普通地質學-地震及地球內部構造

第七章 地震及地球內部構造地震是一種常見的地質現(xiàn)象，全世界每年發(fā)生地震500多萬次，其中大局部是人們不易覺察的小地震，人們能感覺到的地震約5萬次，而且具猛烈破壞性的地震，每年有十幾次左右，類似唐山大地震(7、8第一節(jié)地震的根本概念一、地震概況1、地震：地殼(巖石圈)的快速抖動。是由構造運動引起巖石圈內某些地區(qū)的應力集中而使巖石變形，當應力到達或超過巖石的強度極限時，巖石便產(chǎn)生裂開或位移，同時將其能量突然釋放出來，并以地震波的形式向四周傳播，于是產(chǎn)生地震。2、震源：巖石圈內發(fā)生震驚的地方。是地震能量積聚和釋放的地方。實際上震源是具有肯定空間范圍的區(qū)間，稱為震源區(qū)。3、震中：震源在地面的垂直投影。震中也是有肯定范圍的，稱為震中區(qū)，它是地震破壞最強的地區(qū)。4、震源深度：震源到震中的距離。5、震中距：地震臺到震中的水平距離。6、震源距：震源到地震臺的距離。7、等震線：同一地震在地面引起相等破壞程度的各點的連線。猛烈地震在地球表層具有三個顯著特點：①突發(fā)性；②破壞性；③連鎖性。海嘯：海嘯是一種具有強大破壞力的海浪。這種波浪運動引發(fā)的狂濤駭浪，洶涌澎湃，它卷起的海濤，波高可達數(shù)十米。這種“水墻”內含極大的能量，沖上陸地后所向披靡，往往造成對生命和財產(chǎn)的嚴峻摧殘。地震海嘯的產(chǎn)生一般需要三個條件：一是震源斷層條件，假設震源斷層表現(xiàn)為傾滑，就可能引起海嘯；二是震源區(qū)水深條件，深水區(qū)比淺水區(qū)易于產(chǎn)生海嘯；三是震級、震源深度條件，一般震級大于6、5級、震源深度在25公里以內，7、540海底地震都能引起海嘯，據(jù)統(tǒng)計，在1、5萬次海底構造地震中，大約只有100次能夠引起海嘯。朽之勢，越過海岸線，越過田野，迅猛地攻擊著岸邊的城市和村莊。港口全部設施，被震塌的建筑物，在狂濤的洗劫下，被席卷一空。事后，海灘上一片狼藉，處處是殘木破板和人畜尸體。目前，人類對地震、火山、海嘯等突如其來的災變，只能通過推測、觀看來預防或削減它們所造成的損失，但還不能掌握它們的發(fā)生。二、地震的類型〔一〕按地震成因分類1、構造地震---由地殼運動引起的地震，分布在斷裂帶及其四周，破壞性強，由斷層活動90%2、火山地震---由火山活動引起的地震，局限于火山活動帶四周。占7%3、誘發(fā)地震---主要是陷落地震〔由地面塌陷和崩裂引起的地震，多發(fā)生在石灰?guī)r地區(qū)，底下掏空，頂部塌落〕，此外，還有一些人為地震〔如人工爆破、水庫、深井注水等引起的非自然地震〕3%構造地震的成因目前較流行斷層成因——彈性回跳說〔二〕按震源深度分類震源深度一般為幾km--300km700km。按震源深度將地震分為：1、淺源地震：震源深度<70km，大多數(shù)地震，破壞性最大，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：發(fā)生在同一地質構造帶或同一震源體內，具有成因聯(lián)系的一系列地震。主震：在一個地震序列中，假設有一次地震特別大，則稱為主震。前震：主震之前發(fā)生的地震。余震：主震之后發(fā)生的地震。主震型地震序列，常見；震群型地震序列，較少；單發(fā)型或孤立型地震序列，少見。其次節(jié) 地震波地震波：地震發(fā)生時，局部能量以彈性振動波的形式在地球中傳播。分為面波和體波。