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《地球物理学》教学课件

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地球物理学 教学 课件
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1天然地震学地震学是研究地震孕育、发生、发展,地震波的传播规律、接收方法和装置,以及地球内部构造及其特征的一门学科,是地球物理学的一个重要分支。天然地震学地震学是研究地震孕育、发生、发展,地震波的传播规律、接收方法和装置,以及地球内部构造及其特征的一门学科,是地球物理学的一个重要分支。21.1 地震学的基本概念1.2 地震的类型1.3 地震的分布1.4 地震的成因及活动规律1.5 实例分析-汶川地震的发震机理1.1 地震学的基本概念1.2 地震的类型1.3 地震的分布1.4 地震的成因及活动规律1.5 实例分析-汶川地震的发震机理1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布31.地震的分类与分布1.地震的分类与分布地震背景介绍:为什么要研究地震?地震背景介绍:为什么要研究地震?震前汶川(左)和震后汶川(右)震前汶川(左)和震后汶川(右)2008年汶川8.0级地震,6.9万人死亡,3.7万人伤2008年汶川8.0级地震,6.9万人死亡,3.7万人伤4时间:2011年3月11日13时46分震中:日本本州岛仙台港以东130公里处(宫城县)震级:9级(日本地震厅)震源深度:24千米地震导致1.4万人死亡,1.3万人失踪,引发海啸,浪高23米,并导致福岛第一核电站1号机组爆炸,产生核辐射和核泄漏。时间:2011年3月11日13时46分震中:日本本州岛仙台港以东130公里处(宫城县)震级:9级(日本地震厅)震源深度:24千米地震导致1.4万人死亡,1.3万人失踪,引发海啸,浪高23米,并导致福岛第一核电站1号机组爆炸,产生核辐射和核泄漏。日本大地震(太平洋板块与欧亚板块挤压,逆冲型)日本大地震(太平洋板块与欧亚板块挤压,逆冲型)1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布52001年1月26日,印度西部古吉拉特邦发生里氏7.9级大地震,2.5万人死亡。2001年1月26日,印度西部古吉拉特邦发生里氏7.9级大地震,2.5万人死亡。印度大地震(地中海-喜马拉雅地震带)印度大地震(地中海-喜马拉雅地震带)1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布6唐山大地震造成24.2万人死亡,16.2万人重伤(1975年2月4日辽宁海城7.3级地震预报成功)唐山大地震造成24.2万人死亡,16.2万人重伤(1975年2月4日辽宁海城7.3级地震预报成功)太平洋板块俯冲到欧亚板块之下太平洋板块俯冲到欧亚板块之下1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布71.地震的分类与分布地震背景介绍:地震首先作为一种自然灾害被人们认识。1.地震的分类与分布地震背景介绍:地震首先作为一种自然灾害被人们认识。我国是记录和研究地震现象最早的国家。公元132年,东汉张衡创制了世界上第一架地动仪,并于公元138年在洛阳记录到陇西的一次地震。我国是记录和研究地震现象最早的国家。公元132年,东汉张衡创制了世界上第一架地动仪,并于公元138年在洛阳记录到陇西的一次地震。姓名:张衡;性别:男;出生年月:公元78年 籍贯:河南南阳西鄂(今河南省南召县石桥镇)人;张衡博学多才,精通天文算历,除地动仪外,他还创造了世界上最早利用水力转动的浑天仪和观察气象的候风仪。他系统地提出了宇宙理论 - 浑天说。他第一个正确解释了月食的成因,说明月光是日光的反照,月食是由于月球进入地影而产生的。姓名:张衡;性别:男;出生年月:公元78年 籍贯:河南南阳西鄂(今河南省南召县石桥镇)人;张衡博学多才,精通天文算历,除地动仪外,他还创造了世界上最早利用水力转动的浑天仪和观察气象的候风仪。他系统地提出了宇宙理论 - 浑天说。他第一个正确解释了月食的成因,说明月光是日光的反照,月食是由于月球进入地影而产生的。8地动仪的构造考证:据后汉书记载,地动仪“以精铜铸成,圆径 8 尺,合盖隆起,形似酒樽”。地动仪如何测定地震呢?原来在地动仪的中央竖着一根上粗下细的铜柱(都柱),哪个方向发生地震,铜柱就倒向哪边,触动连带龙口里的活动机关,使龙口里的铜丸落到蛤蟆的嘴里。地动仪的构造考证:据后汉书记载,地动仪“以精铜铸成,圆径 8 尺,合盖隆起,形似酒樽”。地动仪如何测定地震呢?