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地震地质学
地球科学大辞典地震地质学地震地质学
总论
【地震】earthquake,seism俗称地动。
地壳某个部分的岩石在内、外营力作用下突发剧烈运动而引起的一定范围内的地面震动现象。
可分为天然地震和人工地震两大类。
天然地震主要有:
①构造地震,起因于岩石脆性破裂时积累应变的释放。
破坏和影响范围很广。
通常按震源深度可分为:
深度小于70千米的浅源地震;深度在70~300千米的中源地震;深度大于300千米的深源地震。
尚未发现在720千米以下的震源。
②火山地震,由火山爆发引起,一般强度和波及面较小。
③岩洞崩塌、大陨石撞击等也会产生地震,但很稀少。
人工地震是人工方法产生的地震,包括:
①用于工程、勘探、地壳结构探测的人工地震,一般震源能量较小,以达到勘探目的为限,不会造成灾害。
②工业爆破、地下核爆炸等产生的地震。
③水库等大型人工水体也会诱发地震,应加强监测,避免发生灾害。
【地震学】seismology研究地震及其有关现象的科学。
掌握地震活动的规律,实现地震预报,进行抗震防震,以及探索地球内部的结构,是地震研究的主要目的。
可以根据仪器所测得的资料进行研究,还可以进行野外实地调查,如地震宏观调查探讨。
【地震地质学】geologyofearthquake,seismogeology见86页“地震地质学”。
【地震构造学】seismotectonics着重利用地质和地球物理等资料(包括地震折射、地震反射、地球重力、地球磁力、大地热流密度等)分析历史记载和仪器记录到的地震活动性,研究孕育强震的构造环境、构造条件和地震的复发习性的学科。
活动构造学是地震构造学研究的核心内容之一。
【古地震学】paleoseismology诞生于20世纪70年代末和80年代初。
利用地貌学、构造地质学、地层学和新年代学等方法研究史前地震的识别、发生的期次和年代、震级、复发间隔和断层滑动习性等的分支学科,包括进行单个地表破裂型地震发生后数十年、数百年或数千年后的地质调查,以便获得有关地震的几何学和运动学等方面的定量参数,以及地震断层上地表破裂型地震的复发间隔和复发模型等。
它的优势在于能很大程度上弥补仪器和历史地震记录的短暂性和局限性,使得能够在几个地震重复周期的时间段上认识断层的长期活动习性和估计未来地震发生的危险性,是防震减灾的系统科学不可缺少的重要分支。
【考古地震学】paleoeoseismology依据包括建筑物或纪念碑等人造物体受到的不同程度影响,研究没有地震文字记载的古地震的地震学分支学科。
【树轮地震学】dendroseismology依据树木年轮变异研究并确定古地震事件及其发生年代的地震学下属分支学科。
【新年代学】neochronology研究新生代以来,尤其是新近纪以来不同尺度、不同类型、不同强度地质事件发生、发展和消亡时间要素的学科。
也称年轻地质体年代学。
新年代学是新构造学,特别是活动构造学和古地震学不可缺少的技术支撑,包括碳十四法、加速器质谱碳十四法、钾氩法、铀法、铀系不平衡法、热释光法、光释光法、裂变径迹法、电子自旋共振测年法和宇宙成因核素法等测年技术。
【弹性回跳说】elasticreboundhypothesis出现最早、应用最广的一种关于构造地震成因的假说。
它是里德(H.F.Reid,1911)在解释1906年美国加利福尼亚发生地震、地壳岩石弹性回跳曲线圣安德烈斯断层产生水平移动时提出的假说。
他认为地震的发生,是由于地壳中发生了断裂错动;因为组成地壳的岩石具有弹性,在断裂发生时,原来发生了弹性变形的岩石回跳到未变形前的状态,释放出大量的能,引发了地震。
【岩浆冲击说】magmaimpacthypothesis关于地震成因的一种假说。
认为由于岩浆向地壳中的薄弱部位冲击,使地壳破裂和发生运动,产生了地震。
大多数学者认为,这只是一小部分地震的形成原因。
