1、地震三要素
当一个地震发生,人们可以从媒体上看到有关地震的报道。如“据中国地震台网测定,北京时间2008年5月12日14时28分,在四川汶川县(北纬31.0,东经103.4)发生8.0级地震,震源深度14.0公里。”再如“据地震台网测定,北京时间2012年10月19日10时44分,在四川省雅安市芦山县、天全县交界(北纬30.1,东经102.9) 发生4.2级地震。”任何媒体,只要对一个地震进行报道,一定会包括这次地震的时间、地点与震级。这是描述一个地震最常见的三要素,称为地震三要素。
地震三要素是由地震台网测得的地震波,经过软件或人工处理而获取。我市于2007年建立数字化地震监测台网后,实现了10分钟左右获得地震三要素,进行地震速报的能力。
(1)时间 地震发生的准确时间,就是发震时刻。为了地震应急、救援和向公众通报震情,关于地震时间只需要知道哪一天几点几分就行了。但对于地震科学研究来说还不够,需要精确到0.1秒,或更精确。地震台网测定的发震时刻是地震断层开始破裂的时间,而从震源开始到整个断层破裂是有过程的,一个强震的破裂长度一般为几十到几百千米,需要十几秒、几十秒或更长的时间才能完成。
(2)地点 地震发生的地方。
震源 地震发生的起始位置,断层开始破裂的地方叫震源。它是一个有一定大小的区域,与地震所波及的地区相比,范围往往是很小的,在很多情况下,可以把震源当成一个点来研究。
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震源深度 震源到地面的垂直距离叫震源深度。按震源深浅不同可以把地震分为三类:浅源地震(小于60千米)、中源地震(60~300千米)、深源地震(300千米以上)。全球约85%的地震是浅源地震,目前观测到最深的地震震源深度达到720千米。四川和雅安的地震一般都是浅源地震,震源深度大多在5至30千米之间。对人类造成威胁的地震主要是浅源地震。
震中 震源向地面的垂直投影称为震中。这里往往是破坏最重的地方。确定震中位置一般有两种方法:一是根据地震仪测定的震源在地面上的投影,称微观震中;另一是震后调查,将破坏最厉害的地方定为震中,称宏观震中。由于震源区的物理状态和地震区地质条件等因素的影响,地面上破坏力最大的地点不一定正好位于震源的正上方,因而宏观震中不一定与微观震中重合。
极震区 震中附近振动最强烈、破坏最严重的区域叫极震区。或者叫震中区。
震中距 地面上任何一点到震中的直线距离叫震中距。震中距的大小,决定了各地区受地震的影响的强弱。一般来说,震中距大则受影响小,震中距小则受影响大。随着震中距的增加,地震造成的破坏逐渐减轻。当然也存在个别异常区。汶川地震就出现了几个烈度异常区,其中我市汉源老县城距震中近200千米,却成为在Ⅵ度区高两度达到Ⅷ度的异常区,灾情严重,成为国定重灾县。按震中距的不同又可把地震分为三类:地方震(小于100千米)、近震(100~1000千米)、远震(1000千米以上)。
(3)震级 地震有大有小,对地震大小的相对量度叫震级,用M表示,单位是“级”。震级可以通过地震仪器的记录计算出来,一般可以测定到0.1级的精度。震级的大小与地震释放的能量有关,地震能量越大,震级就越大。2008年5月12日汶川特大地震的震级为8.0 级,释放的地震波能量相当于5600颗二战时美国投向日本广岛的原子弹。由此可见,大地震释放出的能量是十分惊人的。由于岩石的强度和破裂的规模都是有限的,所以地震的震级也是有限的。人们把震级预置12个等级,至今世界上记录到的最大地震是1960年5月22日智利的9.5级地震。震级每相差1级,其能量就相差32倍。一个8级地震释放出的地震波能量就相当1000个6级地震,有人计算相当于1509万吨TNT爆炸的能量。
按照震级的大小,通常将地震分为五类:
弱地震 震级<3级。若震源不是很浅,这种地震人们一般不易觉察。
有感地震 3级≤震级<4.5级。这种地震人们能够感觉,甚至强有感,但一般不会造成破坏。
中强地震 4.5级≤震级<6级。属于可造成破坏的地震,但破坏轻重还与震源深度、震中距等多种因素有关。
