地震與地震波教育版

1、地震與地震波二一二年九月 電話: Email:地震與地震波-教育版1一、地震地震波(seismic wave)是由地震震源向四處傳播的振動(dòng)，指從震源產(chǎn)生向四周輻射的彈性波。按傳播方式可分為縱波(P波)、橫波(S波)(縱波和橫波均屬于體波)和面波(L波)三種類型。地震發(fā)生時(shí)，震源區(qū)的介質(zhì)發(fā)生急速的破裂和運(yùn)動(dòng)，這種擾動(dòng)構(gòu)成一個(gè)波源。由于地球介質(zhì)的連續(xù)性，這種波動(dòng)就向地球內(nèi)部及表層各處傳播開去，形成了連續(xù)介質(zhì)中的彈性波。地震學(xué)的主要內(nèi)容之一就是研究地震波所帶來的信息。地震波是一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳布，產(chǎn)生于地球介質(zhì)的彈性。它的性質(zhì)和聲波很接近，因此又稱地聲波。但普通的聲波在流體中傳播，而地震波是在地球介質(zhì)

2、中傳播，所以要復(fù)雜得多，在計(jì)算上地震波和光波有些相似之處。波動(dòng)光學(xué)在短波的情況下可以過渡到幾何光學(xué)，從而簡化了計(jì)算;同樣地，在一定條件下地震波的概念可以用地震射線來代替而形成了幾何地震學(xué)。不過光波只是橫波，地震波卻縱、橫兩部分都有，所以在具體的計(jì)算中，地震波要復(fù)雜得多。2地震的形成 地震是地球內(nèi)部緩慢積累的能量突然釋放引起的地球表層的振動(dòng)。當(dāng)?shù)厍騼?nèi)部在運(yùn)動(dòng)中積累的能量對地殼產(chǎn)生的巨大壓力超過巖層所能承受的限度時(shí)，巖層便會突然發(fā)生斷裂或錯(cuò)位，使積累的能量急劇地釋放出來，并以地震波的形式向四面八方傳播，就形成了地震。一次強(qiáng)烈地震過后往往伴隨著一系列較小的余震。 3地震的規(guī)模 目前衡量地震規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)

3、主要有震級和烈度兩種。 4地震震級： 是衡量地震大小的一種度量。它是根據(jù)地震時(shí)釋放能量的多少來劃分的。震級可以通過地震儀器的記錄計(jì)算出來，震級越高，釋放的能量也越多。 目前國際上一般采用美國地震學(xué)家查爾斯弗朗西斯芮希特和賓諾古騰堡（Beno Gutenberg）于1935年共同提出的震級劃分法，即現(xiàn)在通常所說的里氏地震規(guī)模。里氏規(guī)模是地震波最大振幅以10為底的對數(shù)，并選擇距震中100千米的距離為標(biāo)準(zhǔn)。里氏規(guī)模每增強(qiáng)一級，釋放的能量約增加32倍，相隔二級的震級其能量相差1000 ( 32 x 32)倍。 5：剪切強(qiáng)度 A：滑動(dòng)部分?jǐn)鄬用婷娣eD：斷層兩盤滑動(dòng)距離a：常數(shù) 矩震級： 67我國使用的的

4、震級標(biāo)準(zhǔn)是國際通用震級標(biāo)準(zhǔn)，叫“里氏震級”。里氏震級被定義為一臺標(biāo)準(zhǔn)地震儀,在距離震中100公里處所記錄的最大振幅（以微米計(jì)）的對數(shù)值但是地震并非都發(fā)生在距離測站100公里處，因此在計(jì)算地震震級時(shí)，我們必須考慮震中距的修正，則上式可以修正為 8地震波按傳播方式分為三種類型：縱波、橫波和面波?？v波是推進(jìn)波，地殼中傳播速度為5.57千米/秒，最先到達(dá)震中，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動(dòng)，破壞性較弱。橫波是剪切波：在地殼中的傳播速度為3.24.0千米/秒，第二個(gè)到達(dá)震中，又稱S波，它使地面發(fā)生前后、左右抖動(dòng)，破壞性較強(qiáng)。面波又稱L波，是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波。其波長大、振幅強(qiáng)，只能

