1975年2月4日19時38分左右,北京市民普遍感到地動山搖。懸掛在天花板上的吊燈突然前後移動,雖然只有片刻,但人們還是清楚地感覺到了。在此之前約兩分鐘,即19時36分,遼寧南部海城、營口地區的人們也感覺到了地動山搖,而且震動更加劇烈,地面顛簸搖晃,讓人無法站穩,許多房屋受損,持續時間約30秒。
發生了什麽?地震發生了。水有源,樹有根,這麽多地方都在搖晃,起點在哪裏呢?原來是在營口縣東南部,北緯40.6°,東經122.8°地下16公裏深處。這種震動的發源地叫震源;地面上與震源正對的地方,叫震中;地面上其他地方到震中的距離,叫震中距;到震源的距離,叫震源距;從震中到震源的垂直距離,稱為震源深度;震中震動最大,壹般也是破壞最嚴重的地區,稱為極震區;圖中把地面破壞程度相近的點連在壹起的曲線,稱為等震線。將地圖上地面破壞程度相似的點連接在壹起的曲線稱為等震線。壹般來說,離震中越遠,震動越弱。但地面破壞最強的地方往往不是震中所在,而是在離震中稍遠的壹些地方,也就是通常所說的宏觀震中。
地震的振動以波動的形式從震源向四面八方擴散,地震產生的波動就是地震波。
為什麽這種波動來自震源?地震到底是怎麽回事?目前,雖然我們還不能把所有的問題都搞清楚,但可以肯定地回答,地震的發生,是地殼最外層巖石在運動的表現,是震源所在物質的形狀發生變化和位置發生移動的結果。這是壹種自然現象,就像大海的波濤和天空的風雲壹樣,可以被人們所認識。 猶如空中轉磨蟻,又如江心弄扁舟",連牛馬也 "不能起"。
人為什麽會站不穩呢?這是因為地震波的影響。在遠離震中的地方,由橫波形成的水平晃動,使地面迅速前後搖晃,人自然會感到 "頭暈目眩","如在舟中"。如果是在極震區,加上上下顛簸形成的垂直波也很強烈,就會出現又搖又彈,前後傾斜的情況,自然就要站不穩了。所以地震時,壹般年老體弱的人,就更需要提前離開樓房,以免壹時慌亂。
另外,在壹些地區,發生強烈地震時,人站在地面上會有壹種軟綿綿的感覺,好像地面要陷下去壹樣。所以古書上就有地面隆起,"土則浮,踐之即陷 "的記載。其實,地面並沒有下沈,而且震後堅固如初,這只是強震時土地呈現出的壹種暫時性特征。壹般認為,在短促而強烈的震動作用下,地表會失去原有的內聚力,而表現出液體的某些特性,所以有壹種松軟的感覺。這種作用在含水較多的細砂層中尤為明顯,它能使整個砂層具有液體的某些性質,因而顯得較軟。為什麽會發生地震
這個問題現在世界上有各種各樣的解釋或假設,的確,地震發生的壹些根本原因還有待探索,但已經認識到的事實告訴我們,不管地震發生的根本原因是什麽,也不管哪壹種或哪幾種物理現象在某壹次地震中起主導作用,總之,那裏的巖石發生破裂,特別是能量轉化為機械能,才是地震發生的最重要的原因。必須將能量轉化為機械能,才能促進巖石破裂,從而產生振動。
絕大多數地震發生在地球最堅硬的部分--地殼和地幔上緣的巖層。在那裏,巖石受力破裂,這種破裂成為震源,震動由此開始。
為什麽堅硬的巖石會破裂?
