8第八章-地震学基础-地震烈度1.ppt

1、第八章 宏观地震学第一节、地震烈度,地震烈度是地震引起的地震动及其对人、人工结构、自然环境影响的强弱程度，也间接反映了地震动本身的强烈程度。,烈度的不同定义,河角广：人体感觉到的某个地点的 地震强度 李善邦：某个地点受地震动影响表 现出的强弱程度 里克特：就某一地点的震动而言 麦德维杰夫：某一地点的地面震动 斯坦伯鲁格：地震影响的随意尺度 纽马克等：地方性的地震破坏度量,一次地震只有一个量度地震释放能量大小的震级，但一次地震的不同地点有不同的烈度值。地震烈度受震级、距离、震源深度、地质构造、场地条件等多种因素的影响；一般情况下，震源附近的震中地区烈度最高，称为震中烈度；距震源越远烈度越低。震中

2、烈度随震级增加而增大，震级相同时则震源深度越浅震中烈度越高。烈度只取整数值。,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。,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。,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。

3、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。,地震烈度表,烈度表是说明地震烈度的等级划分、评定方法与评定标志的技术标准。烈度表规定了地震烈度划分的等级、描述了对应不同烈度的地震影响和破坏现象，提供了评定烈度的基本方法。 历史上的烈度表曾将烈度划分为8-12档次，现以12度的烈度划分为主。 烈度表将评定烈度的依据归并为四类：人的感觉和反应；器物反应；房屋等结构破坏和地表破坏。度以人的感觉为主；度以房屋震害为主；、度以地表现象为主。,中国地震烈度表(1980),度 无感 度 室内个别静止的人有感 度 室内少数静止的人有感，门、窗轻微作响， 悬挂物微动 度 室内多数人有感，

4、室外少数人有感，少数人 惊醒；门、窗作响悬挂物明显摆动，器皿作 响 度 室内人普遍有感，室外多数人有感，多数人惊 醒；门窗、屋顶、屋架颤动作响，灰土掉落， 抹灰出现微细裂缝不稳的器物倾倒,度 人惊慌失措，仓皇出逃；个别房屋砖瓦掉落，墙体微 细裂缝，有的砖烟囱裂缝掉头；河岸和松散土出现裂 缝，饱和砂层出现喷砂冒水。 度 大多数人仓皇出逃；建筑轻度破坏（局部破坏开裂） 但不妨碍使用，大多数砖烟囱中等破坏；河岸出现塌 方，饱和砂层常见喷砂冒水；松散土上地裂缝较多。 度 人摇晃颠簸，行走困难；建筑中等破坏，需要修理， 大多数 砖烟囱严重破坏；干硬土上亦有裂缝， 度 人坐立不稳，行动的人可能摔跤；建筑严

5、重破坏（墙 体龟裂，局部倒塌），修复困难，砖烟囱出现倒塌； 干硬土上有许多裂缝。基岩可能出现裂缝，滑坡塌方 常见。 度 骑自行车的人会摔倒，处于不稳状态的人会摔处几尺 远，有抛起感；建筑大部倒塌，不堪修复，基岩上的 拱桥破坏，大多数砖烟囱从根部破坏或倒塌；山崩和 地震断裂出现。,度 建筑毁灭，基岩上拱桥毁坏；地 震断裂延续很长，山崩常见。 度 地面剧烈变化，山河改观 注： 一般房屋包括用木构架和土、石、砖墙构造的旧式房屋和单层或多 层的新式砖房。对于质量特别差的和特别好房屋，可根据具体情况，对表列各烈度的震害程度和震害指数予以提高或降低。 使用本表时可根据地区具体情况作出临时的补充规定。 在农

6、村以自然村为单位，在城镇可以分区进行烈度的评定，但面积以1平方公里左右为宜。 烟囱指工业或取暖用的锅炉房烟囱。 表中数量词的说明：个别：10%以下；少数：10-50%；多数：50-70%；大多数：70-90%；普遍：90%以上。,常用烈度表的对应关系,地震烈度的宏观调查 宏观调查的方式大致有三种，即现场实地调查、通讯调查和航空摄影。,影响震灾大小的因素，主要来自地震本身和受震体二个方面。,（1）地震本身。由于形成震害的三要素是地震强度、频谱特性、持续时间，所以地震本身主要指以下几方面：震级、震中距离、震源深度、地震发生时间、地震类型等。,烈度的影响因素,（2）地震受体因素。主要包含天然环境因素

