增加,32,倍，相隔二级的震级其能量相差,1000,( 32 x 32),倍。,5,：剪切强度,A,：滑动部分断层面面积,D,：断层两盘滑动距离,a,：常数,矩震级：,6,7,我国使用的的震级标准是国际通用震级标准，叫“,里氏震级,”。,里氏震级,被定义为,一台标准地震仪,在距离震中,100,公里处所记录的最大振幅（以微米计）的对数值,但是地震并非都发生在距离测站,100,公里处，因此在计算地震震级时，我们必须考虑震中距的修正，则上式可以修正为,8,地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.57千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.24.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。,9,M1,级 的地震称为超微震,1,M3,级 的称为弱震或微震,3,M4.5,级 的称为有感地震,4.5,M6,级 的称为中强震,6,M7,级 的称为强震,7,M8,级 的称为大地震,8,M,级 的称为巨大地震。,地震分类,10,地震震级,同样大小的地震，造成的破坏不一定是相同的；同一次地震，在不同的地方造成的破坏也不一样。为了衡量地震的破坏程度，科学家又“制作”了另一把“尺子”一一地震烈度。在中国地震烈度表上，对人的感觉、一般房屋震害程度和其他现象作了描述，可以作为确定烈度的基本依据。影响烈度的因素有震级、震源深度、距震源的远近、地面状况和地层构造等。,地震烈度,11,对同一个地震，不同的地区，烈度大小是不一样的。距离震源近，破坏就大，烈度就高；距离震源远，破坏就小，烈度就低。,12,13,中国地震烈度表 （简要）,度：,无感,仅仪器能记录到；,度：,微有感,个别敏感的人在完全静止中有感；,度：,少有感,室内少数人在静止中有感，悬挂物轻微摆动；,度：,多有感,室内大多数人，室外少数人有感，悬挂物摆动，不稳器皿作响；,度：,惊醒,室外大多数人有感，家畜不宁，门窗作响，墙壁表面出现裂纹,度：,惊慌,人站立不稳，家畜外逃，器皿翻落，简陋棚舍损坏，陡坎滑坡；,度,:,房屋损坏,房屋轻微损坏，牌坊，烟囱损坏，地表出现裂缝及喷沙冒水；,度：,建筑物破坏,房屋多有损坏，少数破坏路基塌方，地下管道破裂；,度：,建筑物普遍破坏,房屋大多数破坏，少数倾倒，牌坊，烟囱等崩塌，铁轨弯曲；,度：,建筑物普遍摧毁,房屋倾倒，道路毁坏，山石大量崩塌，水面大浪扑岸；,度：,毁灭,房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毁，地表产生很大变化；,度：,山川易景,一切建筑物普遍毁坏，地形剧烈变化动植物遭毁灭；,14,地震烈度划分,3,度：少数人有感，仪器能记录到,4-5,度：睡觉的人会惊醒，吊灯摆动,6,度：器皿倾倒，房屋轻微损坏,7-8,度：房屋破坏，地面裂缝,9-10,度：桥梁、水坝损坏、房屋倒塌，地面破坏严重,11-12,度：毁灭性的破坏,15,影响烈度的因素,震级,震源深度,震中距,场地条件,人口密度和经济发展程度,建筑物质量,发生地震的时间,16,地理分布,地震带,地震的地理分布受一定的地质条件控制，具有一定的规律。地震大多分布在地壳不稳定的部位，特别是板块之间的消亡边界，形成地震活动活跃的地震带。全世界主要有三个地震带：,一是,环太平洋地震带,，包括南、北美洲太平洋沿岸，阿留申群岛、堪察加半岛，千岛群岛、日本列岛，经台湾再到菲律宾转向东南直至新西兰，是地球上地震最活跃的地区，集中了全世界,80%,以上的地震。本带是在太平洋板块和美洲板块、亚欧板块、印度洋板块的消亡边界，南极洲板块和美洲板块的消亡边界上。