面波:是由縱波和橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的。它僅沿面?zhèn)鞑?，不能傳入地下。體波:是那些沿著肯定傳播路徑穿過地球內部的波。記錄地震波的儀器稱為地震儀。面波的爭論供給了大量有關地球的資料，但測定地球內部構造，必需爭論體波?！惨弧丑w波體波有縱波〔P〕和橫波〔S〕〔1)縱波〔P波〕：是通過介質的體積變化即擠壓和拉伸傳播的，在固、液、氣態(tài)介質中均可傳播，質點的振動方向與波的傳播方向全都。速度最快，最先到達震中，導致地面發(fā)生上下振動，破壞性較弱?！?〕橫波〔S波〕：彈性體內質點的振動方向與波的前進方向垂直，只能在固體中傳播。是在縱波之后到達震中的，由于橫向振動，將導致地面發(fā)生左右振動或前后振動，對建筑物破壞性較強?！捕趁娌娌ㄖ饕诘乇韨鞑?，能量最大，波速約為3、8千米/秒，低于體波，往往最終被記錄到。假設地震格外猛烈，面波可能在震后圍繞地球運行數(shù)日。面波實際上是體波〔橫波、縱波〕在地表衍生而成的次生波。面波的傳播較為簡單，既可以引起地表上下的起伏，也可以是地表做橫向的剪切，其中剪切運動對建筑物的破壞最為猛烈。面波的波長長、振幅大，傳播慢，對地面建筑物破壞大。第三節(jié) 地震的強度描述地震強度的兩種不同的方法:地震震級和地震烈度〔一〕震級地震震級：是衡量地震確定強度的級別。一次地震只有一個震級，以這次地震中的主震震級為代表。發(fā)生地震時從震源釋放出來的彈性波能量越大，震級就越大。震級標度方法很多，以里氏震級〔ML〕為常用?！捕沉叶攘叶戎傅卣饘Φ孛婧徒ㄖ锏挠绊懟蚱茐某潭?。地震烈度往往與地震震級、震中距及震源深度直接有關。一般來講，震級越大，震中區(qū)烈度越大；對同一地震，離震中區(qū)越近，烈度越大，離震中區(qū)越遠，烈度越?。粚σ粯诱鸺壍牡卣?，震源深度越淺，地表烈度越大，震源深度越深，地表烈度越小。震區(qū)的地質構造對地震烈度也有明顯影響，一般在斷裂構造發(fā)育的地帶或古河道通過的地段烈度較大，地質根底堅實的地區(qū)烈度較小。此外，建筑地基的穩(wěn)固程度、房屋建筑的構造特征等也影響烈度的大小。簡縮烈度表ⅦⅧⅨ簡縮烈度表ⅦⅧⅨⅩⅪⅫ輕破壞人驚逃；房屋普遍掉土，壁面裂；不好的房屋有傾倒。200破壞磚砌房屋裂縫，煙囪倒塌；一般建筑物嚴峻破壞。 5006.57重破壞地裂，噴水帶泥沙；水管折裂；建筑物多倒塌。毀壞地裂成渠，山崩滑坡，橋梁水壩損壞，鐵軌輕彎。消滅很少建筑物能保存大災難全面破壞。地面起伏如波浪、大規(guī)模變形。1000烈破壞判據(jù)最大加震級烈破壞判據(jù)最大加震級度數(shù)程度速度cm/sMI微震I微震只有儀器記錄。Ⅱ輕震極少數(shù)敏感之人有感。Ⅲ小震少數(shù)休息之人有感，震驚如大車駛過。Ⅳ弱震行動中的人亦有感，吊物搖動。Ⅴ強震人人有感，睡者震醒。Ⅵ損壞樹木搖動，架上東西掉落，老朽和劣質房屋損壞。2.52.53.554104.5255505.51006第四節(jié) 地震的分布全球地震帶分布1、環(huán)太平洋地震帶2、地中海-印尼地震帶3、大洋中脊地震帶大西洋中脊地震帶印度洋中脊地震帶東太平洋中脊地震帶陸內變形帶世界上最大的地震帶是環(huán)太平洋地震帶，主要集中在環(huán)太平洋地區(qū)，世界上81%的猛烈地震都集中在這個區(qū)域。其次個重要的地震帶是地中海-印尼地震帶，從爪哇延長至蘇門達臘群島、喜馬拉雅山、地中海最終至大西洋。這個地震帶囊括了世界上15%的大地震。