7、、人为环境因素和社会环境因素。,烈度的影响因素,天然环境因素：地理环境，地质环境，场地环境等； 人工环境：主要包括居民住宅，工业建筑，各类公共设施，生命线工程以及其他人工建筑物等； 社会环境：主要包括城市，农村，社会文明程度，人们的知识水平、抗灾意识、应变能力、科学管理水平，震区人口密度、经济发展程度等。,震级与烈度统计对应关系,(1)震中烈度和震级的关系 对于我国的破坏性地震，由于震源深度大致在10-20公里，经过统计发现震级M与震中烈度I0 满足下列关系： M=0.58 I0 +1.5,烈度的影响因素,详解,烈度的影响因素,(2)震源影响 震源对地震烈度的影响有两个方面：震中距及震源深度。

8、,震源距 对于一个给定的震级，地面震动随震源距离的增加会逐渐衰减。但是，这种衰减不是均匀的。人们发现不同地区之间地面震动随距离衰减变化很大（如图2.2），要受地壳岩石的影响。,一个矩震级为6.5的地震的地震动水平加速度从震源随距离增加的平均衰减,详解,烈度的影响因素,震源深度 对于给定地震震级，震源深度越深，震动就越弱。这一点可以通过井下加速计的记录反映出来，如下图所示，井下加速度计记录显示震动强度随深度增加而减弱。说明，对于给定震级的地震，震源深度越深，到达地面时能量越小，震动越弱。,井下加速度计记录显示震动强度随深度增加而减弱,详解,烈度的影响因素,(3)场地条件的影响 场地条件一般指局部

9、地质条件，如近地表几十米至几百米内的地基土壤、地下水位等工程地质情况、地形及断层破碎带等。国内外震害经验一致表明场地条件是震害或地震烈度的主要因素。,详解,A、场地土壤的影响 场地土壤对震害的影响在场地条件中占首要地位，几乎每次大地震都可以看到这种影响的事例。如果把场地土分为三类：坚硬的岩石、硬至中硬的土层、松散软弱的地基。这三类地基从抗震角度看至少有两点不同：一是它们的刚度不同；二是它们的动力强度不同，在地震波动作用下，基岩强度很高，一般不破坏；相反，松散软弱的地基则很容易产生地基失效。,1989年洛马普瑞特地震余震期间在基岩上和 人工填充地上监视台站记录到的两种地震图,填充地区将地震动放大

10、了8倍,1976年7月28日唐山7.8级地震的地震烈度分布图,天津,宁河,烈度的影响因素,B、地质构造对地震烈度的影响 1976年唐山地震中，宁河为区中的度异常区（上图），除了地基条件外，可能还与地质构造有关。宁河高烈度异常区在构造上位于黄骅凹陷内，第四纪沉积物较厚，断层比较发育，有北西向宁河、宝坻新构造断裂通过。,详解,C、局部地形的影响 国内外宏观震害表明，在孤立突出的小山包、小山梁上的房屋震害一般较重。,烈度的影响因素,（4）影响地震烈度的其他因素 方位对烈度的影响与传播路径有关，所谓方位影响指的是在断裂端部附近，等震线会出现偏于一侧或两侧的尖端形。 除了震源、传播路径和场地条件对烈度的

11、影响外，在强震现场还发现一些烈度异常区，可能由其他因素引起，被提到最多的地震波的辐射干涉。,详解,1906年旧金山、1971年圣费尔南多、18111812年 新马德里和1886年查理斯顿地震的等震线图,地震烈度的特点,在没有地震观测仪器和地震观测普遍开展之前，人们描述震害大小和地震动强弱，只能凭借宏观观察；烈度概念的建立之初，它就被赋予震害大小和地震动强弱的双重内涵。然而，地震动强弱仅是影响震害的因素之一，两者之间并不存在简单明确的物理关系，至少，在相同地震动作用下，抗震能力不同的房屋将产生不同程度的破坏，这一点即使是初期的烈度研究者也注意到了。烈度内涵的双重性决定了它不是一个严格科学的物理概