,二是,欧亚地震带,，大致从印度尼西亚西部，缅甸经中国横断山脉，喜马拉雅山脉，越过帕米尔高原，经中亚细亚到达地中海及其沿岸。本带是在亚欧板块和非洲板块、印度洋板块的消亡边界上。,三是,中洋脊地震带,包含延绵世界三大洋（即太平洋、大西洋和印度洋）和北极海的中洋脊。中洋脊地震带仅含全球约,5,的地震，此地震带的地震几乎都是浅层地震。,17,全球板块构造运动,全球地震分布区,18,世界地震带分布图,黄色标识区域为环太平洋火山地震带、地中海,喜马拉雅地震带蓝色标识区域为大陆断裂地震带绿色标识区域为大洋海岭地震带,19,1995-2001,年全球,4,级以上地震震中分布图,20,21,二、地震波,像声、光或水波一样，地震波也可在一边界上反射或折射，但和其他波不同的特点是，当地震波入射到地球内的一反射面时，例如一P波以一角度射向边界面时，它不但分成一反射的P波和一折射的P波，还要产生一反射S波和折射S波，其原因是，在入射点边界上的岩石不仅受挤压，还受剪切。换句话说，一入射P波产生4种转换波。由一种波型到另一种波型的波型增殖也发生于SV波斜入射于内部边界时，会产生反射和折射的P波和SV波。在这种情况下反射和折射的S波总是SV型，这是因为当入射的SV波到达时岩石质点在一与地面垂直的入射面里横向运动。相反，如果入射的S波是水平偏振的SH型，则质点在垂直于入射平面且平行于边界面的方向上前后运动，在不连续界面上没有挤压或铅垂方向的变形，这样不会产生相应的新的P波和SV波，只有SH型的一个反射波和一折射波。从物理图像形象地分析，垂直入射的P波在反射界面上没有剪切分量，只有反射的P波，根本没有反射的SV波或SH波。以上讨论的波型转换的种种限制，在全面理解地面运动的复杂性和解释地震图中的地震波各种图像时是至关重要的。建筑在较厚土壤上的，诸如在沿河流冲积河谷中的沉积物上的建筑物，地震时易于遭受严重破坏，其原因也是波的放大和增强作用。当我们振动连在一起的两个弹簧时，弱的弹簧将具有较大的振动幅度。类似地，当S波从地下深处传上来时，穿过刚性较大的深部岩石到刚性较小的冲积物时，冲积河谷刚性小的软弱岩石和土壤将使振幅增强4倍或更大，取决于波的频率和冲积层的厚度。在1989年加利福尼亚的洛马普瑞特地震时，建在砂上和冲填物上的旧金山滨海区的房屋比附近不远建在坚固地基上相似的房屋破坏更大。,22,地震波的概念,地下岩层断裂错位伴随产生大量的能量释放，造成周围弹性介质的强烈振动，这种振动以波的方式向外传播，即为地震弹性波,23,地震波的种类,按波的本质形式大体可分为纵波和横波,按波的传播区域大体可分为体波和面波,24,纵波（,Primary wave),纵波是物体的质点振动方向与波的传播方向同轴的波。,如敲锣时，锣的振动方向与波的传播方向就是一致的。,在震中区，人们对纵波的感觉是上下颠动,。,25,横波（,Secondary wave,）,横波是物体的质点振动方向与波的传播方向垂直的波,比如甩绳时绳上的每一个质点的震动方向和波的传播方向垂直,在震中区人们对横波的感觉是左右晃动,26,纵波（,P,波）,速度快， 固、液、气介质,横波（,S,波）,速度慢，固体介质,27,体波和面波,体波：在地球内部传播的地震波称为体波，体波包括纵波和横波。,面波：地震体波到达岩层界面或地表时，会产生沿界面或地表传播的振幅很大的波，称为面波。由于体波到达岩石界面或地表，能量背起捕获，所以面波只能延着界面或地表传播。,28,29,R,波传播时，质点在沿着波传播方向的垂直的平面做逆时针的椭圆运动，波到来时，地面的运动和水面上的波浪运动一样。,L,波传播时，质点水平运动，而且运动方向与波传播方向的垂直，地面上质点运动最大，越往地下深处运动的幅度越小。