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地震本文重定向自 地震

全球板块构造运动

地震是地球表层或表层下的振动所造成的地面震动,可由自然现象如地壳运动、火山活动及陨石撞击引起,亦可由人为活动如地下核试验造成,不过历史上主要的灾害性地震都由地壳的突然运动所造成。地震的影响力涵盖岩石圈水圈──当地震发生时,可能会连带引发地表断裂、大地震动、土壤液化山崩余震海啸、甚至是火山活动,并影响人类的生存及活动。

地震产生的原因是因为地壳在板块运动的过程中累积应力,当地壳无法继续累积应力时,地壳会破裂,释放出地震波,使地面发生震动,地震可由地震仪透过对地震波的观察来量测,地震震级表示地震所释放出来的能量大小,地震烈度指地震在该地点造成的震动程度,地震的发生处称为震源,其投影至地表的位置为震中

并非世界上所有的地区都会发生地震。地震与火山分布一样,主要集中在板块相互作用的地区。目前世界上主要分为三个频繁发生地震的“地震带”:环太平洋地震带(占80%)、从地中海一路向东延伸至喜马拉雅山区和印尼欧亚地震带、位于各大洋洋中脊的洋中脊地震带。并不是所有地震都发生在以上三个地震带,另外有一小部分大地震发生在板块内部,主要集中在大的活动断层带及其附近地区,例如1976年的中华人民共和国河北唐山大地震

历史记录中伤亡最严重的地震是1556年1月23日发生在中国明朝陕西嘉靖大地震,有超过83万人丧生。

地震的成因

构造地震

由于地壳运动引起地壳岩层断裂错动而发生的地壳震动,称为地震。由于地球不停地运动变化,从而从地壳内部产生巨大地应力作用。在地应力长期缓慢的作用下,造成地壳的岩层发生弯曲变形,当地应力超过岩石本身能承受的强度时便会使岩层断裂错动,其巨大的能量突然释放,形成构造地震,世界上绝大多数地震都属于构造地震。全世界百分之九十的地震都属于此类型。因为岩层受到二地壳之间互相推挤的力量,岩层因受力而产生形变,直到地应力大于岩层本身所能承受的力时,岩层发生断裂放出地震波,造成地震。 著名的“弹性反弹理论(Elastic Rebound Theory)”即是说明此现象。

火山地震

由于火山活动时岩浆喷发冲击或热力作用而引起的地震,称为火山地震。火山地震数量较小,数量约占地震总数的7%左右[来源请求]。地震和火山通常存在关联。火山爆发可能会激发地震,而发生在火山附近的地震也可能引起火山爆发。一般而言,影响范围不大。在地底的压力过大所造成的火山爆发,岩浆上涌所造成的地面震动。

陷落地震

由于地下水溶解可溶性岩石(如石灰岩),或由于地下采矿形成的巨大空洞,造成地层崩塌陷落而引发的地震,称为陷落地震。这类地震约占地震总数的3%左右[来源请求],震级也都比较小。

诱发地震

在特定的地区因某种地壳外界因素诱发而引起的地震,称为诱发地震。这些外界因素可以是地下核爆炸、陨石坠落、油井灌水等,其中最常见的是水库诱发地震。水库蓄水后改变了地面的应力状态,且库水渗透到已有的断层中,起到润滑和腐蚀作用,促使断层产生滑动。但是,并不是所有的水库蓄水后都会发生水库地震,只有当库区存在活动断裂、岩性刚硬等条件,才有诱发的可能性。

气候暖化跟地震的关联

全球气候暖化使高纬度地区的冰川加速溶解,并相应的使全球海平面上升。对于高纬度地区而言,冰川的溶解使地壳上覆之重量减小,并导致地壳回弹。在地壳回弹的过程中,地壳内应力的分布也相应的发生改变,导致原有的断层系统重新活化,并产生地震。此类地震多发生于板块内部地区,并且大多数皆发生于高纬度地区。1989年发生于魁北克Mw6.3级地震即为其中一例。

