地震及地球内部构造.ppt

普通地质学,南京大学地球科学系舒良树,第七章地震及地球内部构造,第七章地震Earthquake及地球内部构造地震,是危及人类生存的特大地质灾害disaster预警我国近期的两次大地震1.1976.7.28,348’54’’a.m.,唐山,震级7.8,烈度11,整个城市毁于一旦,死亡数十万人.历史照片火车站与房屋倒塌,桥梁毁坏,地面水平位移、错开与张裂,工厂烟囱左行扭动，地面下陷、喷沙.2.1999.9.21,147a.m.,台湾中部,震级7.6。近S-N向的车龙铺断裂活动，南投-埔里房屋倒塌,桥梁毁坏,街面波浪起伏,死亡数千人。山林火灾,青山变秃山,日月潭变脏潭.美Princeton大学JohnSuppe院士认为系断裂推复成因.夏门地震学家98.10早已预测到该次地震,但当时李登辉搞”两国论”,错失了防震良机.99.10.22,1018a.m.,台湾嘉义-南投,震级6.4,房屋庙宇倒塌,火灾频繁,261人受伤.震前异象不断毛毛虫、老鼠乱窜,鱼浮水面嘉义,宜兰,古井水变混浊嘉义民雄乡,清溪水冒硫磺味，冒泥浆气泡嘉义水上乡,干稻田喷黑砂水台南后壁乡.台人迷信,不顾生危，震停便集众拜佛,负伤乃至住院,仍口中喃喃念佛.,地震排在第一位的自然灾害,1976.7.28，震后唐山一片废墟,1976.7.28，震后倒塌的唐山机车车辆厂,1976.7.28，地震坍塌的唐山剧场,1976.7.28，地震坍塌的唐山大桥,我们的任务1.预测预报地震；2.为城建、桥梁、铁路、水库工程等建设把关多大安全系数能抗多大地震库水会不会引发地震3.了解地球的结构构造（人工地震、COCOP、核爆）,第一节地震学Seismology基本概念定义地震是地壳的快速颤动，由地球内部的不平衡运动内动力地质作用所产生,是一种经常发生的、有规律的自然灾害地质现象.特点突发性（paroxysm）毁灭性（truculent）连锁性（chain-reacting）,二.10项名词解释1.震源（B引发地震、释放深部能量的源区2.震中（E）震源B在地表的垂直投影3.震源深度h震源到震中的距离BE4.震中距Δ地震台到震中的水平距离ES5.震源距（d）震源到地震台的距离BS6.等震线地表裂度相等的点的连线7.地震烈度intensityMercall（意）根据建筑物破坏程度将其分成12个等级，即12度地震烈度.我国采用了这一分类法,并建立了12度地震烈度表P79.,,B,E,h,S,Δ,,d,8.震级magnitude衡量地震绝对强度的级别.由地震释放能量的大小所决定，一次地震只有一个震级.里氏震级CaliforniaInstituteofTechnology的RicherCF以智利8.9级地震释放的能量为依据，依次确定出震级与能量的关系（P78表7-3）.9.震级确定一般取距震中100公里处标准地震仪记录的地震波最大震幅的对数值确定之.震幅单位为μm.如最大震幅为10mm10000μm，其对数值为4，震级即4.●零级地震的能量6.31011尔格.3.5级以上为有感地震.有感无感，取决于物体离震源和震中的距离、二者之间的物质影响地震波传递的程度大小.●一般来讲震级大烈度也大,但无绝对的对应关系.如摩洛哥阿加迪市1960.2.29发生的地震仅5.8级，但震源浅,破坏力大，烈度达到9-10，造成Saada四层以上旅馆全部倒塌。反之，烈度小≠震级小.如日本海沟深源地震,地表烈度就小.,10.震源波以弹性振动方式从震源发出并传播的弹性波。刚性岩块一旦破裂就会引起弹性振动,产生地震。地壳的慢速运动表现为固体潮特点;地震发生多有个能量积累的前奏。三.地震的类型1按震源深度分三种浅源0-70km,中源70-300km,深源300-700km）浅源者,规摸大,破坏性强；中、深源者，与板块活动有关,区域或全球规模,对地表破坏性并不强。2按成因分三种构造、火山、陷落地震。●构造地震由构造作用产生的地震。活动构造10万年以来发生的断裂、褶皱等变形构造。弹性回跳说岩石受力弯曲→产生断裂→岩层回弹-地震→弯曲消失。●火山地震与火山活动有关；局部规模。●陷落地震与溶洞崩塌有关；局部规模。3按时间分三种现代地震、历史地震、古地震0.5-4万年,,1889年-1976年全球特大地震统计,唐山地震地面右旋错开,第二节地震波与地震仪一.地震波由地震产生的弹性波.按传播方式分二类三种.1.体波bodywave地震时从震源发出并能在地球内部各方向传播的弹性波.