书城童书地震防范与自救
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第2章 天塌地陷的地震(1)

地震概述

地震是地球内部介质局部发生急剧的破裂,产生地震波,从而在一定范围内引起地面振动的现象。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。

地球的结构就像鸡蛋,可分为三层。中心层是“蛋黄”——地核,中间层是“蛋清”——地幔,外层是“蛋壳”——地壳。地震一般发生在地壳之中。

地球在不停地自转和公转,同时地壳内部也在不停地变化。由此而产生力的作用,使地壳岩层变形、断裂、错动,于是便发生了地震。

地震波发源的地方,叫做震源。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做震源深度。

通常将震源深度小于70千米的叫做浅源地震,深度在70~300千米的叫做中源地震,深度大于300千米的叫做深源地震。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,波及范围也越广,反之越小。

同样大小的地震,造成的破坏不一定相同;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”——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。

一般情况下仅针对烈度和震源、震级间的关系而言,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。这与一颗炸弹爆炸后,近处与远处破坏程度不同的道理一样。炸弹的炸药量,相当于震级;炸弹对不同地点的破坏程度,相当于烈度。

世界各国使用不同的烈度表,中国把烈度划分为12度,不同烈度的地震,其影响和破坏大体如下:

小于3度时,人无感觉,只有仪器才能记录到;3度时,在夜深人静时人有感觉;4~5度时,睡觉的人会被惊醒,吊灯晃;6度时,器皿倾倒,房屋轻微损坏;7~8度时,房屋受到破坏,地面出现裂缝;9~10度时,房屋倒塌,地面破坏严重;11~12度时,毁灭性的破坏。

例如,1976年唐山地震,震级为7.8级,震中烈度为11度;受唐山地震的影响,天津市地震烈度为8度,北京市烈度为6度,再远到石家庄、太原等就只有4~5度。

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。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构筑物,造成人畜的伤亡,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。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。

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、停电和通信受阻。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。

认识地震

地震(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。

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,也十分具有破坏力。

地震是地球内部介质局部发生急剧的破裂,产生震波,从而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。

破坏性地震的地面振动最剧烈处称为极震区,极震区往往也就是震中所在的地区。

某地与震中的距离叫震中距。震中距小于100千米的地震称为地方震,为100~1000千米的地震称为近震,大于1000千米的地震称为远震,其中,震中距越长的地方受到的影响和破坏越小。

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,主要集中在环太平洋和地中海-喜马拉雅山两大地震带。太平洋地震带几乎集中了全世界80%以上的浅源地震(0~70千米),全部的中源(70~300千米)和深源地震(300千米以上),所释放的地震能量约占全部能量的80%。

地震的特点和成因

地震相关概念

我们都知道地震是一种地壳快速而又剧烈的运动。因此,我们首先要了解一下有关地震的几个概念。

1.震源

震源是指地震波发源的地方。

2.震中

震中是指震源在地面上的垂直投影。

3.震中区(极震区)

震中区是指震中及其附近的地方。

4.震中距

震中距是指震中到地面上任意一点的距离。

5.地方震

地方震是指震中距小于或等于100千米的地震。

6.近震

近震是指震中距为100~1000千米的地震。

7.远震

远震是指震中距在1000千米以上的地震。

8.地震波

地震波是指在发生地震时,地球内部出现的弹性波。其中,地震波又分为体波和面波两大类。

构造地震成因

地球上板块与板块之间相互挤压碰撞,造成板块边沿及板块内部产生错动和破裂,是引起构造地震的主要原因。多数大地震发生在岩石层(圈)板块边缘的断层上,各板块间相对运动是造成大地震的主要原因。但也有不少地震发生在板块内部,叫做板内地震。由于陆地人口稠密,板内地震造成的人员伤亡和财产损失往往十分巨大。1556年中国陕西关中大地震和1976年唐山大地震均属于板内地震。

