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芦山地震:你所不知道的地震信息解读 精选

已有 9444 次阅读 2013-5-22 14:19 |系统分类:科普集锦|关键词:地震,信息,芦山| 地震, 信息, 芦山

   每一次灾害地震发生后,地震局监测部门都会给出相关地震监测信息,包括地震发生的时间、地点、震级等。芦山地震之后也是这样。这些信息有助于我们了解地震发生的基本情况,但并不全面;而对于这些信息的解读,特别是对于可能造成地震灾害的理解,在缺乏专业背景知识的情况下还常常会出现偏差。其实许多时候,正确的解读并不复杂,具备一些专业常识即可。本文就此作一简单介绍。 

    一个地震发生后,我们通常首先获得的信息是地震台网发布的地震发生的时间、位置、深度与震级。如芦山地震,中国地震台网发布的信息是:震中位置北纬30.3度,东经103.0度,震源深度13公里,震级7.0级。如何理解这些信息呢?

    首先说震中位置。地震台网发布的地震信息是根据多个地震台站接收到的地震波信号计算得出的,包含有一定误差。地震台网发布的震中位置保留小数点后一位,是说其可靠性在小数点后一位,即真实震中位置约在北纬30.25~30.35度,东经102.95~103.05度范围,对应区间南北向约11公里,东西向约8公里,故确切震中位置大概在发布位置附近10公里左右范围。如果这一带有几个村子,说地震就在某个村子脚下没有多大意义,因为误差,它也可能在几公里外邻近一个村子的脚下。这里说的是地震后地震台网速报的结果,而后期的研究可以使用更多的观测数据及更为精密的定位方法和模型,有可能给出更为精确的定位,精度提高到一至数公里。地震发生后常常在震源区增加流动监测台站,这将在很大程度上提高余震的监测精度。

    知道了地震的震中位置,是否就能帮助我们认识地震影响范围,并指导救灾?是、也不是。我们知道地震影响与震中距离有关,距离越远影响越弱。但确切说来,这种认识仅对7级以下地震成立。地震的发生是断层破裂的结果,而断层的破裂有一定空间范围,地震台网发布的震中位置一般是指地震破裂初始的位置(微观震中)。对于7级以下地震,破裂范围不大,从几百米到十几公里范围,一个震中位置就代表了。但7级以上至8级地震,断层破裂范围可以从几十公里至几百公里,如果还仅限于关注震中地区就可能出现误判。如2008年的汶川地震,震中在映秀镇附近,离汶川县城也不算太远。地震发生后的最初几天,最高关注点在距离震中较近的汶川县城,而不知道地震发生后破裂沿龙门山断裂带向东北方向延展二百多公里,破裂量最大、破坏伤亡最为惨重的是100公里以外、坐落在断裂带上的北川县城,而汶川县城的破坏伤亡相对轻微得多。

    再说震源深度。震源深度的测定具有不确定性,一般在几公里至十几公里范围。如芦山地震给出的13公里深度,其误差大约在几公里范围。不过由于芦山地震破裂范围从地下几公里延伸至十几公里深,精确的破裂深度(即破裂起始深度)对于破裂范围的解读也已失去意义。

    破裂深度的认识,除了科学研究,还有什么意义?我们知道对于同样震级的地震,震源越深,其总体影响范围越大,而对于震中区的影响越小。所以震源深度对于我们判断地震灾害大小与范围有一定意义。那么中国大陆发生的地震是在什么深度范围内?地震发生的深度范围受地球内部的温度与压力条件控制。在大陆板块内部,这一深度一般在20公里范围内,对于中国大陆大部分地区均适用。少数例外有藏南地区,由于印度板块插入青藏高原下面,个别地震发生在60公里左右深处。另外太平洋板块插入欧亚板块下面,造成我国东北地区发生深度为几百公里的深震。华北地区由于存在巨厚的沉积层,震源深度最深可达25-30公里。除此之外,我国经常发生地震的四川、云南、甘肃、陕西、山西、青海、西藏大部、新疆等地区,震源深度一般均在20公里范围内。东北地区的深震,由于距离地表有几百公里,即使震级达到6~7级,造成的破坏并不大。而其它地区由于震源较浅,震级不是太大的地震也可能在震中区形成强烈的地表震动,造成强烈破坏。但破坏一般沿破裂带呈条带分布,离开断裂带随距离迅速衰减。

