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地震

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中文名称:地震
英文名称:earthquake
定义:地壳在内、外营力作用下,集聚的构造应力突然释放,产生震动弹性波,从震源向四周传播引起的地面颤动。
所属学科:
水利科技(一级学科);水利勘测、工程地质(二级学科);工程地质(水利)(三级学科)
地震(earthquake)又称地动、地振动,是地壳快速释放能量过程中造成振动,期间会产生地震波的一种自然现象。
地球,可分为三层。中心层是地核,地核是由铁做的;中间是地幔;外层是地壳。地震一般发生在地壳之中。地壳内部在不停地变化,由此而产生力的作用(即内力作用),使地壳岩层变形、断裂、错动,于是便发生地震。超级地震指的是震波极其强烈的大地震。但其发生占总地震7%~21%,破坏程度是原子弹的数倍,所以超级地震影响十分广泛,也是十分具有破坏力的。 
地震,是地球内部发生的急剧破裂产生的震波,在一定范围内引起地面振动的现象。地震(earthquake)就是地球表层的快速振动,在古代又称为地动。它就像海啸、龙卷风、冰冻灾害一样,是地球上经常发生的一种自然灾害。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。在海底或滨海地区发生的强烈地震,能引起巨大的波浪,称为海啸。地震是极其频繁的,全球每年发生地震约550万次。
地震常常造成严重人员伤亡,能引起火灾,水灾,有毒气体泄漏,细菌及放射性物质扩散,还可能造成海啸,滑坡,崩塌,地裂缝等次生灾害。
地震波发源的地方,叫作震源(focus)。震源在地面上的垂直投影,地面上离震源最近的一点称为震中。它是接受振动最早的部位。震中到震源的深度叫作震源深度。通常将震源深度小于60公里的叫浅源地震,深度在60-300公里的叫中源地震,深度大于300公里的叫深源地震。对于同样大小的地震,由于震源深度不一样,对地面造成的破坏程度也不一样。震源越浅,破坏越大,但波及范围也越小,反之亦然。
破坏性地震一般是浅源地震。如1976年的唐山地震的震源深度为12公里。
破坏性地震的地面振动最烈处称为极震区,极震区往往也就是震中所在的地区。
观测点距震中的距离叫震中距。震中距小于100公里的地震称为地方震,在100-1000公里之间的地震称为近震,大于1000公里的地震称为远震,其中,震中距越长的地方受到的影响和破坏越小。
地震所引起的地面振动是一种复杂的运动,它是由纵波和横波共同作用的结果。在震中区,纵波使地面上下颠动。横波使地面水平晃动。由于纵波传播速度较快,衰减也较快,横波传播速度较慢,衰减也较慢,因此离震中较远的地方,往往感觉不到上下跳动,但能感到水平晃动。
当某地发生一个较大的地震时,在一段时间内,往往会发生一系列的地震,其中最大的一个地震叫做主震,主震之前发生的地震叫前震,主震之后发生的地震叫余震。
地震具有一定的时空分布规律。
从时间上看,地震有活跃期和平静期交替出现的周期性现象。
从空间上看,地震的分布呈一定的带状,称地震带。就大陆地震而言,主要集中在环太平洋地震带和地中海—喜马拉雅地震带两大地震带。太平洋地震带几乎集中了全世界80%以上的浅源地震(0千米~60千米),全部的中源(60千米~300千米)和深源地震(>300千米),所释放的地震能量约占全部能量的80%。
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。
地震震级
地震震级是根据地震时释放的能量的大小而定的。一次地震释放的能量越多,地震级别就越大。目前人类有记录的震级最大的地震是1960年5月22日智利发生的9.5级地震,所释放的能量相当于一颗1800万吨炸药量的氢弹,或者相当于一个100万千瓦的发电厂40年的发电量。这次汶川地震所释放的能量大约相当于90万吨炸药量的氢弹,或100万千瓦的发电厂2年的发电量(本人估算,仅供参考)。
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。
小于里氏规模2.5的地震,人们一般不易感觉到,称为小震或者是微震;里氏规模2.5-5.0的地震,震中附近的人会有不同程度的感觉,称为有感地震,全世界每年大约发生十几万次;大于里氏规模5.0的地震,会造成建筑物不同程度的损坏,称为破坏性地震。里氏规模4.5以上的地震可以在全球范围内监测到。有记录以来,历史上最大的地震是发生在1960年5月22日19时11分南美洲的智利,根据美国地质调查所,里氏规模竟达9.5。
