地球科学课件：地震与内部圈层b

地震及地球的内部构造第一节地震地震学（Seismology）一词源于希腊文Seismos，即地震（earth-quake）之意。地震是一种自然现象，是由内、外地质作用引起的地壳震动现象的总称地震学属地球科学的分支学科，专门研究地震及其相关现象，并进行地震预报研究工作。1.构造地震由地质构造活动引发的地震叫构造地震（占地震总数90%以上）构造地震是地壳的构造运动使岩层变形，当所产生的应力达到岩层的极限强度时，地壳发生断裂．在变形过程中积累的大量势能顷刻释放出来，并以震波的形式传至地表。特点：震动强烈，传布范围较广。①震前为弹性变形，积累应变能。②地震为破裂变形，瞬间释放积累的应变能。③两盘颤动和摩擦，发出地震波。一、地震成因一、地震成因2.火山地震（7%）当岩浆连同炽热的气体从火山口喷出时引起的地震。这类地震多发生在日本、意大利和印尼等国，能量不大，次数也不多3.陷落地震（3%）由地下岩溶塌陷或滑坡等冲击作用引起的地面震动，亦称冲击地震。影响范围很少超过几平方千米4.诱发地震（极少）由于人为因素破坏了地层稳定性所引起的构造运动，例如水库渗漏或在深井中注水对“发震构造”所诱发的地震。这是大型水库选址时应加注意的问题1.地震仪地震仪Seismograph二、地震的研究候风地动仪，张衡，公元132年Gray-Milneseismograph,1885地震记录仪中国地震台网（1）震源（震源区）seismicfocus最初引起弹性波向外扩散的地下能量释放源。大地震的震源区可达几十～几百公里。当距离较远时，可以把震源看成一个点，如距离较近时，有时也可以把震源等效为一个点。（2）.震中epicenter震源在地面上的垂直投影2。震源与震中（3）.震源深度focusdepth：震源和震中的距离。浅源地震:0～70km(占地震总数72%)中源地震:70~300km深源地震：>300km目前有记录的最深震源达720公里（4）震中距epicentraldistance：震中到地面上任一点的距离震中距在100公里以内的称为地方震；在1000公里以内称为近震；大于1000公里称为远震。3.地震波（1）体波：纵波和横波纵波（P波）

PrimaryWavesPushWaves

弹性体内质点的振动方向与波的前进方向平行，当波传播时，物体发生膨胀与收缩。比喻为蠕虫横波（S波）SecondaryPulseShearWaves弹性体内质点的振动方向与波的前进方向垂直，当波传播时，物体发生剪切变形。传播速度：Vp>Vs液体不传播S波。tp-ts越大，距震源的距离就越大。比喻为蚕虫。Longoscillations当纵波和横波遇到某种介面时，可以激发出沿该界面传播的波，这种沿地面传播的波称为面波。面波的质点振动幅度随深度的增加而呈指数衰减。面波又分为瑞利波(R)和勒夫波(L)。

①瑞利波(R)：波的传播是质点在波的传播方向和地表面法向组成的平面内作椭圆运动，与该平面垂直的水平方向没有振动，似在地面上滚动。

②勒夫波(L)：传播时质点与传播方向相垂直的水平方向运动，即呈地面水平运动或者在地面上呈蛇形运动。面波的传播速度最慢，每秒只有3km多，但振幅大，故对地面建筑物的破坏最大。(2)面波(L)①瑞利波（R）（Rayleighwaves）②勒夫波（L）（lovewaves)纵波横波瑞利波勒夫波ABCD请给出答案面波地震谱：地震仪所记录到的旧金山大地震纵波与横波到达地震台的时间差震中离地震台的距离成正比时间（秒）纵波－横波时间间隔体波面波典型的地震波记录及其波形2006年12月26日晚20时30分左右，在台湾岛以南的南海海域发生的7.2和6.7级地震震中距kmP波S波L波地震台1地震台2地震台3

