3-2《防震减灾》-地震及地质学基础.pdf

防震减灾防震减灾北京科技大学北京科技大学李李铁铁教授教授博士博士博导博导Earthquake prevention and disaster reduction（第三章（第三章地震与地质学基础地震与地质学基础））Mobile：： 15810786767课程课程 群：群： 4193339803.1 地震波及地震参数地震波及地震参数3.2 地震成因机理地震成因机理3.3 地震破坏机理地震破坏机理3.4 震害与地震烈度震害与地震烈度3 地震与地质学基础地震与地质学基础地震：各种原因引起的地震动统称为地震地震：各种原因引起的地震动统称为地震按成因分类天然地震 ：构造地震 90%火山地震 7%塌陷地震 3%陨石冲击地震诱发地震 ：采掘诱发注水诱发抽水诱发蓄水诱发爆破诱发人工地震 ：爆破核爆炸物体坠落地震成因地震成因¾ 浅源地震浅源地震-震源深度震源深度300km地球上地球上75%以上的地震是浅源地震，以上的地震是浅源地震，其中震源深度多为其中震源深度多为5－－20km¾ 地方震震中距地方震震中距1000km按震中距分类：按震中距分类：按震源深度分类：按震源深度分类：震源震源深度震中距震中震中地震成因地震成因在地面上看到的地震断裂（（a））一个农场的栅栏被地一个农场的栅栏被地震断裂为平行的两段震断裂为平行的两段（（b））对图（对图（a））的解释：地的解释：地下断层的两盘沿断层线下断层的两盘沿断层线D错错动，将栅栏动，将栅栏AB错断为两段错断为两段AD1和和BD2构造地震发生的物理解释构造地震发生的物理解释地震成因地震成因构造地震发生的物理解释构造地震发生的物理解释板块象一个坚硬的块体，不同块体之间板块象一个坚硬的块体，不同块体之间的边界却不那么坚硬。

板块的相对运动的边界却不那么坚硬板块的相对运动，在板块边界处积累了很大的变形；就，在板块边界处积累了很大的变形；就象弯曲一根竹片，当变形超过竹片上最象弯曲一根竹片，当变形超过竹片上最薄弱处的承受能力时，它就要发生断裂薄弱处的承受能力时，它就要发生断裂这就是地震由于地球介质是弹性连这就是地震由于地球介质是弹性连续体，板块相对运动（断裂）后，还留续体，板块相对运动（断裂）后，还留有未释放的弹性能有未释放的弹性能 Ride提出了这个提出了这个 “断层弹性回跳模型断层弹性回跳模型 ”的地震模型的地震模型地震成因地震成因地震成因地震成因火山地震火山地震地壳或地幔中的岩浆和挥发物，由岩浆房喷至地面，向大气层喷射，形成火山岩浆和挥发物构成的喷发柱高度可达20km~30km，甚至50km喷发柱高度决定于岩浆房的大小、压力、挥发物含量和喷发口的直径等富含挥发物的中碱性岩浆，往往发生爆炸式喷发地震成因地震成因火火山山爆爆发发图图地震成因地震成因迈诺斯文明的消失迈诺斯文明的消失--希腊圣多里尼火山岛希腊圣多里尼火山岛地震成因地震成因火山喷发云照片火山喷发云照片1989-1990年美国阿拉斯年美国阿拉斯加一座火山发生一系列喷加一座火山发生一系列喷发，抛出大量火山灰云。

