地震概论地震参数及地震序列

地震概论地震参数及地震序列第1页，共59页，2023年，2月20日，星期四5.1地震基本参数

5.1.1发震时刻、震源位置参数的测定

5.1.2地震震级

5.1.3地震震级与烈度的区别与联系5.2地震能量

5.2.1能量的积累和释放

5.2.2震级和能量的关系5.3地震序列

5.3.1地震活动期间地震序列的结构

5.3.2余震预测第五章地震参数及地震序列第2页，共59页，2023年，2月20日，星期四发震时刻经/纬度和深度震级强空时5.1地震基本参数第3页，共59页，2023年，2月20日，星期四“据中国地震台网测定，北京时间2008-05-1214:28在四川汶川县(北纬31.0，东经103.4)发生8.0级地震。”AHereBHereCHere第4页，共59页，2023年，2月20日，星期四数学-追及问题第5页，共59页，2023年，2月20日，星期四题：已知甲乙两人由同一地点出发，去往终点，甲骑自行车，速度恒定为10km/h；乙步行出发，速度恒定为5km/h。甲与上午10点到达终点处，乙与下午1点到达终点处。请问：1）甲乙的出发点距离终点的距离是多少？2）甲乙的出发时间是什么时刻？3）甲/乙到各地的时间曲线？？村终点100Km90Km80Km70Km60Km50Km30km上午7:00第6页，共59页，2023年，2月20日，星期四

一般以发震时刻、震中地理位置（即经度和纬度、震源深度，以及地震大小（即震级）这五项作为地震基本参数。发震时刻:H震中位置:经度λ，纬度震源深度:h地震大小:M(震级)第7页，共59页，2023年，2月20日，星期四

微观地震研究，主要在于了解地震及其活动性。早期在地震发生后，人们被其破坏力和强烈震动所吸引，赴现场调查，从地震现场表现出的宏观现象分析了解地震的发生时刻、地点和强度等具体情况，以定地震参数，这就是一种宏观地震研究。图4.2唐山地震遗址第8页，共59页，2023年，2月20日，星期四地震仪的基本工作原理（三分量）第9页，共59页，2023年，2月20日，星期四观测点接收到地震波第10页，共59页，2023年，2月20日，星期四t：震相到时，例如tp是P波初动的到时，ts是S波初动的到时等，一般算至秒。A：震相振幅，一般化成地动位移，以千分之一毫米(µ)计算。因为它是矢量，有方向性，须附脚标加以说明，有：垂直向(Z)，分为向上(c或u，向下（d）水平向(H)，分为向东(E)，向西(W)，向南(S)，向北（N）；并以（c）、(E)、(N)为正(+)向，以（d）、(W)、(S)为负（一)向。地震学有关震相特征的规定说明：第11页，共59页，2023年，2月20日，星期四α：观测点指向震中的方位角，可用P波初动的水平位移分向测定，即AE:AN=tanα。

△：震中距离以度数或千米计。T:震相周期，以秒计算。

第12页，共59页，2023年，2月20日，星期四震源的求法（近震的时空参数）1、发震时刻、震源位置参数的测定第13页，共59页，2023年，2月20日，星期四地震记录波形图P波S波

根据观测到的地震波资料可以获得：各种震相的到时…P波到时S波到时地震波传播示意图第14页，共59页，2023年，2月20日，星期四P波走时S波走时P/S波到时差发震时刻的测定

由tp/s到时得P和S到时差P/S走时即：tp/s走时

由P/S波到时减去走时即得到发震时刻。T发震时刻=tp/s到时-tp/s走时P、S波走时曲线图第15页，共59页，2023年，2月20日，星期四震中位置的测定---交切法测定震中位置及计算实例

