普通地质学-地震及地球内部构造

第七章 地震及地球内部构造地震是一种常见的地质现象，全世界每年发生地震500多万次，其中大局部是人们不易觉察的小地震，人们能感觉到的地震约5万次，而且具猛烈破坏性的地震，每年有十几次左右，类似唐山大地震(7、8第一节地震的根本概念一、地震概况1、地震：地壳(岩石圈)的快速抖动。是由构造运动引起岩石圈内某些地区的应力集中而使岩石变形，当应力到达或超过岩石的强度极限时，岩石便产生裂开或位移，同时将其能量突然释放出来，并以地震波的形式向四周传播，于是产生地震。2、震源：岩石圈内发生震惊的地方。是地震能量积聚和释放的地方。实际上震源是具有肯定空间范围的区间，称为震源区。3、震中：震源在地面的垂直投影。震中也是有肯定范围的，称为震中区，它是地震破坏最强的地区。4、震源深度：震源到震中的距离。5、震中距：地震台到震中的水平距离。6、震源距：震源到地震台的距离。7、等震线：同一地震在地面引起相等破坏程度的各点的连线。猛烈地震在地球表层具有三个显著特点：①突发性；②破坏性；③连锁性。海啸：海啸是一种具有强大破坏力的海浪。这种波浪运动引发的狂涛骇浪，汹涌澎湃，它卷起的海涛，波高可达数十米。这种“水墙”内含极大的能量，冲上陆地后所向披靡，往往造成对生命和财产的严峻摧残。地震海啸的产生一般需要三个条件：一是震源断层条件，假设震源断层表现为倾滑，就可能引起海啸；二是震源区水深条件，深水区比浅水区易于产生海啸；三是震级、震源深度条件，一般震级大于6、5级、震源深度在25公里以内，7、540海底地震都能引起海啸，据统计，在1、5万次海底构造地震中，大约只有100次能够引起海啸。朽之势，越过海岸线，越过田野，迅猛地攻击着岸边的城市和村庄。港口全部设施，被震塌的建筑物，在狂涛的洗劫下，被席卷一空。事后，海滩上一片狼藉，处处是残木破板和人畜尸体。目前，人类对地震、火山、海啸等突如其来的灾变，只能通过推测、观看来预防或削减它们所造成的损失，但还不能掌握它们的发生。二、地震的类型〔一〕按地震成因分类1、构造地震---由地壳运动引起的地震，分布在断裂带及其四周，破坏性强，由断层活动90%2、火山地震---由火山活动引起的地震，局限于火山活动带四周。占7%3、诱发地震---主要是陷落地震〔由地面塌陷和崩裂引起的地震，多发生在石灰岩地区，底下掏空，顶部塌落〕，此外，还有一些人为地震〔如人工爆破、水库、深井注水等引起的非自然地震〕3%构造地震的成因目前较流行断层成因——弹性回跳说〔二〕按震源深度分类震源深度一般为几km--300km700km。按震源深度将地震分为：1、浅源地震：震源深度<70km，大多数地震，破坏性最大，占90%，且多集中在地表以下5-20km。270-300km3、深源地震：震源深度>300km〔三〕地震序列地震序列：发生在同一地质构造带或同一震源体内，具有成因联系的一系列地震。主震：在一个地震序列中，假设有一次地震特别大，则称为主震。前震：主震之前发生的地震。余震：主震之后发生的地震。主震型地震序列，常见；震群型地震序列，较少；单发型或孤立型地震序列，少见。其次节 地震波地震波：地震发生时，局部能量以弹性振动波的形式在地球中传播。分为面波和体波。面波:是由纵波和横波在地表相遇后激发产生的。它仅沿面传播，不能传入地下。体波:是那些沿着肯定传播路径穿过地球内部的波。记录地震波的仪器称为地震仪。面波的争论供给了大量有关地球的资料，但测定地球内部构造，必需争论体波。〔一〕体波体波有纵波〔P〕和横波〔S〕〔1)纵波〔P波〕：是通过介质的体积变化即挤压和拉伸传播的，在固、液、气态介质中均可传播，质点的振动方向与波的传播方向全都。速度最快，最先到达震中，导致地面发生上下振动，破坏性较弱。〔2〕横波〔S波〕：弹性体内质点的振动方向与波的前进方向垂直，只能在固体中传播。是在纵波之后到达震中的，由于横向振动，将导致地面发生左右振动或前后振动，对建筑物破坏性较强。〔二〕面波面波主要在地表传播，能量最大，波速约为3、8千米/秒，低于体波，往往最终被记录到。假设地震格外猛烈，面波可能在震后围绕地球运行数日。面波实际上是体波〔横波、纵波〕在地表衍生而成的次生波。面波的传播较为简单，既可以引起地表上下的起伏，也可以是地表做横向的剪切，其中剪切运动对建筑物的破坏最为猛烈。