地震工程学2(地震学基础知识新).pdf
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1、同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention第二章第二章第二章第二章地震学基础知识地震学基础知识地震学基础知识地震学基础知识翟翟翟翟 永永永永 梅梅梅梅同济大学同济大学同济大学同济大学土木工程学院土木工程学院土木工程学院土木工程学院上上上上 海海海海 防防防防 灾灾灾灾 救救救救 灾灾灾灾 研研研研 究究究究 所所所所地震工程学地震工程学地震工程学地震工程学同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention
2、第二章地震学基础知识?地球内部结构?板块构造运动?地震成因与类型?断层与震源机制?地震波的分类与震相分析?地震观测与震级确定?世界与中国地震带分布特征2同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention2.1 地球内部结构地球内部结构3?地球形状地球形状?略呈梨形的椭球体?平均半径 6400km?地球分层地球分层?地壳数km至数十km 岩石?地幔上、下地幔,岩石和软流层?地核外核(液态)内核?密度、温度、压力变化密度、温度、压力变化?由外向内显著增加同济大学Tongji University上海防灾救灾
3、研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention2.1 地球内部结构地球内部结构4同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention?板块构造运动的提出板块构造运动的提出?20世纪初,魏格纳明确、系统提出大陆漂移学说?50年代中期形成“板块构造运动”?60年代初美地质学家提出海底扩张学说?理论基础理论基础?全球地壳分为六大板块:太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块(包括澳洲)和南极板块。其中除太平洋板块几乎全为海洋外,其余五个板块既包括大陆又包括海
4、洋。?板块间相对运动速度平均为厘米/年级,持续了至少2亿年左右52.2 板块构造运动同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention62.2 板块构造运动同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention?板块构造运动的证据板块构造运动的证据?大陆地质地形的拼合大陆地质地形的拼合?岩石中古地磁的痕迹(磁极游动曲线)岩石中古地磁的痕迹(磁极游动曲线)?海底微小地震观测的结果海底微小地震观测的结果?海底古地磁研究成
5、果海底古地磁研究成果72.2 板块构造运动同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention82.2 板块构造运动?板块构造运动的机制板块构造运动的机制1、地幔上部软流层的物质由海岭涌出,推动板块运动2、动力来自地幔物质的对流3、海岭是上升区,海沟是海洋板块的下降区1、地幔上部软流层的物质由海岭涌出,推动板块运动2、动力来自地幔物质的对流3、海岭是上升区,海沟是海洋板块的下降区同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Pre
6、vention接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动称为地震。按其成因可分为接近地球表面的岩层中弹性波传播所引起的震动称为地震。按其成因可分为构造地震、火山地震和陷落地震构造地震、火山地震和陷落地震。人类工程活动如采矿、水库蓄水、深井注水、地下核爆炸也可诱发地震。人类工程活动如采矿、水库蓄水、深井注水、地下核爆炸也可诱发地震。构造地震构造地震是现代地壳运动所产生、分布最广、数量最多(90)、危害最重的地震。它产生于板块边缘和板块内部的活动构造带。岩石圈在地球内力作用下,应变能不断积累,一旦达到是现代地壳运动所产生、分布最广、数量最多(90)、危害最重的地震。它产生于板块边缘和板块内部的活动
7、构造带。岩石圈在地球内力作用下,应变能不断积累,一旦达到岩体强度极限岩体强度极限,就会发生突然的剪切破裂(脆性破坏)或沿已有破裂面产生突然错动(粘滑),积蓄的应变能就会以弹性波的形式突然释放使地壳震动而发生地震。,就会发生突然的剪切破裂(脆性破坏)或沿已有破裂面产生突然错动(粘滑),积蓄的应变能就会以弹性波的形式突然释放使地壳震动而发生地震。2.3 地震成因与类型9同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention断层错动与地震形成断层错动与地震形成2.3 地震成因与类型10同济大学Tongji Uni
8、versity上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention地震的孕育与应力释放地震的孕育与应力释放2.3 地震成因与类型11同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention全球板块与板块边界全球板块与板块边界2.3 地震成因与类型12同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention2.3 地震成因与类型13同济大学Tongji University上海防