时间（分钟）地震波传播速度与距离的关系震中位置的确定震中4000km6000km2000km地震仪日本监测到朝鲜核试验地震波示意图根据地震台监测，朝鲜境内发生3.58－3.7级地震，地点在平壤385公里的咸镜北道花台郡地区。这是自1998年以来全球进行的首次核试验震中位置4.地震的震级与烈度地震震级：表示地震能量的大小的等级。每一次地震只有一个震级，震级是经过地震仪记录的地震波最大振幅经过计算求出的.按照作为计算依据的地震记录的不同，将震级种类分为近震震级（ML）、面波震级（Ms）、体波震级（Mb）、矩震级（Mw），人们通常听到的震级，一般为近震震级(ML)，也叫里氏震级震级每相差1.0级，能量(尔格)相差大约32倍地震按震级大小的分类情况：弱震：震级小于3级的地震；有感地震：震级等于或大于3级、小于或等于⒋5级的地震；中强震：震级大于⒋5级，小于6级的地震；强震：震级等于或大于6级的地震。其中震级大于或等于8级的又称为巨大地震。Richter（1）震级（近震震级）表示地震本身大小的量级。Richter(1935年)里氏震级Richter的研究论文《用仪器测定地震的震级》中对震级的定义是：以微米为单位测出离震中100km处，由标准地震仪记录的最大振幅，并以它的常用对数来表示。

如某次地震，在距震中100km处恰好安放有标准地震仪，记录到振幅为10mm，即10000μm，则lg10^4=4，震级就定义为4，称里氏震级，其计算表达式为

ML=logA

震级与能量的关系（经验公式）

将地震台站所收到的地震波的能量和震级加以比较有如下关系式：

lgE=11.8+1.5Ms（震级Ms，能量E：单位尔格）震级相差1级,能量(尔格)的大小相差约31.6倍

英热单位尔格磅尺马力小时焦耳1英热单位11.055×1010777.93.929×10-410551尔格9.481×10-1117.376×10-83.725×10-1410-7测定大规模地震的“矩震級”

Mw(momentmagnitudescale)矩震級(momentmagnitudescale)是記錄地震強度的標度。1977年由美國加州理工學院的地震學家金森博雄教授制定。計算公式為:

其中M0

為地震矩。由公式可以看出，矩震級每增加一級需要約32倍能量。公式中使用的常數是為了使此標度與其他地震近震震級(如里氏地震規模)的數值相似。史上最強烈的地震—1960年智利大地震—規模為9.5矩震級（2）.列度①定义：地面及建筑物受到地震影响和破坏的程度。②地震列度（12度）。③等震线。④地震与列度的关系。震级列度一个多个精确非精确仪器测定现场调查⑤一次地震只有一个震级，但它所造成的破坏，在不同的地区是不同的。也就是说，一次地震，可以划分出好几个烈度不同的地区。烈度名称加速度(cm/s2）地震系数表

（K）中国地震烈度鉴定标准表Ⅰ无震感＜0.25＜1/4000人不能感觉，只有仪器可以记录Ⅱ微震0.26～0.51/4000

～

1/2000少数在休息中极宁静的人感觉，住在楼上者更容易Ⅲ轻震0.6～1.01/2000

～

1/1000少数人感觉地动（如有轻车从旁经过），不能立即断定是地震。震动来自的方向或继续时间，有时约略可定。Ⅳ弱震1.1～2.51/1000

～

1/400少数在室外的人和极大多数在室内的人都感觉。家具等物有些摇动，盘碗及窗户玻璃震动有声，屋梁天花板等格格有声，个别情形惊醒了睡着的人。Ⅴ次强震2.6～5.01/400

～

1/200差不多人人感觉，树木摇晃，如有风吹动，房屋及室内物件全部震动，并格格地响，悬吊物如帘子、灯笼、电灯等来回摆动，挂钟停摆或乱打，器皿中的水满的溅出一些，窗户玻璃现出裂纹，睡的人被惊醒，有些惊逃户外Ⅵ强震5.1～10.01/200

