地球科学概论课件：地震与地球内部构造

地震与地球的内部构造地震地震是大地的振动，是一种自然现象，属于内动力地质作用。地震学（Seismology）一词源于希腊文Seismos，即地震（earth-quake）之意。地震学属地球科学的分支学科，专门研究地震及其相关现象，并进行地震预报研究工作。1201年7月，发生在地中海东部的地震约造成110万人死亡，伤亡主要发生在埃及和叙利亚。当代死亡人数最多的地震是1976年7月28日中国东部的唐山大地震，官方公布的死亡人数是24.2万人。1960年5月21日，智利中部发生8.5级强烈地震。甚至有人说，地震震级远不是8.5级，而是高达9.5级，这是本世纪以来世界上发生的最大一次地震。巨大地震能不但使6座火山再次喷发，而且又形成了3座新火山。地震April,18,1906,atalmostprecisely5:12a.m.,localtime旧金山大地震(Ms=7.8)死亡：3000~60000人旧金山大地震照片旧金山大地震照片TheAgassizstatue,StanfordUniversity,California.April1906TheGreatArchatStanfordUniversity,California.April19061989年10月17日，旧金山，Ms=6.9死亡：270人Thenandnow.海原大地震（Ms=8.5)1920年12月16日晚上8:06

TibetanPlateau

1976年7月28日凌晨3:42，发生在唐山市的大地震是世界地震史上最悲惨的一页，唐山地震造成24.4万人死亡，16万人重伤，全市96％的房屋建筑倒塌，经济损失超过100亿元人民币。唐山是中国华北的一座工业城市，人口600多万。大地震时大地剧烈地颤动，连160千米之外的首都北京的建筑物也都晃动起来。这是中国近30年来危害最大的一场地震。唐山地震(Ms=7.8）被毁的城市塘沽新河造船厂车间墙倒顶塌

铁路的变形扭曲的烟囱京山线唐山火车站TheHotelofTangshanCommerceBureauwasdamaged.大同地震汶川大地震（Ms=8.0）汶川大地震（Ms=8.0）2008年5月12日下午2:28<1分钟估计：≈90,000人遇难

10,000,000人受灾

2,000亿财产损失。群害之首汶川地震参数中国地震台网（CENC）数据：Time:2008-05-12,14:28:04.0Location:31.0°N,103.433°E(四川汶川县)Ms=7.8Dept=33km美国地质调查局（USGS）数据：Time:2008-05-12,14:28:01Location:30.989°N,103.329°EMs=7.9Dept=19km国家地震局：2008-5-18:改为8.0级。7.8级地震相当于20,000颗长崎原子弹同时爆炸；7.9级地震相当于33,700颗长崎原子弹同时爆炸。8.0级地震接近于40,000颗长崎原子弹同时爆炸。计算方法：一颗长崎原子弹的能量＝21kiloton；

7.9级地震＝600megatons

1megaton=1000kiloton换算：600×1000/21＝28571

映秀中学2008.07.20-映秀中学汶川地震余震造成的茂县山体滑坡汶川地震形成了33座堰塞湖都江堰水利工程印尼大地震与海啸（Ms=9.0）December,26(07:58:53localtime),2004.Sumatra,IndonesiaKillingmorethan225,000peopleinelevencountries

影响范围基于地震学模型的模拟海啸波传播（国家海洋环境预报中心）模型模拟的海啸到达时间：印度尼西亚班达亚齐13分钟斯里兰卡1hour45minutes

印度2hours30minutes

泰国2hours15minutes

马尔代夫3hours10minutes地震测量东汉阳嘉元年(公元132年)侯风地动仪（张衡地震仪）Gray-Milneseismograph18851000多年后地震仪Seismograph地震仪地震记录仪中国地震台网一、地震波(Seismicwave)1.体波（Bodywave）：在弹性体内传播的波。地震波①纵波（P波,PrimaryPulse,PushWaves）②横波（S波，SecondaryPulse，ShearWaves）①纵波（P波,PrimaryPulse,PushWaves） 弹性体内质点的振动方向与波的前进方向平行，当波传播时，物体发生膨胀与收缩。比喻为蠕虫地壳中：5~7km／s②横波（S波，SecondaryPulse，ShearWaves）弹性体内质点的振动方向与波的前进方向垂直，当波传播时，物体发生剪切变形。比喻为蚕虫

