书城童书地震防范与自救
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第3章 天塌地陷的地震(2)

为基础来解释地震成因。“弹性回跳假说”是美国地震学家里德于1910年提出的。其背景是1906年美国的旧金山大地震。观点是:地球深部由于应力的积累使地震活动区岩石产生弹性变形,当变形渐渐加大,内部不断积累的能量超过岩石强度时,岩层破裂,原来形变中蕴涵的弹性能量释放出来,从而形成地震。

这一理论基于岩石的弹性变形机制,即加力时岩石产生体积和形状变化,当力移走时其将弹回到它们的原状。

地球上绝大多数地震都是由地壳内部构造变动引起的,称作构造地震。此外,还有少数地震是由火山爆发、溶洞塌陷等原因而发生的。对于浅源的构造地震,断层说是至今唯一比较合理的解释。

“岩浆冲击说”和“相变成因说”

“岩浆冲击说”认为,有许多地震是由于地下岩石导热不均,部分熔融体积膨胀,相互冲击,产生巨大的热应力而产生的。对于火山地震,这一假说易于理解;但对于一般构造地震,岩浆活动的迹象就不明显了。

“相变成因说”认为,地下物质在一定临界温度和压力下,会产生相变,在相变中发生密度变化,从而引起物质体积的突然改变,引起地震。

地震波的类型特征

地震波就是由地震震源向四处传播的振动。地震波能带来很多地球内部的信息,研究地震波所带来的信息,科学家了解了地球内部的结构和物质组成,所以,地震学家迦里津说:“可以把一次地震比为一盏灯,它点燃的时间很短,却为我们照亮了地球的内部,使我们了解到在地球内部发生了些什么……”

地震波是一种机械运动的传播,产生于地球介质的弹性。它的性质和声波很相近,因此也叫做地声波,不过普通的声波是在气体中传播的,而地震波是在地球介质中传播的,所以要复杂得多。

地震是以波的形式从震源向四周传播的,这种由地震而产生的波叫做地震波。地震波是一种弹性波。根据其传播特点,地震波可分为两种:体波和面波。

体波又可为分纵波(P波)和横波(S波)。

纵波和横波地震波到达之处,介质就产生了形变。由力学定律知道,任何小的形变都可以分解为两部分:一部分表示胀缩,即变体积而不变形状;另一部分表示畸变,即变形状而不变体积。形变传播时,两部分的传播速度不同。

在震源附近,两部分还未分开,所以波经过处的形变是复杂的。在较远的地方,波阵面就分成两个。胀缩波传播较快,波阵面上的质点位移和传播方向一致,所以叫做纵波,一般用字母P表示。较慢的叫畸变波,质点位移和传播方向垂直,所以叫做横波,一般用字母S表示。地震波主要包含纵波和横波。由于振动方向与传播方向一致,来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动。横波振动方向与传播方向垂直,所以来自地下的横波能引起地面的水平晃动。

在介质中任一点的纵波速度恒大于同一点的横波速度。所以地震时,纵波总是先到达地表,而横波总落后一步。这样,发生较大的近震时,一般人们先感到上下颠簸,过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。在地球内部,岩石的弹性和密度都是随深度而增加的,不过弹性增加得更快些,所以地震波的速度一般是随深度而增加的,只有在个别地区或个别深度情况下除外。

体波在地球内部,有纵波(P波)和横波(S波)两种形式存在,它们可以在三维空间中向任何方向传播,所以叫做体波。但地球是有边界的,在地面附近,还可能有另一种波动存在,它们只能沿地表附近传播,在垂直于地面的方向并不传播,这种波叫做面波。面波有多种,最重要的叫做瑞利波和洛夫波。

瑞利波存在于地球表面之下,是1885年英国物理学家瑞利首先发现的。这种波的振幅在地面最大,随着深度的增加而呈指数缩减。它传播速度比横波速度略小一些。当波向前传播时,介质质点的运动轨迹是向后倒转的椭圆。这样的运动不是单纯的胀缩或畸变。瑞利波不是单纯的P或S,而是两种成分都有。洛夫波是1911年英国力学家洛夫首先提出的。洛夫波是横波,其质点运动与分界面平行,质点运动方向与波传播的方向垂直,因此,质点在地面上呈蛇形运动形式。以上两种面波的速度都比体波小,一般来说,面波的传播速度为横波波速的0.9倍。但在地震记录上,面波的振幅一般比体波大,原因之一是:体波是在三维中传播,而面波则是二维的,所以体波位移随距离的递减率要比面波快。在离开震源一定距离后,地震记录上的面波就比较显着了。不过地震的面波成分和它的激发条件极有关系。大地震的面波总是很显着的,但小地震的面波有时并不发育。

地震波的能量消失除了由于介质的吸收外,还由于波的散射。若介质存在不均匀性,地震波通过时将发生不规则的反射和折射,向不同的方向传播并彼此干涉,最后化成热能而消失或成为某种震动背景。