面波的波长长、振幅大，传播慢，对地面建筑物破坏大。第三节 地震的强度描述地震强度的两种不同的方法:地震震级和地震烈度〔一〕震级地震震级：是衡量地震确定强度的级别。一次地震只有一个震级，以这次地震中的主震震级为代表。发生地震时从震源释放出来的弹性波能量越大，震级就越大。震级标度方法很多，以里氏震级〔ML〕为常用。〔二〕烈度烈度指地震对地面和建筑物的影响或破坏程度。地震烈度往往与地震震级、震中距及震源深度直接有关。一般来讲，震级越大，震中区烈度越大；对同一地震，离震中区越近，烈度越大，离震中区越远，烈度越小；对一样震级的地震，震源深度越浅，地表烈度越大，震源深度越深，地表烈度越小。震区的地质构造对地震烈度也有明显影响，一般在断裂构造发育的地带或古河道通过的地段烈度较大，地质根底坚实的地区烈度较小。此外，建筑地基的稳固程度、房屋建筑的构造特征等也影响烈度的大小。简缩烈度表ⅦⅧⅨ简缩烈度表ⅦⅧⅨⅩⅪⅫ轻破坏人惊逃；房屋普遍掉土，壁面裂；不好的房屋有倾倒。200破坏砖砌房屋裂缝，烟囱倒塌；一般建筑物严峻破坏。 5006.57重破坏地裂，喷水带泥沙；水管折裂；建筑物多倒塌。毁坏地裂成渠，山崩滑坡，桥梁水坝损坏，铁轨轻弯。消灭很少建筑物能保存大灾难全面破坏。地面起伏如波浪、大规模变形。1000烈破坏判据最大加震级烈破坏判据最大加震级度数程度速度cm/sMI微震I微震只有仪器记录。Ⅱ轻震极少数敏感之人有感。Ⅲ小震少数休息之人有感，震惊如大车驶过。Ⅳ弱震行动中的人亦有感，吊物摇动。Ⅴ强震人人有感，睡者震醒。Ⅵ损坏树木摇动，架上东西掉落，老朽和劣质房屋损坏。2.52.53.554104.5255505.51006第四节 地震的分布全球地震带分布1、环太平洋地震带2、地中海-印尼地震带3、大洋中脊地震带大西洋中脊地震带印度洋中脊地震带东太平洋中脊地震带陆内变形带世界上最大的地震带是环太平洋地震带，主要集中在环太平洋地区，世界上81%的猛烈地震都集中在这个区域。其次个重要的地震带是地中海-印尼地震带，从爪哇延长至苏门达腊群岛、喜马拉雅山、地中海最终至大西洋。这个地震带囊括了世界上15%的大地震。第三个地震带在洋中脊，围绕在中大西洋海中山脉四周。第四个地震带是陆内变形带。中国是个多地震的国家，地震及其他自然灾难的严峻性构成中国的根本国情之一。中国位于世界两大地震带-环太平洋地震带与地中海-印尼地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带格外发育。第五节 地震预报与预防地震发生时的地表震惊通常不会直接造成死亡或是损害，但是地表震惊所引起的房屋倒塌、掉落的玻璃及物品，才是引起损害的直接缘由。“推测”是地震科学的最高境地。直至今日，地震科学家们能做到的只有一点：在已经发生过地震的地区推测下一次地震降临的时间，通常状况下，推测的时间段要跨越1030年左右。这样的推测对建筑大坝、电站、大路以及输油管线等工程固然具有乐观意义，但对生活在这一地区的一般人来说，这种模糊推测法明显远远不够。一、地震前的特别表现1、小震活动〔前震〕有的大地震发生前几天或几小时，会发生一系列小地震多者可达几十至几百次，地质学家称它们为前震。一般来说在强震发生前数月或数日存在前震现象。因此通过观看大震前有一系列小震，预报大震，并设法预防大震。2、地形变化大地震前都有地形变化活动。3、地磁场特别4、震声地震前，尤其是大震前，数分钟、数小时或数天，往往有声响自地下深处传来，人们习惯称之为“地声”。5、地下水特别震区范围的地下含水岩石在受到猛烈的挤压或拉伸，引起地下水的重分布，消灭水位的升降和各种物理性质和化学变化，使水变味、变色、混浊、浮油花、出气泡等。6、大气特别地震前往往会消灭多种反常的大气物理现象，如怪风、暴雨、大雪、大旱、大涝、突然增温或炎热蒸腾、特别闪光等。7、动物活动反常动物反常表现大体有三类：1、兴奋型特别：如惊慌担忧、不进圈、狂吠，如癫如狂，仓皇逃跑；惊飞、群迁等。2、抑制型特别：如行动变得缓慢，或发呆发痴，不知所措，或不愿进食等。3、生活习性变化：如冬眠的蛇出洞，老鼠白天活动不怕人，大批青蛙上岸活动等。但是，这些关于动物可以提前觉察地震到来的说法，目前还没有科学依据。