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地震烈度

地震烈度(seismic intensity)表示地震对地表及工程建筑物影响的强弱程度。(或释为地震影响和破坏的程度)。是在没有仪器记录的情况下,凭地震时人们的感觉或地震发生后器物反应的程度,工程建筑物的损坏或破坏程度、地表的变化状况而定的一种宏观尺度。 因此烈度的鉴定主要依靠对上述几个方面的宏观考察和定性描述。

地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受到一次地震影响的强弱程度。一次地震发生后,根据建筑物破坏的程度和地表面变化的状况,评定距震中不同地区的地震烈度,绘出等烈度线,作为对该次地震破坏程度的描述。因此,地震烈度主要是说明已经发生的地震影响的程度。一个地区的烈度,不仅与这次地震的释放能量(即震级)、震源深度、距离震中的远近有关,还与地震波传播途径中的工程地质条件和工程建筑物的特性有关。地震的烈度在不同方向有所不同,如在覆盖土层浅的山区衰减快,而覆盖土层厚的平原地区衰减慢。烈度还用于地震区划,表示将来一定期限内可能发生在某一区域内的最大烈度,估计一个建设地区可能发生的地震影响大小。对新建工程来说,工程设计采用的烈度则是一种设计指标。据此进行结构的抗震计算和采取不同的抗震措施。

按照地震的不同成因,可以把地震划分为五类:

1.构造地震:构造地震发生的原因,是地下岩层板块受地应力的作用,当所受的地应力太大,岩层不能承受时,就会发生突然、快速破裂或错动,岩层破裂或错动时会激发出一种向四周传播地地震波,当地震波传到地表时,就会引起地面的震动。世界上85--90-的地震以及所有造成重大灾害的地震都属于构造地震。

2. 火山地震:由于火山爆发引起的地震。

3.水库地震:由于水库蓄水、放水引起库区发生地震。

4.陷落地震:由于地层陷落引起的地震。

5. 人工地震:由于核爆炸、开炮等人为活动引起的地震

从概念上讲,地震烈度同地震震级有严格的区别,不可互相混淆。震级代表地震本身的大小强弱,它由震源发出的地震波能量来决定,对于同一次地震只应有一个数值。烈度在同一次地震中是因地而异的,它受着当地各种自然和人为条件的影响。对震级相同的地震来说,如果震源越浅,震中距越短,则烈度一般就越高。同样,当地的地质构造是否稳定,土壤结构是否坚实,房屋和其他构筑物是否坚固耐震,对于当地的烈度高或低有着直接的关系。(影响一地地震烈度的五要素:震级、震源深度、震中距、地质结构、建筑物)。一次地震中,人们往往强调震中(或称极震区)的烈度。为了在实际工作中评定烈度的高低,有必要制订一个统一的评定标准。这个规定的标准称为地震烈度表。在世界各国使用的有几种不同的烈度表。西方国家比较通行的是改进的麦加利烈度表,简称M.M.烈度表,从Ⅰ度到ⅩⅡ度共分12个烈度等级。日本将无感定为0度,有感则分为Ⅰ至Ⅶ度,共8个等级。前苏联和中国均按12个烈度等级划分烈度表。

按照地震时的人的感觉,地震所造成自然环境的变化和建筑物的破坏程度,区分为几大类:无感地震、微感地震、有感地震、破坏地震、毁坏地震与毁灭地震。以描述地震烈度的高低,作为判断地震强烈程度的一种宏观判据,称地震烈度表。有了这个判据,可以调查研究评定已经发生的地震,包括历史上发生的地震和新近发生的地震影响区的烈度高低。有代表性的烈度表例如:罗西-福雷耳10度烈度表(1883年发表)、M-C-S12度烈度表(1923年发表)、1932年欧美国家参照MC-S烈度表修改成MM12度烈度表和日本七阶烈度表等。

1957年编成的《新的中国烈度表》也是12度烈度表。和M-C-S或MM12度烈度表类似,1~5度是无感(只能仪器记录)至有感的地震,6度有轻微损坏,7度以上为破坏性地震,9度以上房屋严重破坏以至倒塌,并有地表自然环境的破坏,11度以上为毁灭性地震。这里是对没有经过抗震设防的建筑而言。对于考虑了抗震设防的建筑就不一样,而且建筑材料的差别、施工质量的好坏使建筑物的抗震能力的表现也不同,烈度的判定也有差异。因此,用地震烈度来判断地震影响大小是比较粗略的。