【相变说】facieschangehypothesis关于地震成因的一种假说。
认为由于岩石在一定的温度和压力下,发生了体积和密度的快速变化,对周围的岩石产生了快速的压力或张力,因而产生了地震。
【扩容说】dilatancyhypothesis又称微裂隙说、膨胀说。
关于地震成因的一种假说。
首先由努尔(1972)和阿加维尔等(1973)根据水饱和岩石的膨胀现象,提出的解释震前波速变化的理论。
后又提出了湿模式和干模式两种模式。
膨胀模式可表述为:
地震发生前,岩石受力达到一定程度,就会出现许多大致平行于最大压缩方向的微破裂,致使岩石产生膨胀,即扩容。
因为在湿的和干的韦斯特利花岗岩
中,地震波速vP、vS随着有效围
压的变化
(据力武常次,1976)在含有大量缝隙的介质中,纵波(P波)的传播速度要小于不含缝隙介质;但缝隙的存在对横波(S波)的传播速度影响却相当小。
因此就较圆满地解释了为什么当地壳应力增大到虽还不至于引起主破裂但却足以产生膨胀时,会出现vP/vS(纵波速度与横波速度之比)的减小。
肖尔茨等(1973)的工作表明了在湿的和干的岩石中,随着有效应力(总应力和孔隙压力之差)的增加,vP和vS的变化趋势(见图)。
在图内水饱和岩石的vP曲线中,AB的第Ⅰ阶段,由于地应力只有单纯的积累,故vP稍有增加;在BC的第Ⅱ阶段,由于出现了微裂隙,岩石已不再饱和,致使vP迅速变小;进入CD的第Ⅲ阶段,因为水从原有缝隙快速流入新出现的缝隙中,导致空隙压力的减低,出现了所谓的“膨胀硬化”现象,有效阻止了微裂隙的进一步产生,致使vP沿CD段又迅速增加;当达到D点时,岩石再次饱和,vP恢复到正常值后,又随地应力的单纯积累而缓缓增加,直至发生了主破裂——地震。
这就是肖尔茨等(1973)著名的湿膨胀模式,已得到地震波速变化的初步证实。
用干膨胀模式也可以解释各种地震前兆效应。
【地震序列】earthquakesequence?
某一时间段内连续发生在同一震源体内的一组按次序排列的地震。
在一个地震序列中,如果有一次地震特别大,即称为主震。
主震前发生的地震称前震,主震以后发生的地震称余震。
?
在一个地震带或地震区内历史上和现今发生的地震的时间序列。
地震活动序列图中可以显示不同时间尺度的地震强弱时段,即地震多而震级高的活跃时段和地震少而震级低的不活跃时段。
据中国华北地区千年以上的历史地震记录,可以明确分出200年左右的地震活跃期和间隔近百年的平静期(很少发生达到6级的地震);活跃期内又可分出10~30年的地震活跃幕和间隔10~20年的平静幕。
地震活动序列分期性和分幕性的研究,既可用于地震长期、中期预报和地震区划,也可研究地质构造微变动的韵律性。
【前震】foreshock一个地震序列中,发生在主震之前的地震。
【主震】mainshock一个地震序列中最大的地震。
如果一个序列中有两个或多个震级相等或极相近的,也可称双主震和多主震序列。
【余震】aftershock一个地震序列中,发生在主震以后的地震。
从总体来看,表现出逐渐减弱的趋势。
【地震序列类型】typeofearthquakesequence按照地震序列中地震能量的分布、大小地震的比例和地震的时间、空间活动特点等,将地震序列划分为若干类,称为地震序列类型。
中国强震序列一般划分为三个基本类型:
主震型、震群型和孤立型。
【余震序列】aftershocksequence主震后发生的一系列余震称余震序列。
可以长达数年,总的趋势是地震活动性逐渐减弱,但其间也有加强甚至很强烈的时候。
研究余震序列,对预防余震可能造成的危害,认识地震机制和了解地球内部状况都有重要意义。
【古登堡里克特复发关系式】GutenbergRichterrecurrencerelationship一定区域足够长的时段内,不同震级大小的地震数遵循的观测关系式:
M=a-bN,这里M表示震级,N是单位时间单位面积上地震数,a和b是关系常量,分别表示地震活动性的总体水平和小地震与大地震的比率。