12、念、并具有以下特点。 模糊性 综合性 平均性 主观性,在描述不同破坏（影响）现象的数量时，使用个别、少数、多数、大多数、普遍等模糊词语。在描述房屋破坏程度时使用的微细裂缝、局部破坏、结构受损、墙体龟裂、局部倒塌，以及不妨碍使用、需要修理、修复困难和不堪修复等词语也不能以定量方法判断。,地震烈度评定原则上要综合考虑人的感觉、器物反应、建筑破坏和地面破坏等四类宏观现象。,由于烈度评定指标的不确定性，烈度一般不能由某种现象的一次出现进行判断，例如，不能凭借一栋房屋的破坏程度评定烈度而必须考虑一定地域范围内房屋群体的平均破坏状态。地域范围大小的界定在烈度表中并无严格规定，原则上农村以自然村为单位，城市

13、则应分区评定，面积以1平方公里为宜。,既然烈度评定以宏观观察为依据，烈度表大量使用模糊词语，则烈度评定很大程度上是一种经验行为，评定结果必然包括因评定者经验多寡和正误所引起的主观性。,地震烈度评定,地震烈度是按照地震烈度表评定的。烈度评定的基本方法是现场宏观考察；也可利用通信方法了解震害情况，作为评定烈度的辅助手段。烈度评定的最终结果是绘制地震的等震线图。,唐山地震等震线图,烈度异常区,当若干烈度异常点密集成区时，可勾画为烈度异常区。烈度异常区的勾画不能仅由个别烈度异常点决定，其范围应足够大、跨越一个或数个乡镇、甚或一个县。烈度异常现象往往是场地影响的结果，例如山间软土盆地、滨海软土区、古河道

14、、古湖沼泽地等场地的震害相对较重，形成高烈度异常区；而台地或大片坚硬场地则可能形成低烈度异常区。 如1976年中国唐山地震出现许多烈度异常区，包括宁河-汉沽（度高烈度异常区）、天津（度高烈度异常区）、玉田（度低烈度异常区）；1679年三河-平谷地震（8级）时，玉田地区也是较周围震害较轻的低烈度异常区。,汶川地震等震线图,震害指数法,采用房屋破坏程度的统计指标评定地震烈度的方法。震害指数是表示一座房屋破坏程度的数，取值范围为01，震害指数0.0表示房屋完好无损，震害指数1.0表示房屋毁坏；其间的数值表示不同的破坏程度。,取某类震害经验丰富的房屋w为基准，以各调查点该类房屋平均震害指数为横坐标，其

15、他类房屋的平均震害指数为纵坐标，用回归分析或目视拟合方法，得到图示的基准房屋与它类房屋震害指数的换算关系（如图中曲线），记第j类房屋与基准w类房屋震害指数的换算系数为 。若调查点（如自然村）所有被调查的房屋总间数为 ，则该点的平均震害指数为:,烈度 平均震害指数 00.1 0.110.3 0.310.5 0.510.7 0.710.9 0.911.0,表2.5 一般房屋震害程度调查表 调查点： 调查时间： 调查人：,烈度的应用,烈度应用已有百年历史，主要体现于以下各方面。 地震烈度直观简明地反映了地震影响及破坏的程度、范围和分布，是震后开展应急救灾的部署和行动的根据。 中国有数千年的历史地震记

16、载，绝大多数是对震害的宏观描述，这些描述可用来估计历史地震的烈度分布，进一步通过震中烈度与震级的经验关系，推测历史地震的震级，从而了解和研究各地的地震活动性，广泛用于地震活动性、地震危险性分析、地震长期预报和其他地震学相关的研究。,烈度的应用,烈度应用已有百年历史，主要体现于以下各方面。 根据等震线的长轴方向，可以判断发震断层的走向或断层破裂传播方向。通过烈度分布的形状和震中烈度区面积，可以推测震源深度，在历史地震和现代地震发震机制和地震动模拟研究中有着广泛应用。 我国长期以来缺乏足够的强地震动观测资料，在这种情况下，只能借助烈度衡量地震动强弱。,烈度物理指标,没有物理基础支持烈度与地震动参数