发，抛出大量火山灰云其中，其中， 1989年年 12月月 15日的日的火山灰云，险些使一架载火山灰云，险些使一架载有有 231名乘客的波音名乘客的波音 747飞飞机坠毁由此引发出机坠毁由此引发出 “火火山喷发与报警山喷发与报警 ”问题地震成因地震成因长白山天池火山口这是一座休眠的火山在这是一座休眠的火山在1215年左右，这里曾有火年左右，这里曾有火山喷发经地震观测和深山喷发经地震观测和深部结构探测，认为它在部结构探测，认为它在 “近期近期 ”不会发生喷发这不会发生喷发这个个 “近期近期 ”的含义，可以是的含义，可以是5000年，或年，或 2000年长白山火山观测站0501001502002501999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006每月地震数长白山火山观测站记录Jun.29M7.3Z=566kmSep. 15M6.4Z=586kmRecorded in Changbaishan Tianchi Volcano Observatory塌陷地震塌陷地震陨石冲击地震采矿诱发地震，岩爆，冲击地压采矿诱发地震，岩爆，冲击地压5.63.64.25.24.54.13.24.63.53.33.53.03.54.04.55.05.56.0震级/ML德国加拿大 前苏联南非 波兰 美国 瑞典 波兰 英国 法国 捷克国外强矿震概览煤矿 非煤矿山国内强矿震概览国内强矿震概览ML≥≥ 3.0矿井矿井 31个，个， ML≥≥ 3.5矿井矿井 17个个3.83.64.34.24.13.64.64.33.6 3.64.44.23.7 3.73.64.23.83.03.54.04.55.0震级/ ML宜昌陈家坡等煤矿宜昌怀抱石煤矿北票台吉煤矿 乐山罗城盐矿 六枝化处煤矿 枣庄陶庄煤矿自贡盐矿四川茶园煤矿 贵州六枝煤矿贵州凉水井煤矿 四川荣昌螺观山 北京门头沟煤矿鹤岗南山煤矿 抚顺老虎煤矿枣庄峄城石膏矿 榆林高石崖煤矿阜新五龙煤矿S1煤矿 非煤矿山大陆漂移大陆漂移海底扩张海底扩张板块构造运动板块构造运动构造地震和火山地震的主要原因构造地震和火山地震的主要原因板块构造运动板块构造运动大陆漂移的设想早在19世纪初就出现了，最初的提出是为了解释大西洋两岸明显的对应性。

直到1915年，德国气象学家阿尔弗雷德 ·魏格纳(Alfred Wegener) 的《大陆和海洋的形成》问世，大陆漂移才作为一个科学假说受到广泛重视在这本不朽的著作中，魏格纳根据 拟合大陆的外形、古气候学、古生物学、地质学、古地级迁移 等大量证据，提出中生代地球表面存在一个泛大陆（Pangea），这个超极大陆后来分裂，经过二亿多年的漂移形成现在的海洋和陆地由于当时受对地球内部构造和动力学的知识局限，大陆漂移和动力学机制得不到物理学上的支持 魏格纳学说的不幸遭遇在于他倡导大陆漂移的同时却认为洋底的稳定 直到他去世的20年后，抛弃洋底稳定不动的海底扩张学说提出，人们对大陆漂移的兴趣又复萌了早期的世界地图已清楚地表明非洲和南美洲相对海岸线的 “锯齿状拟合 ”远在1801年，洪堡（A.Humboldt）及其同时代的著名科学家们已经提出，大西洋两岸的海岸线和岩石都很相似魏格纳首先提出，应该用深海中的大陆坡边缘进行大陆拟合凯里（S.W.Carey ）证明，两个大陆的外形在海面以下2000米等深线几乎完全可以拟合布拉德（E.Bullard）等人借助计算机计算，发现无论用1000米或2000米等深线拟合的结果差别不大。

复原拟合工作证明，各大陆可以通过复原形成一个超级大陆，即魏格纳所命名的“泛大陆 ”泛大陆是由冈瓦纳大陆（南方各大陆加上印度）和劳亚大陆（北美和欧亚）组成的复合古大陆大陆漂移的证据一拟合大陆的外形拟合大陆的外形魏格纳首次提出大陆漂移观点时，许多证据来自他对古气候的研究他注意到，各大陆上存在某一地质时期形成的岩石类型出现在现代条件下不该出现的地区：如 在极地区分布有古珊瑚礁和热带植物化石；而在赤道地区发现有古代的冰层运用将今论古的原则，魏格纳把冰川活动的中心放在当时的旋转极附近，而珊瑚礁和蒸发岩分布的地带放在赤道附近，用这种方法确定了各大陆当时的古纬度对古纬度和现代纬度的比较，魏格纳得出了大陆漂移的结论大陆漂移的证据二 古气候学古气候学魏格纳认为，大陆漂移对现代由海洋分隔的各大陆上动物群和植物群的显著相似性提供了最好的解释使魏格纳和以后的调查者们获得深刻印象的一些例子有：南美和非洲都能见到的具有类似蝾螈的骨骼构造的淡水爬行动物中龙（Mesosaurus），它不可能游过大洋；大西洋两岸的古生代海相无脊椎动物化石组合很相似；南极洲三叠系中有许多陆生爬行动物的化石在其它大陆上同样存在；二叠纪舌羊齿植物群（一个独特的植物组合）的种子蕨化石，见于南方的各个大陆和印度。