地壳中：3.2~4.0km／s液体不传播S波。地震仪所记录到的旧金山大地震tp-ts越大，距震源的距离就越大确定震中距的办法震中位置的确定2006,日本监测到朝鲜核试验地震波示意图根据地震台监测，朝鲜境内发生3.58－3.7级地震，地点在平壤385公里的咸镜北道花台郡地区。这是自1998年以来全球进行的首次核试验震中位置2.面波（L，Longoscillations）（surfacewaves）

当纵波和横波遇到某种介面时，可以激发出沿该界面传播的波，这种波称为面波。面波的质点振动幅度随深度的增加而呈指数衰减。①瑞利波（R）（Rayleighwaves）

波的传播是质点在波的传播方向和地表面法向组成的平面内作椭圆运动，与该平面垂直的水平方向没有振动，似在地面上滚动。②勒夫波（L）（Lovewaves)

传播时质点与传播方向相垂直的水平方向运动，即呈地面水平运动或者在地面上呈蛇形运动。

面波的波长长，振幅大，传播慢，对地面建筑物破坏大。地壳中：～3.0km／s纵波横波瑞利波勒夫波ABCD请给出答案面波有关地震的术语和概念1.震源（震源区）seismicfocus最初引起弹性波向外扩散的地下能量释放源。大地震的震源区可达几十～几百公里。当距离较远时，可以把震源看成一个点，如距离较近时，有时也可以把震源等效为一个点。2.震中epicenter震源在地面上的垂直投影震源与震中浅源（0-70km)中源（70-300km)深源（300-700km）3.震源深度（focusdepth）：震源和震中的距离。目前有记录的最深震源达720公里4.震中距(Δ)

地震台到震中的水平距离震中距在100公里以内的称为地方震；在1000公里以内称为近震；大于1000公里称为远震5.震源距（d） 震源到地震台的距离地震概况Δdh地震的强度地震烈度(intensity)：Mercall（意）根据建筑物破坏程度将其分成12个等级，即12度地震烈度.我国采用了这一分类法,并根据我国情况建立了12度地震烈度表(P.79).等震线：地表烈度相等的点的连线烈度名称加速度(cm/s2）地震系数表

（K）中国地震烈度鉴定标准表Ⅰ无震感＜0.25＜1/4000人不能感觉，只有仪器可以记录Ⅱ微震0.26～0.51/4000

～

1/2000少数在休息中极宁静的人感觉，住在楼上者更容易Ⅲ轻震0.6～1.01/2000

～

1/1000少数人感觉地动（如有轻车从旁经过），不能立即断定是地震。震动来自的方向或继续时间，有时约略可定。Ⅳ弱震1.1～2.51/1000

～

1/400少数在室外的人和极大多数在室内的人都感觉。家具等物有些摇动，盘碗及窗户玻璃震动有声，屋梁天花板等格格有声，个别情形惊醒了睡着的人。Ⅴ次强震2.6～5.01/400

～

1/200差不多人人感觉，树木摇晃，如有风吹动，房屋及室内物件全部震动，并格格地响，悬吊物如帘子、灯笼、电灯等来回摆动，挂钟停摆或乱打，器皿中的水满的溅出一些，窗户玻璃现出裂纹，睡的人被惊醒，有些惊逃户外Ⅵ强震5.1～10.01/200

～

1/100人人感觉，大都惊骇跑到户外，缸里的水激动地荡漾，墙上挂图，架上的书都会落下来，碗谍器皿打碎，家具移动位置或翻倒，墙上的灰泥发生裂缝。坚固的庙堂房屋亦不免有些地方掉落了些泥灰，不好的房屋受相当损伤，但还是轻的Ⅶ损坏震10.1～25.01/100

～

1/40室内陈设物品和家具损伤甚大，池塘里腾起波浪并拥出浊泥，河岸砂砾处有些崩滑，井泉水位改变，房屋有裂缝，灰泥及塑雕装饰大量脱落，烟囱破裂，骨架建筑的隔墙亦有损伤，不好的房屋严重损伤Ⅷ破坏震25.1～501/40

～

1/20树木发生摇摆有时催折，重的家具物件移动很远或抛翻，纪念碑或人象从座上扭转或倒下。建筑较坚固的房屋，如庙宇亦被损坏，墙壁间起了缝或部分裂坏，骨架建筑隔墙倾聪，塔或工厂烟囱倒塌，建筑特别好的烟窗项部亦遭破坏。陡坡或潮湿的地方发生小小裂缝，有些地方涌出泥水Ⅸ毁灭震50.1～1001/20

