教案2《地震及预报环境》文档格式.docx
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自书典所记，未之有也。
尝一龙机发而地不觉动，京师学者，咸怪其无征。
后数日，驿至，果地震陇西，于是均服其妙。
自此以后，乃令史官记地震所从方起。
”张衡的这架世界上最早的地震仪在当时的首都洛阳第一次记录了甘肃的地震。
2地震学内容
地震灾害研究
地震灾害对于人类社会来说,实在是太可怕了，人类对地震的研究始于对它的恐惧。
人们研究地震灾害通过以下几个方面进行。
Ａ、地震调查
Ｂ、地震区划
Ｃ、地震预防
Ｄ、地震预报
E、地震控制
地震物理
地震的发生过程基本上是一种物理过程。
可以作为一种物理现象来研究，内容如下
a.地震波理论
研究地震波在地球表面和内部的传播过程，传播规律，能量的传递过程。
b.地震机制
研究地震的成因，震源附近地区应力和应变情况，地震发生的力学过程。
c.地震现象的固体物理学
由地震发生过程中得到的全球性的各种数据,推断地球内部物质的物理性质，如温度、压力、密度、刚性、弹性模量随深度大小的变化规律,以及在特殊条件下地球深处高温高压下固体介质的各种特性和变化规律。
d.地震信息
地球的地壳、大洋、地壳内的地幔、地核都能传递地震信息，研究地震信息在地球本身传递的规律,有助于研究地球内部及地壳的构造。
f.地震学的应用
利用地震学的基本原理探测地下资源，找油、找气、找矿物，这就是地震勘探。
还可以利用地震资料研究地球内部的构造及地壳构造。
地震也给出地质活动的信息，有助于地质学的研究。
研究地震发生的地质条件，由地质条件及地质活动的情报对地震作出估计和准确的预报是地震地质的重要目标。
地下核爆炸与地震产生的冲击模式是不一样的，用测震学的方法可以探测到核爆炸，尤其是地下核爆炸。
地震学的方法还用来研究矿山的塌陷、地球的脉动等等。
二、地震活动概况
1、大地震
大地震是可怕的自然灾害，山峰崩塌、河流改道、地形地貌剧烈改变、大厦倾覆、桥梁断裂、可以使一座宏伟繁华的城市在短短的几分钟里变为一片废墟，几十万人的生命瞬间消失，财产损失更是不计其数。
1556年1月23日，陕西省关中地区发生强烈地震，波及陕西、山西、甘肃、河北、河南、山东、湖北等省185个县。
据载：
秦晋之交，地忽大震，延及千里，川原坼裂，郊墟迁移，或壅为岗阜，或陷作沟渠，山鸣谷响，水涌沙溢。
城垣庙宇、官衙、民庐倾颓摧屺，十居其半。
军民被害，其奏报有名者，八十三万有奇，不知名者复不可数计。
1737年10月11日，印度加尔各答地震，30万人死亡。
1920年12月16日，中国宁夏海原地震，山崩地裂，黑水上涌，海原、固原等四城全毁，死亡20余万。
1923年9月1日，日本东京--横滨大震，死10万人。
1960年智利海底大震，地动山摇，大海激荡，几十米高的海啸扑向海滩，摧毁沿途的一切，大船被抬到码头的大楼上，大楼顷刻压垮，返回的浪头越过太平洋在日本登陆，登陆的浪头高达6米。
1883年8月26日,印度尼西亚爪哇和苏门答腊之间的克拉克托火山爆发、地震，近4立方公里物质被炸入空中。
火山原高度820米，炸后低于海平面，爆炸时海啸高达46米。
西爪哇海岸的36000人在海啸中丧生。
1976年7月28日,中国唐山大地震，兰光闪过，动地摇山，公路开裂，铁轨变形，桥梁塌入河中，所有建筑无一幸存。
地面喷水、冒沙，淹没大量农田，矿井大量涌水。
通讯中断、交通受阻，供水供电系统全部瘫痪，工业城市唐山一片瓦砾，25万人丧生。
2、基本名词、术语
震源地壳某些部位应力集中，当这种应力大到岩层已无法保持原有的形状而发生破裂、变形、移动，因而产生巨大的冲击力、弹性波。
这种冲击力、弹性波向四面八方传播，这就是地震。
发生地震的地方就称震源。
图2-1（见PPT）
