災害地質學

第四章地震災害

第一節(jié)地震與地震活動一、地震與地震波（一）地震1.地震的概念地震是巖石圈物質在地球內(nèi)力作用下發(fā)生彈性應變，當應變能超過巖石強度時，巖石就會發(fā)生破裂或沿原有破裂面急速滑動，應變能以彈性波形式突然釋放，使巖石圈劇烈震動的地質現(xiàn)象。2.震源與震中①震源②震中③震源深度④震中距⑤震源距地震儀B震源距B震源震源距A地震儀A震中震源深度圖4-1地震震中、震源及地震波傳播示意圖圖4-1地震震中、震源及地震波傳播示意圖圖4-1地震震中、震源及地震波傳播示意圖（二）地震波1.體波①P波②S波③體波的傳播速度—初波與次波2.面波①勒夫波（Lovewave）勒夫波是在地表做蛇形運動的面波，質點在水平面上垂直于波的傳播方向水平振動；與橫波不同的是勒夫波只在水平面上左右擺動。②瑞利波（Rayleighwave）瑞利波是在地面上向前滾動傳播的面波，質點在與平行傳播方向的垂直平面內(nèi)做橢圓形運動。其波速：υR≈0.9υS地震波在地表附近的傳播方式示意圖體波面波二、地震的震級與烈度

（一）地震的震級1.里氏震級震級是指距震中100km的標準地震儀所記錄的以微米表示的最大振幅（A）的對數(shù)值，其表達式：

M=LogA標準地震儀是指周期為0.8s，阻尼比為0.8，放大倍數(shù)為2800倍。里氏震級最大為9級。里氏震級每年的數(shù)量修正的烈度居住震動的特有效應<3.4800000I只能被儀器記錄到3.5~4.230000Ⅱ，Ⅲ室內(nèi)的一些人有感覺4.3~4.84800Ⅳ大多數(shù)人有感覺，窗戶響動4.9~5.41400V每個人均有感覺，門晃動5.5~6.1500VI，Ⅶ建筑物輕微破壞，墻面破裂6.2~6.9100VI，Ⅸ建筑物破壞較重，煙筒倒塌，房屋脫離基礎7.0~7.315X嚴重破壞，橋梁塌落，許多高大建筑物倒塌7.4~7.94XI大毀滅，絕大多數(shù)建筑物倒塌>8.05—10年一次Ⅻ完全破壞，可見地面波動，物體被拋向空中2.面波震級3.震級與能量

Ⅰ級地震的能量相當于2×106J，每增大一級，能量約增大30倍。一個7級地震釋放的能量相當于30個20000t級的原子彈。（二）地震的烈度1.地震烈度及其影響因素地震的烈度是指地面以及各類建筑物的破壞程度。地震的烈度的大小與震級、震源深度、震中距、地震波的傳播介質及地質構造條件有關。震級高，烈度大；震源深度小，烈度大；震中距近，烈度大；震中烈度最大。對淺源地震震中烈度（I）與震級的關系可用經(jīng)驗公式表示：MS=0.58I+1.5

一次地震，震級只能有一個；而烈度可以有若干個。震中烈度最大，相外呈橢圓形縮減，長軸方向一般平行于構造。2.地震烈度表為了表示地震的影響程度，必須有一個烈度評定標準，即地震烈度表。

目前多數(shù)國家采用12度的烈度表，歐洲有些國家采用10度的，日本采用8度的烈度表。3.基本烈度基本烈度是指某一地區(qū)在以后一定期限內(nèi)（50～100年）可能遭遇的地震最大烈度。

4.場地烈度

場地烈度是建筑物場地地質構造、地形、地貌和地層結構等工程地質條件產(chǎn)生的烈度。三、地震的成因與類型

（一）地震的成因1.彈性回跳說2.巖漿沖擊說3.結晶相變說（二）地震的類型1.按震源深度分地震可分為淺源地震（0～70km）、中源地震（70～300km）和深源地震（>300km）。2.按震級與人的關系分可分為微震（<2級，人感覺不到）、有感地震（2～5級）和破壞性地震（5級）。3.按地震成因①天然地震②人為地震四、地震的發(fā)生條件及一般規(guī)律