从抗震设计的要求来看,宏观标志不能直接应用,要有表征地面运动的物理量供设计采用。有些国家的抗震设计规范规定了与地震烈度相应的地震加速度,但各国的取值不一。

中国1980年重新编订了地震烈度表。

中国地震烈度表

1度:无感仅仪器能记录到

2度:微有感--个别敏感的人在完全静止中有感

3度:少有感--室内少数人在静止中有感,悬挂物轻微摆动

4度:多有感--室内大多数人,室外少数人有感,悬挂物摆动,不稳器皿作响

5度:惊醒--室外大多数人有感,家畜不宁,门窗作响,墙壁表面出现裂纹

6度:惊慌--人站立不稳,家畜外逃,器皿翻落,简陋棚舍损坏,陡坎滑坡

7度:房屋损坏--房屋轻微损坏,牌坊,烟囱损坏,地表出现裂缝及喷沙冒水

8度:建筑物破坏--房屋多有损坏,少数破坏,路基塌方,地下管道破裂

9度:建筑物普遍破坏--房屋大多数破坏,少数倾倒,牌坊,烟囱等崩塌,铁轨弯曲

10度:建筑物普遍摧毁--房屋倾倒,道路毁坏,山石大量崩塌,水面大浪扑岸

11度:毁灭--房屋大量倒塌,路基堤岸大段崩毁,地表产生很大变化

12度:山川易景-一切建筑物普遍毁坏,地形剧烈变化动植物遭毁灭

早期的烈度表完全以地震造成的宏观后果为依据来划分烈度等级。但宏观烈度表不论制订得如何完善,终究用的是定性的判据,不能排除观察者的主观因素。为此人们一直在寻找一种物理标准来评定烈度,这种物理标准既要同震害现象密切相关,又要便于用仪器测定。首先被研究的物理量是地震时的地面加速度峰值。因为一般认为地震引起的破坏是地震惯性的力量造成的,而这种力量(不可称作惯性力)又决定于地面加速度。这样就给烈度的每一等级附加上地面加速度峰值。结果表明,烈度每增加一度,加速度大约增加一倍。后来加入烈度表的物理量还有地面速度峰值。中国现行的烈度表已经加入了加速度和速度两项物理量数据。 [1]

影响地震烈度大小的有下列因素:(1)地震等级;(2)震源深度;(3)震中距离;(4)土壤和地质条件;(5)建筑物的性能;(6)震源机制;(7)地貌和地下水位等。按人的感觉及地震破坏情况划分等级,依次排列成表,即为地震烈度表。世界上有很多种地震烈度表,如日本采用的7度表,10度表等。中国采用12度表。

工程地震的一项重要工作是用地震历史和地震地质资料,对全国各个地区在预定的时间内地震发生的大小和可能性作出预测,编制成地震烈度区划图,作为工程建设抗震设计的依据。1976年中国颁发了《中国地震烈度区划图》,比例尺为三百万分之一,图上用等烈度线表示出从1974年至2073年的100年内各地区可能普遍遭遇的最大地震烈度。

地震烈度区划图上表示的是一个大的范围内地震烈度的平均水平。过去的地震灾害经验表明,一个大的地区范围内地震烈度往往有局部的变异,或称烈度异常,这与局部地区的地质、地形条件有关。为了反映局部地区的地震地质、工程地质和地震活动性的影响,对一个城市或一个大的工程建设场地进行详细的烈度和地震动参数的分区,称为地震小区划。

一九七七年出版的1∶300万《中国地震烈度区划图》是一幅较为完善可直接为国民经济建设服务的地震区划图。在国家地震局统一领导和布置下,为编制该图动员了各方面的力量,收集整理了大量地震、地质、地球物理等方面的资料,综合了多种研究成果,历时五年方予完成。 [2]


  (一)编图过程。
  一九七二年四月,召开了全国地震烈度区划业务工作会议。会上就烈度区划的基本原则、主要技术指标、所需基本图件和研究专题等进行了讨论。同年六月,成立了全国地震烈度区划编图组,设在国家地震局地质研究所。
  一九七二年六月至一九七五年九月,进行分区编图工作。其间,于一九七四年九月召开了工作经验交流会,对全国地震区、带的划分,各级地震的地震地质标志,各种地震活动性分析方法的应用和综合分析原则,宏观影响场统计数据的处理,图件的图面结构等进行了讨论。承担分区编图和专题研究的单位有辽宁、山东、江苏、湖北、福建、广东、云南、四川、甘肃、新疆等省(区)地震局和局属地质研究所、地震地质大队、地球物理研究所、工程力学研究学所、测量大队、物探大队等。
  一九七五至一九七七年,进行全国图件和文字的汇总与出版。在一九七七年召开的全国地震烈度工作会上,对全图及说明书进行了审查,并批准该图在国家建设规划和中小型工程抗震设计中参考使用;同年出版了该图及其说明书。