,30,要点一：波速,地震纵波在地壳中的传播速度为,557,千米秒 ，横波的传播速度为,3.2,4.0,千米,/,秒。地震时纵波和横波同时产生于震源，由于纵波的传播速度比横波快，所以纵波首先抵达地表之后，横波才会尾随而来。地震时人总是先感觉到上下颠簸，再感觉到左右晃动。,地震波在流体中的传播速度 低于在固体中的传播速度，尤以横波最为明显。,31,要点二：各种波破坏性的差异,破坏性的差异取决于,波长,和,振幅,波长,:,面波横波纵波,振幅,:,面波横波纵波,破坏性,:,面波横波纵波,32,地震波对地表物体的影响,灾害性：地面破坏，山体等自然物的破坏，海啸，建筑物与构筑物的破坏。,重塑性：地震通过剧烈的复杂的升降作用对地形地貌进行迅速重塑。,33,三、地震前兆,34,地下水异常,由于地下岩层受到挤压或拉伸，使地下水位上升或下降；或者使地壳内部气体和某些物质随水溢出，而使地下水冒泡、发浑、变味等。,动物异常,震前一、二天,牛、马赶不进圈,乱蹦乱跳,嘶叫不止,烦躁不安,饮食减少；一些猪羊不吃食,烦躁不安,乱跑乱窜,;,狗狂叫不止；鸡不进窝,惊啼不止；鸭不下水；家兔乱蹦乱跳,惊恐不安；鸽子在震前数天惊飞,不回巢；密蜂一窝一窝地飞走；老鼠反应最灵敏,在震前一天至数天,老鼠突然跑光了,有的叼着小老鼠搬家；有些冬眠的蛇爬出洞外,上树；鱼惊慌乱跳游向岸边,翻白肚等。,地光和地声,地光和地声是地震前夕或地震时,从地下或地面发出的光亮及声音,是重要的临震预兆。地震有“前震一主震一余震”的规律,要注意掌握。,35,地震波对地表的影响,36,地震云,“地震云”，是指地震即将发生时，震区上空出现的不同颜色的，如白色、灰色、橙色、橘红色等带状云，其分布方向同震中垂直，一般出现于早晨和傍晚。“地震云”的形成是由于地震即将发生时，因地热聚集于地震带，或因地震带岩石受强烈应力作用发生激烈摩擦而产生大量热量，这些热量从地表面逸出，使空气增温产生上升气流，在高空形成了“地震云”，云的尾端指向地震发生处。这种说法似乎比较合理，但也有人认为，“地震云”的必然性尚缺乏实验数据，可能是一种巧合，有待进一步考证。,条带状地震云,辐射状地震云,条纹状地震云,37,四、云南彝良地震,38,云南彝良地震,时间,：,2012,年,9,月,7,日,震级,：,11,时,19,分在云南省昭通市彝良县、贵州省毕节市威 宁彝族回族苗族自治县交界发生,5,7,级地震，震源深度,14,公里。,12,时,16,分，云南彝良县发生,5.6,级地震。,伤亡损失,：地震已造成,81,人遇难，,2,万多间房屋受损或倒塌；昭通,517,所学校受损。,灾区介绍,：人口密度较高，平均每平方公里,205,人。当地为山区地形，房屋抗震性弱。,39,云南地震人员伤亡情况,昭通所辖,11,个县市区有,10,个全国级贫困县，彝良县正是全国贫困县。,这样穷困的地区，不幸又是地质灾害多发区，只能说是一种残忍。,40,云南彝良地震遇难者多数系被滚石砸中,9,月,8,日，云南彝良地震震中洛泽河镇附近道路上，不断发生的余震引发山体落石。,截止,8,日早上,8,时，云南彝良地震灾区发生余震,161,次，最大余震,4.4,级。图为余震,引发山体落石，扬起大量灰尘。,9,月,8,日，参与云南彝良地震救援的武警官兵将受伤的儿童安全区域转移。,41,42,43,44,8,日凌晨，灾区的民众聚集在空旷的地方席地而睡,45,为什么,5.7,级地震造成地震灾区伤亡严重？,据云南省地震局局长皇甫岗介绍，按地震级别划分，,5.05.9,级属于中强地震，,6.0-6.9,级属于强震，,7.0-7.9,属于大震，彝良县此次发生的地震属于中强地震，是一般破坏性地震。既然如此，为何造成,81,人死亡？,对此，皇局长解释到：“地震发生的地区比较特殊。