震中震源处岩层破裂、形变、巨大的地震能量释放出来，不仅仅是从震源处释放出来，而是从大面积的、大体积的累积了大量应变能量的地质构造带中释放出来。
其中一小部分能量以地震波的形式传到各处。
震源在地表的投影称为震中。
震源深度震源至震中地表的距离h称为震源深度，深度在0--60公里的地震称为浅源地震，深度在60--300公里的地震称为中源地震，深度大于300公里的地震称为深源地震。
深源地震的极限大约是900公里。
震中距离震中距观测点的距离Δ称为震中距。
Δ小于1000公里的称为近震。
Δ大于1000公里的称为远震。
震中距有时也用震中距对应的地球球心角Ω来表示，单位以度计算。
发震时刻地震发生的时刻称为发震时刻，用O或To表示。
我国使用北京时间。
国际上使用国际时间，即格林威治时间。
北京时间比国际时间早8小时。
震级地震所造成的破坏与地震时释放的能量有关，地震能量通常指地震时释放出来的弹性波能量，用E代表。
但计算地震波能量比较费事，也难于算得精确，所以平常采用比较简单的地震震级M代替能量E。
地震的震级M表示了地震的大小。
关于地震波能量E和地震震级M之间的函数关系，由古登堡和李希特根据观测数据，在１９５６年审定为
LogE=11.8+1.5ME的单位为尔格
五级地震的地震波能量E=1011.8+1.5X5=1019.3（尔格）（1012.3焦耳）
即E5=1019.3（尔格）（1012.3焦耳）
七级地震的地震波能量E=1011.8+1.5X7=1022.3（尔格）（1015.3焦耳）
即E7=1022.3（尔格），E7=1000E5
七级地震的地震波能量是五级地震的1000倍！
还要注意的是，地震时释放的能量有弹性地震波，有地震时转变成的地下热能，还有使大体积岩层破裂和移动的机械能，及岩层中的应变能。
总之，地震时释放的地震波能量也仅仅是地震总能量的一部分而已。
地震的震中位置（经度λ、纬度φ），震源深度h,发震时刻O,地震的震级M,称为地震的五个基本参数。
地震时由震源发出两种地震波，P波--纵波，S波--横波，地震波传到地表附近还会产生面波，面波的强度随深度的增加而迅速减弱。
地震烈度按一定的宏观标准表示地震对地面的影响和破坏程度的一种量度，通常用I表示。
一般将烈度分为12度，地面上各等烈度点构成等震线，根据等震线可大致确定震中和震源深度。
极震区震中地区又称极震区，是破坏程度最大的地区。
3、地震分布
地震都发生在地壳和地幔上部，大多数发生于地壳之中。
大约有72%的地震震源深度小于33公里，大约24%的地震震源深度在33--300公里之间，只有大约4%的地震震源深度大于300公里，是深源地震。
图2-2世界地震震中分布（见PPT）
地震在全球的分布也是有规侓的，按地质构造、地震活动性、地貌特征来划分,世界地震的分布有四种类型。
（1）环太平洋地震活动带
太平洋东西两岸及北部边界地震活动极为强烈,是主要的地震带。
全世界80%的浅震,90%的中源地震和几乎全部的深源地震都集中在这一地震带中。
这个地震活动带占世界地震活动带面积大约一半，但是释放的能量却占全球地震释放能量的80%，而南太平洋地震活动明显变弱。
环太平洋地震带的最大特点是弧型构造非常发育，特别是北部和西部，弧型突出部分朝大洋,弧的外缘是深海沟。
弧型构造带地震强烈频繁,从浅源地震到深源地震都有,象阿留申群岛、千岛群岛、日本—琉球群岛、菲律宾东岸岛弧地带都是这样。
图2-3世界地震带分布（见PPT）
（2）地中海-喜玛拉雅地震活动带
这一地震带也称欧亚地震带,由于它大部分分布于大陆上,所以造成的危害很大。
除环太平洋地震带外,余下的中源地震和大的浅源地震都发生在此带。
释放的地震能量占全球的15%。
地中海-喜玛拉雅地震带横跨欧亚大陆,还包括非洲一小部分,大致为东西向分布,总长约15000公里。