地震烈度
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。
一般情况下仅就烈度和震源、震级间的关系来说,震级越大震源越浅、烈度也越大。一般来讲,一次地震发生后,震中区的破坏最重,烈度最高;这个烈度称为震中烈度。从震中向四周扩展,地震烈度逐渐减小。所以,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。这与一颗炸弹爆后,近处与远处破坏程度不同道理一样。炸弹的炸药量,好比是震级;炸弹对不同地点的破坏程度,好比是烈度。
例如,1990年2月10日,常熟-太仓发生了5.1级地震,有人说在苏州是4级,在无锡是3级,这是错的。无论在何处,只能说常熟-太仓发生了5.1级地震,但这次地震,在太仓的沙溪镇地震烈度是6度,在苏州地震烈度是4度,在无锡地震烈度是3度。还有就是2008年5月12日的四川汶川发生了8级大地震,造成了很大的损失。
在世界各国使用的有几种不同的烈度表。西方国家比较通行的是改进的麦加利烈度表,简称M.M.烈度表,从1度到12度共分12个烈度等级。日本将无感定为0度,有感则分为I至 度,共8个等级。前苏联和中国均按12个烈度等级划分烈度表。中国1980年重新编订了地震烈度表(见表)。
中国地震烈度表
1度:无感-仅仪器能记录到;
2度:微有感-个特别敏感的人在完全静止中有感;
3度:少有感-室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动;
4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;
5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;
6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;
7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;
8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;
9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;
10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;
11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;
12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;
例如,1976年唐山地震,震级为7.8级,震中烈度为十一度;受唐山地震的影响,天津市地震烈度为八度,北京市烈度为六度,再远到石家庄、太原等就只有四至五度了。
时间分布
地震活动在时间上具有一定的周期性。表现为在一定时间段内地震活动频繁,强度大,称为地震活跃期;而另一时间段内地震活动相对来讲频率少,强度小,称为地震平静期。
地理分布
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。
中国的震区
中国地震主要分布在五个区域:台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区、东南沿海地区和23条大小地震带上。
地震现象
地震发生时,最基本的现象是地面的连续振动,主要特征是明显的晃动。
极震区的人在感到大的晃动之前,有时首先感到上下跳动。这是因为地震波从地内向地面传来,纵波首先到达的缘故。横波接着产生大振幅的水平方向的晃动,是造成地震灾害的主要原因。1960年智利大地震时,最大的晃动持续了3分钟。地震造成的灾害首先是破坏房屋和建筑物,如1976年中国河北唐山地震中,70%~80%的建筑物倒塌,人员伤亡惨重。
地震对自然界景观也有很大影响。最主要的后果是地面出现断层和地震裂缝。大地震的地表断层常绵延几十至几百千米,往往具有较明显的垂直错距和水平错距,能反映出震源处的构造变动特征(见浓尾大地震,旧金山大地震)。但并不是所有的地表断裂都直接与震源的运动相联系,它们也可能是由于地震波造成的次生影响。特别是地表沉积层较厚的地区,坡地边缘、河岸和道路两旁常出现地裂缝,这往往是由于地形因素,在一侧没有依托的条件下晃动使表土松垮和崩裂。地震的晃动使表土下沉,浅层的地下水受挤压会沿地裂缝上升至地表,形成喷沙冒水现象。大地震能使局部地形改观,或隆起,或沉降。使城乡道路坼裂、铁轨扭曲、桥梁折断。在现代化城市中,由于地下管道破裂和电缆被切断造成停水、停电和通讯受阻。煤气、有毒气体和放射性物质泄漏可导致火灾和毒物、放射性污染等次生灾害。在山区,地震还能引起山崩和滑坡,常造成掩埋村镇的惨剧。崩塌的山石堵塞江河,在上游形成地震湖。1923年日本关东大地震时,神奈川县发生泥石流,顺山谷下滑,远达5千米。