地震的序列和深浅

地震的序列

一次中强级别以上的地震前后,在震源区和它附近,会有一系列地震相继发生,这些成因上有联系的地震就称为一个地震序列。一个地震序列包括前震、主震和余震三部分。

前震是指主震前发生的比较小的地震,很多大地震前没有发生前震。

主震是指地震序列中最突出、最大的那个地震。

余震是指主震之后所发生的众多小地震。

一次地震序列所持续的时间不等,有的几天,有的几年甚至几十年。一般来说,主震越大,最大余震的震级越大,而且余震持续的时间越长。1976年河北唐山地震的余震持续了10多年之久,不知道2008年汶川地震的余震活动会持续多久,估计也得几年。值得指出的是,主震中那些没有被震倒震垮,但是已经被震得松散了的房子,在强余震中往往会发生倒塌。也就是说,大地震的强余震也会造成伤亡破坏,因此要加强对大地震强余震的监测预报,防范强余震造成伤亡事件。

根据地震序列的能量分布、主震能量占全序列能量的比例、主震震级和最大余震的震级差等,可将地震序列划分为主震-余震型地震、震群型地震和孤立型地震三种类型。

主震-余震型地震的主震非常突出,余震非常丰富。主震所释放的能量占全序列的90%以上,主震震级和最大余震相差0.7~2.4级。

震群型地震有两个以上大小相近的主震,余震非常丰富。主要能量通过多次震级相近的地震释放,主震所释放的能量占全序列的90%以下,主震震级和最大余震相差不到0.7级。

孤立型地震有突出的主震,余震次数很少,强度比较低。最大地震所释放的能量占全序列的99.9%以上,主震震级和最大余震相差2.4级以上。

根据有没有前震,又可把地震序列分为主震-余震型地震、前震-主震-余震型地震和震群型地震三种类型:

主震-余震型地震,它没有前震活动,主震和最大余震震级差大约在1级以上。

前震-主震-余震型地震,有前震活动,其他特点与主震-余震型基本相同。

震群型地震,序列中没有震级突出大的单个地震。

地震的深浅

地震按照震源深度的不同,可划分为3种:浅源地震、中源地震和深源地震。

浅源地震(正常深度地震)是指震源深度小于70千米的地震,世界上大多数地震都是浅源地震,我国绝大多数地震也属于浅源地震。

中源地震是指震源深度为70~300千米的地震。

深源地震是指震源深度大于300千米的地震。目前世界上记录到的最深的地震震源深度为786千米。同样大小的地震,震源越浅,所造成的破坏越严重。

影响地震破坏力大小的因素

不同地区发生的震级相同的地震,所造成的破坏程度和灾害大小有时候是不一样的,这主要受以下因素的影响。

1.人口密度和经济发展程度

地震如果发生在没有人烟的高山、海底或者沙漠,即使震级再大,一般也不会造成损失或伤亡。1997年11月8日发生在西藏北部的7.5级地震就是这样的。相反,地震要是发生在经济发达、人口稠密、社会财富集中的地区,特别是在大城市,造成的灾害将是巨大的。

2.建筑物的质量

地震时房屋等建筑物的严重破坏和倒塌,是造成人员伤亡和财产损失的直接原因之一。房屋等建筑物的抗震性能强弱、质量好坏,将直接影响到受灾的程度,因此,必须做好建筑物的抗震设防。

3.地震震级和震源深度

震级越大,释放的能量也就越大,造成的灾害自然也会越大。如果震级相同,震源深度越浅,震中烈度越高,破坏性就越强。一些震源深度特别浅的地震,即使震级不大,也存在造成“出乎意料”的破坏的可能。

4.场地条件

场地条件主要包括地形、土质、地下水位和是否有断裂带通过等。

一般来说,覆盖土层厚、土质松软、地形起伏大、地下水位高,有断裂带通过,都可能使地震灾害加重。所以,在进行工程建设时,要尽量避开不利地段,选择有利地段。

5.地震发生的时间

一般来说,破坏性地震发生在夜间比发生在白天所造成的人员伤亡大。唐山地震伤亡惨重的原因之一就是地震发生在深夜3点42分,绝大多数人还在室内熟睡。有不少人认为,大地震通常都发生在夜间,其实这是一种错觉。据统计资料显示,破坏性地震发生在白天和晚上的可能性是差不多的,二者并没有明显差别,如2008年5月12日发生在中国四川汶川的大地震就发生在白天。

6.对地震的应对状况

在破坏性地震发生之前,如果人们的应对工作做得好,就会大大减少人员伤亡,降低经济损失。

地震带

世界有哪些主要地震带

环太平洋地震带

全球规模最大的地震活动带。

此带主要位于太平洋边缘地区,沿南北美洲西海岸,从阿拉斯加经阿留申至堪察加,转向西南沿千岛群岛至日本,然后分成两支,其中一支向南经马里亚纳群岛至伊里安岛,另一支向西南经琉球群岛、我国台湾省、菲律宾、印度尼西亚至伊里安岛,两支在此汇合,经所罗门、汤加至新西兰。全球约80%的浅源地震、90%的中深源地震以及差不多所有深源地震,都发生在这一带。所释放的地震能量占全球地震总能量的80%。该带是大多数灾难性地震和全球8级以上巨大地震的主要发震地带。