以浅震为主,中源地震以喜玛拉雅地区、帕米尔地区为主，在土耳其、希腊、罗马尼亚、意大利也有分布。
深震主要在印度尼西亚弧区。
强烈地震主要发生在弧形构造带和弧形山地，如喜玛拉雅山系向南突出的弧形。
山脉高达7000-8000米，而南面是突降的恒河平原，强烈的下陷地区，显示出印度大陆俯冲入喜玛拉雅下部的态势。
强大的冲压地质构造力形成这一带强烈的地震，如印度阿萨姆和中国察隅地震震级都在8.5级左右。
（3）大洋中脊地震活动带
太平洋、印度洋、大西洋及北冰洋都存在着沿海盆中轴线的大洋中脊系统。
中脊一般由两列互相平行的脊峰和中间的大峡谷构成，峡谷一般比脊峰深2000米左右，宽约十几到二十公里，长数百公里。
中脊并不完全连续，在很多地方被一些与其垂直的断层切割成一段一段的。
大洋底沿中脊在不断地扩张，在这一地震带中经常发生一些较弱的地震，释放的能量不大。
（4）大陆裂谷系地震活动带
裂谷系多由一些区域性的大断裂形成，在地貌上表现为深水湖，如东非地堑、红海地堑、亚丁湾、死海、贝加尔湖等。
这些地带的地震都是浅源地震，多与地壳的扩张有关。
东非裂谷系是大陆上最大的裂谷系统，全长约6500公里，处于非洲地势的最高部位，是在隆起背景下的大张裂带。
断陷的地堑与周围山地有很大的构造差异运动，最大位移可达3000米，一般也在1000-2000米。
贝加尔湖也是地堑断裂谷，新构造活动强烈，最大垂直位移超过5000米，贝加尔湖的湖底由于这种构造活动下陷，现在已低于海平面1061米，若不是有湖水覆盖其上，那就是全球最低洼的地区了，在这些构造带中不断的发生着大大小小的地震。
表2-1中国强震（震级M≥8）表（见PPT）
图2-4中国6级以上地震分布（见PPT）
中国跨越环太平洋地震带和地中海--喜马拉雅地震带，是一个地震较多的国家。
由于受这两个地震带的影响，并且我国有的地区本身就属于这两个地震带，所以我国的地震活动是很复杂的。
地震类型多样，地震的强度，时间、空间分布上都受附近地震带活动的影响。
图2-5中国主要地震带分布图（见PPT）
中国历史上记载的地震记录有3千多次，相当于6级以上的破坏性地震8百多次，8级以上大地震18次。
全国除1/3省区地震活动较弱，频度较低外，其余地区都发生过较强地震，有不少地区现代地震活动相当强烈。
根据地震活动的强度和频度，我国可划分为三类地区:
（1）地震活动强烈的地区
包括台湾、西藏、新疆、甘肃、青海、云南、宁夏、四川西部等，强烈地震不断发生。
在强度和频度方面大大超过其他地区，发生的地震占全国地震总数80%。
（2）活动中等地区
包括河北、山西、陕西关中地区、山东、辽宁南部地区、吉林延吉地区、安徽中部、福建--广东沿海、广西等，这些地区的强震可达7-8级，亦有极大破坏力，但频度相应较低，在地理分布上不如前类地区密集，这一地区发生的地震约占全国地震总数的15%。
（3）活动较弱的地区
包括江苏、江西、浙江、湖南、湖北、河南、贵州、四川东部、黑龙江、吉林、内蒙大部分。
在这些地区发生的地震占全国地震总数的5%左右，而且震级较小，一般不超过6级，破坏性地震很少。
上面所划分的是按行政区域来界定的，使普通人一看就明白。
实际上地震的分布是由地质构造活动确定的，呈带状出现，集中于某些特定的地质构造带上
中国境内的地震，绝大部分是浅源地震，一般深度在10--40公里之间，有的只有2--5公里。
在喜马拉雅地区震源深达60--70公里。
深源地震仅局限于吉林的安图、珲春和黑龙江的穆陵、车宁、牡丹江一带，深度在400--600公里。
这是太平洋板块俯冲到欧亚大陆坂块之下的结果。
由于是深深地斜插入地幔层中，所以那些深源地震对地表的破坏力很小。
而那些造成极大破坏的大地震大都发生在不到20公里深的地方。
三、地震成因
地震是怎么发生的?
