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地震灾害你要知--地震灾害成因
  发布时间:2014-04-08

  地震灾害源于地震活断层错动和地震波在地表的能量释放。

 

 

   地震活断层,是指现今仍在持续活动的断层,或在人类历史时期或近期地质时期曾经活动过,极有可能在不远的将来重新活动的断层。地震活断层出露地表会产生地裂缝,水平和垂直错距可达数米甚至超过十米,沿地表延伸可达数百千米。所到之处,无坚不摧,在平地形成陡坎,在山区会错开山体,触发山崩、滑坡、滚石等,雍堵河流则形成堰塞湖。世界上大多数破坏性地震所产生的地表新断层与原来存在的断层走向一致或完全重合。如1906年美国旧金山发生的8.3级地震沿圣安德列斯断层产生了450千米的地表破裂;我国1920年的宁夏海原地震、1931年的新疆富蕴地震、1932年的甘肃昌马地震、1970年的云南通海地震、1973年的四川炉霍地震、1988年的云南澜沧—耿马地震等,都产生了与原断层大体重合的新断层。在许多活动断层上都发现了古地震(指有仪器记录以前的地震)及其重复现象。每一发震断层上的重复时间从几百年至上万年。我国建国以来受灾损失最大的唐山地震,在断层上也发现了古地震现象。这告诉我们:不仅是现在,而且过去的地震,都有断层活动(错动)。

   此外,在深海发生7级以上的浅源大地震,尤其是发生8级以上的浅源特大地震,有的会造成海底岩层的直立或近于直立的大幅错断(地震正断层或逆断层),从而引起从深海底到海面整个水层的扰动,产生带着巨大能量的波浪,并向周围推移,一旦到达水深急剧变浅的海岸,波浪的幅度迅速加大,形成海啸。在深海,海啸波的波长很长,波高不到1m,速度则很快。当其传播到近岸浅水水域,波长变短,速度减慢。这样,前面的海水波速减慢,后面的高速海水向前涌,就像汽车发生“追尾”一样,致使波高急剧增加,最大波高可达数十米。这种几层甚至几十层楼高的“水墙”冲向海岸,就好像用剃头刀剃头一样,横扫岸上所有的房屋、树木、堤防和人畜等,留下光秃秃的地面,破坏力极大。2004年的印尼特大地震海啸和2011年的日本特大地震海啸,所造成的人员伤亡和财产损失都远远超过了地震的原生(直接)灾害。

   地面上的建筑物、桥梁、水坝和各种工程结构,几乎都无法抵御地震时活断层错动所造成的地基破裂,避开地震断层建造是唯一选择。地震活断层错动无疑是造成地震灾害的根本原因。

 

 

 

  地震波是自震源发出的在地球介质中传播的弹性波。从震源发出的弹性波有两种成分。其中一种代表介质体积的涨缩(挤压和拉伸),质点振动方向与传播方向一致,被称为纵波(P波);另一种代表介质的变形,质点振动方向与传播方向垂直,被称为横波(S波)。纵波和横波只在地球岩层内部的三维空间传播(横波不能在液态介质中传播),故又被称为体波。纵波振幅较小,但传播速度快,最先到达地表;横波比纵波振幅稍大而传播速度约慢,比纵波晚到达地表。纵波和横波在到达地表时,会瞬间衍生为传播速度减慢但振幅加大的面波。面波又分为纵向滚动传播的勒夫波(Love wave)和横向剪切振动传播的瑞利波(Reyleigh wave)。面波沿地面传播衰减较慢,一次特大地震的面波传播可以绕地球数圈。地震体波自震源传播到震中的距离最短,其能量衰减也最少,因此,其在震中区所衍生的地震面波振幅最大,并自震中区向周围沿着地表传播。在震中区,面波几乎与体波叠加在一起,只是由于其传播速度较慢,随着震中距的增加,会与体波分离而晚到达观测点。

  在发生强烈地震的震中区,人们先感到冲击振动,接着才感觉到很强的晃动。这是因为地震体波在到达地表时衍生为面波,其速度减小,会产生一个冲量。在经典力学里,物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化,叫做动量定理。动量等于物质质量与其速度的乘积,在物体质量不变的情况下,冲量的大小取决于物体速度的变化。冲量又是力对时间的积累效应,即等于力与时间的乘积。地震体波衍生为面波,其速度在瞬间减小,由此对地表产生强大的冲击力,人就会感觉到强烈的冲击振动。地震体波衍生成面波,振幅增大数倍甚至数十倍,则使地面产生强烈的上下颠簸(勒夫波)和左右晃动(瑞雷波),但向地下会很快衰减。

   世界地震灾害调查表明,地下室、地下通道、地下巷道和地下隧道等地下建筑和结构物在地震时很少有破坏。1976年唐山大地震震中区烈度达Ⅺ度,震中区的下方恰恰是开滦煤矿的矿井,深度从几十米到几千米不等,地震时有上万名职工在井下作业。地震发生后,人们都挂念他们的安危。在当时难以想象的事实则是,地震并未使地下巷道坍塌,井下设备也基本未遭破坏,只是与地面有关联的供电、排水、通风、通讯、提升五大系统全部中断。井下人员原以为供电系统出了故障,他们在黑暗中奋力自救,最终通过各种途径全部返回到地面。回到地面才知道地震了,只见百里矿区死一般寂静,360多万平方米面积的地面建筑倒塌殆尽。震后的调查还发现,不仅有地下人防工程的地面建筑破坏很轻,而且埋深大的地下结构几乎未受破坏。2008年5月12日,四川汶川发生8.0级特大地震,绵阳市安县一矿洞位于Ⅹ度烈度区内,地表出现了严重破裂和坍塌,但巷道并没有在地震中坍塌,被掩埋的部位仅发生在洞口。

   地面的强烈振动或晃动牵连地面上的一切建筑和其他结构一起运动,运动的程度随地面运动强度而变化,当房屋运动过大,超过构件或连接处的强度,就会发生破坏。从力学的角度考察,结构有惯性,在运动过程中相当于受到力的作用,称为惯性力,惯性力的大小随结构物质量和运动加速度而增加,越重的物体受到的惯性力越大,越容易破坏。另外,地震动是一个动力作用过程,地震动有一定的卓越频率,当这个卓越频率和房屋的自振频率相同或接近时,就产生共振现象,加大振动幅度,结构更容易破坏。由地震产生的强烈冲击力所触发的滑坡、崩塌、滚石和泥石流直接作用在房屋结构上,压埋或撞击房屋结构。地震动造成的地面破坏则摧毁地基,例如断层错动使结构断裂,砂土液化使地基变形,软土沉陷使地基沉降,都会造成房屋倾倒或破坏。

   因此,地震波体波在到达地面衍生为面波时产生的巨大冲击力所引起的强烈振动和面波引起的地面强烈晃动,是造成地表破裂、崩塌、滑坡、砂土液化、建筑物和基础设施破坏的重要原因。