首先,正是因為巖石堅硬,所以才會破裂。如果它像生面團壹樣具有良好的可塑性,就不那麽容易破碎。如果它是液體,就更不可能破裂了。絕大多數地震都發生在距地面 70 千米的範圍內,尤其集中在距地面 5 至 20 千米的上下,這絕非偶然。因為在更深的地下,溫度高、壓力大,在長期緩慢的作用力下,雖然堅硬的巖石也具有壹定的塑性,就不那麽容易破裂了。
巖石具有受力就破裂的特性,這是它破裂的基礎,但也必須有壹種力作用在它身上,才能使它破裂。在地下有各種形式的力在起作用,這些力在地下的某些地方不斷積累和增強,當它們增強到壹定程度,使那裏的巖石無法承受時,就會發生破裂。在這種變化中起主要作用的是地殼運動。
在地殼運動過程中,地殼的不同部位受到擠壓、拉伸、扭曲等力的作用,那些結構比較脆弱的地方就容易發生破裂,產生斷裂變化。這種變化成為地震發生的主要原因。世界上 90%以上的地震都是由地殼的斷裂變化引起的,這些地震被稱為構造地震。我們需要預報和預防的主要就是這些構造地震。火山爆發和洞穴坍塌也會引起地震,但數量少,規模小。因此,地震也可以說是當今地殼運動的壹種表現形式。地球上壹年有多少次地震
說到地震,似乎有點稀松平常。事實上,地震是壹種非常常見的自然現象,幾乎和刮風下雨壹樣不尋常。地球上每天都會發生地震,壹天多達 1 萬次,壹年約 500 萬次。世界上許多地方都經常發生地震,這些地震大多非常小,沒有靈敏的儀器是無法探測到的。這些小地震約占壹年中地震總數的 99%,剩下的 1%,約 50,000 次,人們可以感覺到。在這些地震中,約有 1 000 次會造成破壞,其中大部分強度都不大。像 1975 年 2 月 4 日海城地震那樣強烈的地震平均每年約有十幾次。至於強度更大的地震,平均每年約有壹次。總的規律是,小地震比較頻繁,大地震比較少。因此,並不是所有的地震都會造成災難,絕大多數地震對人類的影響並不大。
地震的大小,常用震級①來表示。震級是根據地震時釋放的能量大小來劃分的,震級越高,表示地震越大,釋放的能量越多。地球上每年平均發生各級地震的次數大致如下表所示:
地震震級 8.0~8.9 7.0~7.9 6.0~6.9 5.0~5.9 4.0~4.9 3.0~3.9 2.5~2.9 <2.5
地震次數 1 18 120 800 6200 49000 100000 4850000
① 我國采用的震級標準是國際公認的震級標準,國外通常稱為裏氏震級。
壹般來說,3級以下的地震人們沒有感覺;3級以上有感覺,習慣上稱為有感地震;5級以上能造成破壞,習慣上稱為破壞性地震或強震。地震的能量有多大
當強烈地震發生時,世界上大部分地區都能記錄下它產生的震動,可以說是 "震驚世界"。所釋放的能量是巨大的。
不同震級的地震通過地震波釋放的能量如下表所示;
震級 能量(單位:焦耳) 震級 能量(單位:焦耳)
0 6.3×104 5 2×1012
1 2×106 6.3×1013
2 6.3×107 7 2×1015< /p>
2.5 3.55×108 8 6.3×1015
3 2×109 8.5 3.55×1017
4 6.3×1010 8.9 1.4×1018
迄今記錄到的最大地震都沒有超過 8.9 級。壹些微小的地震小於零級,因此用負數表示。壹次 8.5 級地震所釋放的能量,如果轉換成電能,相當於我國甘肅劉家峽水電站(122.5 萬千瓦)工作八九年所能發出的電能總量。這並不是它所擁有的全部能量,因為壹部分能量在地震過程中轉化為熱能和使巖石斷裂位移的機械能,還有壹部分能量沒有釋放出來。試驗證明,在堅硬的花崗巖上爆炸壹顆相當於 2 萬噸梯恩梯(TNT)的炸彈(8×1013 焦耳),得到的結果只能大致和壹次 5 級地震(2×1012 焦耳)差不多。至於那些微小地震的能量則非常小,有的僅類似於鞭炮爆炸。每相差 0.1 級,能量大小約相差 1.4 倍,相差 0.2 級,相差(1.4)2 倍;相差 0.3 級,相差(1.4)3 倍 ......以此類推,震級相差 1.0 級,能量相差(1.4)10 倍,也就是約 30 倍。地球上所有地震壹年釋放的能量約為 1018 至 1020 焦耳,其中絕大部分來自 7 級及以上的地震,這些地震被稱為大地震。7 級以下、5 級及以上的地震被稱為強震或中震。震級小於 5 級、3 級及以上的地震被稱為弱地震或小地震。震級小於 3 級、1 級及以上的地震被稱為微地震。震級小於 1 級的地震稱為超微地震。強震的影響範圍有多大