～

1/10坚固的建筑，如庙宇等损伤颇重，一般砖砌房屋严重破坏，有相当数量的倒塌，而致不能再住。骨架建筑根基移动，骨架歪斜，地上裂缝颇多Ⅹ大毁

灭震100.1～2501/10

～

1/4大的庙宇，大的砖墙及骨架建筑连基础遭受破坏，坚固的砖墙发生危险的裂缝，河堤、坝、桥梁。城垣均严重损伤，个别的被破坏，钢轨亦挠曲。地下输送管破坏，马路及柏油街道起了裂缝和皱纹，松散软湿之地开裂相当宽及深的长沟，且有局部崩滑，崖顶岩石有部分崩落。水边惊涛拍岸Ⅺ灾震250.1～5001/4

～

1/2砖砌建筑全部坍渴，大的庙宇与骨架建筑亦只部分保存。坚固的大桥破坏。桥桩崩裂，钢梁弯曲（弹性大的木桥损坏较轻），城墙开裂崩坏。路基堤坝断开，错离很远。钢轨弯曲且凸起。地下输送线完全破坏，不能使用。地面开裂甚大，沟道纵横错乱，到处上滑山崩，地下水夹泥砂．从地下涌出Ⅻ大灾震500.1～1000＞1/2一切人工建筑物无不毁坏，物件抛掷空中。山川风景变异，范围广大。河流堵塞，造成瀑布，湖底升高，地崩山催，水道改变等烈度3度：

静止的人感觉有震动烈度4－5度：大多数人能感觉到震动少数人梦中惊醒、门窗、器皿轻微作响烈度6度一般民房少数损坏，桌上器皿倒下烈度9－10度(>7级地震)房屋倾倒，桥梁断裂，地表裂缝地震的强度：震级震级(magnitude)：衡量地震绝对强度的级别.由地震释放能量的大小所决定，一次地震只有一个震级.

里氏震级：Richter(1935年)，CaliforniaInstituteofTechnology的RicherCF以智利8.9级地震释放的能量为依据，依次确定出震级与能量的关系（P.78）第三节地震的强度震级确定：

Richter的研究论文《用仪器测定地震的震级》中对震级的定义是：以微米为单位测出离震中100km处，由标准地震仪记录的最大振幅，并以它的常用对数来表示。震幅单位为μm.如最大震幅为10mm=10000μm，其对数值为4，震级即4.ML=lgA地震与烈度的关系 震级 烈度 一个 多个 精确 非精确 仪器测定 现场调查一次地震只有一个震级，但它所造成的破坏，在不同的地区是不同的。也就是说，一次地震，可以划分出好几个烈度不同的地区。震级小=烈度小？

摩洛哥阿加迪市1960.2.29发生的地震仅5.8级，但震源浅,破坏力大，烈度达到9-10，造成Saada四层以上旅馆全部倒塌。

如日本海沟深源地震,地表烈度就小.烈度小=震级小？坚硬的岩石振幅小，频率快松软的岩石（土壤）振幅大，频率慢后者的破坏大第三节地震成因1.构造地震由地质构造活动引发的地震叫构造地震（占地震总数90%以上）

构造地震是地壳的构造运动使岩层变形，当所产生的应力达到岩层的极限强度时，地壳发生断裂．在变形过程中积累的大量势能顷刻释放出来，并以震波的形式传至地表。特点：震动强烈，传布范围较广。①震前为弹性变形，积累应变能。②地震为破裂变形，瞬间释放积累的应变能。③两盘颤动和摩擦，发出地震波。弹性回跳理论（Elasticreboundtheory）2.火山地震（7%） 当岩浆连同炽热的气体从火山口喷出时引起的地震。多发生在日本、意大利和印尼等国，能量不大，次数不多3.陷落地震（3%） 由地下岩溶塌陷或滑坡等冲击作用引起的地面震动，亦称冲击地震。影响范围很少超过几平方千米地震成因1.水库诱发地震2.注水诱发地震4.诱发地震（极少）

由于人为因素破坏了地层稳定性所引起的构造运动第四节地震的时空分布1.地震的空间分布特征1.环太平洋带2地中海-印尼带3.洋脊带第四节地震的分布1.地震的空间分布特征中国是个多地震的国家中国位于世界两大地震带之间: -环太平洋地震带