～

1/100人人感觉，大都惊骇跑到户外，缸里的水激动地荡漾，墙上挂图，架上的书都会落下来，碗谍器皿打碎，家具移动位置或翻倒，墙上的灰泥发生裂缝。坚固的庙堂房屋亦不免有些地方掉落了些泥灰，不好的房屋受相当损伤，但还是轻的Ⅶ损坏震10.1～25.01/100

～

1/40室内陈设物品和家具损伤甚大，池塘里腾起波浪并拥出浊泥，河岸砂砾处有些崩滑，井泉水位改变，房屋有裂缝，灰泥及塑雕装饰大量脱落，烟囱破裂，骨架建筑的隔墙亦有损伤，不好的房屋严重损伤Ⅷ破坏震25.1～501/40

～

1/20树木发生摇摆有时催折，重的家具物件移动很远或抛翻，纪念碑或人象从座上扭转或倒下。建筑较坚固的房屋，如庙宇亦被损坏，墙壁间起了缝或部分裂坏，骨架建筑隔墙倾聪，塔或工厂烟囱倒塌，建筑特别好的烟窗项部亦遭破坏。陡坡或潮湿的地方发生小小裂缝，有些地方涌出泥水Ⅸ毁灭震50.1～1001/20

～

1/10坚固的建筑，如庙宇等损伤颇重，一般砖砌房屋严重破坏，有相当数量的倒塌，而致不能再住。骨架建筑根基移动，骨架歪斜，地上裂缝颇多Ⅹ大毁

灭震100.1～2501/10

～

1/4大的庙宇，大的砖墙及骨架建筑连基础遭受破坏，坚固的砖墙发生危险的裂缝，河堤、坝、桥梁。城垣均严重损伤，个别的被破坏，钢轨亦挠曲。地下输送管破坏，马路及柏油街道起了裂缝和皱纹，松散软湿之地开裂相当宽及深的长沟，且有局部崩滑，崖顶岩石有部分崩落。水边惊涛拍岸Ⅺ灾震250.1～5001/4

～

1/2砖砌建筑全部坍渴，大的庙宇与骨架建筑亦只部分保存。坚固的大桥破坏。桥桩崩裂，钢梁弯曲（弹性大的木桥损坏较轻），城墙开裂崩坏。路基堤坝断开，错离很远。钢轨弯曲且凸起。地下输送线完全破坏，不能使用。地面开裂甚大，沟道纵横错乱，到处上滑山崩，地下水夹泥砂．从地下涌出Ⅻ大灾震500.1～1000＞1/2一切人工建筑物无不毁坏，物件抛掷空中。山川风景变异，范围广大。河流堵塞，造成瀑布，湖底升高，地崩山催，水道改变等烈度3度：静止的人感觉有震动烈度4－5度：大多数人能感觉到震动少数人梦中惊醒、门窗、器皿轻微作响烈度6度一般民房少数损坏，桌上器皿倒下烈度9－10度(>7级地震)房屋倾倒，桥梁断裂，地表裂缝有记录的最严重地震2008年汶川地震，死亡6.92万人，另有1.82万人失踪，伤残37万；2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊岛发生地震引发大规模海啸，地震和海啸造成15.6万人死亡1976年在我国唐山的地震，死亡24万人，伤残16万人；1737年在印度加尔各答发生的地震30万人死亡；1923年在日本东京的地震，有至少10万人死亡;1556年在我国陕西省发生的关中地震，伤亡人数约83万；地震发生在人烟稀少的山区，则造成的灾害相对小1950年发生在我国西藏察隅的大地震，所释放的能量相当于1000万千瓦的发电站一年的发电量，造成严重的地裂山崩，也引起了大面积的地形变化，但生命财产损失不多。5、地震的时空分布空间分布