大陆漂移的证据三古生物学古生物学不同大陆生物相似性的解释不同大陆生物相似性的解释南美、非洲、印度和澳大利亚的地层两两相似，使魏格纳获得了深刻的印象大西洋两岸所共有的地质现象更加证明这两块大陆曾经是连在一起的在北大西洋两岸的两块大陆，有一条非常重大的古山系，被称为加里东山脉如今在大西洋东岸的挪威看到的是山系的西段，这条山系通过爱尔兰以后似乎淹没在大西洋下可是在加拿大的纽芬兰则有一个古山系仿佛从大西洋里爬上来，它和欧洲的加里东山脉有许多相同之处这个在北美出现的山系被称之为老阿巴拉契亚山脉魏格纳认为北美的阿巴拉契亚山脉曾一度和欧洲的加里东山脉相连如果把大陆拼合在一起，就形成一条连续的山系大陆漂移的证据四地质学地质学岩石中含有磁性矿物，在地球磁场的影响下，岩石形成时就受到磁化，从而保存了它们形成时间和地点的地球磁场方向的古地磁记录通过对岩石所记录的古磁场的倾向和倾角的测量，可以计算岩石形成时地球磁极的位置人们从各个大陆不同时代的地层里测出几千个古磁极的位置，连接任一大陆不同时期的古磁极的线，就是那个大陆的视极移曲线将各大陆视极移曲线比较，调整的结果表明，在2亿年前的所有大陆曾是一块共同的大陆 ——泛大陆。

大陆漂移的证据五古地极迁移古地极迁移距今250亿年距今208亿年距今065亿年新生代五千万年后各大陆可能相对位置20世纪50年代的海洋科学园地犹如百花盛开，海洋学家除了海底热流测量外，还进行了海底地形测量这些资料和地震分布、海底火山和深海沉积的研究结果，被普林斯顿大学的哈雷 ·赫斯(Harry Hess) 综合成海底扩张的模式地球内部是一个巨大的热量库，它的热量主要来源于地球内部放射性元素衰变热量不断地流出地表测量的结果令人吃惊，通过太平洋洋壳由地球内部释放的热流比预期值高10倍，几乎与大陆热流相当而大洋中脊的热流值更高，海沟处则比正常值低，这种热流分布体制表明， 热流应是从大洋中脊上升，在海沟处下降地球内部的地核温度高于4000摄氏度， 赫斯认为高温熔融核心的热发散必将在地幔内导致热对流 早在本世纪初，人们通过声纳测深发现大西洋中央存在一个宽阔的洋中脊1956-1960年间，美国和英国的海洋考察队用深部记录仪探索这个海洋中脊系统，发现它不仅正好位于大西洋和印度洋的中央，并且在大洋洲和南极洲之间与太平洋西部的洋中脊相连科学家发现洋中脊中部为裂谷，而且洋中脊系统的整个脉络都和一些长达数十至数百千米的地表断裂带彼此交错。

1968年深海钻探第三次在南大西洋的钻探结果证实了海底扩张说海洋科学的发展是二十世纪科学上的伟大成就之一，而 “深海钻探” 计划是海洋科学的一项登峰造极的成就美国 《格洛玛·挑战者号》是世界上首次执行深海钻探任务的科学考察船本世纪60年代这场波澜壮观的地学革命之所很快取得成功，这要归功于格洛玛号如果没有格洛玛号在南大西洋对海底扩张理论进行的检验，板块构造不可能这样快地成为统一全球的理论；如果没有格洛玛号提供的证据，人们也无从知道古地中海曾是一片荒漠和阿特兰梯斯大陆消失的原因人们在追溯现代地学史时，不应忘记格洛玛号这位名垂史册的英雄板块构造运动学说板块构造运动学说在地球科学史上，有两个光辉灿烂的阶段，即18世纪末叶的奠基阶段和20世纪60年代的地学革命前者构筑了科学地质学的大厦，后者建立了全球动力学的图像板块构造以恢弘的气势建立新的全球说，用和谐的框架将大量的杂散的专门发现协调组织成一个完整的体系，几乎包含了地球科学的各学科领域：岩石学、矿床学、大地构造、海底资源......以及地球上最壮观的景象板块构造。