1975年2月4日,中國遼寧海城發生地震,不僅五六百公裏外的北京有明顯震感,而且感覺範圍很大、北起黑龍江牡丹江,南至江蘇淮陰,西起內蒙古五大連池,東至陜西西安,越過國境線,直至日本海沿岸地區,甚至日本九州地區都有感覺。這次地震的震級為 7 級。這次地震的震級為 7.3 級,並不算大。更大的如 1556 年我國陜西華縣 8 級地震,在 185 個縣中有縣誌記載,其中距震中最遠的縣約 700 公裏,估計影響面積約 1.更大的如1920年我國寧夏海原發生8.5級大地震,波及半個中國,連北京、冀東、上海、汕頭、廣州等地都有震感。在國外,1897 年印度阿薩姆發生 8.5 級地震,受災面積達 300 多萬平方公裏。壹般來說,震級越高,受災面積越大,但也與震源深度有關。震源較淺,影響面積要小壹些,但在此範圍內的烈度要大些;震源較深,影響面積雖然大,但在地面造成的破壞要小壹些。
上述影響區壹般指人們能感覺到的地震,即有感地震的影響區。如用儀器觀測,壹次強烈地震,全世界大部分地震臺都能記錄到,只有少數地區由於地心不能傳播橫波而折射縱波,因而不能記錄,稱為陰影區。下圖中,弧形實線和箭頭表示縱波的方向,波形實線和箭頭表示橫波的方向,虛線和數字表示地震波到達地面所需的時間(單位:分鐘)(圖缺)。地震的震級、烈度和震源深度之間有什麽關系
震級反映了地震本身的大小,只與地震釋放的能量有關,而烈度則表示對地面的影響和破壞程度。地震的震級只有壹個,而烈度則因地而異。因為烈度不僅與震級有關,還與震源深度、震中距離、地震波通過的介質條件(如巖石性質、巖層結構等)等諸多因素有關。震中烈度與震級和震源深度的關系大致如下:
震源深度(千米) 5 10 15 20 震級
震中烈度 5 4 3.5 3 三度以下
6.5 5 5 4.5 4
8 7 6.5 6 5
9.5 8.5 8 7.5 6
11 10 9.5 9 7
12 11.5 11 10.5 8
壹般來說,震源淺、震級大的地震,破壞面積較小,但極區破壞較嚴重;震源深、震級大的地震,影響面積較大,而震中的震級又不太高。
1960年2月29日午夜,非洲摩洛哥靠近大西洋的旅遊城市阿加迪爾突然發生地震,震級只有5.8級,但造成的破壞卻非常嚴重,短短15秒鐘,絕大多數房屋都倒塌了。造成這種情況的原因之壹是地震的震源很淺,深度只有 3 至 5 公裏。因此,造成的損失雖然小,但卻很嚴重,震中在 9 到 10 度之間,而阿加迪爾市就位於損失最嚴重的地區。此外,在城市建設時,由於該地區長期沒有發生強烈地震,因此忽視了地震災害的可能性,也沒有采取適當的抗震措施。如果在地震前就認識到這些規律,並采取預防措施,顯然可以減輕災難。沒有發生過強震的地方會發生強震嗎
在地震帶上沒有發生過強震的地方突然發生強震的情況不僅有,而且也不是太罕見。有些情況下,在強震發生之前的幾十年裏,周圍地區發生了很多地震,但在預計發生強震的地區卻沒有發生地震,這種情況被稱為 "地震間隙帶"。當強震臨近時,"地震縫隙帶 "周圍的地震次數會增加到壹個高峰,而 "地震縫隙帶 "內部的地震活動卻壹直很低,最後,"地震縫隙帶 "就會發生強震。例如,1830 年 6 月 12 日河北磁縣 7.5 級大地震前就清楚地顯示了這種情況,在大地震前的 50 年裏,周圍發生了很多地震。
因此,在周邊地區地震增多的基礎上,要特別註意中間那種很少發生地震的空白地帶,不能認為這裏沒有地震活動而失去警惕。當然,我們也要看到另壹方面,那就是中間這個地震帶區域是缺乏地震地質構造條件的 "安全島",還是說是周邊地區的地震已經將這個地震帶內陸應力積聚的大量能量釋放出來,最終沒有發生大的地震。到底如何,還需要我們從實際出發,紮紮實實做好調查研究工作,才能得出正確的結論。