5、沿地表面?zhèn)鞑?，是造成建筑物?qiáng)烈破壞的主要因素。9 M1級 的地震稱為超微震 1M3級 的稱為弱震或微震 3M4.5級 的稱為有感地震 4.5M6級 的稱為中強(qiáng)震 6M7級 的稱為強(qiáng)震 7M8級 的稱為大地震 8M級 的稱為巨大地震。地震分類10地震震級 同樣大小的地震，造成的破壞不一定是相同的；同一次地震，在不同的地方造成的破壞也不一樣。為了衡量地震的破壞程度，科學(xué)家又“制作”了另一把“尺子”一一地震烈度。在中國地震烈度表上，對人的感覺、一般房屋震害程度和其他現(xiàn)象作了描述，可以作為確定烈度的基本依據(jù)。影響烈度的因素有震級、震源深度、距震源的遠(yuǎn)近、地面狀況和地層構(gòu)造等。 地震烈度11 對同一個(gè)地

6、震，不同的地區(qū)，烈度大小是不一樣的。距離震源近，破壞就大，烈度就高；距離震源遠(yuǎn)，破壞就小，烈度就低。1213中國地震烈度表 （簡要） 度：無感僅儀器能記錄到；度：微有感個(gè)別敏感的人在完全靜止中有感；度：少有感室內(nèi)少數(shù)人在靜止中有感，懸掛物輕微擺動(dòng)；度：多有感室內(nèi)大多數(shù)人，室外少數(shù)人有感，懸掛物擺動(dòng)，不穩(wěn)器皿作響；度：驚醒室外大多數(shù)人有感，家畜不寧，門窗作響，墻壁表面出現(xiàn)裂紋度：驚慌人站立不穩(wěn)，家畜外逃，器皿翻落，簡陋棚舍損壞，陡坎滑坡；度:房屋損壞房屋輕微損壞，牌坊，煙囪損壞，地表出現(xiàn)裂縫及噴沙冒水；度：建筑物破壞房屋多有損壞，少數(shù)破壞路基塌方，地下管道破裂；度：建筑物普遍破壞房屋大多數(shù)破壞，

7、少數(shù)傾倒，牌坊，煙囪等崩塌，鐵軌彎曲；度：建筑物普遍摧毀房屋傾倒，道路毀壞，山石大量崩塌，水面大浪撲岸；度：毀滅房屋大量倒塌，路基堤岸大段崩毀，地表產(chǎn)生很大變化；度：山川易景一切建筑物普遍毀壞，地形劇烈變化動(dòng)植物遭毀滅； 14地震烈度劃分3度：少數(shù)人有感，儀器能記錄到4-5度：睡覺的人會驚醒，吊燈擺動(dòng)6度：器皿傾倒，房屋輕微損壞7-8度：房屋破壞，地面裂縫 9-10度：橋梁、水壩損壞、房屋倒塌，地面破壞嚴(yán)重 11-12度：毀滅性的破壞 15影響烈度的因素震級震源深度震中距場地條件人口密度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度建筑物質(zhì)量發(fā)生地震的時(shí)間16地理分布地震帶 地震的地理分布受一定的地質(zhì)條件控制，具有一定的規(guī)律

8、。地震大多分布在地殼不穩(wěn)定的部位，特別是板塊之間的消亡邊界，形成地震活動(dòng)活躍的地震帶。全世界主要有三個(gè)地震帶： 一是環(huán)太平洋地震帶，包括南、北美洲太平洋沿岸，阿留申群島、堪察加半島，千島群島、日本列島，經(jīng)臺灣再到菲律賓轉(zhuǎn)向東南直至新西蘭，是地球上地震最活躍的地區(qū)，集中了全世界80%以上的地震。本帶是在太平洋板塊和美洲板塊、亞歐板塊、印度洋板塊的消亡邊界，南極洲板塊和美洲板塊的消亡邊界上。 二是歐亞地震帶 ，大致從印度尼西亞西部，緬甸經(jīng)中國橫斷山脈，喜馬拉雅山脈，越過帕米爾高原，經(jīng)中亞細(xì)亞到達(dá)地中海及其沿岸。本帶是在亞歐板塊和非洲板塊、印度洋板塊的消亡邊界上。 三是中洋脊地震帶,包含延綿世界三大