地震的發(fā)生條件及一般規(guī)律取決于巖石的彈性應變能（U

），彈性應變能積累足夠大時，才能發(fā)生地震。彈性應變能的表達式為：

U=Kδ其中U為彈性應變能；K為彈性系數(shù)；δ為地應力。五、地震的分布

（一）地震的垂直分帶性地震的震源具有垂直分帶性的特點，地殼中的地震（0～33km）占72%，上地幔（33～300km）的地震占24%，大于300km上地幔中的深震占4%。

（二）地震的水平分帶性1.環(huán)太平洋地震帶2.地中海～喜馬拉雅地震帶3.大洋中脊地震帶4.大陸裂谷地震帶5.轉換斷層地震帶6.地表無斷層線形分布的地震帶（三）中國的地震分布1.中國地震的活動特點①地震活動分布廣②地震活動頻度高③地震震源深度淺2.地震的空間分布①臺灣地震帶②西南地震帶③天山地震帶④西北地震帶⑤華北地震帶⑥東南地震帶3.地震的時間分布①地震活躍期②地震活躍幕二、中國地震的時空分布第二節(jié)誘發(fā)地震一、誘發(fā)地震的類型及其特點（一）流體誘發(fā)地震1.水庫誘發(fā)地震①水庫誘發(fā)地震概況②水庫誘發(fā)地震特點③水庫誘發(fā)地震的成因2.抽注流體(液、氣)誘發(fā)地震①深井注液誘發(fā)地震②石油(天然氣)開采誘發(fā)地震③礦坑排水誘發(fā)地震(二)非流體誘發(fā)地震1.采礦誘發(fā)地震①采礦誘發(fā)地震概況②采礦誘發(fā)地震的特點③采礦誘發(fā)地震的成因④誘發(fā)礦震的地質條件2.地下核爆炸及其誘發(fā)地震二、預防誘發(fā)地震的對策

(一)水庫誘發(fā)地震的對策1.在可行性研究階段，根據(jù)已有壩區(qū)地震地質資料，通過現(xiàn)場勘察、對比研究或其他方法，進行誘發(fā)地震可能性的初步評價，從而對水庫壩址進行優(yōu)化篩選。2.在初步設計階段，對可能發(fā)震的水庫庫區(qū)和壩址進一步評價其誘發(fā)地震危險性，確定可能發(fā)震的地段和可能發(fā)生的最大震級。同時進行地震動參數(shù)的分析，為工程抗震設防提供依據(jù)。3.在大壩興建和運行階段，對于具有誘發(fā)地震危險的水庫，在可能的發(fā)震地段設立地震監(jiān)測臺網(wǎng)進行監(jiān)測。4.水庫蓄水后如發(fā)生地震，則應及時組織進行專門研究，以便盡快對地震的發(fā)展趨勢作出評價，從而為工程加固、防震抗震采取應急措施提供依據(jù)。(二)其他因素誘發(fā)地震的對策對于抽、注液誘發(fā)的地震，應當考慮注水孔的合理布局和控制水壓力的變化，使之不致誘發(fā)地震。對于采礦誘發(fā)地震，應當合理布置巷道，采取合理的采礦方式，使巷道和采場承受較小的應力，不致引起較大的能量釋放。在礦山中，當觀測到應力集中程度較高時，可采用注水或爆破法誘發(fā)應力緩慢釋放；對于地震可能危及的巷道和地面建筑物應加強支護和抗震設防。