9、灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention2.3 地震成因与类型14同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention2.3 地震成因与类型15同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention板块运动与地震活动相关性板块运动与地震活动相关性2.3 地震成因与类型16同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute
10、 of Disaster Prevention2.3 地震成因与类型17同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention2.3 地震成因与类型18同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention1999年年9月月21日凌晨日凌晨1时时47分,台湾省南投县集集发生分,台湾省南投县集集发生7.6级大地震,震源深度级大地震,震源深度10km,重灾区在日月潭地区。该区有许多活断层,开始是,重灾区在日月潭地区。该区有许
11、多活断层,开始是“双冬断层双冬断层”发生活动,同时牵动相邻的车笼埔断层的大规模滑动,导致断层沿岸的丰原、大境、务峰、中兴新村、南投和名间、竹川等市县村镇地区的灾难性破坏,大部分地段已被夷为平地。整个灾区死亡发生活动,同时牵动相邻的车笼埔断层的大规模滑动,导致断层沿岸的丰原、大境、务峰、中兴新村、南投和名间、竹川等市县村镇地区的灾难性破坏,大部分地段已被夷为平地。整个灾区死亡2329人,伤人,伤8722人,失踪人,失踪39人,倒塌各种建筑人,倒塌各种建筑9909栋,严重破坏栋,严重破坏7575栋,受灾人口栋,受灾人口250万,灾民万,灾民32万,财产损失万,财产损失92亿美元。亿美元。2.3 地
12、震成因与类型19同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention石岗大坝全长石岗大坝全长700m,台湾台湾1999.9.21地震中受断层作用北段三跨泄洪道断塌,断裂处南侧拱起约地震中受断层作用北段三跨泄洪道断塌,断裂处南侧拱起约9.8m,北侧约,北侧约2m。蓄水功能全失,上游水库底床露出地表。蓄水功能全失,上游水库底床露出地表。2.3 地震成因与类型20同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention?地震的
13、类型地震的类型?按成因(构造EQ、火山EQ、陷落EQ、诱发EQ)?按发震位置(板边EQ、板内EQ)?按震源深度(浅源EQ、中源EQ、深源EQ)?按地震序列(主震余震型、震群型、单发型)212.3 地震成因与类型同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention引自闫肖武闫肖武,20062.3 地震成因与类型22同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention 宏观震中:能量释放中心在地表的投影 仪器震中:初始破
14、裂点在地表的投影 仪器震源:初始破裂点 震源深度:从震源到地表的距离 地震矩Mo:断层面(面积为S)上等于剪切模量的应力使断层面两侧错开D时所做的功。Mo=SD单位:N.MS-断层的面积 D-剪切位错 -剪切模量2.3 地震成因与类型23同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention?地震的类型按成因:地震的类型按成因:(1)构造地震:构造地震:由于地壳运动,推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂而引起的地震。构造地震破坏性大,影响范围广。由于地壳运动,推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂而引起的地震。构造地
15、震破坏性大,影响范围广。(2)火山地震:火山地震:由于火山爆发,岩浆猛烈冲出地面而引起的地震。这类地震在我国很少见。由于火山爆发,岩浆猛烈冲出地面而引起的地震。这类地震在我国很少见。(3)陷落地震:陷落地震:由于地表或地下岩层突然大规模陷落或崩塌而造成的地震。这类地震的震级很小,造成的破坏也很小。由于地表或地下岩层突然大规模陷落或崩塌而造成的地震。这类地震的震级很小,造成的破坏也很小。(4)诱发地震:诱发地震:由于水库蓄水或深井注水等引起的地震。由于水库蓄水或深井注水等引起的地震。2.3 地震成因与类型24同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Insti
16、tute of Disaster Prevention地震序列:地震序列:在一定时间内(一般是几十天至数月)相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列。在一定时间内(一般是几十天至数月)相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列。主震:主震:在某一地震序列中,其中最大的一次地震叫主震。在某一地震序列中,其中最大的一次地震叫主震。前震:前震:在主震之前发生的地震。在主震之前发生的地震。余震:余震:在主震之后发生的地震。在主震之后发生的地震。2.3 地震成因与类型?地震的类型地震的类型25同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of
