(1)地震序列:地震的发生经过长期的孕育,即应力积累过程,可以长达十几年、几十年甚至几百年。但一定时间内(几天,几周,几年),同一地质构造带上或同一震源体内,可发生系列大小、成因联系的地震,叫地震序列。如果有一次地震特别大,称主震;主震之前往往发生系列微小地震,称前震;主震之后也常发生小于主震的系列地震,称余震。
构造地震通常呈有序列的发生。这可能和产生过程有关。一般地应力即将加强到超过岩石能承受的强度时,岩层首先产生系列小错动(或沿断层带开始粘滑交替),从而形成许多小震、前震。接着地应力继续增大,岩层承受不了,整体滑动或断裂滑动,形成大震,即主震。主震发生后,岩层间的平衡状态还需要一段时间调整,把岩层中剩余能量释放,从而引起系列小余震。
地震现场常见破裂地面上,又出现许多次一级裂隙,错杂其间,表明运动没有完全停止,直到许多尚未破坏的地点彻底破坏,所剩应变能才全部释放。这类似压紧弹簧,作用力消失,所蓄位能转化为动能反跳回来,但又难于一下复原,还需经过一段时间慢慢颤动调整,才能恢复平衡位置,即弹簧效应。岩石也具有弹性,1920年宁夏海原大地震,余震3年未消。强度、频度时高时低,但总的趋势是逐渐衰减到平静。
(2)根据1949年以来中国发生强震的分析研究,地震序列可以归纳为3种:
①单发型地震,又称孤立型地震。前震和余震都很少且微弱,并与主震震级相差悬殊,能量几乎全部通过主震释放。此类地震较少,1966年安徽定远地震、1967年3月山东临沂地震,震级很小,只有4~4.5级,且均未观测到前震和余震。
②主震型地震最常见,主震震级突出,释放能量占全系列的90%以上;前震或有或无,但余震很多。1975年辽宁海城地震(7.3级),发震前24h内共发生500次前震,主震后又多次余震。1976年唐山大地震(7.8级),基本没有前震,但余震数年不断。
③震群型地震。许多次震级相似的地震组成,没有突出主震。前震和余震多且较大,常成群出现,活动时间长,衰减慢,活动范围大。如1966年邢台地震,从2月28日至3月22日,震级由3.6、4.6、5.3、6.8、6.8逐步升到7.2,发生大震。有时两个主震型地震组合或混淆,序列复杂,像若干单发型、主震型、震群型组合。如1971年四川省马边地震。
地震序列与岩石和构造的均匀度及复杂性有关。当介质均匀,且介质内应力不集中时,主破裂前无小破裂,主破裂后也很少;当介质不均一且应力有一定的局部或高度集中时,主破裂前后都产生很多小破裂。研究地震序列类型有助于预报地震活动。如1967年河间地震,主震发生后,根据其前震少和震级小(2.3级),判断为主震型地震,不会有较大余震,符合事实。
(二)火山地震
火山爆发引起;也可能是火山活动引起构造变动引起;或构造变动引起火山喷发,导致地震。火山地震与构造地震有密切关系。火山地震不多,约占7%。震源深度不大,一般不超过10km。有些地震发生在火山附近,震源深度1~10km,其发生与火山喷发没有直接关系,但与地下岩浆或气体状态变化产生的地应力分布变化有关,称A型火山地震。还有些地震集中发生在活火山口附近的狭小范围,震源深度浅于1km,影响范围小,称B型火山地震。有时地下岩浆冲至接近地面,但未喷出地表,也可产生地震,称潜火山地震。
现代火山带如意大利、日本、菲律宾、印度尼西亚、堪察加半岛易发生火山地震。
(三)冲击地震
山崩、滑坡引起,或碳酸盐岩地区岩层受地下水长期溶蚀形成地下溶洞,洞顶塌落引起,也称塌陷地震。为数少,约占3%。震源浅,影响范围小,震级也不大。1935年广西永福县发生塌陷,面积4万m2,地面崩落成深潭,声闻数十里,屋瓦震动。1972年山西大同西部煤矿采空区,大面积顶板塌落引起地震,最大震级3.4级,震中区建筑物轻微破坏。
(四)水库地震
有些地方原来很少地震,后来由于修了水库,经常地震。说明与水的作用有关,也与一定的构造和地层条件有关,水是诱发因素。如广东河源新丰江水库,自1959年蓄水,库区周围地震频度逐渐增加,1962年3月发生了一次6.4级地震,震中烈度8度,是已知最大水库地震。截至1972年,该区共记录了26万次地震(图4-115)。
又如埃及阿斯旺水库,坝高110m,库容165亿m3,1960年开工,1964年截流蓄水,1968年投入运行。此地区在建库前历史上无地震,从1980年出现小震、微震,1981年11月坝址西南60km库区发生了5.6级地震;1982年同一地点又发生5级和4.6级地震。