9、洋（即太平洋、大西洋和印度洋）和北極海的中洋脊。中洋脊地震帶僅含全球約5的地震，此地震帶的地震幾乎都是淺層地震。 17全球板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)全球地震分布區(qū) 18世界地震帶分布圖 黃色標(biāo)識區(qū)域?yàn)榄h(huán)太平洋火山地震帶、地中海喜馬拉雅地震帶藍(lán)色標(biāo)識區(qū)域?yàn)榇箨憯嗔训卣饚ЬG色標(biāo)識區(qū)域?yàn)榇笱蠛X地震帶 191995-2001年全球4級以上地震震中分布圖 2021二、地震波像聲、光或水波一樣，地震波也可在一邊界上反射或折射，但和其他波不同的特點(diǎn)是，當(dāng)?shù)卣鸩ㄈ肷涞降厍騼?nèi)的一反射面時(shí)，例如一P波以一角度射向邊界面時(shí)，它不但分成一反射的P波和一折射的P波，還要產(chǎn)生一反射S波和折射S波，其原因是，在入射點(diǎn)邊界上的巖石不僅受

10、擠壓，還受剪切。換句話說，一入射P波產(chǎn)生4種轉(zhuǎn)換波。由一種波型到另一種波型的波型增殖也發(fā)生于SV波斜入射于內(nèi)部邊界時(shí)，會產(chǎn)生反射和折射的P波和SV波。在這種情況下反射和折射的S波總是SV型，這是因?yàn)楫?dāng)入射的SV波到達(dá)時(shí)巖石質(zhì)點(diǎn)在一與地面垂直的入射面里橫向運(yùn)動(dòng)。相反，如果入射的S波是水平偏振的SH型，則質(zhì)點(diǎn)在垂直于入射平面且平行于邊界面的方向上前后運(yùn)動(dòng)，在不連續(xù)界面上沒有擠壓或鉛垂方向的變形，這樣不會產(chǎn)生相應(yīng)的新的P波和SV波，只有SH型的一個(gè)反射波和一折射波。從物理圖像形象地分析，垂直入射的P波在反射界面上沒有剪切分量，只有反射的P波，根本沒有反射的SV波或SH波。以上討論的波型轉(zhuǎn)換的種種限制

11、，在全面理解地面運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性和解釋地震圖中的地震波各種圖像時(shí)是至關(guān)重要的。建筑在較厚土壤上的，諸如在沿河流沖積河谷中的沉積物上的建筑物，地震時(shí)易于遭受嚴(yán)重破壞，其原因也是波的放大和增強(qiáng)作用。當(dāng)我們振動(dòng)連在一起的兩個(gè)彈簧時(shí)，弱的彈簧將具有較大的振動(dòng)幅度。類似地，當(dāng)S波從地下深處傳上來時(shí)，穿過剛性較大的深部巖石到剛性較小的沖積物時(shí)，沖積河谷剛性小的軟弱巖石和土壤將使振幅增強(qiáng)4倍或更大，取決于波的頻率和沖積層的厚度。在1989年加利福尼亞的洛馬普瑞特地震時(shí)，建在砂上和沖填物上的舊金山濱海區(qū)的房屋比附近不遠(yuǎn)建在堅(jiān)固地基上相似的房屋破壞更大。22地震波的概念地下巖層斷裂錯(cuò)位伴隨產(chǎn)生大量的能量釋放，造成周

12、圍彈性介質(zhì)的強(qiáng)烈振動(dòng)，這種振動(dòng)以波的方式向外傳播，即為地震彈性波23地震波的種類按波的本質(zhì)形式大體可分為縱波和橫波按波的傳播區(qū)域大體可分為體波和面波24縱波（Primary wave)縱波是物體的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向同軸的波。如敲鑼時(shí)，鑼的振動(dòng)方向與波的傳播方向就是一致的。在震中區(qū)，人們對縱波的感覺是上下顛動(dòng)。 25橫波（Secondary wave）橫波是物體的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波比如甩繩時(shí)繩上的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)方向和波的傳播方向垂直在震中區(qū)人們對橫波的感覺是左右晃動(dòng)26縱波（P波）速度快， 固、液、氣介質(zhì)橫波（S波） 速度慢，固體介質(zhì)27體波和面波體波：在地球內(nèi)部傳播的