成因和类型
地震分为天然地震和人工地震两大类。此外,某些特殊情况下也会产生地震,如大陨石冲击地面(陨石冲击地震)等。引起地球表层振动的原因很多,根据地震的成因,可以把地震分为以下几种:
1、构造地震
由于地下深处岩石破裂、错动把长期积累起来的能量急剧释放出来,以地震波的形式向四面八方传播出去,到地面引起的房摇地动称为构造地震。这类地震发生的次数最多,破坏力也最大,约占全世界地震的90%以上。
2、火山地震
由于火山作用,如岩浆活动、气体爆炸等引起的地震称为火山地震。只有在火山活动区才可能发生火山地震,这类地震只占全世界地震的7%左右。
3、塌陷地震
由于地下岩洞或矿井顶部塌陷而引起的地震称为塌陷地震。这类地震的规模比较小,次数也很少,即使有,也往往发生在溶洞密布的石灰岩地区或大规模地下开采的矿区。
4、诱发地震
由于水库蓄水、油田注水等活动而引发的地震称为诱发地震。这类地震仅仅在某些特定的水库库区或油田地区发生。
5、人工地震
地下核爆炸、炸药爆破等人为引起的地面振动称为人工地震。 人工地震是由人为活动引起的地震。如工业爆破、地下核爆炸造成的振动;在深井中进行高压注水以及大水库蓄水后增加了地壳的压力,有时也会诱发地震。
地震核变成因
中国安徽农民李六四自费研究地震十七年,其成果被收集在《地球热核演变说》里。其中第一章《地震核变成因论》。
相关知识
我们最熟悉的波动是观察到水波。当向池塘里扔一块石头时水面被扰乱,以石头入水处为中心有波纹向外扩展。这个波列是水波附近的水的颗粒运动造成的。然而水并没有朝着水波传播的方向流;如果水面浮着一个软木塞,它将上下跳动,但并不会从原来位置移走。这个扰动由水粒的简单前后运动连续地传下去,从一个颗粒把运动传给更前面的颗粒。这样,水波携带石击打破的水面的能量向池边运移并在岸边激起浪花。地震运动与此相当类似。我们感受到的摇动就是由地震波的能量产生的弹性岩石的震动。
第一类波的物理特性恰如声波。声波,乃至超声波,都是在空气里由交替的挤压(推)和扩张(拉)而传递。因为液体、气体和固体岩石一样能够被压缩,同样类型的波能在水体如海洋和湖泊及固体地球中穿过。在地震时,这种类型的波从断裂处以同等速度向所有方向外传,交替地挤压和拉张它们穿过的岩石,其颗粒在这些波传播的方向上向前和向后运动,换句话说,这些颗粒的运动是垂直于波前的。向前和向后的位移量称为振幅。在地震学中,这种类型的波叫P波,即纵波,它是首先到达的波。
弹性岩石与空气有所不同,空气可受压缩但不能剪切,而弹性物质通过使物体剪切和扭动,可以允许第二类波传播。地震产生这种第二个到达的波叫S波。在S波通过时,岩石的表现与在P波传播过程中的表现相当不同。因为S波涉及剪切而不是挤压,使岩石颗粒的运动横过运移方向。这些岩石运动可在一垂直向或水平面里,它们与光波的横向运动相似。P和S波同时存在使地震波列成为具有独特的性质组合,使之不同于光波或声波的物理表现。因为液体或气体内不可能发生剪切运动,S波不能在它们中传播。P和S波这种截然不同的性质可被用来探测地球深部流体带的存在。
S波具有偏振现象,只有那些在某个特定平面里横向振动(上下、水平等)的那些光波能穿过偏光透镜。穿过的光波称之为平面偏振光。太阳光穿过大气是没有偏振的,即没有光波振动的优选的横方向。然而晶体的折射或通过特殊制造的塑料如偏光眼睛,可使非偏振光成为平面偏振光。
当S波穿过地球时,它们遇到构造不连续界面时会发生折射或反射,并使其振动方向发生偏振。当发生偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时,称为SH波。当岩石颗粒在含波传播方向的竖直平面里运动时,这种S波称为SV波。
大多数岩石,如果不强迫它以太大的振幅振动,具有线性弹性,即由于作用力而产生的变形随作用力线性变化。这种线性弹性表现称为服从虎克定律,是以与牛顿同时代的英国数学家罗伯特·虎克(1635~1703年)而命名的。相似的,地震时岩石将对增大的力按比例地增加变形。在大多数情况下,变形将保持在线弹性范围,在摇动结束时岩石将回到原来位置。然而在地震事件中有时发生重要的例外表现,例如当强摇动发生于软土壤时,会残留永久的变形,波动变形后并不总能使土壤回到原位,在这种情况下,地震烈度较难预测。