现在,地震成因以断层成因说最为人所接受。

地下岩石受到长期的构造作用积累了应变能。当积累的能量超过一定限度时,地下岩层突然破裂,形成断层;或者是沿已有的断层发生突然的错动,释放出很大的能量,其中一小部分以地震波的形式传播出去,形成地震。关于地震成因的这种认识,是美国人里德(H.F.Reid)研究1906年旧金山大地震后提出来的。旧金山地震发生在太平洋板块和北美板块的边界——圣安德烈斯断层上。震前断层西侧以缓慢速度向北运动,地震时断层西盘急速地向北滑动。旧金山以南大约400千米断层平均滑动距离为3.6米。而且,地震前后位移变化大的区域仅限于离断层30千米以内的两侧地区。据此,里德提出了地震成因的弹性回跳学说。假定最初岩石是没有变形的,随着板块的连续运动,断层两侧岩石发生了变形,一旦发生地震后,两侧岩石又分别跳回到未变形时的状态。这种弹性回跳学说形象地说明了断层运动造成地震的过程。

地震的类型

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。

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,占全世界地震的90%以上。

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。

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。

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。

人类的爆破活动引发的地震是由地下核爆炸、炸药爆破等人为引起的地面振动。

地震的震级

震级

地震的级别是根据地震时释放的能量的大小而定的。是鞭炮级的,还是手榴弹级的,还是炮弹级的,还是原子弹级的,还是氢弹级的,所释放的能量通过测定可以计算出来。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(估算,仅供参考)。

地震级别M与所释放的能量E的关系式如下:E=4.8+1.5M

1级地震所释放的能量为2伊106J(J是能量单位)。每提高一级,能量大约增加31倍。

地震级别的测量与计算是美国地震学家里克特在1935年提出来的,所以在说地震级别时常说“里氏”多少多少级地震。

震级是如何划分的

震级是指地震的大小,是表征地震强弱的量度,是根据地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。震级通常用字母M表示。我国目前使用的震级标准,是国际上通用的里氏分级表,共分9个等级。通常把小于2.5级的地震叫小地震,2.5~4.7级的地震叫有感地震,大于4.7级的地震称为破坏性地震。震级每相差1.0级,能量相差大约30倍;每相差2.0级,能量相差约900多倍。比如说,一个6级地震释放的能量相当于美国投掷在日本广岛的原子弹所具有的能量。一个7级地震相当于32个6级地震,或相当于1000个5级地震。

按震级大小可把地震划分为以下几类:

弱震震级小于3级。

有感地震震级等于或大于3级,小于或等于4.5级。

中强震震级大于4.5级,小于6级。

强震震级等于或大于6级。其中震级大于等于8级的又称为巨大地震。

地震的烈度

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,有感则分为玉至喻度,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。

1度:无感——仅仪器能记录到;2度:微有感——一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。

地震的规律

板块构造说是20世纪60年代提出的一种地质学理论,认为板块之间的相互作用是地震的基本成因。地震的震源深度与板块边界有密切的关系。

板块的碰撞引起地震

1965年,加拿大着名地球物理学家威尔逊首先提出“板块”概念,1968年法国地质学家勒皮雄与麦肯齐、摩根等人提出了板块构造学说。它是大陆漂移、海底扩张等地质理论的综合与延伸。

岩石圈是地球的表层,薄而坚硬,岩石圈下面是软流圈。根据板块构造学说,全球岩石圈可分成七大板块,即欧亚、太平洋、北美洲、南美洲、印度洋、非洲和南极洲板块,认为包括地壳在内的岩石圈板块有垂直和水平运动,相邻板块之间可发生碰撞、挤压和错动等相对运动,这就给构造地震的成因提供了动力来源。

根据地震带的分布及其他标志,人们进一步划出纳斯卡板块、科科斯板块、加勒比板块、菲律宾海板块等次一级板块。

板块与板块的交界处,是地壳活动比较活跃的地带。但对板块内部的地震,目前尚无比较合理的解释。

震源深度与板块边界

按照板块的相对运动方式,板块的边界可分为分离型、汇聚型和剪切型(错动型)边界三种类型。分离型板块边界是板块相互拉张的地区,在地貌上表现为大陆裂谷、大洋中脊等。汇聚型板块边界是板块相互挤压的地区,主要以岛弧-海沟为代表。汇聚型边界有两种类型,即俯冲边界和碰撞边界。剪切型板块边界是两个板块互相摩擦的地区。

地球内发生地震的地方称为震源。地震的震源深度与板块边界有密切的关系。在板块的发散边界和转换型边界,发生的地震多是浅源或中源的;而在汇聚边界,发生的地震则多是深源的。

“断层说”

“断层说”认为地震的直接原因是岩层的破裂,主要以“弹性回跳假说”