地震的成因是什么?
对这个问题，早在1911年雷德就根据美国1906年旧金山大地震时断层的活动情况，提出了"
弹性回跳学说"
。
他认为，地壳的岩层中由于应力的积累而产生形变，当积累的应力超过了岩层的断裂强度时，岩层破裂，原来形变中蕴含的弹性能量释放出来，从而形成地震。
弹性回跳理论为后来进一步研究地震机制所采用。
大量的研究资料表明，太平洋周围一些深海沟地区，地震总是伴随着断层和裂缝发生的，同时在大陆上的地震多发地带也是同样，因此这一学说为大多数地震学者认同。
在断层说的基础上以后又发展了粘滑理论。
从力学角度分析，弹性回跳说可以圆满的解释5--10公里深的浅源地震。
在更深的地方，高压下脆性物质的破坏是以一种粘滑形态表现的。
由于断面阻力的不均匀，沿断裂面的滑动往往是粘滑现象，粘结和滑动交替进行，断面发生断续的急跳现象，经过数次的应力降落把积累的应变弹性能释放出来。
这种理论认为，在3.5公里--20公里的深度范围内都可以发生粘滑过程。
当然粘滑说也是以断层活动为基础的，可以说是断层说的进一步发展和补充。
对于深度超过70公里的中，深源地震来说，断层说就存在很多问题。
人们又相继提出岩浆冲击、相变、地幔对流、温度应力等成因。
以日本的松泽武雄为代表的一些学者认为，有许多地震是由地下的岩浆的冲击，产生巨大的热应力而产生的。
火山熔岩的侵入，空隙流体压力的急剧增高都能引起地震，深源地震可以由岩浆流动而引起，不一定由断层引起。
相变的观点则早在20世纪初就有人提出了，他们认为，数百公里以下的地层内压力极高，温度亦很高，物质呈塑性，在巨大的磨擦之下，不会有什么弹性破裂。
在那种条件下，深源地震是由于物质的结晶状态发生改变—相变引起的。
在相变过程中物质的密度会突然改变，从而引起体积的突然变化。
这种体积的突然变化如果达到或超过了3%并且在相当大的范围内都产生了这种变化，就足以造成类似爆炸的效果，释放出巨大的地震能量。
地幔对流说提出的较晚，有人认为地幔是固体、液体、气体、等离子体的复合态。
地震是由这种复合态的对流和破裂引起的。
温度应力说则认为地下放射性元素产生的大量热使热应力增加导致地震。
按照大陆漂移、海底扩张、板块学说的理论，无论浅源地震或深源地震，绝大多数都是断层活动引起的，深深插入地幔层的俯冲地壳在完全消融到地幔层之前会长时间的表现出地壳原有的刚性。
当受到强力作用而造成破裂的时候，自然就产生了很大的深源地震。
另外，某些自然地区的塌陷或矿山采空区的塌陷也会造成不大的塌陷地震。
国外有记录到5级的矿山塌陷地震。
这种地震会危害到矿山井下的工人，也会对塌陷地区的地面建筑造成损害。
还应该提及的是水库地震。
有的地区，由于建造了大型水库，水库蓄水之后，库底断层结构受力状态发生改变，引发地震。
赞比亚西沙峡谷水库蓄水量达1750亿吨。
1960年5月开始蓄水，1962年3月地震开始增加，至1963年9月地震活动达到高潮，相继发生了9月23日6时M5.7，9时M6.1，15时M5.6，22时M5.8，24日9时M5.5，25日7时M6的地震群。
之后地震活动逐渐减弱。
我国的新丰江水库，蓄水以后，1962年3月19日就发生了一次6.4级地震和许多小震。
这种地震有时会直接威胁到大坝的安全，是很值得认真对待的。
核爆炸本身就会产生地震，重要的是地下核爆炸会引发地震。
美国内华达地下核试验场1968年12月19日进行了一次百万吨级的大型核试验，实验场周围的临时地震台记录到几千次余震。
最远的余震距爆心13公里，最深的达到7公里。
一周之内，余震分布在距爆心7公里的范围内。
三周后地震活动增加，范围向南延伸了3—4公里。
核爆炸的强度相当于M6.3级地震，余震都未超过5级。
四地震预报
地震预报是世界性的课题，这里说的地震是指地质构造活动引起的地震，许多国家都在研究。