它包括地震纵波和横波.1.1纵波P波为推进波pushwave,如弹簧,质点振动方向与波的传播方向一致;在固、液、气体中均可传播;它通过介质体积的变化而传播,速度快,最先到达震中,引起地面最先发生上下振动.但破坏性较弱.1.2横波S波为剪切波shearwave,如抖绳,质点振动方向与波的传播方向垂直;只能在固体中传播；它通过介质形态的变化而传播,速度较慢,晚于纵波到达震中,引起地面前后左右振动.破坏性较强.2.面波（L波S波和P波在地表相遇激发产生的一种弹性波.仅沿地表面或弹性分界面传播,不能传入地下.特点是波长大、振幅大、传播慢、破坏性最大.,二.地震仪seismograph记录地震波的仪器1.东汉张衡（公元132年）发明侯风地动仪P77.青铜，直径八尺,形如酒坛.中心设中轴,四周为8条杠杆机制的龙,龙口各含一铜球,下有一蛤蟆张口承接.受某方地震波冲击,立杆失去平衡,侧向震波方向,使此方龙口张开,铜球落入蛤蟆口中,便知此方发生了地震.特点只能验震,不能记录2.地震仪依据摆的原理设计.仪器分二部分拾震器接受振动、记录器记录震动.附件有放大器,时钟,报警器特点既能验震,又能记录,三.地震谱地震仪记录下来的起伏震动的曲线.曲线上S-P为时差纵、横波到达地震台的时间差.1利用S-P时距曲线,可求出震中和震中距Δ（P77,图7-5）如有三个台站，则可利用测得的三个震中距（XA、XB、XC,用交会法可求得震中以XA、XB、XC为半径作圆,可得交点.2利用走时表，也可求震中.每个S-P时间均对应有一个Δ;三点求震中方法同上.3根据出射角求震源深度.4震级公式M0.58I01.5（I0为震中烈度）第三节地震的分布一.世界地震的分布1.环太平洋带集中了世界上80浅源、90中源、100深源地震新西兰-印尼-台湾-日本-勘察加半岛-阿留申群岛-阿拉斯加-美国西海岸-墨西哥-安第斯山-马尔维拉斯群岛-南乔治亚岛,2.地中海-印尼带地中海、喜马拉雅、印尼●集中了世界上15的地震，主要是浅源、中源地震3.洋脊地震带位于全球洋脊的轴部,全为浅源小地震二.我国地震的分布1.邻近环太平洋地震带东北,华北,华南,台湾,华东沿海●为中-浅源地震,但东北有深源地震.●华北为古老刚性地壳,不震则已,一震则大震.华南为较年青破裂型地壳,能量不易集中,故大震极少.2.西北-西南地震带塔里木、喜马拉雅、川西-滇东.●为新构造强烈活动区,属地中海-印尼带.●多发生在盆地与高山的交接带.●为中-浅源地震,震级较大,5-7级常见.,大洋板块俯冲引发地震和火山模块图,中国地震震中分布图,第四节地震预报与预防（forecast）（地震预报三要素时间、地点、震级）一.中长期预报1.根据地震活动规律预测1011-1076活跃65年→1077-1289平静212年→1290-1368活跃78年→1369-1483平静114年→1484-1730活跃246年→1731-1811平静80年→1812-现在预计活跃200年（至2012年）规律活跃期越来越长，平静期越来越短.2.地震地质调查预测确定地震危险地带（活断层带）。,二.近震预报●地面变形测量（卫星激光距离测量）●地应力测量●地球物理测量a地磁场岩石的压磁效应出现的地磁场变化。b电阻率岩石承受力达到破坏所需力的一半时，会产生裂隙，使体积增加。造成扩容,电阻率增加。●地声地光●地下水变化、水面变化、井水化学成分变化;泥砂上喷;氡气量变化。●动植物异常（竹林开花,鸡飞狗叫,鼠虫乱窜）●地震规律小震后有大震、大震后有余震。,,三.海啸tsunami1定义海底突然局部变动，引起海水大幅度升降，形成巨大波浪的现象.多由海底的地壳运动地震和火山所引起.2实例1937年前苏勘察加半岛,浪高达64米、波峰距100公里、速度700-800公里/小时3破坏破坏力极大.1960年智利地震产生海啸，700公里/小时传至日本，冲进海港，将码头淹没，房屋冲跨，将鱼船“开运丸”号冲上陆地，压倒民房.4原因海底断裂活动，引起地震;或海底火山口崩塌,或海底斜坡上沉积物的大规模滑动5地点与地形、构造环境有关.海岸临近深海,大能量的海水汹涌上岸（智利、日本）;喇叭形海湾、四周都是海洋的地方如夏威夷，极易受海啸影响.6我国影响较小.一是近岸有宽阔的大陆架，摩擦作用大,海啸能量被消耗,二是岛屿起屏障作用.注意钱塘江大潮与潮汐有关,不是海啸.,四.地震预防●增加建筑物的防震强度●灌水（减小摩擦力）●通过一系列无破坏的小震释放能量●制造平衡（地基用钢珠）五.