17、之间存在简单的确定性对应关系。 使用多个地震动参数并不能减小统计关系的离散程度。 对应某个烈度，任何地震动参数的观测数据都非常离散。 地震烈度和地震动参数的平均值有良好的线性相关性。,问题和发展趋势,近三十年来，世界范围内的烈度评定工作日趋减少，美国、日本、印度、伊朗、土耳其等国在发生破坏性地震后，均不再进行认真全面的宏观烈度评定，也不再关注烈度等震线图的绘制。 全面细致的烈度评定不仅需要大量时间和人力，而且面临经验不足的巨大困难，烈度评定指标的模糊性和综合性等往往造成评定结果的差异。烈度评定结果出现1度的差异十分正常，极端情况下，同一地点不同调查人员得出的烈度可差4度之多。 抗震建筑结构类型

18、多样、设防烈度不一、且不同版本抗震设计规范的设计要求也不断变化，这给全面、系统、可靠的震害经验的积累几乎造成了难以逾越的障碍。汶川地震震害考察未能证实2008年烈度表的适用性。本来模糊的评定指标进一步繁琐化使现场调查者难以掌握使用。,日本的烈度计和仪器烈度,日本在地震发生后迅速对各城市做出的烈度 (日本称震度) 速报，是烈度计自动得出的“仪器烈度”，并不是宏观烈度评定的结果。日本的烈度计是基于强震仪开发的现代仪器，可以根据实测的强地震动时间过程及其参数，由预定的软件自动计算烈度值。仪器烈度虽仍然保留了烈度这一名称，也具有可粗略了解地震影响的作用，但评定方法与烈度表有本质的区别，也并不追求其与传

19、统的宏观烈度的一致性。,阪神地震仪器烈度分布图,美国的震动图,震动图依据地震动参数自动绘制，是在震后几分钟内向科学家、企业家、政府、媒体和公众发布强地震动信息的一种方式。震动图一般包括仪器烈度分布图、地震动加速度峰值等值线图和地震动速度峰值等值线图。其中仪器烈度分布图中的仪器烈度是综合实测加速度峰值和速度峰值得出的，无需震害的宏观调查。加速度峰值和速度峰值等值线图主要是依据实测的未经修正的原始强地震动记录得出的；在缺乏观测台站的区域，地震动峰值可根据震级和震中由经验衰减关系估计。,汶川地震震动图,补充：基本烈度与地震危险性区划,1、基本烈度 2、中国地震烈度区划图 3、抗震设防烈度与防震减灾,

20、基本烈度这个名词是由已故地震学家李善邦先生于50年代初提出的。基本烈度是指场区在今后若干年可能遭遇到的最大危险烈度，是具有一定发生概率的烈度值，用统计学方法计算得来的综合烈度，表明一个地区发生这个地震烈度的可能性比较大。,根据资料确定每次地震在各地造成影响的程度，分析地震的频率，及其他地震活动特征，再结合当地地质构造运动的特点，并根据场地是在地震活动区还是在地震影响区给予加权，最后确定基本烈度。,基本烈度的确定,5060年代，基本烈度是由场区在历史上曾经遭受过的最大烈度为基础，并结合当地的地质构造特点和地震发生频率而确定，没有明确的时间含义；,基本烈度含义的变化,7080年代，基本烈度是指未来

21、百年内，平均土质条件下，场区可能遭遇的最大地震烈度；,90年代，基本烈度是指50年期限内，一般场地土条件下，场区可能遭遇超越概率为10%的烈度值，即达到和超过图上烈度值的概率为10%。,地震小区划：是对小范围局部区域的地震动、地震破坏效应及相关因素的差异进行划分，其结果将标示在该区域的地图上。 地震区划：是地震区域划分的简称，指的是在地图上按地震情况的差异，划分出不同的区域（地震活动性区划、震害区划、地震动区划）。,地震小区划与地震区划的异同： 地震区划一般涉及较大的地域范围，如一省或数省、一个国家乃至多个国家，而地震小区划只涉及较小的地震范围，如一个城市或集中若干重要设施的工业区。 地震区划不考虑局部场地条件的影响，而地震小区划则要着重研究局部场地条件的影响。,地震小区划与地震区划的异同： 地震区划指标比较单一，大多采用震级、地震烈度或地震动参数；而地震小区划除采用地震烈度或地震动参数之外，往往还采用表示土层反应、液化、滑坡、沉陷等多种震害危险程度的不同指标。 地震区划图供全国范围的经济开发、土地利用、震害预测以及一般工业与民用建筑的抗震设计、鉴定加固所使用，而地震小区划图可在局部范围内取代区划图