美国、中国、前苏联、日本等国都积累了丰富的资料和经验。
但是至今为止，要做到准确的预报仍然是极其困难的。
中国成功的预报了1975年2月4日海城的7.3级地震，减轻了地震造成的灾害。
尤其是短期预报和临震预报特别成功，经过长期的监测和认真的分析，2月4日9时30分，地震工作者提出马上可能发生大震的意见。
10时30分，辽宁省全省发出地震预报通知，全民动员，进入临震状态。
紧急通知发出后不久，下午发生了大地震。
这次成功的预报震动了全世界，这是人类第一次在巨大的地震灾害面前提前预报了，挽救了十几万人的生命。
可在这次成功后不久，在我国地震专业队伍最集中、台站密度最大、地震观测时间很长的京、津、唐地区，却对76年7月28曰的7.8级唐山强烈地震没有做出短临预报，造成了无可挽回的巨大损失，教训也是极为惨痛的。
1、预报的种类与程序
地震由于自身的发展规律，决定了它不是突然发生的，是有一个相当长的孕育发展过程。
从时间上对地震预报进行划分可以分为长期预报、中期预报、短期预报和临震预报。
程序基本上也是长期→中期→短期→临震预报这样一种模式。
（1）长期预报
长期预报就是对地震的形势做出总的预测。
在近几十年内对可能产生的破坏性地震作出估计，划分出地震危险区，研究强震发生、发展的趋势。
长期预报的根据有历史的地震活动，板块构造地震活动和大断裂带的活动大背景，参考大范围的地壳形变、构造应力的幅度、速率、方向等等。
同时还要综合考虑其它的一些触发因素，象天体活动规律，地球自转的影响，太阳黑子活动等等。
（2）中期预报
在长期预报的基础上，预测一、二年内区域地震活动的水平和发展趋势，确定可能发生破坏性地震的区域，估计地震的震级大小。
对所制定的危险区域要做重点监测，努力争取捕捉短期和临震的信息。
（3）短期预报
在中期预报的基础上，对各种数据进行综合跟踪分析，进一步确定地震三要素。
收集地震前兆资料，特别注意新的异常情况，监视地震活动的动态变化。
7级以上地震的异常集中区大约在200公里范围，6级地震异常集中区大约在100公里范围。
（4）临震预报
预报时间在1个月到1周之内，范围在100—200公里范围内，预报震级误差在0.5级之内。
这一阶段在对原有资料的追踪分析基础上，特别注意那些突变现象，象突跳、阶跃、脉冲、大幅度加速、转折、恢复等，对突然发生的新的现象及新的宏观异常就更要注意。
2、地震预报的方法
长期和中期预报主要用地震地质方法、卫星遥感探测、地震活动图象分析等，我们在这里就不做详细介绍了。
在这里只介绍最主要的短、临预报的各种方法。
（1）测震学方法
这是地震预报中主要的可靠的方法。
它利用前期地震的信息来预报以后的破坏性地震。
地震是地壳构造活动的结果，这种构造活动是长期的，具有明显的历史继承性。
地震活动也是前后关连的，在时间上和空间上都有其特定的相互联系的规律性。
地震能反映构造活动的特点，反映深层地震构造，震源区介质的变化，因而就能分析推断与发震有关的趋势和可能的应变应力集中部位，破裂、错动部位的范围。
在我国这些方法大致可归纳为六类：
a、空间图象法b、时间进程法c、地震序列法d、地震相关法e、震源及介质参数法f、合成法。
（3）各种前兆方法
a、地形变测量
地形变测量包括定点形变测量、大地形变测量和跨断层形变测量。
地壳的变形和地壳岩石物理状态的变化都可以从定点形变的测量中反映出来，而大面积的大地形变的掌握，则要靠多个点构成的线和面上的测量来进行，利用全球卫星定位系统GPS空间测量技术使得直接测定板块和大陆的移动成为现实。
在板块的缝合带或大断层边界上进行跨断层的动态测量，可以更精确地反映现代地壳运动的断层活动。
比如在我们辽宁金州大断裂带的两侧就设了多个测点，动态跟踪断层东西两盘的高差和水平移动状况。