還需要指出的是,強震並不壹定發生在已知的地震帶上。事實上,有時在地殼中壹向被認為不地震的比較 "穩定 "的部分,也會發生強震。例如,1962 年 9 月 1 日伊朗布因沙拉 7.2 級地震和 1968 年 8 月 31 日伊朗達什蒂-伊巴茲 7.2 級地震,都發生在被認為 "穩定 "和 "無地震 "的地區。
這是否意味著強震可以毫無規律地到處發生?事實並非如此。毫無疑問,強震發生在地震帶上。至於壹些不被認為是強震發生區域的強震,可能是原來的認識有誤,也可能是情況發生了特殊變化,只要加強地質研究工作還是可以認識到的。例如,伊朗發生兩次地震後,地面上可以看到活躍斷層的跡象,證明是過去沒有認識到的古老斷層重新活躍的結果。如果仔細觀察,在強烈地震發生之前總會發現壹些前兆。曾經發生過強震的地方還會發生強震嗎
曾經發生過強震的地方還會發生強震嗎?還是會發生的,但震中大多不在原來的地方,而是在附近的地方。例如,1973 年 2 月 6 日,在四川省扶風縣北緯 31.1°、東經 100.4°的地方發生了 7.9 級地震,而在這次地震之前不到 6 年,即 1967 年 8 月 30 日,已經在這壹地區北緯 31.6°、東經 100.3°的地方發生過壹次 6.8 級地震。如果把範圍再擴大壹點,在以富裕為中心,南至道孚,北至甘孜,長約 130 公裏,寬約 60 公裏的區域內,從 1904 年到 1973 年的 70 年間,共發生 6 級以上地震 5 次。智利的康塞普西翁在不到 300 年的時間裏發生了四次 8 級以上的大地震,城市多次被毀,鄰近地區也發生了多次地震。
震中位置完全重疊的情況並非沒有發生過,但比較罕見。如1600年9月29日廣東南澳附近,北緯23.5°、東經117°處發生7級地震;時隔約318年,1918年2月13日,又在原址發生7.25級地震。1624年4月17日,河北灤縣附近北緯39.7°、東經118.7°處發生6.25級地震;又過了321年,1945年9月23日還是在這裏再次發生6.25級地震;又過了31年,1976年7月28日3時42分唐山7.8級地震剛過,當天18時45分,又在灤縣北緯39.7°、東經118.8°附近發生了7.1級強烈余震。這次余震的震中位置與前兩次灤縣地震的震中位置基本重合。
從這些歷史記載可以看出,同壹地點再次發生強烈地震,壹般要間隔相當長的時間,多則幾百年,少則幾十年,數年不等。間隔時間的長短與該地地殼運動的強度密切相關。像我國四川西部、雲南西部、臺灣這些活動強震區上,在較短的時間內重復發生強震,而在華北等地區,總要間隔多年才有在同壹地方重復發生強震的可能。但需要註意的是,壹些大地震發生後,余震會相當強烈,6、7級的強余震,往往在主震震中或震中附近連續發生,如上圖河北唐山7.8級主震西南方向的兩次余震就是這種情況,對這種余震要提高警惕。至於在同壹地點連續發生多次 8 級大地震,在我國任何地震帶上都沒有歷史記錄。在環太平洋地區,有壹些特別活躍的地震帶,雖然出現過這種情況,但也是非常罕見的。壹般來說,如果壹個地方發生過大地震,活動性壹般都會減弱,過很長壹段時間才有可能再次發生大地震。但是,不管在什麽情況下,都不能對強震麻痹大意,而應該時刻保持警惕。 首先,地震產生的地裂縫給地下的泥沙和水開辟了向外噴湧的通道。砂水的孔隙始終沿裂縫帶分布,且裂縫方向基本壹致,證明了這壹點。其次,地下的壓力會推動沙和水噴出,地震時這種壓力會變得特別大。第三,歸根結底,地下必須有水和沙,沒有物質來源,什麽都噴不出來。海城、唐山等噴沙噴水的地區都在平原、河灘等地,丘陵山區沒有這種現象。
地下巖土層幾乎到處都有水。地震時,由於這些巖土層受到的壓力增大,隱藏在其內部孔隙或裂隙中的水更多地被擠出來,所以湧水增多的現象也就更為普遍。尤其是那些地勢低窪、原有地下水位很淺的地區,更為突出。地下蓄水與該處地下巖層的分布和組合關系密切。地震中發生的巖層斷裂錯動改變了這種情況,因而會使壹些地方的地下水急劇增加,而另壹些地方則突然減少,這就是地震中壹些地方的地下水突然大量湧出、突然幹涸的壹個重要原因。