1.环太平洋带2地中海-印尼带3.洋脊带中国是个多地震的国家中国位于世界两大地震带之间: -环太平洋地震带

-欧亚地震带受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。本世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。地震及其他自然灾害的严重性构成中国的基本国情之一中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1900年以来，中国死于地震的人数达55万之多，占全球地震死亡人数的53%；1949年以来，100多次破坏性地震袭击了22个省（自治区、直辖市），其中涉及东部地区14个省份，造成27万余人丧生，占全国各类灾害死亡人数的54%，地震成灾面积达30多万平方公里，房屋倒塌达700万间。。地震过程1989三藩市地震地震地质地裂缝,挤压鼓包断层喷砂冒水山体崩塌山体滑坡邢台地震喷水喷砂孔地裂缝（唐山地震）1976京山线地震断层（唐山地震）19761976唐山火车站1976唐山商业局招待所1976新唐山市1996北川2008-7-20北川2008-7-20崩塌北川县城2008-7-20山体滑坡北川中学地震2个月后（视频采访）张性断裂压性断裂往映秀镇2008-7-21逆断层映秀镇2008-7-21映秀镇2008-7-21映秀镇2008-7-21映秀2008-7-21映秀中学2008-7-21映秀中学2008-7-21映秀中学2008-7-21映秀镇2008-7-21映秀镇2008-7-21映秀中学正门地震灾害（视频）映秀中学2008-7-21距5.12地震已经69天映秀镇2008-7-21地震与板块构造边界旧金山大地震照片思考题Whatisthecauseofthemostearthquakes?Whatisthedifferenceofhypocenterandepicenter?WhatisthenameofthezoneofearthquakessurroundingthePacificOcean?AndwhatistheotherzonesofEQs?海啸与地震有关吗？一次地震可以有多个震级吗？当横波到达后，建筑物的破坏是否达到最大？Seismicwavetraveltimesplottedagainstdistance(measuredatEarth'ssurface).WhyarethetraveltimeplotsforPandSwavescurved?第二节地球的内部圈层第二节、地球的内部构造若想取一块地球深部的岩石标本来研究A挖井（矿井）B钻探C在地表寻找矿井最深的矿井深度为4000-5000米钻探最深的钻探纪录目前为12500米大陆和海洋石油钻探中国的大陆钻探计划中国的大洋钻探计划古人的钻井设备古人用的钻杆大陆科学钻探大陆科学钻探计划1996年2月中国正式成为ICDP大陆科学钻探计划三个发起国之一，另外两个发起国分别为德国和美国。2001年8月2日，中国大陆科学钻探工程正式启动。在坚硬的纯结晶岩地层完成孔径156mm、深度达5000m的连续取心钻孔大洋钻探计划（ODP）既然钻探工程只能达到10几公里的深度，根据什么划分地球的内部圈层？A纯属推论B根据地表的岩浆岩C根据陨石的成分D根据地震波波速变化----释放地震接收地震波反射的地震波能够被地表探测器“捕获”从地表－33公里深处，横波＝约4km／秒，纵波＝8km/秒。从33公里－2900公里深处，横波>7km/秒，纵波>13km/秒。从2900公里－5000公里深处，横波完全消失，纵波传播速度突然下降到每秒8～10公里左右。地震波在地球内部的传播速度莫霍面30－40km古登堡面2885公里温度压力重力加速度密度地球内部的构造地壳：固态，密度2.69-2.90地震波不连续面－－莫霍面－－平均33公里地幔：固态，含软流圈，密度3.37-5.55地震波不连续面－－古登堡面－－2885公里地核:外核液态，内核固态，密度9.9-13.09低速带（位于上地幔）：100－350km，软流圈中国莫霍面深度（km）喀什朝鲜地球上某处的重力是该处所受到的地心引力与地球自转离心力的合力。根据牛顿定律G=fM/r2，重力加速度与地球的质量成正比，而与半径的平方成反比。因此地表的重力随着纬度值的增大而增加。地球的重力在赤道海平面上的重力加速度为978.0318cm/s2在两极地区的海平面上为