人工地震

以人为采用强力炸药直接破坏地壳,藉以测得相关研究数据,或进行矿藏开采,武器测试等活动。例如2017年发生在朝鲜民主主义人民共和国的Mw6.3地震,便是进行核子试验所造成的。

地震波

根据弹性回跳理论,造成地震的原因是岩石中断层的破裂。当断层破裂时,两侧的岩体会相对移动并释放出累积的能量。虽然其中大部分的能量都在克服摩擦力中损失为热能,但是剩下的部分则转换为动能,并以弹性波的形式散发出去,这些波称为地震波。地震波是地震的直接表现,因此,研究地震波的到来时间、大小、振动方式等,就可以了解一个地震的发生时间、大小、发生机制等,进而研究地震。

地球物理学上,由于地震波具备物理实体波的特性,因此,地震波在穿越不同介质时,便有机会发生折射反射全反射。当许多波叠加在一起时,还有机会发生共振,并产生驻波。换句话说,研究地震波,除了了解地震本身外,还可以一窥地球内部堂奥。因为地球很大,挖深井等直接方法研究内部构造效果有限,因此分析地震波是目前人类最常用的地球物理方法。

地震波主要分为三种:实体波面波和尾波。

地震仪纪录下的地震波,红线是先到来的P波,绿线是较晚的S波。

地震波是地震震源瞬间散发能量初方式,当地球物质在实体波经过时,可能以三维方式(上下、左右、前后)震动。如果不同质点间的震动方向属于(相对于波速方向的)前后震动,代表震波以前后压缩、纵波的方式向外传递,这种一密一疏的震波称为“P波”。P代表主要(Primary)或压缩(Pressure)。由于P波的传播来自于在传播方向上施加压力,而地球内部几乎不可压缩,因此P波很容易通过介质传递能量。事实上,P波是所有地震波里最快的波,因此也会是地震仪第一个记录到的波。因为压缩力在固体液体中都能存在,因此P波能在固体和液体中传播。

还有一种实体波到来的较晚,称为“S波”。S波中的S代表次要(Secondary)或剪力(Shear)。在S波的行进过程中,不同于P波,质点会在上下或左右方向震动、以横波的方式前进。因为液体无法忍受剪切,所以S波不能通过液体(例如外地核),P波则可。S波的波速约为P波的0.58倍,振幅约为P波的1.4倍。由于当地震波从地底来到地表时,S波的震动方向平行于地表的分量较多,较容易水平拉扯建筑物,而一般建筑垂直耐震能力较强,水平耐震能力较弱,故S波经常是造成地震破坏的主因。

由于接近地表的地层地震波速率较低。因此,再进地表处发生的地震,很容易把能量送进地表的低速层内,这些蓄积的能量波称为“陷波”。当累积的陷波彼此干涉,倘若发生建设性干涉,便有机会使地层共振,使能量沿地表传播。面波传递速度较S波慢一些。P波及S波干涉的面波为瑞利波(Rayleigh Wave),又称为地滚波,粒子运动方式类似海浪,在垂直面上,粒子呈逆时针椭圆形振动,震动振幅一样会随深度增加而减少。由S波相互干涉的面波为勒夫波(Love Wave),振动只发生在水平方向上,没有垂直分量,差别是侧向震动振幅会随深度增加而减少。

在近距离地震纪录(小于200千米)中,在S波后方的波包并非面波,而是尾波。地球内部虽然大致是均匀的,但小部分有不均匀的质点分布,越靠近地表越多(例如断层或岩石裂痕)。当震波向外传播时,这些不均匀或散射质点或与震波作用,产生散射现象。此散射波在纪录中会形成尾波。尾波的长短与震波耗散为热能的程度有关。例如月球因为刚性较低,耗散低,故尾波时间长。尾波如同地震图上异质性所留下的“指纹”,研究尾波,可以促进对一地地质结构之了解。