13、地震波稱為體波，體波包括縱波和橫波。面波：地震體波到達(dá)巖層界面或地表時(shí)，會產(chǎn)生沿界面或地表傳播的振幅很大的波，稱為面波。由于體波到達(dá)巖石界面或地表，能量背起捕獲，所以面波只能延著界面或地表傳播。2829R波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)在沿著波傳播方向的垂直的平面做逆時(shí)針的橢圓運(yùn)動(dòng)，波到來時(shí)，地面的運(yùn)動(dòng)和水面上的波浪運(yùn)動(dòng)一樣。 L 波傳播時(shí)，質(zhì)點(diǎn)水平運(yùn)動(dòng)，而且運(yùn)動(dòng)方向與波傳播方向的垂直，地面上質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)最大，越往地下深處運(yùn)動(dòng)的幅度越小。 30要點(diǎn)一：波速地震縱波在地殼中的傳播速度為557千米秒 ，橫波的傳播速度為3.24.0千米/秒。地震時(shí)縱波和橫波同時(shí)產(chǎn)生于震源，由于縱波的傳播速度比橫波快，所以縱波首先抵達(dá)地表

14、之后，橫波才會尾隨而來。地震時(shí)人總是先感覺到上下顛簸，再感覺到左右晃動(dòng)。地震波在流體中的傳播速度 低于在固體中的傳播速度，尤以橫波最為明顯。 31要點(diǎn)二：各種波破壞性的差異破壞性的差異取決于波長和振幅波長:面波橫波縱波 振幅:面波橫波縱波 破壞性:面波橫波縱波32地震波對地表物體的影響 災(zāi)害性：地面破壞，山體等自然物的破壞，海嘯，建筑物與構(gòu)筑物的破壞。 重塑性：地震通過劇烈的復(fù)雜的升降作用對地形地貌進(jìn)行迅速重塑。33三、地震前兆34地下水異常 由于地下巖層受到擠壓或拉伸，使地下水位上升或下降；或者使地殼內(nèi)部氣體和某些物質(zhì)隨水溢出，而使地下水冒泡、發(fā)渾、變味等。 動(dòng)物異常 震前一、二天,牛、馬趕

15、不進(jìn)圈,亂蹦亂跳,嘶叫不止,煩躁不安,飲食減少；一些豬羊不吃食,煩躁不安,亂跑亂竄;狗狂叫不止；雞不進(jìn)窩,驚啼不止；鴨不下水；家兔亂蹦亂跳,驚恐不安；鴿子在震前數(shù)天驚飛,不回巢；密蜂一窩一窩地飛走；老鼠反應(yīng)最靈敏,在震前一天至數(shù)天,老鼠突然跑光了,有的叼著小老鼠搬家；有些冬眠的蛇爬出洞外,上樹；魚驚慌亂跳游向岸邊,翻白肚等。 地光和地聲 地光和地聲是地震前夕或地震時(shí),從地下或地面發(fā)出的光亮及聲音,是重要的臨震預(yù)兆。地震有“前震一主震一余震”的規(guī)律,要注意掌握。 35地震波對地表的影響36地震云“地震云”，是指地震即將發(fā)生時(shí)，震區(qū)上空出現(xiàn)的不同顏色的，如白色、灰色、橙色、橘紅色等帶狀云，其分布方

16、向同震中垂直，一般出現(xiàn)于早晨和傍晚?！暗卣鹪啤钡男纬墒怯捎诘卣鸺磳l(fā)生時(shí)，因地?zé)峋奂诘卣饚?，或因地震帶巖石受強(qiáng)烈應(yīng)力作用發(fā)生激烈摩擦而產(chǎn)生大量熱量，這些熱量從地表面逸出，使空氣增溫產(chǎn)生上升氣流，在高空形成了“地震云”，云的尾端指向地震發(fā)生處。這種說法似乎比較合理，但也有人認(rèn)為，“地震云”的必然性尚缺乏實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可能是一種巧合，有待進(jìn)一步考證。條帶狀地震云輻射狀地震云條紋狀地震云37四、云南彝良地震38云南彝良地震 時(shí)間：2012年9月7日 震級：11時(shí)19分在云南省昭通市彝良縣、貴州省畢節(jié)市威 寧彝族回族苗族自治縣交界發(fā)生57級地震，震源深度14公里。12時(shí)16分，云南彝良縣發(fā)生5.6級地震