983.2177cm/s2

后者比前者增加了0.53％。重力异常指地球表面一点的实测重力值归算到大地水准面上与该点理论重力值之差。它可以反映出地球的自然表面与大地水准面不符，也可以反映地球内部质量分布的不均匀。在地质勘探中：把地下物质及其密度分布不均匀引起重力的变化称为重力异常。它往往与地质构造(例如背斜、向斜，盐丘、断裂、岩体等)及矿体的存在有关。重力异常分为空间异常、布格异常等。影像版權與提供:JPL,NASA地球表面的重力并不完全相同，在印度东部沿海地区你的体重会比较轻，而在太平洋的南部，你会比较重。造成这种差异的原因正在研究之中，2002年NASA发射的GRACE双子卫星现在正对地球的重力场进行详细的测量，这有可能帮助科学家尽快找到这种引力差距的原因。以紅色標示的區域具有比正常值高的重力，藍色區塊則為低于正常值的區域。重力仪的观测结果(g测)，经过纬度改正(g纬)、高度改正(g高)，中间层改正(g中)和地形改正(g形)以后所得到的重力差(Δg=g测+g高+g中+g纬+g形)称为布格重力异常2008年5月12日四川汶川一带的7.8级地震发生在著名的龙门山断裂带上。该断裂带是成都平原与川西高原的结合部，也是一个大型的重力异常梯度带，两侧地块的基底深度和厚度都有数10公里的差异地壳均衡说Isostacy普拉特（Pratt）主张所有地块都浮在同一深度的底层上，但各地块的密度不等，高者（即高山）密度小，低者（即低地）密度大，结果各地块的总质量相等，仍可维持平衡。普拉特（Pratt）中等轻重地壳均衡说Isostacy艾里（Airy）则认为各地块密度相同而厚度不同，故高山上升的高，而底部也下沉的深，形成山根（MountainRoot）；地壳物质就象浮在水中的木块。木块高出水面越多，相应地陷入水中越深。艾氏的学说已为一般学者所接受。艾里（Airy）重力均衡现象艾里（Airy）地壳地幔区域补偿深度地方补偿深度地形载荷现代研究表明，实际地壳均衡补偿过程比这两种理想模型都要复杂，应该是这两者按一定比例结合的结果。地壳确实存在着（如普拉特模型所指出的）横向物质分布的不均一性，但地表显示的陆洋地形高差，则部分密度补偿（约占37％），部分深部补偿（约占63％）地球上由于物质密度各处存在差异，使得地球重力场并不均匀，增加了判断时空扭曲存在难度。NASA“葛雷斯”重力探测卫星得出的地球重力分布图，红色代表高重力区域，蓝色则代表低重力区地球内部的主要物理性质（1）密度地球的平均密度＝地球质量／地球体积算得地球的平均密度为5.516g/cm3地球的平均密度5.516g/cm3这些岩石（沉积岩）的密度是多少？石灰岩页岩和粘土岩测得密度为2.6g/cm3沉积岩测得密度为2.6g/cm3这些地表出露的岩浆岩密度有多大？地球的平均密度5.516g/cm3花岗岩的密度为2.85g/cm3请选择：A

地球的密度离地表越深密度越大，是均匀渐变的。

B

地球物质的密度不是均匀渐变的，在几个深度界面上发生突变。

C

地球平均密度的算法存在误差（2）温度地温场：温度在地球内部的分布状况外热层：平均15m常温层：在外热层下地温梯度：每加深100m的温度（3Co/100m）地热增温级：每增加1Co的深度地温梯度是否可应用到地球深部？否莫霍面：400－10000C古登堡面：37000C地心：45000C地热流地热流密度：单位时间内通过地表单位面积的热量地表高热流值区域：洋中脊、火山、岛弧、裂谷带、年轻山脉、地热（3）磁场磁轴与地球自转轴夹角：15度地磁要素：磁偏角、磁倾角、磁场强度正北磁场矢量方向的水平投影磁偏角磁倾角磁场强度磁偏角是指磁针静止时，所指的北方与地理正北方的夹角基本磁场：构成地磁场的主体稳定磁场（>99%）变化磁场：来源于地外并叠加在基本磁场之上的短期变化磁场（来源于太阳辐射）磁异常：带磁性的岩石矿物所形成的局部磁场叠加在基本磁场之上

铁磁体的居里温度:500－