原来在地动仪的中央竖着一根上粗下细的铜柱(都柱),哪个方向发生地震,铜柱就倒向哪边,触动连带龙口里的活动机关,使龙口里的铜丸落到蛤蟆的嘴里。张衡地动仪早已失传,但它利用物体的惯性来拾取地震波的原理到现在仍在沿用。张衡地动仪早已失传,但它利用物体的惯性来拾取地震波的原理到现在仍在沿用。地动仪构造示意图地动仪构造示意图1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布9(a)1959年中国历史博物馆展出了王振铎复原的张衡地动仪模型,不具备测震功能。王振铎博物馆学家)。(b)中科院研究生院教授冯锐项目成果,冯锐是“张衡地动仪科学复原”课题组组长,主持张衡地动仪复原模型研制项目。(c)河南省南阳是卧龙区吴迪父子复制的地动仪。2008年对汶川地震做出敏感反映,西南方向的龙珠落入蛙口。(a)1959年中国历史博物馆展出了王振铎复原的张衡地动仪模型,不具备测震功能。王振铎博物馆学家)。(b)中科院研究生院教授冯锐项目成果,冯锐是“张衡地动仪科学复原”课题组组长,主持张衡地动仪复原模型研制项目。(c)河南省南阳是卧龙区吴迪父子复制的地动仪。2008年对汶川地震做出敏感反映,西南方向的龙珠落入蛙口。/Article/ShowArticle.asp?ArticleID=207(a)(c)(b)(a)(c)(b)1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布10地震仪原理(惯性)地震仪原理(惯性)维歇尔地震仪模型(德国,1901年)南京中山陵地球科学馆有1台维歇尔地震仪模型(德国,1901年)南京中山陵地球科学馆有1台1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布11现代数字化地震仪1.地震的分类与分布现代数字化地震仪1.地震的分类与分布12台站记录1.地震的分类与分布1.地震的分类与分布13地震记录与核爆炸记录的区别地震记录与核爆炸记录的区别14全球地震台网GSN (Global Seismic Network,150)全球地震台网GSN (Global Seismic Network,150)15中国地震局中国地震局十五十五重大工程项目重大工程项目中国数字地震观测网络中国数字地震观测网络于于2008年年4月通过国家验收。通过项目的实施,全国测震运行台站达到月通过国家验收。通过项目的实施,全国测震运行台站达到1021个,其中包括国家台个,其中包括国家台148个,区域台个,区域台821个,火山台个,火山台33个,个,2个台阵个台阵19个台点。个台点。16国家台148个国家台148个171.地震的分类与分布1.1 地震学的基本概念1.地震的分类与分布1.1 地震学的基本概念地震:地震:地球内部介质(岩石)突然发生破坏,产生地震波,从而在相当范围内引起地面振动的现象。地球内部介质(岩石)突然发生破坏,产生地震波,从而在相当范围内引起地面振动的现象。震源(,h):震源(,h):地球内部发生破裂引起地震的地方。在理论上将它抽象为一个点,实际上是一个区域。地球内部发生破裂引起地震的地方。在理论上将它抽象为一个点,实际上是一个区域。震中(,):震中(,):震源在地面上的垂直投影。与震中相对的地球直径的另一端称为对震中。震源在地面上的垂直投影。与震中相对的地球直径的另一端称为对震中。发震时刻T:发震时刻T:地震发生的时间 (年、月、日、时、分、秒,可精确到0.10.01s)。地震发生的时间 (年、月、日、时、分、秒,可精确到0.10.01s)。震级M:震级M:表示地震强度,指地震时释放出来的弹性波能量大小。表示地震强度,指地震时释放出来的弹性波能量大小。震源深度:震源深度:将震源看做一点,作点到地面的垂直距离h。将震源看做一点,作点到地面的垂直距离h。h18震中距:震中距:在地面上,从震中到观测点的距离,用字母表示。在地面上,从震中到观测点的距离,用字母表示。等震线:等震线:把地面烈度相似的各点连接起来的曲线。把地面烈度相似的各点连接起来的曲线。地震波及地震射线:地震波及地震射线:发生于震源并在地球介质中传播的弹性波称地震波,地震波波阵面法线方向的联线称为地震射线。发生于震源并在地球介质中传播的弹性波称地震波,地震波波阵面法线方向的联线称为地震射线。震中距台站等震线地震示意图地震示意图1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念地震强度的度量:地震强度的度量:地震震级 (只有一个)地震震级 (只有一个)地震烈度 (多个)地震烈度 (多个)天然地震震级烈度日光灯功率(瓦特)灯光照明度天然地震震级烈度日光灯功率(瓦特)灯光照明度1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念20地震震级 (Magnitude):地震震级 (Magnitude):反映一次地震本身大小的等级,用M表示。