弹性的运动提供了极好的启示,说明当地震波通过岩石时能量是如何变化的。与弹簧压缩或伸张有关的能量为弹性势,与弹簧部件运动有关的能量是动能。任何时间的总能量都是弹性能量和运动能量二者之和。对于理想的弹性介质来说,总能量是一个常数。在最大波幅的位置,能量全部为弹性势能;当弹簧振荡到中间平衡位置时,能量全部为动能。我们曾假定没有摩擦或耗散力存在,所以一旦往复弹性振动开始,它将以同样幅度持续下去。这当然是一个理想的情况。在地震时,运动的岩石间的摩擦逐渐生热而耗散一些波动的能量,除非有新的能源加进来,像振动的弹簧一样,地球的震动将逐渐停息。对地震波能量耗散的测量提供了地球内部非弹性特性的重要信息,然而除摩擦耗散之外,地震震动随传播距离增加而逐渐减弱现象的形成还有其他因素。
由于声波传播时其波前面为一扩张的球面,携带的声音随着距离增加而减弱。与池塘外扩的水波相似,我们观察到水波的高度或振幅,向外也逐渐减小。波幅减小是因为初始能量传播越来越广而产生衰减,这叫几何扩散。这种类型的扩散也使通过地球岩石的地震波减弱。除非有特殊情况,否则地震波从震源向外传播得越远,它们的能量就衰减得越多。
地震之最
苏门答腊岛附近海域2005年3月28日(北京时间29日零时9分)发生里氏8.7级地震,这是自1900年以来人类历史上发生的十一大最强烈地震之一。以下是十一次大地震的基本情况(按震级排列):
1. 智利大地震(1960年5月21):里氏9.5级。发生在智利中部海域,并引发海啸及火山爆发。此次地震共导致5000人死亡,200万人无家可归。此次地震为历史上震级最高的一次地震。
2. 印度尼西亚大地震(2004年12月26):里氏9.0级,发生在位于印度尼西亚苏门答腊岛上的亚齐省。地震引发的海啸席卷斯里兰卡、泰国、印度尼西亚及印度等国,导致约30万人失踪或死亡。
3. 并列:美国阿拉斯加大地震(1964年3月28):里氏8.8级。此次引发海啸,导致125人死亡,财产损失达3.11亿美元。阿拉斯加州大部分地区、加拿大育空地区及哥伦比亚等地都有强烈震感。厄瓜多尔大地震(1906年1月31):里氏8.8级,发生在厄瓜多尔及哥伦比亚沿岸。地震引发强烈海啸,导致1000多人死亡。中美洲沿岸、圣-费朗西斯科及日本等地都有震感。智利大地震(2010年2月27日)里氏8.8级。
4. 并列:美国阿拉斯加大地震(1957年3月9):里氏8.7级,发生在美国阿拉斯加州安德里亚岛及乌那克岛附近海域。地震导致休眠长达200年的维塞维朵夫火山喷发,并引发15米高的大海啸,影响远至夏威夷岛。
苏联(俄罗斯)大地震(1952年11月4):里氏8.7级。此次地震引发的海啸波及夏威夷群岛,但没有造成人员伤亡。印度尼西亚大地震(2005年3月28):里氏8.7级,震中位于印度尼西亚苏门答腊岛以北海域,离三个月前发生9.0级地震位置不远。目前已经造成1000人死亡,但并未引发海啸。美国阿拉斯加大地震(1965年2月4):里氏8.7级。地震引发高达10.7米的海啸,席卷了整个舒曼雅岛。
5. 并列:中国西藏大地震(1950年8月15):里氏8.5级。2000余座房屋及寺庙被毁。中国雅鲁藏布江及印度布拉马普特拉河损失最为惨重,至少有1500人死亡。俄罗斯大地震(1923年2月3):里氏8.5级,发生在俄罗斯堪察加半岛。印度尼西亚大地震(1938年2月3):里氏8.5级,发生在印度尼西亚班达附近海域。地震引发海啸及火山喷发,人员及财产损失惨重。俄罗斯千岛群岛大地震(1963年10月13):里氏8.5级,并波及日本及俄罗斯等地。 
世界震级最大的是1960年5月21日的智利9.5级地震
中国震级最大的是1950年8月15日的西藏8.5级地震
死亡人数最多的是1556年1月23日的陕西华县8级地震,死亡83万人,其次是1976年7月27日的唐山7.8级地震,官方数据死亡25.5万人(估计可达65.5万人)
波及范围最大地震是2008年5月12日的中国汶川8级大地震,地震重创约50万平方公里的中国大地!影响范围:陕西、甘肃、宁夏、天津、青海、北京、山西、山东、河北、河南、安徽、湖北、湖南、重庆、贵州、云南、内蒙古、广东、广西、海南、香港、澳门、西藏、江苏、上海、浙江、辽宁、福建、台湾等地等全国多个省市有明显震感。中国除黑龙江、吉林、新疆外均有不同程度的震感。其中以陕甘川三省震情最为严重。甚至泰国首都曼谷,越南首都河内,菲律宾、日本等地均有震感。
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