17、。傷亡損失：地震已造成81人遇難，2萬多間房屋受損或倒塌；昭通517所學(xué)校受損。 災(zāi)區(qū)介紹：人口密度較高，平均每平方公里205人。當(dāng)?shù)貫樯絽^(qū)地形，房屋抗震性弱。39云南地震人員傷亡情況 昭通所轄11個(gè)縣市區(qū)有10個(gè)全國級貧困縣，彝良縣正是全國貧困縣。這樣窮困的地區(qū)，不幸又是地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，只能說是一種殘忍。40云南彝良地震遇難者多數(shù)系被滾石砸中 9月8日，云南彝良地震震中洛澤河鎮(zhèn)附近道路上，不斷發(fā)生的余震引發(fā)山體落石。截止8日早上8時(shí)，云南彝良地震災(zāi)區(qū)發(fā)生余震161次，最大余震4.4級。圖為余震引發(fā)山體落石，揚(yáng)起大量灰塵。9月8日，參與云南彝良地震救援的武警官兵將受傷的兒童安全區(qū)域轉(zhuǎn)移。414

18、243448日凌晨，災(zāi)區(qū)的民眾聚集在空曠的地方席地而睡45為什么5.7級地震造成地震災(zāi)區(qū)傷亡嚴(yán)重？據(jù)云南省地震局局長皇甫崗介紹，按地震級別劃分，5.05.9級屬于中強(qiáng)地震，6.0-6.9級屬于強(qiáng)震，7.0-7.9屬于大震，彝良縣此次發(fā)生的地震屬于中強(qiáng)地震，是一般破壞性地震。既然如此，為何造成81人死亡？對此，皇局長解釋到：“地震發(fā)生的地區(qū)比較特殊。第一，人口密度大，云南省平均每平方公里117人，而此區(qū)域內(nèi)每平方公里達(dá)到205人，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了全省水平；第二，地震所發(fā)生的區(qū)域房屋抗震性能偏弱，部分房屋為墻臺梁，承重能力不好，房屋結(jié)構(gòu)本身不具備抗震性；第三，此區(qū)域山高坡陡，地勢險(xiǎn)要”。當(dāng)P波和S波

19、到達(dá)地球的自由面或位于層狀地質(zhì)構(gòu)造的界面時(shí)，在一定條件下會產(chǎn)生其他類型地震波。這些波中最重要的是瑞利波和勒夫波。這兩類波沿地球表面?zhèn)鞑?巖石振動(dòng)振幅隨深度增加而逐漸減小至零。由于這些面波的能量被捕獲在表面才能沿著或近地表傳播，否則這些波將向下反射進(jìn)入地球，在地表只有短暫的生命。這些波類似在倫敦的圣保羅大教堂 “耳語長廊”(譯者注：或中國天壇回音壁)的墻面上捕獲的聲波，只有耳朵靠近墻面時(shí)才能聽到從對面墻上傳來的低語。勒夫波是地震面波中最簡單的一種類型。它們是以1912年首次描述它們的勒夫的姓名命名的。如圖2.9所示，這個(gè)類型的波使巖石質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)類似SH波，運(yùn)動(dòng)沒有垂向位移。巖石運(yùn)動(dòng)在一垂直于傳播方

20、向上在水平面內(nèi)從一邊到另一邊。雖然勒夫波不包括垂直地面運(yùn)動(dòng)的波，但它們在地震中可以成為最具破壞性的，因?yàn)樗鼈兂＞哂泻艽笳穹?，能在建筑物地基之下造成水平剪切。相反，瑞利面波具有相?dāng)不同的地面運(yùn)動(dòng)。于1885年首次由瑞利(Lord Rayleigh)描述，它們是地震波中最近似水波的。巖石質(zhì)點(diǎn)向前、向上、向后和向下運(yùn)動(dòng)，沿波的傳播方向作一垂直平面，質(zhì)點(diǎn)在該平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，描繪出一個(gè)橢圓。勒夫波和瑞利波的速度總比P波小，與S波的速度相等或小一些。從地面運(yùn)動(dòng)類似性看，球型(S型)自由振蕩是傳播的瑞利波的駐波，環(huán)型(T型)自由振蕩則與勒夫波對應(yīng)。46471: 雙震 雖然最高震級只有5.7級，但“雙震”加大傷害。發(fā)生5.7級地震57分鐘后，彝良縣再度發(fā)生5.6級地震。中國地震臺網(wǎng)中心副主任張曉東表示，發(fā)生雙震時(shí)，危害比僅一次地震大，“第一次地震時(shí)可能建筑物只是危險(xiǎn)，第二次就可能會倒塌，雙震加重了災(zāi)害?！?: 淺源地震 震源深度在30公里以內(nèi)的占淺源地震多數(shù)，對人類影響最大。此次彝良地震震源深度最深只