美国地震学家里克特提出了计算震级M的公式:反映一次地震本身大小的等级,用M表示。美国地震学家里克特提出了计算震级M的公式:例题:例题:计算地震震级M(里氏震级)的计算公式为M=lgA-lgA计算地震震级M(里氏震级)的计算公式为M=lgA-lgA0 0(其中A是被测地震最大振幅,常数A(其中A是被测地震最大振幅,常数A0 0是“标准地震”的振幅),5级地震给人的震感已比较明显,今年5月12日我国四川发生的汶川大地震震级为8级,则这次地震的最大振幅是5级地震最大振幅的?倍。是“标准地震”的振幅),5级地震给人的震感已比较明显,今年5月12日我国四川发生的汶川大地震震级为8级,则这次地震的最大振幅是5级地震最大振幅的?倍。M=lgA-lgAM=lgA-lgA0 0式中:A是某一待测震级地震在标准地震仪上的最大记录振幅;A式中:A是某一待测震级地震在标准地震仪上的最大记录振幅;A0 0是作为比较标准的另一个已知地震在同一震中距上的最大记录振幅。里克特规定这个标准地震,在震中距为100公里处用伍-安式地震仪记录到的最大振幅为10是作为比较标准的另一个已知地震在同一震中距上的最大记录振幅。里克特规定这个标准地震,在震中距为100公里处用伍-安式地震仪记录到的最大振幅为10-3-3毫米。如果A=A毫米。如果A=A0 0,则有M=0,所以这个标准地震称为零级地震。,则有M=0,所以这个标准地震称为零级地震。1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念21地震能量E(单位:焦耳)与地震震级M之间的关系:注:震级每增加一级,地震波能量就多31.6倍。每增加2级,其能量就相差1000倍,一个7级地震释放的能量就相当于1000个5级地震。一次6级地震所释放的能量,相当于一个2万t级的原子弹的能量。地震能量E(单位:焦耳)与地震震级M之间的关系:注:震级每增加一级,地震波能量就多31.6倍。每增加2级,其能量就相差1000倍,一个7级地震释放的能量就相当于1000个5级地震。一次6级地震所释放的能量,相当于一个2万t级的原子弹的能量。lglgE E = 11.8+1.5= 11.8+1.5M M1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念22注1:1960年5月22日19:11智利中南部海岸地区发生了9.5级地震(矩震级)。是观测史上记录到规模最大的地震。注2:矩震级(Mw)是记录地震强度的标度。1977年由美国加州理工学院的地震学家金森博雄教授制定。注1:1960年5月22日19:11智利中南部海岸地区发生了9.5级地震(矩震级)。是观测史上记录到规模最大的地震。注2:矩震级(Mw)是记录地震强度的标度。1977年由美国加州理工学院的地震学家金森博雄教授制定。1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念地震震级 (Magnitude)地震震级 (Magnitude)里氏震级: 里氏震级: 里克特里克特(Charles (Charles RichterRichter)20世纪30年代目前国际通用的20世纪30年代目前国际通用的地震震级地震震级标准。标准。根据离震中一定距离所观测到的地震波幅度和周期,并且考虑从震源到观测点的地震波衰减,经过一定公式,计算出来的震源处地震的大小。根据离震中一定距离所观测到的地震波幅度和周期,并且考虑从震源到观测点的地震波衰减,经过一定公式,计算出来的震源处地震的大小。1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念计算一个地震的里氏震级的过程:计算一个地震的里氏震级的过程:1)用S波与P波到达的时间差,计算出距震源的距离(S-P24秒);2)在地震图上测量出波运动的最大振幅(23mm);3)在框图左边选取适当的距离(左边)点,在右边选取适当的振幅点,两点联一直线,从它与中央震级标度线相交点可读出1)用S波与P波到达的时间差,计算出距震源的距离(S-P24秒);2)在地震图上测量出波运动的最大振幅(23mm);3)在框图左边选取适当的距离(左边)点,在右边选取适当的振幅点,两点联一直线,从它与中央震级标度线相交点可读出M M=5.0。=5.0。1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念25烈度表:烈度表:按烈度值的大小排列成表。我国目前使用的地震烈度共分为12度;长期以来它是建筑物抗震设计的指标。(国家抗震设计规范规定:抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计)按烈度值的大小排列成表。