虽然一些科学家认为，动物机体实际上是一架简单而敏感的环境变化的感知系统，如同一架“活”的地震前兆监测系统，可以把有关的地震前兆信号进展有效地提取和放大。二、地震的预报地震是严峻的自然灾难，威逼人们的生命财产与安全，影响国计民生。预报地震是地质工作者的神圣使命。按距离地震发生时间，预报分为中长期预报、短期预报和震前预报。中长期预报：主要通过地震和地质状况的调查争论来实施。短期预报：既要靠地震和地质状况的调查争论，还要靠运用各种监测手段。震前预报：主要靠各种监测手段。地震监测主要是利用各种仪器设备去争论岩石中正在发生的各种物理变化。地震仪对微弱震能进展连续记录，分析争论记录，可以推断地震的发震趋势。余震在一个地震之后通常会有所谓的“余震”，余震是由于在主震发生之后，其它底层的岩盘为释放因主震而引起的压力不平衡而移动，并且持续发生直到到达平衡状态，或是岩盘临时被卡住不再移动，直到累积足够的压力时，才会再度引起后续的震惊。“余震”通常是在主震之后规模较小的地表震惊，余震也会造成较脆弱建筑的损坏。余震可能发生在主震一个小时、一天、一周、甚至是一个月之后。必需留神的是有些余震的规模也可能大于主震。三、地震的预防地震的预防主要在于提高建筑物的抗震力量。在设计与施工中应依据地震区划的资料作出相应的抗震措施，特别是大型矿山、水库、重大工程设施以及工业建设等要严格符合抗震要求。抗震建筑的实质在于加强建筑物的整体性、构造的结实程度及地基的稳固性。有很多现代的大都市都是位于地震带上。想要削减地震造成大浩劫的方法之一，就是设计一些足以承受大地震的建筑物。四、地震与工程建设地震与工程建设的关系极为亲热，地震与工程建设方面的争论主要内容集中在区域地质条件分析、场地工程地质、地基抗震三方面。具体内容：1．争论引起地震区域地质背景，为抗震防灾规划供给地质依据2．争论、推测地震的分布规律；3、争论地震引起地表裂开变形、地震滑坡、地表裂缝、地震液化。4、争论在地震过程中岩土层对地震波的传播特性；地震对工程危急性的分析和推测；提出防范地震的工程技术方案。第六节 地球的内部构造地球近似为一旋转椭球体，从卫星上看，地球呈圆形。地震波通过地球内部后再回到地面，被地震仪所接收，对所获数据加以争论，可进一步了解地球内部的构造。原理：地震波在不同密度和刚性的介质中传播的速度不全都；在地下压力很高的状况下，固体物质的密度较大，地震波的传播速度较快；当地震波遇到两种不同物理性状介质的界面时，要发生反射与折射；横波不能通过液体介质，纵波虽能通过但其速度要降低。地震波争论觉察，地球内部存在着地震波速度突变的假设干界面。这些界面显示了地球内部具有层圈状构造。一、地球内部地震波速度突变的主要界面1、莫霍面30-40km6-7km/s8、1km/s。这一突变具有全球性，此界面的深度在大陆深，在海洋浅。莫霍面以上局部称为地壳，以下局部称为地幔。2、古登堡面是具有高密度的固体地幔与具有液态性质的外核之间的界面〔核幔界面〕。位于地下2900km深度，横波到达这一界面即告消逝；纵波能够通过，但通过后其速度明显减慢，由13、72km/s8、06km/s。以上两个面是地球内部的第一级界面，它将地球内局部为地壳、地幔、地核三个层圈。依据一级界面，又分成假设干次级物质层圈。1、康拉德面6km/s6、6km/s。此界面将地壳分为上、下两个不同密度的层圈，上层为花岗岩层，下层为玄武岩层。此界面尚未形成统一共识。2、上下地幔界面在地下约670km深处，存在一个界面。纵波速度发生突变。此界面将地幔分为上、下地幔两个局部。3、岩石圈与软流圈界面：紧靠莫霍面的地幔上部。70km220km中，液态物质含量为1-10%。由于混有液态物质，所以这一地带的物质比较“软”，易于发生塑性流淌，称为软流圈。软流圈以上的局部，均为固态物质，具有较强的刚性，称为岩石圈。它包括整个地壳及地幔最顶部的固体局部。4、内外地核的界面：位于地下大约5120km依据地震纵波的变化状况，地核又可格外核〔E〕、过渡层〔F〕和内核〔G〕。外核：完全由液体构成；过渡层：外核液体圈与固体内核圈之间一个很簿的过渡层；内核：地球七个圈层中最靠近地心的就是所谓的固体内核圈了。地壳：组成地壳的岩石：各种岩浆岩和变质岩，以及掩盖在地表的或薄或厚的沉积岩。大陆地壳〔陆壳〕：位于大陆，占地壳面积1/3，平均33