第一，人口密度大，云南省平均每平方公里,117,人，而此区域内每平方公里达到,205,人，已经远远超出了全省水平；第二，地震所发生的区域房屋抗震性能偏弱，部分房屋为墙台梁，承重能力不好，房屋结构本身不具备抗震性；第三，此区域山高坡陡，地势险要”。,当P波和S波到达地球的自由面或位于层状地质构造的界面时，在一定条件下会产生其他类型地震波。这些波中最重要的是瑞利波和勒夫波。这两类波沿地球表面传播;岩石振动振幅随深度增加而逐渐减小至零。由于这些面波的能量被捕获在表面才能沿着或近地表传播，否则这些波将向下反射进入地球，在地表只有短暂的生命。这些波类似在伦敦的圣保罗大教堂 “耳语长廊”(译者注：或中国天坛回音壁)的墙面上捕获的声波，只有耳朵靠近墙面时才能听到从对面墙上传来的低语。勒夫波是地震面波中最简单的一种类型。它们是以1912年首次描述它们的勒夫的姓名命名的。如图2.9所示，这个类型的波使岩石质点运动类似SH波，运动没有垂向位移。岩石运动在一垂直于传播方向上在水平面内从一边到另一边。虽然勒夫波不包括垂直地面运动的波，但它们在地震中可以成为最具破坏性的，因为它们常具有很大振幅，能在建筑物地基之下造成水平剪切。相反，瑞利面波具有相当不同的地面运动。于1885年首次由瑞利(Lord Rayleigh)描述，它们是地震波中最近似水波的。岩石质点向前、向上、向后和向下运动，沿波的传播方向作一垂直平面，质点在该平面内运动，描绘出一个椭圆。勒夫波和瑞利波的速度总比P波小，与S波的速度相等或小一些。从地面运动类似性看，球型(S型)自由振荡是传播的瑞利波的驻波，环型(T型)自由振荡则与勒夫波对应。,46,47,1:,双震,虽然最高震级只有,5.7,级，但“双震”加大伤害。发生,5.7,级地震,57,分钟后，彝良县再度发生,5.6,级地震。中国地震台网中心副主任张晓东表示，发生双震时，危害比仅一次地震大，“第一次地震时可能建筑物只是危险，第二次就可能会倒塌，双震加重了灾害。”,2:,浅源地震,震源深度在,30,公里以内的占浅源地震多数，对人类影响最大。此次彝良地震震源深度最深只有,14,公里。,3,：,次生灾害,灾区多为山区地形，山高坡陡，地势险要，容易引发山区滑坡、泥石流灾害等次生灾害。地震后，道路两侧的山体坍塌，有滚石从山体滑下，交通受阻严重，救援队伍只能徒步前进，减缓了救援进程。,48,4,：,人口密度,震中洛泽河镇距昭通市,33,公里，距彝良县城,15,公里，人口密度每平方公里,205,人，是云南省平均人口密度的两倍。再加上地震发生时值中午，很多人都在家里，一些房屋的倒塌造成了人员伤亡。,5,：,建筑的抗震能力,云南省地震局长皇甫岗说，地震所发生的区域房屋抗震性能偏弱，部分房屋为墙台梁，承重能力不好，房屋结构本身不具备抗震性。,6,：,人们的地震预防、逃生和救灾能力,第一次地震发生后，是不是还有居民呆在家里？灾民当时应对灾害的情况是否合理？是否有躲避次生灾害技巧？他们平时所接受的防震防灾训练是否成为了常态？虽然还缺乏灾区的全面信息，但历次地震的经验表明了，我们在这方面其实还做的远远不够。,当一地震源释放能量之后，地球的共振振动在不再受力的方式下持续，这时其振动频率仅取决于弹性地球的本身性质。确切的数学模拟基本原理，依然类似于对拨动弦乐器的分析。希腊人在2 000多年前就认识到，音乐的谐波只取决于琴弦的长度、密度和绷紧程度(图2.8)。这种自由振动叫本征振动。同样，被拨动了的地球内的本征振动，取决于其地质构造的大小、密度和整个内部的弹性模量。弹性球体仅有两种不同类型的本征振动。一类叫T型或环型振荡，仅包括地球岩石的水平移动;岩石的颗粒在球面地球表面或一些内部界面上往复运动。第二类叫S型或球型振荡，球型振荡的运动分量既有沿半径方向的，也有水平方向的。,49,