我国目前使用的地震烈度共分为12度;长期以来它是建筑物抗震设计的指标。(国家抗震设计规范规定:抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计)震级与烈度的关系:震级与烈度的关系:震级代表地震本身的强弱;烈度表示同一次地震在地震波及的各个地点所造成的影响的程度,它与震源深度、震中距、方位角、地质构造以及土壤性质等因素有关。一次地震只有一个震级,可以有多个烈度。震级代表地震本身的强弱;烈度表示同一次地震在地震波及的各个地点所造成的影响的程度,它与震源深度、震中距、方位角、地质构造以及土壤性质等因素有关。一次地震只有一个震级,可以有多个烈度。地震烈度:地震烈度:地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。烈度是根据地震发生是出现的宏观现象而估定的,属于“软参数”,它是一个定性的描述,而不是一个精确的物理量。地面及房屋等建筑物受地震破坏的程度。烈度是根据地震发生是出现的宏观现象而估定的,属于“软参数”,它是一个定性的描述,而不是一个精确的物理量。影响烈度值的因素:影响烈度值的因素:地震震级、震源深度、震中距大小以及地质构造条件等。地震震级、震源深度、震中距大小以及地质构造条件等。1.1 地震学的基本概念1.1 地震学的基本概念2627中国地震烈度区划图中国地震烈度区划图28震级与烈度的统计对应关系震级与烈度的统计对应关系震中烈度震中烈度I度度X震级震级(北京市新规:按地震烈度8度设防,相当于6.1级地震)(北京市新规:按地震烈度8度设防,相当于6.1级地震)29度区(11度):面积约2419平方公里,以四川省度区(11度):面积约2419平方公里,以四川省汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心呈长条状分布汶川县映秀镇和北川县县城为两个中心呈长条状分布,其中映秀度区沿汶川都江堰彭州方向分布,长轴约66公里,短轴约20公里,北川度区沿安县北川平武方向分布,长轴约82公里,短轴约15公里。,其中映秀度区沿汶川都江堰彭州方向分布,长轴约66公里,短轴约20公里,北川度区沿安县北川平武方向分布,长轴约82公里,短轴约15公里。301.2 地震的类型根据不同的标准将天然地震划分成不同的类型。1.2 地震的类型根据不同的标准将天然地震划分成不同的类型。按地震成因分类按地震成因分类按震源深度分类按震源深度分类按地震强度(震级)分类按地震强度(震级)分类按震中距分类按震中距分类311.2.1 按地震成因分类(1)构造地震:由于构造力的作用导致地下岩层断裂和错动造成的地震。特点是破坏性大,影响范围最广,数量最多,约占地震总数的90%。(2)火山地震: 指火山喷发前地下岩浆冲动,或在火山喷发时,火山口内的气体大爆炸造成时地震。主要分布在日本、印尼和南美等地。全球最大的火山地震带是环太平洋地震带。1.2 地震的类型1.2.1 按地震成因分类(1)构造地震:由于构造力的作用导致地下岩层断裂和错动造成的地震。特点是破坏性大,影响范围最广,数量最多,约占地震总数的90%。(2)火山地震: 指火山喷发前地下岩浆冲动,或在火山喷发时,火山口内的气体大爆炸造成时地震。主要分布在日本、印尼和南美等地。全球最大的火山地震带是环太平洋地震带。1.2 地震的类型321914年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一个6.7级地震。1914年日本樱岛火山爆发,产生的震动相当于一个6.7级地震。1.2 地震的类型1.2 地震的类型33(3)塌陷地震:受重力作用引起的轻微地震。例如:石灰岩分布地区的溶洞和地下暗河坍塌,山体崩塌,滑坡和陨石坠落等。(4)诱发地震:由于当人类活动造成地壳局部失稳,从而导致的地震。例如:水库蓄水和地下核试验等。中国最大的一次水库地震是1962年3月19日广东新丰江水库地震,震级6.1,造成6人死亡,一个电站被毁。世界上最严重的水库地震是1967年12月10日的印度柯依纳水库地震,震级6.5,死亡180人。1.2 地震的类型(3)塌陷地震:受重力作用引起的轻微地震。例如:石灰岩分布地区的溶洞和地下暗河坍塌,山体崩塌,滑坡和陨石坠落等。(4)诱发地震:由于当人类活动造成地壳局部失稳,从而导致的地震。例如:水库蓄水和地下核试验等。中国最大的一次水库地震是1962年3月19日广东新丰江水库地震,震级6.1,造成6人死亡,一个电站被毁。世界上最严重的水库地震是1967年12月10日的印度柯依纳水库地震,震级6.5,死亡180人。1.2 地震的类型341.2.2 按震
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