强地震 6级≤震级<7级。是可造成较大破坏的地震。
大地震 震级≥7级。可造成重大破坏。其中8级及以上称为特大地震,会造成严重破坏。
在雅安,对于浅源地震而言,一般震级在2.5级以上就能被人们感觉,震级在4.5级以上就可能造成破坏,震级在6级以上就可能造成较大破坏,震级在7级以上就可能造成重大或严重破坏。
地震发生的次数与震级有很大关系。震级越大的地震,发生的次数越少;震级越小的地震,发生的次数越多。全球每年用地震仪可以测出大约500万次地震,平均几秒钟就有一次,其中3级以上的只有大约5万次,仅占1%。中强地震和强地震就更少了。全球7级以上大地震每年平均约有18次,8级以上特大地震每年平均仅1次。因此,破坏性地震仍然是一种小概率事件。
在防震减灾中,我们要更加重视以下三类地震:
破坏性地震 即震级较高、造成一定人员伤亡和经济损失的地震。2008年“6.18”石棉4.4级地震,由于“5.12”汶川地震的叠加影响,直接经济损失达到4亿多元。
强有感地震 有强烈震感,没有造成人员伤亡和经济损失,或只有轻微损失,但引起社会普遍反响的地震。雅安一般在3.5级以上4.5级以下的地震。
直下型地震 震源在大城市及其周围地下的地震叫直下型地震,或叫城市直下型地震。这类地震会对大城市造成直接威胁,它所造成的人员伤亡、社会功能的损坏、经济损失都会大大超过其它地方的地震。最典型的城市直下型地震是1976年的唐山大地震和1995年的日本阪神地震。为此,对城市防震减灾工作必须提出更高的要求。
地震发生时,地面遭受地震影响和破坏的程度称为地震烈度,简称烈度。烈度的大小是根据人的感觉、室内家具及器物的反应、不同类型的房屋和其它建筑物的破坏程度,以及地面的破坏现象等综合评定的,它的单位是“度”。人们把地震烈度划分为Ⅰ至Ⅻ度,并制成地震烈度表(表1.1)。
表1.1 中国地震烈度表
(GB/T 17742-2008)
地震烈度 | 人的感觉 | 房屋震害 | 其他震害 现象 | 水平向 地震动参数 | |||
类型 | 震害程度 | 平均震害指数 | 峰值加速度 m/s2 | 峰值 速度 m/s | |||
Ⅰ | 无感 |
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Ⅱ | 室内个别静止中的人有感觉 |
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Ⅲ | 室内少数静止中的人有感觉 |
| 门、窗轻微 作响 |
| 悬挂物微动 |
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Ⅳ | 室内多数人、室外少数人有感觉,少数人梦中惊醒 |
| 门、窗作响 |
| 悬挂物明显摆动,器皿作响 |
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Ⅴ | 室内绝大多数、室外多数人有感觉,多数人梦中惊醒 |
| 门窗、屋顶、屋架颤动作响,灰土掉落,个别房屋墙体抹灰出现细微烈缝,个别屋顶烟囱掉砖 |
| 悬挂物大幅度晃动,不稳定器物摇动或翻倒 | 0.31 (0.22~0.44) | 0.03 (0.02~0.04) |
Ⅵ | 多数人站立不稳,少数人惊逃户外 | A | 少数中等破坏,多数轻微破坏和/或基本完好 | 0.00~0.11 | 家具和物品移动;河岸和松软土出现裂缝,饱和砂层出现喷砂冒水;个别独立砖烟囱轻度裂缝 | 0.63 (0.45~0.89) | 0.06 (0.05~0.09) |
B | 个别中等破坏,少数轻微破坏,多数基本完好 | ||||||
C | 个别轻微破坏,大多数基本完好 | 0.00~0.08 | |||||
Ⅶ | 大多数人惊逃户外,骑自行车的人有感觉,行驶中的汽车驾乘人员有感觉 | A | 少数毁坏和/或严重破坏,多数中等破坏和/或轻微破坏 | 0.09~0.31 | 物体从架子上掉落;河岸出现塌方,饱和砂层常见喷水冒砂,松软土地上地裂缝较多;大多数独立砖烟囱中等破坏 | 1.25 (0.90~1.77) | 0.13 (0.10~0.18) |