【复发间隔】recurrenceinterval同一活断层段上相继发生的2次震级相近地震之间的时间间隔。
不同震级地震的复发间隔时间不同,震级越高复发间隔就越长。
【地震复发时间可预测模型】earthquakerecurrencetimepredicablemodel两个连续发生的大地震间的时间间隔与地震位移量成正比的地震复发模型。
【地震频度】seismicfrequency一定时间范围内,单位时间所发生的地震活动次数。
地震活动性的标志之一。
全球各级地震每年的频度通常是:
震级每降一级,地震发生次数约增大8倍。
地震震级与频率关系表
地震震级(M)地震频率(N)地震震级(M)地震频率(N)>908.0~8.917.0~7.9186.0~6.91205.0~5.98004.0~4.962003.0~3.949000<34950000
【地震效率】seismicefficiency一次地震中地震波释放的能量在整个应变能中所占的比例。
【震源机制】earthquakemechanism震源区在地震发生时的力学过程。
利用地震波纵波的初动方向的分布状况来推断震源机制,常把震源区划分为压缩区和膨胀区相间的四象限区。
在许多情况下,它们之间可划分出两个正交的平面界面(称为节面),其中之一为发震断层面。
利用这种方法,对世界上不少大地震作出了比较合理的解释。
采用断层错动的点源双力偶发震构造模型(如图),工作时首先汇集各台站记录到的某个地震的资料,将初至波的质点振动方向和振幅等,分别标在震源参考球的乌尔夫网图上(对于区域台网的资料,可用平面图代替震源参考球),求出两个节断层错动构造的点源
双力偶模型面的走向、倾向及倾角,以及震源附近主压应力、主张应力的方向等参数。
再进一步利用其他模式(如一维破裂源、位错模型等)和资料,求得断层的破裂方向、破裂速度与应力降等参数。
研究震源机制,对于由前震报主震,或由主震资料预报强余震的分布,以及由地震资料研究构造带的应力分布状况,都是很有意义的。
【地震周期】earthquakecycle特定活动断层(段落)或一个地区从弹性应变积累到释放(地震)所需的时间。
【地震周期性】earthquakeperiodicity一个地区经过地震活动频度相对较高、强度相对较大的时段以后,总是要经过地震活动频度相对较低、强度相对较弱的平静时期,才会再度活跃起来,这种地震活跃期和平静期交替出现的特点,被称为地震的周期性。
一般认为是因为在地震活动强烈、释放出大量能量以后,需要时间重新积累足够的能量,才能再使岩石产生一系列破裂,地震再次活跃起来。
一个地区如此,全球地震活动,也似有周期性。
【地震活动性】seismicity,seismicactivity地震在某一特定地区内频发的可能性,一个区域或地带有历史记载以来地震活动的程度。
常用发生地震的次数(即频度)和强度来表示。
高地震活动区地震的发生是频繁的,例如日本列岛。
【地震活动图】seismicitymap某一地区内在某一时期中不同强度地震活动的地理分布图。
一般把震级、震源深度及震中表示于图上。
用小区域中单位面积、单位时间释放能量的平方根值表示的地震活动图又称应变释放图。
【地震能】seismicenergy地震发生时释放出来的能量。
它们绝大部分以机械能(岩石破裂和位移)和转换为热能的形式存在于震源区,少部分以地震波的形式向四外传播。
地震能目前还不能直接测量,所测到的只是地震波的能量。
也有人不加区别地把地震波的能量称为“地震能”,并用以作为表示地震大小的标度,这显然是不确切的。
一般说地震波的能量与地震的总能量的比例并不是一个常数。
不同震级地震通过地震波释放出的能量大致如下表:
震级能量/J震级能量/J06.3×10452×101212×10666.3×101326.3×10772×10152.53.55×10886.3×101632×1098.53.55×101746.3×10108.91.4×1018*据《地震问答》第四版,地质出版社,1997