第三節(jié)地震災害

一、地震效應

(一)場地破壞效應

1.地面破裂效應

2.斜坡破壞效應

3.地基變形破壞效應

(二)強烈地振動破壞效應

1.地震力對建筑物的作用

2.地震周期對建筑物的影響①一般來講，建筑物愈高，自振動周期愈長；所以，長周期的地基振動使較高的多層建筑物破壞，而低層建筑物卻無損壞。②距震中愈遠，地面振動的周期愈長，因而常見到距震中較遠處的高層建筑物遭受破壞的現(xiàn)象。③在厚層松散堆積物地區(qū)，由于堆積物對深部基巖傳來的地震起選擇放大作用，使地面振動周期變長，自振動周期較長的高層建筑常因共振而破壞，而自振動周期較短的低層建筑的破壞反而輕微

二、地震災害的特點與破壞形式

(一)地震災害的特點

1.地震災害發(fā)生突然，來勢兇猛，可在幾秒到幾十秒鐘內(nèi)摧毀一座文明的城市。

2.地震成因的特殊性使得地震臨震預報工作還很不成熟。

3.地震不僅直接毀壞建筑物、造成人員傷亡，還不可避免地誘發(fā)多種次生災害。有時次生災害的嚴重程度大大超過地震災害本身造成的損失。

4.在地震災害的發(fā)生過程中，有時無震成災。(二)地震災害的破壞形式

1.地面運動的破壞形式

2.斷裂與地面破裂

3.余震

4.火災

5.斜坡變形破壞

6.砂土液化

7.地面標高改變

8.海嘯

9.洪水第四節(jié)地震活動的監(jiān)測與預報一、地震監(jiān)測二、地震預報

(一)預報的主要內(nèi)容1、地震參數(shù)預報:以地震事件的發(fā)生時間、地點和強度3個參數(shù)(簡稱時、空、強三要素)為主，即狹義的地震預報。

2、地震災害預測:分長期預測(幾年到幾十年或更長時間)、中短期預報(幾個月到幾年)和臨震預報(幾天之內(nèi))。3、地震災害損失預測：就是評估潛在地震災害的損失，預測未來地震災害中人員傷亡和經(jīng)濟損失。

(二)預報方法

1.大地形變測量異常分析

2.定點形變測量

3.水文地球化學方法

4.地下水動態(tài)微觀異常

5.地電阻率法

6.地磁短周期變化

7.鉆孔應力、應變異常

8.地熱

9.地震綜合預報方法

(三)地震預報的發(fā)展方向及研究途徑地震前兆現(xiàn)象的復雜性和前兆異常與地震關系的不確定性。(i)實際震例的研究；(ii)實驗與理論研究。第五節(jié)地震災害損失預測

地震災害損失預測是指在建筑物及其他人工設施和人口狀態(tài)及分布的詳細調查基礎上，通過地震危險性評價、建筑物和生命線工程等易損性分析，預測未來地震災害造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡。一、地震災害損失預測的內(nèi)容地震危險性分析和建筑物等的易損失分析。

二、地震災害損失預測方法

建筑物易損性分析主要包括：

(一)以地震震動時不同建筑物對破壞的抵抗力為依據(jù)，建立某一地區(qū)建筑物的分類系統(tǒng)。

(二)制定易損性分析需要考慮的建筑物和其他設施易損性清單，包括建筑物設施的地理位置、抗震類型、經(jīng)濟價值、用途類型等。

(三)對清單中的每一項，建立地震災害損失率與地面震動強度之間的關系，如平均損失曲線，損失率用可比價值的百分率表示。三、地震災害損失的等級劃分經(jīng)濟損失／元人e107d108c109b1010a無上限員傷亡

E1~9人E.eD10~99人D.dC100~999人C.cB1000~9999人B.bA≥10000人A.a

第六節(jié)減輕地震災害的對策

一、國際減輕地震災害的對策(一)加強地震災害基礎性研究工作

1.收集整理出版地震史料

2.注重地震災害的監(jiān)測預報

3.開展地震危險性評估

4.加強地震工程學研究

(二)建立和完善地震災害防抗體制(三)提高地震防災能力和防災水平(四)頒布實施防御震害的法律二、中國減輕地震災害的對策

(一)監(jiān)測預報(二)抗災(三)預防(四)