B、重力测量
重力前兆资料是和地形变资料配合进行综合分析使用的。
有两种重力测量，一种是台站定点重力连续观测，可以获得重力潮汐、非潮汐和地脉动三种信息。
二是测点的定期流动复测，可获得测点间重力段差值随时间变化的信息和各测点对参考点的重力变化信息和时空分布特征。
重力观测的数值对长、中、短各个阶段的地震预报都有重要参考价值。
C、地应力
地质构造活动必然会引起地壳内应力场的变化，这种应力场的变化自然是在几公里到几十公里深的地方，但是有的也会通过各种途径在地壳的浅层表现出来。
我们在浅层的适当部位钻孔，放置应力测量器件，就可以在某种程度上捕捉到构造活动的应力场变化信息，寻找与地震相关的前兆。
这种地应力测量的方法也是预报地震的重要方法。
D、地电
地电场是一种重要的地球物理场。
地电场的变化自然也会受地壳构造应力场的影响，某些特殊地点的地电场可能就会对应力场的作用很“敏感”，地下应力场的变化信息就会通过地电场的变化传递出来。
比如唐山大地震前后大连南部的一个地电观测站的测量结果就很发人深省。
图4-1唐山大地震前后大连南部的一个地电测量结果（见PPT）
很明显，在一个地电异常变化结束的时候，在恢复到异常变化前原有水平的时候，爆发了大地震。
相隔几百公里远，地电场竟反映得如此典型！
很有可能是唐山地区的应力场和辽南地区的应力场呈同步变化，这个观测站反映的是本地应力变化状况，与唐山地区吻合了。
所以后一个异常比前一个还大，可是只在唐山附近的宁河发生了Ms6.9级余震,而实际上反映的是本地区应力状况，对应的是万家岭的Ms4.5还是合理的。
显然，这种地电场的变化对周围地区的应力活动的判断有重要参考价值。
e、地磁
地下应力场的变化会引起地下岩石磁性的变化，这是一种压磁效应。
所以通过地磁测量，捕捉地磁的异常和突变就可以有助于地震的中期、短期和临震预报。
地震前地磁异常的幅度一般为几个到十几个nT，大致分布在震中周围100公里的范围内，前兆时间在1个月到几年，我们完全可以通过地磁测网捕捉到这些信息。
f、地下水
地下岩层的应力变化会引起地下水的改变。
没有地震活动的时候，地下水有自己的变化规律。
一旦这种规律突然发生了改变，就要引起注意，象水位、水质、水温、水的化学组分、放射性物质（水氡）含量等。
如果下降、上升、阶跃、脉冲都是要警惕的。
g、宏观异常
地震前有些地区常常会发生一些突发的宏观异常现象。
水井干涸，水井冒沙，无法饮用；
大牲畜惊慌不安，跳槽；
小动物不回家，老鼠几十只几百只聚在一堆发呆；
黄鼠狼成群窜来窜去，不怕人；
几百箱蜜蜂震前全部飞走；
水稻田里平日蛙鸣不止，大震前夜一片寂静，有人看到成百只青蛙爬在树上；
甚至有的狗大震前咬主人衣服不让进屋。
看来人类有很多机能是退化了。
动物比人类更能感觉到大难临头了！
有的地方临震前还会出现地光、地声等现象，还有的会从地下冒出火球，腾空而起。
这不是UFO,而是地震的前兆。
这些宏观现象的出现地域往往和强震区的范围相吻合。
发现宏观异常现象要迅速向有关部门汇报，保证情报的畅通无阻是非常重要的，尤其是临震阶段。
五、环境保护
在宇宙空间中，望着我们这颗蓝绿色的星球镶嵌在繁星点点的黑色星空之中，会由衷的发出赞叹，她太美了！
也会为她现在的处境和面临的问题而忧心忡忡。
1987年联合国世界环境与发展委员会通过了《我们共同的未来》的报告，报告全面地阐述人类面临的严重环境问题：
（1）人口激增；
（2）土壤流失和土壤退化；
（3）沙漠化日益扩大；
（4）森林锐减；
（5）大气污染日益严重，酸雨成灾；
（6）水污染加剧，人体健康状况恶化；
（7）大气温室效应加剧；
（8）大气臭氧层遭破坏；
（9）大量
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