-地中海-印尼地震带 受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。 本世纪以来，中国共发生6级以上地震近800次，遍布除贵州、浙江两省和香港特别行政区以外所有的省、自治区、直辖市。地震的时间分布第五节地震预报与预防地震预报与天气预报地震预报的三要素：时间、地点、震级。依据时间的不同，分为：长期预报（几十年～上百年），中期预报（几年），短期预报（几个月），临震预报（几天～几个小时）。地震预报方法：地震地质调查，活动断层研究。控制地震的设想。地震预报。成功预报地震实例：

我国对1975年2月4日辽宁海城的7.3级地震做出了预报，这次预报是国际上唯一一次没有争议、具有科学意义和社会效益的成功预报，社会公众采取了有效的应急措施，最大程度地减轻了人员伤亡和财产损失。地震与断层关系、地震的周期及地震迁移第六节地球的内部构造地球的平均密度5.516g/cm3这些岩石（沉积岩）的密度是多少？石灰岩页岩和粘土岩测得密度为2.6g/cm3沉积岩测得密度为2.6g/cm3这些地表出露的岩浆岩密度有多大？地球的平均密度5.516g/cm3花岗岩的密度为2.85g/cm3请选择：A

地球的密度离地表越深密度越大，是均匀渐变的。

B

地球物质的密度不是均匀渐变的，在几个深度界面上发生突变。

C

地球平均密度的算法存在误差若要了解地球深部的情况，如何实现？A挖井（矿井）B钻探C在地表寻找古人的钻井设备最深的矿井：4000-5000m南非矿井KimberleyisfamousfortheBigHole,whichisoftencalledtheworldsdeepestmanmadehole.Kimberleyistheplacewherediamondsarefound.AndtheBigHoleisahugepit,almostcircularand215mdeep,rightinthemiddleofthetown.钻探大陆和海洋石油钻探中国的大陆钻探计划中国的大洋钻探计划最深的钻探纪录：12500米1979.7,俄罗斯，Kola（科拉半岛）Superdeepdrilling.最深的钻探纪录大陆科学钻探大陆科学钻探计划1996年2月中国正式成为ICDP大陆科学钻探计划三个发起国之一，另外两个发起国分别为德国和美国。2001年8月2日，中国大陆科学钻探工程正式启动。

目前在世界上的主要大陆造山带中都已经发现了超高压变质岩。位于我国中部，西起阿尔金，经祁连、秦岭、大别、东到苏鲁地区的4000公里的“中国中央高压超高压变质带”是世界之最，为各国地质学家所瞩目。从2001年到2005年，纯结晶岩地层完成了5100米的钻进目标。大洋钻探计划（ODP）既然钻探工程只能达到10几公里的深度，根据什么划分地球的内部圈层？A纯属推论B根据地表的岩浆岩C根据陨石的成分D根据地震波波速变化----地震探测Seismicmeasurement释放地震接收地震波反射的地震波能够被地表探测器“捕获”地震波的传播ρ1ρ2ρ3ρ4ρ5ρ1<ρ2<ρ3<ρ4<ρ5从地表－33公里深处，横波＝约4km／秒，纵波＝8km/秒。从33公里－2900公里深处，横波>7km/秒，纵波>13km/秒。从2900公里－5000公里深处，横波完全消失，纵波传播速度突然下降到每秒8～10公里左右。地震波在地球内部的传播速度二、地球内部地震波速度突变的主要界面地壳：固态，密度2.69-2.90地震波不连续面－－莫霍面－－平均33公里地幔：固态，含软流圈，密度3.37-5.55地震波不连续面－－古登堡面－－2885公里地核:外核液态，内核固态，密度9.9-13.09低速带（位于上地幔）：100－350km，软流圈二、地球内部圈层的物质成分地壳（地表-Moho）P波波速：6-7km/s厚度：5-70km,平均厚度33km密度：2.6～2.9g/cm3物质：固态岩石－沉积岩、岩浆岩、变质岩花岗质岩石为主大陆地壳和大洋地壳的区别Ocean(singlecrust)Continent(doublecrust)上地壳（硅铝层）下地壳（硅镁层）中酸性基性

大陆地壳大洋地壳

厚度大薄双层单层

O,Si,Al,KO,Si,Mg,Fe

年代老新不同类型火山的来源？基性火山中、酸性火山Ocean(singlecrust)Continent(doublecrust)上地壳（硅铝层）下地壳（硅镁层）中酸性基性E上地幔 密度：3.5g/cm3

（接近陨石） 物质：固态岩石－超基性岩 橄榄岩55％＋辉石35％＋石榴子石10％混合

近似等于上地幔波速软流圈

深度100－350km，地震波速降低温度：700－1300度