    地震震级。震级是有关地震能量释放的量度,与能量释放成指数关系。震级相差一级,能量释放相差101.5= 32倍。地震震级是通过地震仪检测到的地震波衡量的。采取不同的检测方式获得的地震震级量度会有不同。对于震级大于5级的地震,目前国际通用的方法是利用地震波的大部分信息计算,得到的震级称为“矩震级”。我国地震台网目前常用的方法是利用地震波的一部分“面波”信息检测,得到的震级称为“面波震级”。这就是为什么我国发布的地震震级与国际地震中心发布的震级总是存在差异的原因。如此次芦山地震,我国公布的震级为7.0,而国际地震中心公布为6.6。震级相差0.4级,释放能量相差101.5*0.4 = 4倍。那么哪一个更准呢?一般来说矩震级是对于地震释放能量更为全面的衡量,比面波震级更为精确。打一个不恰当的比方,人们监测大气污染水平开始采用的是PM10标准,以后改进为PM2.5标准。一般来说,面波震级与矩震级相比存在系统偏差,在中强地震范围(4-7级)我国地震台网测量的面波震级高于矩震级,而在大震、巨震范围面波震级明显低于矩震级。如2004年苏门答腊巨震,国际地震中心发布的震级为9.2级,而我国地震台网发布为8.7级,对应能量差达到5.6倍。我国迄今为止仍在采用面波震级有多种原因,便捷易行、保持资料连续性为主要原因。但其测震的精确性问题越来越为人所诟病。(有关芦山地震的震级,近期国内学者搜集更多资料进行了更为详尽的研究,得出结果为矩震级6.7~6.8级,此为后话)。

     了解了地震震级,对于我们判断地震灾害有什么作用?首先如上所说,当震级大到一定程度(M>7)时,地震破裂区已不能近似为一个“点”,而要考虑为一个“面”。这个面即断层破裂面,而震级对应的地震释放能量即正比于断层破裂面积,也正比与断层错动量,从地震震级我们就能近似估计出断层破裂尺度以及最大错动量。它们之间的大致关系如下表:

 

5~6

6~7

7~8

8~9

横向尺度

一至几公里

几至几十公里

几十至几百公里

几百至上千公里

深度范围

几百米至几公里

几至十几公里

贯穿地壳脆性层至地表

贯穿地壳脆性层至地表

最大错动量

几十公分

几十公分至一米

一至十米

十至几十米

2008年的汶川地震,矩震级7.9级,地表破裂达240公里长,最大错动接近10米,破裂普遍出露到地表。而2013年芦山地震,矩震级~6.7级,无地表破裂出露,从余震分布看破裂横向尺度约为20公里,计算得到最大错动量约一米。所以当震级大于7级时,在初期震灾情况不明时,首先需要根据已知断层情况重点勘查断层沿线的破裂与破坏,而不是仅局限于震中区附近。

有关地震震源的信息,除了以上几个要素外,还有“震源机制”。对于天然地震来说,发生的破裂主要是剪切破裂,即是说断层一侧的物质相对另一侧物质沿断层发生了突然的错动。这种错动主要有以下三种形式,分别称为逆冲破裂、倾滑破裂和走滑破裂:

 

 

    逆冲破裂(逆断层)               倾滑破裂(正断层)              走滑破裂(走滑断层)

它们产生的原因与该地区受到的力直接相关,如果受到压力为主则产生逆冲破裂、张力为主产生倾滑破裂、而在二个不同方向分别受到差不多大小的压力和张力时产生走滑破裂。上面图示给出的是典型例子,真实地震发生要更为复杂,与当地受力情况有关,可能包含不只一个成分。对于龙门山地区,由于青藏高原的东向运动受到四川盆地阻挡形成龙门山断裂带,断裂带上发生的地震以逆冲破裂为主,汶川地震与芦山地震都是这样。

    了解地震机制对于我们认识灾害分布有帮助吗?有。以汶川地震为例,在靠近断层处,龙门山断裂带西面的地块在地震时向东、向上运动,被称为“上盘”,断裂带东面的四川盆地地块向西、向下运动,被称为“下盘”。上盘介质在地表断裂附近形成锐角形状,而下盘介质呈钝角形状。地震时上、下盘感受到的震动强度有明显差别;在接近断层的地方,上盘感受到的震动强度(取决于断层倾角)可以是下盘的数倍。这也在汶川地震造成的现场破坏得到验证,相似的房子,位于上盘受损严重,而位于下盘破坏就相对轻微;而遭到毁灭性破坏的北川县城、映秀镇等就是位于上盘靠近断层的地方。这也提示我们,如果发生逆冲型地震,要特别关注上盘靠近断裂带的地区,这些地区很可能是地震破坏极大的地区。这一规律对于倾滑破裂的正断层同样成立,即上盘受到的震动强度会大于下盘。而对于走滑断层,如果断层产状近乎直立,二盘感受到的震动强度差别不大。此外还值得指出的是,地层介质性质对于震动强度也会产生影响,盆地、沉积层(土层)对于地震波有放大作用,而坚硬的基岩就不会。这也是为什么汶川地震中位于极震区相似的房子,建在土层上的房子受破坏程度要明显大于建在基岩上的原因。

    以上介绍有关地震参数的一些基本常识,及地震发生后如何运用这些常识对于地震影响范围和可能的灾情作出一些基本判断。可能有读者会问,地震发生前呢?如果地震发生前就能作出预测岂不更有用?别急,本文已经够长,下文再对国际上地震预测的研究和历史作一介绍。

 



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