17、 Disaster Prevention按地震序列:按地震序列:(1)主震型地震:主震型地震:在一个地震序列中,若主震震级很突出,其释放的能量占全序列中的绝大部分的叫主震型。在一个地震序列中,若主震震级很突出,其释放的能量占全序列中的绝大部分的叫主震型。(2)群震型或多发型地震:群震型或多发型地震:在一个地震序列中,若主震震级不突出,主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的叫群震型。在一个地震序列中,若主震震级不突出,主要地震能量是由多个震级相近地震释放出来的叫群震型。(3)孤立型或单发型地震:孤立型或单发型地震:在一个地震序列中,若前震和余震都很少,甚至没有,绝大部分地震能量都是通过主震一
18、次释放出来的叫孤立型。在一个地震序列中,若前震和余震都很少,甚至没有,绝大部分地震能量都是通过主震一次释放出来的叫孤立型。据统计,上述三种类型地震中主震型地震占据统计,上述三种类型地震中主震型地震占60,群震型地震占,群震型地震占30,单发型地震占,单发型地震占10。2.3 地震成因与类型26同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention第一章第一章绪论绪论按震源的深浅不同:按震源的深浅不同:(1)浅源地震:浅源地震:震源深度在震源深度在 70 km以内,一年中全世界所有地震释放能量的约以内,一年中
19、全世界所有地震释放能量的约85%来自浅源地震。来自浅源地震。(2)中源地震:中源地震:震源深度在震源深度在 70300km,一年中全世界所有地震释放能量的约,一年中全世界所有地震释放能量的约 12%来自中源地震。来自中源地震。(3)深源地震:深源地震:震源深度超过震源深度超过 300km,一年中全世界所有地震释放能量的约,一年中全世界所有地震释放能量的约 3%来自中源地震。来自中源地震。2.3 地震成因与类型27同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention2.4 断层与震源机制?震源机制的弹性回跳
20、理论震源机制的弹性回跳理论28同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention?断层与蠕动断层断层与蠕动断层2.4 断层与震源机制?走滑断层:当断层面两侧岩层的相对运动以沿地表断裂的走向为主时,称为走(向)滑(动)断层。?倾滑断层:沿断层面向地下倾斜方向滑动为主时,则成为倾(向)滑(动)断层。?正断层:倾滑断层中,断层的上盘块体相对下盘块体向下滑动;正断层:倾滑断层中,断层的上盘块体相对下盘块体向下滑动;?逆断层:倾滑断层中,断层的上盘块体相对下盘块体向上滑动。逆断层:倾滑断层中,断层的上盘块体相对下
21、盘块体向上滑动。?蠕动断层:当断层处有强度极低的软弱夹层时,可发生断层错位而不伴随明显的地震,称为蠕动断层。29同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention30同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention?地震波地震波地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播,这种弹性被就是地震时震源释放的应变能以弹性波的形式向四面八方传播,这种弹性被就是地震波地震波。地震波是使建筑物在地震中破坏的原动力、也
22、是研究地震的最主要的信息和研究地球深部构造的有力工具。地震波包括两种在介质内部传播的。地震波是使建筑物在地震中破坏的原动力、也是研究地震的最主要的信息和研究地球深部构造的有力工具。地震波包括两种在介质内部传播的体波和两种限于界面附近传播的面波。体波和两种限于界面附近传播的面波。2.5 地震波的分类与震相分析31同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention体波包括纵波和横波体波包括纵波和横波纵波纵波是由震源传出的压缩波,质点振动与波前进方向一致,一疏一密向前推进,它周期短、振幅小。是由震源传出的压缩
23、波,质点振动与波前进方向一致,一疏一密向前推进,它周期短、振幅小。横波横波是震源向外传播的剪切波,质点振动方向与波前进方向相垂直,传播时介质体积不变但形状改变,周期较长振幅较大。因为该波是切变波,所以它不能通过对切变没有抵抗能力的液体。是震源向外传播的剪切波,质点振动方向与波前进方向相垂直,传播时介质体积不变但形状改变,周期较长振幅较大。因为该波是切变波,所以它不能通过对切变没有抵抗能力的液体。2.5 地震波的分类与震相分析32同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster Prevention体波体波(1)纵波:纵波:
24、由震源向外传播的疏密波,其介质质点的振动方向与波的前进方向一致。特点:周期短,振幅小。由震源向外传播的疏密波,其介质质点的振动方向与波的前进方向一致。特点:周期短,振幅小。(2)横波:横波:由震源向外传播的剪切波,其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。特点:周期较长,振幅较大。由震源向外传播的剪切波,其介质质点的振动方向与波的前进方向垂直。特点:周期较长,振幅较大。2.5 地震波的分类与震相分析33同济大学Tongji University上海防灾救灾研究所Shanghai Institute of Disaster PreventionP-(压缩)波2.5 地震波的分类与震相分析34同济大
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