震级每差0.1级,能量的大小约差1.414倍;差0.2级,能量差(1.414)2=2倍;以此类推,震级差1.0级时,能量约差(1.414)10倍,即31.62倍。
而震级相差2.0级时,能量正好相差1000倍。
【地震力】earthquakeforce,seismicforce由地震波传播时引起地面振动所产生的力。
地震力具有复杂的力学要素,如能量、振幅、频度、速度、加速度、持续时间等。
地震力作用于建筑物,当超过建筑物所能承受的极限时,即造成破坏。
地震力愈大,造成的破坏也愈大。
地震力具有方向性,可分解为水平方向和垂直方向。
远离震中,一般水平方向地震力的破坏作用更强。
抗震的一个重要内容就是要针对可能发生的地震中地震力的大小,采取预防措施。
【蕴震构造】seismicstructure泛指能够使岩石圈介质内应变能得以蓄积、发展,直至在其某一部位发生地震的构造。
可以是一条蓄积应变能的断层,也可以是一个简单的或复杂的地震构造带。
【发震构造】seismogenicstructure发生地震的地质构造,常指震源断层。
可以是发生粘滑错动产生地震的先存活动断层,也可以是岩石承受的应力应变超过其强度极限发生破裂产生地震的新生断层。
按照发震构造的运动学特征或震源力学性质,可将发震构造或发震断层划分为走滑断层、正断层、逆断层和盲断层—褶皱等四大类型。
【地震断层】earthquakefault震源断层错动在地表形成的断层。
它可以是再活动的已有断层,也可以是新形成的断层。
在中文文献中有时也被称为发震断层,但有的学者对地震断层和发震断层是否同一概念提出质疑。
7级以上的地震断层长度可达数十千米至一百千米以上,并可直达地表,穿山越岭,造成巨大的地质断层灾害。
据大量统计,地震矩震级与地震断层长度的对数之间存在着正比关系(矩震级(MW)标准偏差仅025~035震级单位),其经验公式为
MW=502+1191lg{L}km(走滑断层)
MW=496+125lg{L}km(逆断层)
MW=509+1151lg{L}km(正断层)
MW=503+1191lg{L}km(适用于各类型活动断层)
式中:
MW为矩震级;L为地震断层长度的数值,以千米为单位。
【发震断层】seismogenicfault发生地震的断层。
发震断层对某次特定地震的孕育(能量积累)和发生(能量释放)起控制作用,其震源错动或同震地表错动是沿某一先存活动断层的部分段落或全部段落发生的。
【新生断层】newgenerationfault地壳中新形成和正处于发展过程中的活动断层,包括强烈地震中形成的断层。
新生断层最显著的构造特征是地表迹线明显地偏离、甚至切割先存断层迹线,对应于岩石学实验中完整岩石达到或超过破裂强度后产生的新破裂。
地壳内部应力应变环境的差异,可形成正断层、走滑断层和逆断层三种基本类型的新生断层。
一般地说,伸展构造区(σ1垂直)的新生断层应为倾角±60°的高角度正断层,挤压构造区(σ3垂直)为倾角±30°的低角度逆断层,剪切构造区(σ2垂直)为走向与最大主应力轴σ1成±30°的陡倾角走滑断层。
新生断层的形成是岩石破裂和错动的结果,伴随着新生断层的形成而发生的地震属破裂型地震,具有大量的前震活动。
典型例子包括1973年辽宁海城地震和1912年的南冰岛地震,前者形成了斜切北北东向主干活动断裂的北西向新生断层,长约5千米,最大左旋水平位移55厘米;后者在没有先存断层的现代玄武岩覆盖区形成了长不足1千米、近南北向展布的雁状排列的地裂缝带(新生断层)。
【先存活动断层】preexistedactivefault现今地壳中存在的、处于不同演化阶段的活动正断层、走滑断层和逆断层的总称。
摩擦黏滑是先存活动断层重要的错动方式和发震机制,震级相近的强烈特征地震会以数百年到数千年的时间间隔规则或不规则地在先存活动断层上不断重复发生。