地震利用1地震层析宽频带高分辨率地震波接收仪,研究深部构造2地震勘探,寻找石油3地震能量能否应用,第五节地球的内部构造一地球内部构造及主要界面见P84二确定依据地震波波速的变化P、S波在地球内部的传播与物质成分、物理状态有关密度越高速度越快;介面处要发生反射和折射;液体介质中S波不能通过,P波则要降低速度.三地球内部重要界面1.康拉德面Si-Al/Si-Mg界面～10km深处,2.莫霍面～33km深处,3.低速带或软流圈60-250km之间;青藏150-400km之间,4.200间断面413km处,相变过渡带,密度和波速增加5.上下地幔界面670km或984km深处,6.古登堡面幔核界面2898km,7.莱曼面固内核-液外核间过渡带4703-5154km.,地球内部地震波传播状况图解,二.地球内部各圈层的物质成分及其状态见P841.地壳Crust大洋厚7-8km;大陆平均35km,喜山最厚70km.●Si-Al层（A’层大陆地壳）成分相当于花岗岩（沉积岩、火成岩、变质岩）;P波6/秒;密度2.7.陆壳变形复杂，陆核形成很老.2亿年前的地层大都分布在陆壳中.康拉德面●Si-Mg层（A’’层大洋地壳）成分相当玄武岩（辉长岩）；P波7/秒；密度2.9；缺少花岗岩33km（莫霍面）2.地幔Mantle成分相当于为超镁铁岩.2.1上地幔B’层,固态,～30km厚.A’A’’B’岩石圈铁镁钙含量高;P波速度为8km/秒;火山岩中的包裹体和模拟实验得出橄榄石55辉石35石榴子石10“辉石橄榄岩”与上地幔相同B’层底界60km（大洋区）或150km（大陆区）B’’层,为软流圈,玄武岩浆源，平均厚200km;P波速7.8km/秒.,1-10的物质呈熔融状态，强度小、波速低、可缓慢流动.C’层固相带,密度更大,使橄榄石分解为FeO、SiO、MgO。413km相变过渡带,密度和波速增加,称200间断面（球面震中距）C’’层,成分和物相无变化,密度和波速随深度加大而加大.670或984km2.2下地幔铁镁含量更高D’层,除波速密度外，情况不明.D’’层,除波速密度外，情况不明.2898km（古登堡面）3.地核占地球质量的1/3；密度极大（10-11）；成分推测为铁与少量镍、硫混合物.E层外核液态（P波阴影区是由于界面折射,而S波阴影区是由于不能通过横波）F层来曼面内外核过渡带G层内核固态6371km地心,地球层圈结构图解,地球物质层圈图解,地球内部结构构造小结1地球的内部形态层圈状地壳上地幔顶部岩石圈→软流圈→固相上地幔→固相下地幔→液态外核→固态内核7个界面康拉德面→莫霍面→岩石圈-软流圈界面→200间断面→上-下地幔界面→古登堡面→来曼面2物质成分地壳（硅铝硅镁）地幔（铁镁硅酸盐上;硅-硫-氧化物Fe-Ni下地核（铁镍硫）3物理状态密度、震波,三.均衡原理1.地表高低不平，如何能保持平衡陆地平均高840米，最高山8848.3米;最低处土鲁番艾丁湖-154米;荷兰平均-5米；海洋平均深-3800米，最深海沟-11033米,为马里亚纳海沟.2.艾利地壳均衡说（山根说,AilyGB,1855）山体、平原区的岩石密度相同，山体下沉深而平原下沉浅;由于下沉的深度不同而保持平衡.特点无水平底界.3.均衡补偿（HolmesA,1978）●原理高山下面地壳厚,平原下面地壳薄.地势的起伏与莫霍面起伏呈镜像反映,称均衡现象.●原因地幔顶部有一平面,叫补偿基面,在此面以上各柱体的物质总重量相等,故能保持重力的平衡.●均衡面≠莫霍面.●平衡是暂时的内力作用下,地壳加厚,平衡破坏;外力作用下,山体剥蚀,低地和海洋沉积,平衡破坏.,艾利的山根说模型,重力均衡、莫霍面和均衡补偿基面模型,第七章重点一、重要术语与概念挤压波，剪切波，面波；震级确定智利8.9级、裂度；震中、震源；海啸;震波特征固体潮。二、重要概念与特征1.三种地震波在介质中的传播特点（P波最快、S波不能过液体、面波破坏最大）2.地震特点突发性、毁灭性、连锁性3.地震预报三要素3.海啸基本特征4.地震的分类深度3、成因4、时间35.全球地震的分布6.地球的内部构造及其主要特征1）层圈状地壳Si-Al层,Si-Mg层上地幔顶部岩石圈→软流圈→固相上地幔→固相下地幔→液态外核→固态内核；2）7个界面康拉德面→莫霍面→岩石圈-软流圈界面→（球面震中距）200间断面→上-下地幔界面→古登堡面→来曼面；3）物质成分地壳（硅铝硅镁）；地幔（铁镁硅酸盐上;硅-硫-氧化物Fe-Ni下）；地核（铁镍硫）；4）物理状态密度、震波。,