欧亚地震带

全球第二大地震活动带。横贯欧亚两洲并涉及非洲地区,全长2万多千米。

其中一部分从堪察加开始,越过中亚,另一部分则从印度尼西亚开始,越过喜马拉雅山脉,它们在帕米尔会合,然后向西伸入伊朗、土耳其和地中海地区,再出亚速海。所释放的地震能量占全球地震总能量的15%。我国大部分地区处于此地震带中,此带内也常发生破坏性地震及少数深源地震。

大洋中脊地震活动带

此地震活动带蜿蜒于各大洋中间,几乎彼此相连。总长约65000千米,宽1000~7000千米,其轴部宽100千米左右。大洋中脊地震活动带的地震活动性较之前两个带要弱得多,而且均为浅源地震,尚未发生过特大的破坏性地震。

大陆裂谷地震活动带

该带与上述三个带相比规模最小,不连续分布于大陆内部。在地貌上常表现为深水湖,如东非裂谷、红海裂谷、贝加尔裂谷、亚丁湾裂谷等。

中国有哪些地震带

我国位于环太平洋和欧亚两大地震带的交汇部位,受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压,地震断裂带活动十分活跃,我国的地震活动主要分布在5个地区(台湾地区、西南地区、西北地区、华北地区和东南沿海地区)的23条地震带上,具体可以分为如下几个区域。

1.华北地震区

包括河北、河南、山东、内蒙古、山西、陕西、宁夏、江苏、安徽等省的全部或部分地区。在五个地震区中,它的地震强度和频度仅次于“青藏高原地震区”,位居全国第二。由于首都圈位于这个地区内,所以格外引人关注。据统计,该地区有据可查的8级地震曾发生过5次,7~7.9级地震曾发生过18次。

加之它位于我国人口稠密,大城市集中,政治和经济、文化、交通都很发达的地区,因此地震灾害的威胁极为严重。该区可以划分为4个地震带:

(1)郯城-营口地震带。包括从宿迁至铁岭的辽宁、河北、山东、江苏等省的大部或部分地区,是我国东部大陆区一条强烈地震活动带。1668年山东郯城8.5级地震、1969年渤海7.4级地震、1975年海城7.3级地震就发生在这个地震带上。据记载,本地震带共发生4.7级以上地震60余次,其中7~7.9级地震6次,8级以上地震1次。

(2)华北平原地震带。南界大致位于新乡-蚌埠一线,北界位于燕山南侧,西界位于太行山东侧,东界位于下辽河-辽东湾凹陷的西缘,向南延到天津东南,东边达宿州一带,是对京、津、唐地区威胁最大的地震带。1679年河北三河8.0级地震,1976年唐山7.8级地震就发生在这个带上。据统计,本地震带共发生4.7级以上地震140多次,其中7~7.9级地震5次,8级以上地震1次。

(3)汾渭地震带。北起河北宣化-怀安盆地、怀来-延庆盆地,向南经阳原盆地、蔚县盆地、大同盆地、忻定盆地、灵丘盆地、太原盆地、临汾盆地、运城盆地至渭河盆地,是我国东部又一个强烈的地震活动带。1303年山西洪洞8.0级地震,1556年陕西华县8.0级地震都发生在这个带上,1998年1月张北6.2级地震也在这个带的附近。有记载以来,本地震带内共发生4.7级以上地震160次左右,其中7~7.9级地震7次,8级以上地震2次。

(4)银川-河套地震带。位于河套地区西部和北部的银川、乌达、磴口至呼和浩特以西的部分地区。1739年宁夏银川8.0级地震就发生在这个带上。本地震带内,历史地震记载始于公元849年,由于历史记载缺失较多,据已有资料,本地震带共记载4.7级以上地震40次左右,其中6~6.9级地震9次,8级以上地震1次。

2.青藏高原地震区

包括兴都库什山、西昆仑山、阿尔金山、祁连山、贺兰山-六盘山、龙门山、喜马拉雅山及横断山脉东翼诸山系所围成的广大高原地域,涉及青海、西藏、新疆、甘肃、宁夏、四川、云南全部或部分地区,以及俄罗斯、乌克兰、阿富汗、巴基斯坦、印度、孟加拉、缅甸、老挝等国的部分地区。青藏高原地震区是我国最大的一个地震区,也是地震活动最强烈、大地震频繁发生的地区。

据统计,这里8级以上地震发生过9次,7~7.9级地震发生过78次,均居全国之首。

3.东南沿海地震区