地震度量

目前衡量地震震级的标准主要有震级(Magnitude)和烈度(Seismic intensity)两种。

震级

地震大小的一种度量,根据地震释放能量多少来划分。目前国际上一般采用美国地震学查尔斯·弗朗西斯·里克特宾诺·古登堡于1935年共同提出的震级划分法,即现在通常所说的里氏地震震级。里氏震级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。里氏震级每增大一级,释放的能量约增加31.6倍,相隔二级的震级其能量相差1000倍。由于里氏地震震级在超过ML7以上会发生饱和现象,并且不适合用来测量远距地震的规模,因此科学界现多使用矩震级描述中型到大型地震的地震震级。

小于里氏震级2.5的地震,人们一般不易感觉到,称为小震或微震;里氏震级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;大于里氏震级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。里氏震级4.5以上的地震通常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分南美洲智利,经过重新分析该地震的波形,科学家认为该地震的矩震级达Mw 9.5。

烈度

指地震对地面所造成的破坏和影响程度,由地震时地面建筑物受破坏的程度、地形地貌改变、人的感觉等宏观现象来判定。地震烈度源自和应用于十度的罗西福雷尔分级(Rossi-Forel scale英语Rossi-Forel scale),由意大利火山学家朱塞佩·麦加利(Giuseppe Mercalli)在1883年及1902年修订。后来多次被多位地理学家、地震学家和物理学家修订,成为今天的修订麦加利地震烈度(Modified Mercalli Scale)。“麦加利地震烈度”从感觉不到至全部损毁分为1(无感)至12度(全面破坏),6度或以上才会造成破坏。

每次地震的震级数值只有一个,但烈度则视乎该地点与震中的距离,震源的深度,震源与该地点之间和该地点本身的土壤结构,以及造成地震的断层运动种类等因素而有强弱的变化。然而,一般说来烈度会随距离震中的距离而成指数比的下降。

地震带

1963年–1998年全球35万8214个地震的分布。欧亚大陆中间黑色的一条是欧亚地震带,大西洋中间的细长条是洋中脊地震带,地图左端及右端的是环太平洋地震带。

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:

  1. 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,集中了世界80%以上的地震。本带是在太平洋板块北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。
  2. 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。本带是在亚欧板块非洲板块印度洋板块的消亡边界上。本地震带约集中全世界15%的地震。
  3. 洋中脊地震带:包含延绵世界三大洋(即太平洋、大西洋和印度洋)和北极海的洋中脊。洋中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。

地震灾害

1976年中国唐山大地震后倒塌的楼房 (原唐山理工大学校内)
2008年中国汶川大地震造成四川省都江堰各地道路严重损毁

地震是地球上主要的自然灾害之一。地球上每天都在发生地震,其中大多数震级较小或发生在海底等偏远地区,大部分的人们感觉不到。但是发生在人类活动区强烈地震往往会造成巨大的财产损失和人员伤亡。通常来讲,里氏3级以下的地震释放的能量很小,对建筑物不会造成明显的损害。人们对于里氏4级以上的地震具有明显的震感。在防震性能比较差且人口相对集中的区域,里氏5级以上的地震就有可能造成人员伤亡。

地震产生的地震波可直接造成建筑物的破坏甚至倒塌;破坏地面,产生地面裂缝,塌陷等;发生在山区还可能引起山体滑坡雪崩等;而发生在海底的地震则可能引起海啸余震会使破坏更加严重。地震引发的次生灾害主要有建筑物倒塌,山体滑坡,土壤液化,海啸以及管道破裂等引起的火灾,水灾和毒气泄漏等。此外当伤亡人员尸体不能及时清理,或污秽物污染了饮用水时,有可能导致传染病的爆发。在有些地震中,这些次生灾害造成的人员伤亡和财产损失可能超过地震带来的直接破坏。

主要地震

1900年以来的8级以上地震。图中圆点的大小对应着死亡人数。

历史记录中伤亡最严重的地震是1556年1月23日发生在中国陕西嘉靖大地震,有超过83万人丧生。当时这一地区的人大多住在黄土山崖里挖出的窑洞里,地震使得许多窑洞坍塌造成大量伤亡。1976年发生在中国唐山唐山大地震死亡了大约242,769到655,237人,被认为是20世纪死亡人数最多的大地震。