B | 少数中等破坏,多数轻微破坏和/或基本完好 | ||||||
C | 少数中等和/或轻微破坏,多数基本完好 | 0.07~0.22 | |||||
Ⅷ | 多数人摇晃颠簸,行走困难 | A | 少数毁坏,多数严重和/或中等破坏 | 0.29~0.51 | 干硬土上亦出现裂缝, 饱和砂层绝大多数喷砂冒水;大多数独立砖烟囱严重破坏 | 2.50 (1.78~3.53) | 0.25 (0.19~0.35) |
B | 个别毁坏,少数严重破坏,多数中等和/或轻微破坏 | ||||||
C | 少数严重和/或中等破坏,多数轻微破坏 | 0.20~0.40 | |||||
Ⅸ | 行动的人摔倒 | A | 多数严重破坏或/和毁坏 | 0.49~0.71 | 干硬土上多处出现裂缝,可见基岩裂缝、错动,滑坡、塌方常见;独立砖烟囱多数倒塌 | 5.00 (3.54~7.07) | 0.50 (0.36~0.71) |
B | 少数毁坏,多数严重和/或中等破坏 | ||||||
C | 少数毁坏和/或严重破坏,多数中等和/或轻微破坏 | 0.38~0.60 | |||||
Ⅹ | 骑自行车的人会摔倒,处不稳状态的人会摔离原地,有抛起感 | A | 绝大多数毁坏 | 0.69~0.91 | 山崩和地震断裂出现,基岩上拱桥破坏;大多数独立砖烟囱从根部破坏或倒毁 | 10.00 (7.08~14.14) | 1.00 (0.72~1.41) |
B | 大多数毁坏 | ||||||
C | 多数毁坏和/或严重破坏 | 0.58~0.80 | |||||
Ⅺ |
| A | 绝大多数毁坏 | 0.89~1.00 | 地震断裂延续很长;大量山崩滑坡 |
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B | |||||||
C | 0.78~1.00 | ||||||
Ⅻ |
| A | 几乎全部毁坏 | 1.00 | 地面剧烈变化,山河改观 |
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B | |||||||
C | |||||||
注:表中给出的“峰值加速度”和“峰值速度”是参考值,括弧内给出的是变动范围。 |
表中数量词的界定:“个别”为10%以下;“少数”为10%-45%;“多数”为40% -70%;“大多数”为60-90%;“绝大多数”为80%以上。
震级和烈度是度量地震的两把不同的“尺子”,人们往往容易弄混。它们的对应关系见表1.2。震级和烈度既有联系,又有区别。一次地震,只有一个震级;但同一个地震在不同地区或同一地区的不同地点,地震烈度是不一样的。相同条件下,震级越大,烈度越高;距震源越远(即震中距越大,或者震源深度越大),烈度就越低。震中地区的烈度叫震中烈度。
地震烈度除了与震级、震中距和震源深度有关外,还与地震时岩石破裂错动的方向、地质构造、各地的土质条件和地下水分布状况等因素有关。因此,对于同一个地震,震中距相同的不同地点,地震烈度也可能不同。
表1.2 震级与震中烈度对应关系(参考)
震 级 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | >8 |
震中烈度 | Ⅰ~Ⅱ | Ⅲ | Ⅳ~Ⅴ | Ⅵ~Ⅶ | Ⅶ~Ⅷ | Ⅸ~Ⅹ | Ⅺ | Ⅻ |
图1.6 汶川8.0级地震烈度分布图
地震烈度随震中距的增加而衰减的现象在任何一次地震发生时都存在。例如,2008年“5.12”汶川8.0级特大地震,震中烈度达到Ⅺ度(图1.6),造成惨重的伤亡和毁灭性的破坏;距震中约45千米的崇州市部分区域烈度为Ⅷ度,也遭到严重破坏;距震中90千米的宝兴县烈度为Ⅶ度,许多建筑有不同程度的破坏;距震中140千米的荥经县烈度为Ⅵ度,破坏的程度要轻得多;距震中约360千米的西昌市烈度为Ⅴ度,震感强烈,但没有遭到破坏。而距震中197千米的汉源县老县城,出现了Ⅷ度的烈度异常,遭到严重破坏。