第三個地震帶在洋中脊，圍繞在中大西洋海中山脈四周。第四個地震帶是陸內變形帶。中國是個多地震的國家，地震及其他自然災難的嚴峻性構成中國的根本國情之一。中國位于世界兩大地震帶-環(huán)太平洋地震帶與地中海-印尼地震帶之間，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶格外發(fā)育。第五節(jié) 地震預報與預防地震發(fā)生時的地表震驚通常不會直接造成死亡或是損害，但是地表震驚所引起的房屋倒塌、掉落的玻璃及物品，才是引起損害的直接緣由?！巴茰y”是地震科學的最高境地。直至今日，地震科學家們能做到的只有一點：在已經(jīng)發(fā)生過地震的地區(qū)推測下一次地震降臨的時間，通常狀況下，推測的時間段要跨越1030年左右。這樣的推測對建筑大壩、電站、大路以及輸油管線等工程固然具有樂觀意義，但對生活在這一地區(qū)的一般人來說，這種模糊推測法明顯遠遠不夠。一、地震前的特別表現(xiàn)1、小震活動〔前震〕有的大地震發(fā)生前幾天或幾小時，會發(fā)生一系列小地震多者可達幾十至幾百次，地質學家稱它們?yōu)榍罢?。一般來說在強震發(fā)生前數(shù)月或數(shù)日存在前震現(xiàn)象。因此通過觀看大震前有一系列小震，預報大震，并設法預防大震。2、地形變化大地震前都有地形變化活動。3、地磁場特別4、震聲地震前，尤其是大震前，數(shù)分鐘、數(shù)小時或數(shù)天，往往有聲響自地下深處傳來，人們習慣稱之為“地聲”。5、地下水特別震區(qū)范圍的地下含水巖石在受到猛烈的擠壓或拉伸，引起地下水的重分布，消滅水位的升降和各種物理性質和化學變化，使水變味、變色、混濁、浮油花、出氣泡等。6、大氣特別地震前往往會消滅多種反常的大氣物理現(xiàn)象，如怪風、暴雨、大雪、大旱、大澇、突然增溫或炎熱蒸騰、特別閃光等。7、動物活動反常動物反常表現(xiàn)大體有三類：1、興奮型特別：如驚慌擔憂、不進圈、狂吠，如癲如狂，倉皇逃跑；驚飛、群遷等。2、抑制型特別：如行動變得緩慢，或發(fā)呆發(fā)癡，不知所措，或不愿進食等。3、生活習性變化：如冬眠的蛇出洞，老鼠白天活動不怕人，大批青蛙上岸活動等。但是，這些關于動物可以提前覺察地震到來的說法，目前還沒有科學依據(jù)。雖然一些科學家認為，動物機體實際上是一架簡單而敏感的環(huán)境變化的感知系統(tǒng)，如同一架“活”的地震前兆監(jiān)測系統(tǒng)，可以把有關的地震前兆信號進展有效地提取和放大。二、地震的預報地震是嚴峻的自然災難，威逼人們的生命財產(chǎn)與安全，影響國計民生。預報地震是地質工作者的神圣使命。按距離地震發(fā)生時間，預報分為中長期預報、短期預報和震前預報。中長期預報：主要通過地震和地質狀況的調查爭論來實施。短期預報：既要靠地震和地質狀況的調查爭論，還要靠運用各種監(jiān)測手段。震前預報：主要靠各種監(jiān)測手段。地震監(jiān)測主要是利用各種儀器設備去爭論巖石中正在發(fā)生的各種物理變化。地震儀對微弱震能進展連續(xù)記錄，分析爭論記錄，可以推斷地震的發(fā)震趨勢。余震在一個地震之后通常會有所謂的“余震”，余震是由于在主震發(fā)生之后，其它底層的巖盤為釋放因主震而引起的壓力不平衡而移動，并且持續(xù)發(fā)生直到到達平衡狀態(tài)，或是巖盤臨時被卡住不再移動，直到累積足夠的壓力時，才會再度引起后續(xù)的震驚?！