随着区域构造应力场的转化或活动块体转动量的递增,先存活动断层与最大主压应力轴(σ1)间夹角增大,作用在先存活动断层断面上的正应力(σn)相应增大,两盘块体错动逐渐受阻,先存活动断层活动性减弱,区域应力的积累最终产生斜切这些先存断层的新生断层。
【同震位移】coseismicdislocation又称地震位错。
一次地震引起的地震断层两盘块体的相对错动量。
当震级很大时,可以通过地质调查获得地表位移量,否则只能根据地震仪记录或者地壳变形测量数据求得震源位移量。
通常地震震级越高,位移越大。
例如,1906年美国旧金山83级大地震的断层水平位移640厘米,垂直位移90厘米;而1966年美国加利福尼亚州英比利尔36级地震的断层位移只有15厘米,其中还可能有一部分是震前或震后断层蠕动位移分量。
通常断层位移的数值在断层中部最大,向两端逐渐衰减,一般所说的地震位移量多半是最大值,或者平均值。
据统计,全球的地震位移大部分是以水平为主,即断层走向滑动占优势。
【地震构造区】seismotectonicprovince活动构造性质、地震构造类型和地震破裂机制相对一致的区域。
【断层蠕滑】faultcreep又称断层稳滑(faultstableslip)。
断层蠕滑是相对于急剧破裂位移活动的另一种相对缓慢运动的断层活动方式。
对断层滑动的研究,已采用仪器观测,如设置蠕变仪网等,并取得了较深刻的认识。
断层蠕滑可以反映断层构造活动的增强或减弱,它是抑制弹性应变积累的一个因素。
岩石力学实验研究表明,在高压、低温、低孔隙度或含白云石、蛇纹石、方解石等软弱矿物的条件下,易于产生蠕滑。
在高温和熔化条件下,也可发生蠕变。
这种运动方式一般不产生地震,但可能造成地面和建筑物破坏。
有人提出了断层的震前蠕变滑动对于研究地震前兆有重要意义,但有待进一步研究证实。
【断层黏滑】faultstickslip活动断层两盘闭锁、应力应变积累到突然释放,产生相对位移错动的过程。
20世纪60~70年代,大量的岩石力学摩擦滑动实验研究结果指出,岩石摩擦滑动有两类基本形式:
稳定滑动(蠕滑)和黏滑。
黏滑是一种不稳定滑动,它是对外加负荷产生的振荡位移响应。
粘滑实验的应力位移曲线表现为较缓慢的轴向位移伴随着剪应力持续增长,当剪应力达到破裂点时,断面突然加速滑动并伴有剪应力瞬时降低。
许多学者认为断层的黏滑错动是导致强烈地震沿活动断层重复发生的主要原因,也是活动断层滑动的重要形式;对黏滑现象的深入了解有可能揭示出地震的机制。
这个原本来自实验岩石力学的概念被引入活动断层的研究中,以艾伦(C.Allen)为代表的美国地质学家和地震学家提出,根据沿加利福尼亚州圣安德烈斯断层的大量观测事实,可以将圣安德烈斯断层划分为若干黏滑段和蠕滑段;指出黏滑断层段伴有频繁而强烈的地震活动,蠕滑断层段没有强震,小地震也很少。
艾伦认为这种区分与各段断层的断层泥成分和性质不同有关。
这样,在大量地震文献中就出现了“断层黏滑”一词,它相当于“伴有地震的断层滑动”。
不过,中国和其他一些国家的研究结果却表明,纯粹的蠕滑断层段是非常罕见的,一般情况下,在同一条活动断层中,无震的蠕滑和伴有地震的断层黏滑现象都存在。
中国20世纪70年代的多次7级以上地震后都观测到断层蠕滑,这种震后的滑动随时间衰减,可持续数年。
【地震区】seismicarea,seismicregion按地震活动性的不同而划分的地震分区。
【地震带】seismicbelt,seismiczone地震震中集中分布的地带。
一般是活动性很强的地质构造带。
从世界范围看,环太平洋带和从印度尼西亚向西北经缅甸、喜马拉雅山、中亚细亚到地中海是两个最显著的地震带,分别称为环太平洋地震带和喜马拉雅地中海地震带。
大洋中的海岭也是经常发生地震的地带,不过海岭上的地震强度较前两个地震带弱。
中国地处全球性的两个大地震带交会的部位,是一个多地震的国家。
世界地震带分布图【地震线】seismiccharacteristicline王嘉荫首先(1963年)提出。