1975年8月1日在加州的东北部奥罗维尔附近发生了5.7级地震。这次地震的P波和S波到达BKS、JAS和MIN台站时间见下表：P波、S波到达台站时间表台站名P波S波时分秒时分秒BKS154604.5154625.5JAS154607.6154628.0MIN154554.2154607.1P波到时15:46:04.5S波到时15:46:25.5第16页，共59页，2023年，2月20日，星期四PS波到时差震中距台站S-P/s震中距离/kmBKSJASMIN19021.020.418812.9105P、S波走时曲线图第17页，共59页，2023年，2月20日，星期四以加州的3个地震台BKS、JAS和MZN为中心的弧相交于震中附近——奥拉维尔大坝细线是一些主要断层的地表位置第18页，共59页，2023年，2月20日，星期四

科学家们和公众询问地震的一个基本问题就是它的大小。因此，地震学家们发明了许多简单的方法从地震记录上确定地震的大小。地震台站所用衡量地震大小的最普通单位是地震震级。在1935年查尔斯·里克特（CharlesRicer）在加州理工学院发明了类似的方法测量地震大小，和达也曾经用类似与确定恒星的大小的方法确定日本地震的大小。里克特提出按照地震仪器记录到的地震波的振幅将地震分级。2、地震震级第19页，共59页，2023年，2月20日，星期四查尔斯·里克特（1900～1985年）——里氏震级发明者

第20页，共59页，2023年，2月20日，星期四里氏震级系统

近震震级标度ML

面波震级标度MS

体波震级标度mB和mb

第21页，共59页，2023年，2月20日，星期四近震震级标度ML李克特（C.F.Richter）于1935年通过美国南加利福尼亚地区地震研究，使用的仪器是伍德—安德森标准地震仪进行记录（周期0.8s，阻尼0.8，放大倍数为2800倍）

ML=logA-logA0

=logA/A0第22页，共59页，2023年，2月20日，星期四零级地震的规定

伍德—安德森标准地震仪在震中距等于100km处,如果记录的两水平分向最大振幅的算术平均值是1μm，那么此次地震的震级为零级。第23页，共59页，2023年，2月20日，星期四李克特定义当Amax/A0=1时,M=0当Amax/A0=10,102,103,时,M为1、2、3地震规定：A0=为伍-安氏扭摆仪在离震中100公里处的记录振幅等于千分之一厘米。以此为基点。第24页，共59页，2023年，2月20日，星期四里氏震级M是最大地震波振幅以10为底的对数.一般振幅随距离增大而减小,里克特选择距震中距100千米的距离为标准.对一个100千米外的地震,如果伍德-安德森地震仪记录到1厘米的峰值波振幅(即1‰毫米的10()倍),则地震震级是()44第25页，共59页，2023年，2月20日，星期四地震震级确定距离/千米s-P/秒震级振幅/毫米用一张特殊的标度图，计算一个地震的ML的过程是很简单的：（1）用S波与P波到达的时间差，计算出距震源的距离（S-P＝24秒）；（2）在地震图上测量出波运动的最大振幅（23毫米）；（3）在下图左边选取适当的距离（左边）点，在右边选取适当的振幅点，两点联一直线，从它与中央震级标度线相交点可读出ML=5.0。第26页，共59页，2023年，2月20日，星期四问题:1、地震仪没有正好放在震中100千米地方，怎么确定震级？2、不是用伍德-安德森地震仪，怎么确定震级？第27页，共59页，2023年，2月20日，星期四我国使用的ML公式

ML=logA+R（△）+S（△）

R（△）是量规函数，它的物理意义是补偿地震波随距离的衰减

S（△）为台站校正值，对于不同的台站和不同的仪器，其值不同，规定以北京白家疃地震台的基式地震记录为ML的标准，即S=0，其它地震台站和仪器要另求S值。

第28页，共59页，2023年，2月20日，星期四量规函数logA0是震中距的特殊函数，写成R（Δ）量规函数第29页，共59页，2023年，2月20日，星期四2001年11月14日昆仑山口西地震的震级

序号发震时刻震中位置震源深度/km定位台站数震级MS计算震级台站数测定机构（UTC）时分秒纬度/（oN）经度/(oE)