坝嗾稹蓖ǔＪ窃谥髡鹬笠?guī)模較小的地表震驚，余震也會造成較脆弱建筑的損壞。余震可能發(fā)生在主震一個小時、一天、一周、甚至是一個月之后。必需留神的是有些余震的規(guī)模也可能大于主震。三、地震的預防地震的預防主要在于提高建筑物的抗震力量。在設計與施工中應依據(jù)地震區(qū)劃的資料作出相應的抗震措施，特別是大型礦山、水庫、重大工程設施以及工業(yè)建設等要嚴格符合抗震要求?？拐鸾ㄖ膶嵸|在于加強建筑物的整體性、構造的結實程度及地基的穩(wěn)固性。有很多現(xiàn)代的大都市都是位于地震帶上。想要削減地震造成大浩劫的方法之一，就是設計一些足以承受大地震的建筑物。四、地震與工程建設地震與工程建設的關系極為親熱，地震與工程建設方面的爭論主要內容集中在區(qū)域地質條件分析、場地工程地質、地基抗震三方面。具體內容：1．爭論引起地震區(qū)域地質背景，為抗震防災規(guī)劃供給地質依據(jù)2．爭論、推測地震的分布規(guī)律；3、爭論地震引起地表裂開變形、地震滑坡、地表裂縫、地震液化。4、爭論在地震過程中巖土層對地震波的傳播特性；地震對工程危急性的分析和推測；提出防范地震的工程技術方案。第六節(jié) 地球的內部構造地球近似為一旋轉橢球體，從衛(wèi)星上看，地球呈圓形。地震波通過地球內部后再回到地面，被地震儀所接收，對所獲數(shù)據(jù)加以爭論，可進一步了解地球內部的構造。原理：地震波在不同密度和剛性的介質中傳播的速度不全都；在地下壓力很高的狀況下，固體物質的密度較大，地震波的傳播速度較快；當?shù)卣鸩ㄓ龅絻煞N不同物理性狀介質的界面時，要發(fā)生反射與折射；橫波不能通過液體介質，縱波雖能通過但其速度要降低。地震波爭論覺察，地球內部存在著地震波速度突變的假設干界面。這些界面顯示了地球內部具有層圈狀構造。一、地球內部地震波速度突變的主要界面1、莫霍面30-40km6-7km/s8、1km/s。這一突變具有全球性，此界面的深度在大陸深，在海洋淺。莫霍面以上局部稱為地殼，以下局部稱為地幔。2、古登堡面是具有高密度的固體地幔與具有液態(tài)性質的外核之間的界面〔核幔界面〕。位于地下2900km深度，橫波到達這一界面即告消逝；縱波能夠通過，但通過后其速度明顯減慢，由13、72km/s8、06km/s。以上兩個面是地球內部的第一級界面，它將地球內局部為地殼、地幔、地核三個層圈。依據(jù)一級界面，又分成假設干次級物質層圈。1、康拉德面6km/s6、6km/s。此界面將地殼分為上、下兩個不同密度的層圈，上層為花崗巖層，下層為玄武巖層。此界面尚未形成統(tǒng)一共識。2、上下地幔界面在地下約670km深處，存在一個界面?？v波速度發(fā)生突變。此界面將地幔分為上、下地幔兩個局部。3、巖石圈與軟流圈界面：緊靠莫霍面的地幔上部。70km220km中，液態(tài)物質含量為1-10%。由于混有液態(tài)物質，所以這一地帶的物質比較“軟”，易于發(fā)生塑性流淌，稱為軟流圈。軟流圈以上的局部，均為固態(tài)物質，具有較強的剛性，稱為巖石圈。它包括整個地殼及地幔最頂部的固體局部。4、內外地核的界面：位于地下大約5120km依據(jù)地震縱波的變化狀況，地核又可格外核〔E〕、過渡層〔F〕和內核〔G〕。外核：完全由液體構成；過渡層：外核液體圈與固體內核圈之間一個很簿的過渡層；內核：地球七個圈層中最靠近地心的就是所謂的固體內核圈了。地殼：組成地殼的巖石：各種巖漿巖和變質巖，以及掩蓋在地表的或薄或厚的沉積巖。大陸地殼〔陸殼〕：位于大陸，占地殼面積1/3，平均33