地震线具有双层涵义:
①若干地震震中沿一定方向依次发生,即震中迁移的路线;②一次地震中,人类感觉振动特别强烈的方向,实质上就是蒂震波能量衰减慢的方向。
可见地震线是现代地壳运动状态的一种标志,往往是现代地壳活动断裂线的反映。
这一概念已被地震地质学者广泛引用。
马宗晋进一步提出了划分地震线的5条原则:
①至少有3~4个震中排列在同一方向上,并有过一定重复的地震密集带,且往往在同一地区具有普遍性和稳定性;②这些地震的震源机制解、地震破裂和等震线长轴方向是相近的;③同一地震线上的地震多半是同一地震期内发生的,经常表现出有规律的震中迁移现象;④是小震面密度明显变化的分界线;⑤相当于地球物理场的特征线。
【地震空区】seismicgap地震孕育过程中,由小震所包围或部分包围的、处于断裂活动构造带上的无震区域。
【无震区】aseismicregion相对于地震区来说,是地壳稳定、不易发生地震的地区。
【环太平洋地震带】circumPacificseismiczone沿太平洋边缘分布的强震带。
它与最新的造山带一致,是世界上地震活动最频繁的地区之一。
地理位置大致从印度尼西亚,经日本、阿留申群岛、北美和南美西岸,直至南极洲的北岸。
【地中海地震带】Mediterrameanseismiczone地中海地震带通常是指沿地中海至喜马拉雅分布的地震带,有人也把它延伸到印度尼西亚列岛。
【北大陆中纬环球地震带】northcontinentmidlatitudeseismiczone大陆7级以上强震,明显地集中于北纬20°~50°的中纬环带,包括欧洲大陆、亚洲大陆和北美大陆;在这个中纬地带的大洋区,强震则很少。
这个带就是北大陆中纬环球地震带。
【洋中脊地震带】midoceanicridgeseismiczone沿着洋中脊轴部分布的地震带。
其宽度较窄而延伸很长,震源较浅,震级很少超过6级,具有火山地震性质。
在大西洋中脊、印度洋中脊和东太平洋洋隆上都有浅源地震带分布。
【地震中轴构造带】seismiccentralaxisstructurezone分划欧亚大陆地震区的经向构造带。
按地震分布、现今构造活动及地壳结构,将亚欧地震系分为三大地震区,即中蒙地震区,伊(朗)、阿(富汗)、巴(基斯坦)地震区和东地中海地震区。
各区均以经向构造线为界,分为东、西两半区。
西半区都是多震区,北西向地震构造活动为主,地壳一般较厚;东半区都是少震区,北东向地震构造活动为主,地壳较薄。
东、西两半区呈反对称的活动特征。
中蒙大陆的中轴构造带南起中国的昆明、经银川、蒙古的乌兰巴托,至前苏联贝加尔湖西端的伊尔库茨克。
它又是东、西两个地震分区的构造干涉带,本身具有一定宽度,大体在东经98°~107°。
它也是一个强震活动带、具有特殊意义的构造活动带和地质成矿带。
【中国地震分布图】seismicmapofChina由于不同学者对中国地质构造的认识不完全一致,对中国地震带的具体划分略有出入。
中国科学院地球物理研究所划分为23个地震带,如图
(一)。
中国地质科学院地质力学研究所,运用地质力学观点,根据中国活动构造体系特征,划分出20个地震带,如图
(二)。
中国地震分布图
(一)
1.郯城庐江带;2.燕山带;3.山西带;4.渭河平原带;5.银川带;6.六盘山带;7.滇东带;8.西藏察隅带;9.西藏中部带;10.东南沿海带;11.河北平原带;12.河西走廊带;13.天水兰州带;14.武都马边带;15.康定甘孜带;16.安宁河谷带;17.腾冲澜沧带;18.台湾西部带;19.台湾东
部带;20.滇西带;21.塔里木南缘带;22.南天山带;23.北天山带中国地震分布图
(二)
1新华夏构造体系;2青藏滇缅印尼歹字型构造体系;3祁吕贺山字型构造体系;4天山带;5经向构造体系的川滇南北构造带;6为地震带编号。
①台湾带
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