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《自然灾害》之地震灾害-01什么是地震

2008/05/17 | 标签: , | |

来源:陈颙, 史培军. 自然灾害[M]. 北京:北京师范大学出版社, 2007。

严重声明:版权归作者本人和北京师范大学出版社所有。转载请一定保留来源。

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最早人们认为火山作用是地震的首要原因,但是,许多大地震发生之处远离火山的地方。现在,多数人认为,地震是由地下岩石的突然断裂而造成的,地球内部的不断运动造成地壳大规模变形是地震的根源,沿地震断裂面的突然滑移是地震波能量辐射的直接原因。

图5 跨圣安德列斯断层的篱笆在1906年旧金山地震之后发生3米的错动。
图片来源 a:Robert E. Wallace, USGS b:G.K.Gilbert, USGS

1906年发生的旧金山大地震,为理解什么是地震提供了直接的观测事实。旧金山大地震发生在美国加州圣安德烈斯断层上,地震时,断层两盘发生了3-4米的右旋错动(站在断层的一盘上,观测另一盘的运动,向右就叫做右旋运动,向左叫做左旋运动),垂直于断层的农场的篱笆明显被错开了3-4米距离。

图6 跨圣安德烈斯断层的篱笆当断裂弹性回跳时造成的结果。(a)篱笆垂直穿过断层,地震前未发生形变。(b)构造力作用下横过断层的篱笆发生弯曲,A点和B点向相反方向移动;(c)在C点发生破裂,在断裂两侧的应变岩石弹回到C1和C2。

于是,美国工程师里德(Reid)根据这些观测结果,提出了地震的弹性回跳假说:地球深部的作用力使地震活动区岩石产生变形,随时间增加变形渐渐变大。这种变形在很大程度上,起码在大约千年尺度上,是弹性变形。所谓弹性变形,是指加力时岩石产生体积和形状变化,当力移去时将弹回到它们的原状。旧金山地震前,包括圣安德烈斯断层在内的广大区域发生弹性变形,积聚了弹性能量,地震时,圣安德烈斯断层发生错动,释放了积聚的能量,整个区域又回到原来的状态。

图6形象地表示了地震的弹性回跳假说。有一个垂直穿过断层,在两侧延伸许多米的篱笆。用箭头表示的构造力作用使弹性岩石应变。当它们缓慢地作功时,该线(篱笆)弯曲了,左侧相对右侧错动。这种应变作用不能无限地持续,早晚那些软弱岩石,或那些位于最大应变点的岩石要破坏。这一破裂后将接着发生弹回,或在破裂的两侧回跳。这样在图中断裂两侧的岩石中的C回跳到C1和C2。

图7 地震造成的沿断层的位移错位,不仅仅出现在圣安德烈斯断层上,在全世界的许多地方都能见到。如:1739年平罗地震断层顺时针运动造成长城宁夏段的错位(王兰民提供)

自里德提出弹性回跳假说后,地震学界普遍认为,天然地震是地球上部沿一地质断层发生突然滑动而产生的。这滑移沿断面扩展,这种滑移破裂传播的速度小于周围岩石中的地震剪切波波速。存储的弹性应变能使断裂两侧岩石回跳到大致未应变的位置。像钟表的发条上得越紧一样,岩石的弹性应变越大,存储越大的能量一样,地震变形的区域越长、越宽,滑移的距离越大,地震释放的能量就越多,我们用地震矩来表示地震释放能量的大小:

图8 小虫子拉木块沿地面滑动。木块单位面积与地面粘合的力μ (也可以叫做剪切强度)越大,木块与地面的接触面积A越大,滑动的距离D越大,小虫子作的功 μ AD就越大。依照这个原理,当断层两盘发生相对滑动的时候, μ 就是断层的剪切强度,A就是发生滑动部分断层面的面积,D就是断层两盘的滑动距离,而 μ AD就是断层滑动所释放的能量。

图9 地震发生在地下深处,发生地震的地方叫做震源,震源离地面的距离叫做震源深度,地面上正对着震源的地方叫做震中。
图片来源 普通高中课程标准实验教科书 地理·选修 ⑤

按照震源的不同深度,通常把地震分成三类:

浅源地震:震源深度小于70公里;

中源地震:震源深度在70-300公里之间;

深源地震:震源深度大于300公里。

全世界90%的地震震源深度都小于100公里,仅有3%的地震是深源地震。由于浅源地震能够产生更大的地球表面的震动,因此,浅源地震的破坏力也最大。

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,随着海洋板块从海沟向大陆的俯冲,震源的深度也不断的增加。

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