至於地下的沙,它的範圍就比較有限了。前不久還是河流、海邊的地方,就有細沙層堆積過去,它們在地震中與水壹起由於強烈的短時振動而具有類似液體的性質,這便於它們從地下噴出。但如果砂層埋藏過深,仍難以噴出。壹般從地面幾米深處噴出的較多,從十幾米深處噴出的則較少。像河邊、海邊、江中沙洲這些細沙層較厚的地方,噴沙現象就比較頻繁。而在那種丘陵山區,由於地面多巖石,缺少沙層,就不會發生噴沙現象。
在壹些地區,冬天地面結冰,沒有完全結冰的地方就成了容易噴沙、噴水的薄弱點,如果這裏的地下沙多而深,地震時就會從這裏噴沙、噴水。室內經常燒火的炕頭和竈頭,都是密封不嚴的地方,地震時,沙和水就會從這些地方噴出來。總之,沙和水是自然現象,它們的出現是有規律可循的,並沒有什麽奇怪的。為什麽要特別註意預防地震時的火災
根據世界地震歷史資料,火災在地震次生災害中造成的損失比例很大。
1923 年 9 月 1 日,日本關東地區發生 8.3 級地震,被認為是 20 世紀最大的自然災害。據計算,損失的財富總值大約相當於今天的 300 多億美元,死亡和失蹤人數超過 14 萬,受傷人數超過 10 萬。為什麽損失如此巨大?因為地震發生在日本工業最發達、人口最多的東京和橫濱,東京距離震中不到 100 公裏,橫濱距離震中僅 60 多公裏。但原因不僅僅在於此,還在於這些城市在建設時沒有充分考慮地震的危害,缺乏防震措施。在橫濱,1/5 的房屋倒塌,208 處起火。東京的火災更為嚴重,房屋燒塌了 2/3 ,震後半小時就有 136 處起火,風助火勢,化學品和油類等易燃物越燒越旺,由於很多房屋都是木質結構,特別容易著火。更糟糕的是,很多街道又小又窄,壹旦發生火災,消防車根本進不來。即使消防車開進去也沒用,因為水管壞了,水源被切斷了,根本無法阻止火勢蔓延。在被地震摧毀的 57 萬多所房屋中,有 44 萬多所被大火燒毀。擠在街道和廣場上的難民被層層大火包圍,無法逃生,傷亡慘重。死亡人數中,有 56,000 多人是被大火燒死的。
1906年舊金山大地震,由於煙囪坍塌堵塞和火爐傾倒,全城發生火災50多起,水管開裂,供水停止,至大火燃燒了三天三夜,使相當於10平方公裏的城區,幾乎全部燒光。事後統計,1974年損失的美元價值,約為40億美元,死亡近千人。
1964年日本新瀉大地震也是由於油庫失火,十多天未撲滅,損失巨大。
由此可見,有些地震損失巨大、傷亡慘重,並不全是地震的自然原因造成的,而主要是次生災害造成的。像火災造成的損失,如果事先做好防震工作,完全可以設法避免或減輕。為什麽地震後也要註意防洪
在地震的次生災害中,除了火災,洪水的威脅也很大。
1933年8月25日,我國四川疊溪(原茂縣)發生地震。疊溪位於成都北面,岷江上遊東岸的壹塊臺地上,地震發生後,周圍山體崩塌,崩落的土石堵塞在岷江中形成三道大壩,壩高百余米,江水斷流40余天。在這 40 多天裏,壩後的水形成了三道 "堰塞湖",湖水越堵越高,終於在 10 月 9 日晚上 7 點、前面的大壩被沖垮,湖水決堤,猶如晴天霹靂,轟的壹聲,洪水排山倒海而下,兩個小時後到達茂縣,次日淩晨3點到達灌縣,至此,這個遠離地震中心100多公裏的地方也受到了滅頂之災。據不完全統計,僅灌縣被沖毀的良田就達600萬平方米,死亡1600余人。造成的人畜傷亡和財產損失甚至超過了地震本身。其實,這場災難是完全可以避免的,就因為國民黨反動派根本不顧人民的死活,沒有人及時通知河道下遊各處的險情,才招致如此大的傷亡和損失。
1959年美國蒙大拿州希伯根湖地震,山脊坍塌,土石崩裂,麥迪遜河形成湖泊,逐漸擴大,淹沒了附近的公路、村莊、森林等。
1971年洛杉磯地震,震後該市最大的水壩發生裂縫,下遊8萬避險居民被迫遷離市區。
此外,由於地下噴沙、水管斷裂等原因,可能會出現局部洪水,但影響不會很大。