109261336.290.9

258.125APCEA209260935.990.511628.234IGCEA309261035.990.5104918.0108NEIC第30页，共59页，2023年，2月20日，星期四首先，震级和烈度的含义不同。

震级是衡量地震本身释放能量大小的级别。地震释放的能量越大，震级就越大。一次地震只有一个震级。烈度是指某地区受地震影响的强弱或破坏程度。破坏越严重，烈度就越大。区别3、地震震级与烈度的区别和联系第31页，共59页，2023年，2月20日，星期四震级和烈度的区别和联系其次，确定震级和烈度大小的依据不同。

震级是根据地震台站的仪器记录，按一定公式推算得出。地震烈度的大小，是根据地震发生时人的感觉及室内摆设的动摇情况，以及房屋和其他建筑物的破坏轻重程度，还有地面破坏现象等来确定。区别第32页，共59页，2023年，2月20日，星期四震级和烈度的区别和联系

地震震级与地震烈度有一定联系。烈度大小与地震震级大小、离震中的远近、震源深浅、当地的地质构造、场地条件等因素有关。总的说来，地震震级越大，烈度越大；距震中越近，震源越浅、烈度也就越大。联系第33页，共59页，2023年，2月20日，星期四参数修订第34页，共59页，2023年，2月20日，星期四第35页，共59页，2023年，2月20日，星期四第36页，共59页，2023年，2月20日，星期四第37页，共59页，2023年，2月20日，星期四5.2地震能量

地震能量是储存在地球岩石内，是应变能，地震时由岩石破裂而突然释放出来。根据突然破裂而产生的地震波能量的测量，估计全世界每年由地震释放的能量在1025尔格到1026尔格之间。岩石破裂后未必将所积蓄的应变能全都释放出来，而所释放的能量有多少转化成地震波的能量传播出去，也没有固定的比例。第38页，共59页，2023年，2月20日，星期四

岩石释放能量与地震波的能量之间的比例（比例在0~1/2之间），与应变能释放的快慢有关系。若释放得极慢，可全部变成其他形式的能量(如热能)而不产生地震波。若释放得极快，则最多只有一半的应变能化作地震波的形式传播出去。岩石总应变能是不易估计的，但地震波能量可以用振幅的平方去估算。普通所说的“地震能量”是指地震波能量而言，它比实际地震释放出的能量可能要小二三个数量级。第39页，共59页，2023年，2月20日，星期四第40页，共59页，2023年，2月20日，星期四

一个8.5级地震通过地震波释放出来的能量，大约相当二滩电站连续发电近6年的发电量总和。

1995年1月17日日本阪神大地震的震级为7.2级，释放的地震波能量相当于1000颗二次大战时投向日本广岛的原子弹。汶川地震释放的能量相当于5600颗广岛原子弹爆炸。一般认为，迄今为止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。第41页，共59页，2023年，2月20日，星期四

地震之前，震源处有应变，我们假定震前震源处的应变能为E1，由于发生了地震减少到E2。E=E1-E2就是被地震所释放的应变能。1、能量的积累和释放

岩石中的应变能转变为：地震波能量（有时海啸能量）形成断层面的能量位能（地壳发生垂直运动的势能）第42页，共59页，2023年，2月20日，星期四里克特（1935）曾以下式作为和（单位：erg，尔格）的关系以后，古登堡和里克特曾接连更改这类公式的系数，终于得出除此之外，就两者的关系还有许多研究。大体都采用2、震级和能量的关系

第43页，共59页，2023年，2月20日，星期四表4.3M和之间的关系M（尔格）M（尔格）-26.3×10852.0×1019-12.0×101066.3×102006.3×101172.0×102212.0×10137.51.1×102326.3×101486.3×1023342.0×10166.3×10178.53.6×1024注：由公式计算得。第44页，共59页，2023年，2月20日，星期四8级地震将会释放4200000000000000000（4.2乘以10的十八次方）焦耳的能量，这相当于十亿吨TNT炸药爆炸的能量。按照到目前为止人类投入战争的最大当量的长崎原子弹来计算的话，相当于同时爆炸了47600颗以上。