1960年5月22日的智利大地震是地震仪测得震级最高的地震,矩震级达Mw 9.5。该地震释放的能量大约是震级第二高的1964年耶稣受难日地震的两倍。震级最高的10大地震都是大型逆冲区地震,其中2004年印度洋大地震由于引发后续的海啸,是历史上死亡人数最多的地震之一,共30万人死亡。

地震测报

早在中国东汉时期,张衡就发明了地动仪,并于134年记录到陇西大地震,但只是对地震发生后的一种记录仪器,并不能对地震有任何预测。长期以来,人类一直尝试著预报地震,以便在地震发生之前做好准备,减小地震灾害损失。一般认为科学的地震预报应对一次地震发生的时间、地点和震级作出较为准确的判断。但由于地球内部活动的复杂性以及人类对此缺乏有效监测手段和预报模型,时至今日,地震预报技术尚不完善,成功的例子很少,地震预报仍是当今世界科学的一大难题。

中国首次成功预报的地震是1975年2月4日发生在中国辽宁海城的里氏7.3级地震。由于频繁的前震与地震先兆,中国的地震部门在震前数小时正式发布了临震预报,当地政府及时采取了防护措施,疏散了大量居民。据信这次成功的预报避免了数万人的伤亡。

在中国1976年7月28日凌晨,发生在中国河北唐山大地震中,震前存在不同预报意见,没有形成官方预报,但邻近的青龙县在其范围内发布了预报,使全县的47万受这次地震影响的人群中,死亡比例远远低于受此次地震影响的其他地区。

目前全球范围内已经建立了比较广泛的地震监测台网,科学家们还通过超深钻井等手段获取更多的地球内部信息。但是人类地震预报的水平还仅限于通过历史地震活动的研究,对地震活动做出粗略的中长期预报。在短期和临震预报方面主要还是依靠传统的地震前兆观测和监测。

地震前兆

地震目前仍无法准确预测发生时间,但通常地震发生之前都会有一些自然现象,特别是较大的地震发生之前的各类异常现象。分为宏观前兆和微观前兆。前者可以由人的感觉器官直接觉察,如动植物、地下水等的异常以及地光、地鸣等。后者不能被人的感觉器官直接觉察,需用专业仪器才能测出,如地形变、地磁场重力场地温梯度、地应力的异常与气异常等。对地震前兆的观察和监测仍是地震临短期预报的重要手段。

地震防治

  • 建筑物在设计与建造时,有效的防震设计,可有效的防止生命财产的损失。
  • 地震发生时,关键是保持清醒的头脑,正确的防护对于保证生命安全,减少人员伤亡是至关重要的。通常可能造成危险的是比较强烈的近震。近震常以上下颠簸开始,振动较为明显,应迅速逃生。逃生应遵循就近躲避的原则,注意保护头部。
  • 关闭煤气,可暂时躲避在坚实的家具下,注意避开外墙体,玻璃窗等薄弱部位,并且可以使用枕头被子等物,或直接用双手保护头部。躲避在坚固的家具下能防护掉落物。主震过后,应迅速撤至户外,高层人员应尽量避免乘坐电梯。在室外可跑向比较开阔的空旷地区躲避,避免聚集在高层建筑及高压输电线下方。如在山区还要注意山崩和滚石,可寻找地势较高处躲避。地震中被埋在废墟下的人员,若环境和体力许可,应设法逃生。如无力脱险自救,应尽量减少体力消耗,等待救援人员到来。

常见名词

  • 震源:地层断裂引发地震的位置(地底下)
  • 震中:震源的正上方。震源在地面上的垂直投影
  • 震源深度:震源和震中的垂直距离。
  • 震中距:观测点到震中的距离。
  • 震源距:观测点到震源的距离。
  • 烈度:量度地震对某一特定地点所受到的影响和破坏的量度单位。
  • 断层:是指岩石形成节理构造破裂后,两侧岩层发生显著的相对位移。

来源

外部链接

参见


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