此外,深井注水、地下抽水也可触发地震。如美国科罗拉多州有落基山军工厂,为处理废水凿了一口3614m的深井,用高压注水于地下,1962年频繁地震。后停止注水,地震减弱;恢复注水,地震增加。在有利于发震的地质构造条件下(活动断层、密集或交叉的断裂,或升降差异运动的过渡部位),水库蓄水可诱发地震。某些自然因素如太阳黑子活动期,阴历的朔、望期,也容易诱发地震。
四、地震强度
震级和烈度表示,二者概念不同。
(一)震级
地震本身大小,与地震释放的能量大小相关。根据地震仪记录的地震波最大振幅计算求出。每次地震所积蓄的能量有一定限度,地震的震级也不会无限大。一次地震只有一个震级。目前已知最大地震是2004年印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生的9级地震。震级相差1级,能量差很多倍(表4-4)。如一个7级地震相当于32个6级,或1000个5级。
按震级大小,地震分超微震、微震、弱震、强震和大地震。
(1)超微震:震级小于1的地震,人们不能感觉,只能仪器测出。
(2)微震:震级大于1小于3,人们也不能感觉,仪器测出。
(3)弱震:又称小震,震级大于3小于5,人们可以感觉,但一般不会造成破坏。
(4)强震:又称中震,震级大于5小于7,可造成不同程度破坏。
①震级的标度是美国地震学家里克特1935年研究加利福尼亚地方性地震时提出,规定以震中距100km处“标准地震仪”记录的水平向最大振幅(单振幅,以微米计)的常用对数为该地震震级。水平向最大振幅为10mm时,其常用对数为4,则震级为4级。如为14μm,则为0级。根据计算依据,又分面波、体波震级。目前一般都用面波震级,即里氏震级,用M表示。
(5)大地震:7级及其以上,常造成极大破坏。释放能量巨大,一个8.5级地震释放能量,相当于一个100×10kW的大型发电厂,10年发电的总和。
(二)地震烈度
地震对地表和建筑物的破坏程度。一次地震只有一个震级,如海城-营口地震是7.3级,唐山地震是7.8级。但同一次地震对不同地区的破坏程度不同,地震烈度也不一样。炸弹所含炸药量相当于震级,爆炸后对不同地点的破坏程度有大有小,相当于地震烈度。
地震烈度是根据人的感觉、家具及物品振动情况、房屋及建筑物受破坏程度和地面破坏现象划分。新中国第一个烈度表发表于1957年,根据中国历史地震资料编制,共分Ⅻ度,与世界各国Ⅻ度表相当。1980年重新修订,制成“中国地震烈度表”(表4-5)。
地震烈度调查后,把各调查点的烈度标在地图上,把烈度相同的点连成封闭曲线,叫等震线,不同等震线组成等震线图(图4-116)。等震线就是不同烈度区的分界线。利用等震线图可确定宏观震中位置、估计震源深度、了解各地烈度变化。对于破坏性地震,等震线包围的最高烈度区称极震区,也就是震中区。根据震中区形状可推断产生地震的断层走向。
影响地震烈度的因素很多,先是地震等级(震级),其次依次为震源深度、震中距、土壤和地质条件、建筑物的性能、震源机制、地貌和地下水位。其他条件相同时,震级越大,震中烈度越大,地震波及范围越广。如震级相同,震源越浅,对地表破坏性越大。如1960年摩洛哥发生一次只有5.8级的地震,但震源深度仅2~3km,震中烈度达到X度,造成严重破坏。
深源地震常震级很大,而烈度很小。表4-6说明震中烈度与震级和震源深度(浅源地震)的关系。
地震烈度与震中距有很大关系。如1975年海城地震(7.3级),震中烈度X度,在沈阳减为I度,北京为V度,长江以南不受任何影响。
震中距相同,地质构造、建筑结构不同,也出现不同烈度。如地质基础坚实,烈度就小些;地质基础薄弱,或有断层、古河道通过,烈度就提高。如1976年唐山地震,玉田、丰润距离震中只有几十千米,但破坏程度较轻;而距唐山较远的平谷、通县、大兴,反遭较重破坏。以北京平谷县将军关为例,那里正好有一条断层,坐落于断层上的民房多有倒塌。
基于上述原因,在高烈度区会出现小范围的低烈度区(称“安全岛”);在低烈度区也会出现小范围的高烈度区(如图4-116,在V度烈度区中出现有小片的Ⅵ度区)。统称地震烈度异常。根据地震资料准确划出“安全岛”范围,对建设规划有重要意义。
房屋建筑的地基坚固程度、设计好坏、抗震结构及施工质量,都影响破坏程度。如唐山市某工厂的一座三层宿舍楼(处于X度烈度区),其周围建筑物普遍倒塌,它地基牢固、设计好,完好无损。重灾区中有轻灾,轻灾区中有重灾,地震烈度的大小往往是许多因素决定的。