假定第1级地震所释放的能量为1，第2级应为31.62，第3级应为1000，依此类推，第7级为10亿，第8级为316.2亿，第9级则为10000亿。第45页，共59页，2023年，2月20日，星期四

在核爆炸地震学中，通常用与TNT炸药等价的千吨（kt）或百万吨（Mt）来表示核爆炸所释放的能量。1ktTNT=4.2×1012J，或者说，一次1百万吨（1Mt）级的核爆炸所释放的能量为4.2×1015J。一次5Mt级的核爆炸（如1971年阿拉斯加（Alaska）阿姆契特加（Amchitka）的核爆炸），其能量为2.1×1016J，相当于一次MS=7.7级地震。1906年旧金山大地震的地震波能量约为3×1016J，这个能量相当于一次7.1Mt的核爆炸，远远大于1945年投在广岛的原子弹（0.012Mt，相当于MS=6.1级地震）。迄今记录到的最大地震是1960年智利大地震，其地震波能量约为1019J，相当于一次2400Mt的核爆炸。

第46页，共59页，2023年，2月20日，星期四第47页，共59页，2023年，2月20日，星期四5.3地震序列第48页，共59页，2023年，2月20日，星期四第49页，共59页，2023年，2月20日，星期四2009年4月6日22时22分，安徽省合肥市肥东县粱园镇境内发生3.5级地震，震中区震感强烈，合肥地区普遍有感，未造成人员伤亡和其他灾情。虽然只是一次3.5级的小地震，但谣言四起，引起人们群众的普遍不安和惊慌。地震发生从时间上和空间上的分布来看，都是不均匀的。每个地震活动区都是有各自的时、空分布特征，表明其地震活动性。第50页，共59页，2023年，2月20日，星期四

在一次地震活动期间，发生地震的数目很多，其中震级最大的地震称为主震。主震发生之前通常有不少小地震发生，这些小地震就组成了前震序列。主震之后，会有大量的地震发生，这些地震就组成了余震序列。人们将前震、主震、余震，视为一次地震活动，称为地震序列。1、地震活动期间地震序列的结构

第51页，共59页，2023年，2月20日，星期四余震余震次数特别多，并带来与主震发生的有关重要信息，所以大地震发生后要对余震进行精密的现场观测。唐山地震序列区的小震（圆圈）分布摘自万永革等（2008）第52页，共59页，2023年，2月20日，星期四

余震的数目比较多，持续时间也比较长，形成有规则的序列。一般的认为：由于地壳不是完全的弹性体，主震不能将前此积蓄的大量弹性应变能一下释放完全，其剩余部分就在弹性应变的恢复、调整平衡的过程中陆续以余震的形式释放，故余震，在某种意义上可说是主震的继续。持续的时间常常是长短不一，又因地壳岩石的组成不均匀，大破裂的周围必然有各式各样的尚未稳定的伤痕，继续破裂，渐渐趋于平稳，因此，余震震中的分布，震级的大小，次数的多少等情况很复杂。余震活动的形式，受震源区地质构造的影响，有一定地区性的差异，正常情况的总趋势是初期很强烈，急剧下降而逐渐衰减。第53页，共59页，2023年，2月20日，星期四地震序列分类（1）主震型—主震的震级高，很突出，主震释放的能量（RE）占全地震序列所释放的总能量在99.9%＞RE≥90%，又分为“主震—余震型”和“前震—主震—余震型”两类；主震型的最大特点是主震震级突出，主震和最大前震、最大余震的震级相差显著，有时也连发的，即震级相近的大地震接连发生几次。有时也用序列中两次最大震级地震间的震级差（⊿M）在0.6~2.4之间作为判断标准。值得注意的是前震(foreshock)与主震之间常有一段活动间歇的时间，往往这段时