(二)编图原则和方法。
  编图的原则和方法是,以地震区、带作为区划的基本单元,在运用综合分析方法确定未来百年地震趋势和地震危险区的基础上,结合地震宏观影响场的分析,进行地震烈度区划。具体步骤和方法是:
  1.进行地震区、带的划分。
  根据区域地震活动、地震地质条件的共同特征和相关程度划分地震区、带,并以其作为研究地震活动规律、发震构造条件及地震影响特征的基本单元。全国共划分为3个地震区,23个地震亚区和30个地震带。
  2.进行地震活动性分析。
  通过地震活动性分析,对未来地震趋势和地震危险区的判定提供依据。其主要工作内容有:
  地震资料的整理与编目。通过对历史地震资料的整理、复核和调查,共增补历史地震54次;对244次地震的参数作了修改;编辑了公元一一七七至一九七六年八月三十一日的《中国地震编目》,汇集4.7级以上3133次。此外,还研究了大量微小地震资料。
  地震活动空间分布特征的研究。根据地震活动性的强弱,将全国划分为三类不同的地区:地震活动强烈的地区,指地震强度大、频度高的地区;地震活动中等的地区,指地震强度大、频度较低的地区;地震活动较低的地区,指地震强度小、频度低和强震零星分布的地区。
  地震活动期的分析。按地震活动期的长短将全国一些地震区分为三类:地震活动期为三百至四百年的地震区,如华北、华南等;地震活动期为一百年左右的地震区,如新疆中部、青藏高原中部等;地震活动期为几十年的地震区,如台湾地震区的东部亚区和青藏高原南部地震区等。
  地震发展阶段分析。先将中国各地震带每个地震活动期划分为四个发展阶段:应变积累阶段、应变释放阶段、应变大释放阶段、剩余应变释放阶段;然后分析每个地震带当前所处的发展阶段,由此可估计该区近期的地震危险性。
  震级频度关系的分析。计算各地震区地震的震级频度关系logN=a-bM中的系数a,b,用以预测各地震区今后可能发生的各级地震的次数。
  强震重复性的研究。研究表明,中国大陆地区的强震,原地重复发生的比例是很小的。例如,66.9级地震原地重复发生的只占14.8-;77.9级地震为10.3-;8级以上地震尚无原地重复的先例。这项研究对于地震危险区的确定很有意义。
  强震迁移特征的研究。强震迁移有多种形式,如单向迁移、往返迁移和不规则迁移等。由于其现象比较复杂,这种方法只能作为估计地震危险区的参考。
  强震填空性的研究。统计了中国历史上有填空特征的近40次地震的震级与空区长度或面积的关系,由此可为确定未来地震的强度提供依据。
  数理统计方法的应用。主要应用了以下三种数理统计方法:极值统计、线性预测、马尔科夫模型。前者可以预测今后百年内研究区发生各级地震的个数和最大震级;线性预测方法则可用来估计各地震区(带)未来一百年内地震发生的时间和强度。
  3.利用地震构造条件类比法判定地震危险区。
  编图中应用地震构造条件类比法判定地震危险区的主要依据如下:
  (1)第四纪活动断层与强震关系最为密切。断层规模越大,地震越强;断层带的拐弯地段、端部,不同断层的交汇部位以及差异活动强烈地段,是强震最易发生的部位。
  (2)地震与盆地的发育类型和成因类型有关。强震主要与断陷盆地关系密切,拗陷盆地一般无6级以上地震;在断陷盆地中,强震往往发生在地堑型、复合型和断裂型盆地中。
  (3)新构造活动强烈的地槽褶皱带和地台区比其他稳定区易发生强震;新构造分区的边界带比其内部易于发生强震。
  (4)形变速率、梯级带和形变范围大的地区或地带易于发生强震。
  (5)重、磁异常带的畸变、转折、不同方向异常带的相交部位,以及正、负异常的交替频繁地段和局部突变带是强震易于发生的地方。
  (6)莫霍面陡坡带及其扭曲部位、凹槽带的边缘和强烈变化带亦是强震活动区。
  4.确定地震宏观影响场。
  地震宏观影响场是指地震在地表所造成的影响及其分布状况,用烈度表示。震例分析的结果表明,地震宏观影响场有以下特点:
  (1)多数地震极震区的长轴方向与发震构造走向一致,一般与区域构造方向也近于一致。当发震构造方向与区域构造方向不一致时,可能出现极震区和影响区不一致的现象;当构造方向复杂或不清楚时,可能出现不规则形状分布。
  (2)地震等烈度线一般均围绕极震区呈椭圆形分布,长轴方向较短轴方向衰减慢。长短轴比值在极震区最大,最高可达5.35.6;在外围地区逐渐降低,一般为1.11.8。此外,一般来讲,震中烈度愈高,极震区长短轴比值也愈大。
  (3)中国东、西部9度(特别是10度)以上地震的烈度衰减有明显的差别,东部衰减慢,西部衰减快;尤以顺构造长轴方向的衰减差别较大。这反映了中国的大地震与断裂构造的关系密切。
  在编图中,依据中国140幅历史地震等震线图,采用等效面积法和直观法确定地震影响场。
  评价检验

(三)评价与检验。
  根据上述原则和方法,一九七七年编制的中国地震烈度区划图是一张考虑了时间因素的地震区域图,它给出的基本烈度是指某一地区在今后一百年内,在一般场地(Ⅱ类土)条件下可能遭受到的最大烈度。
  这张区划图是以地震活动规律和地震构造成因分析为基础的,有一定的科学性。从在实践中检验的效果来看也是好的。自一九七六年八月三十一日至一九八四年四月底,在将近八年的时间内,在中国发生的77次7度(或 级)以上地震中,超过区划图上所示烈度的地震有23次,约占30-;其中有6次发生在小于6度的地区,8次发生在6度区内,8次发生在7度区内,1次发生在8度区内。其他地震没有超过区划图上表示的烈度等级。由此可见,该区划图具有一定的可靠性。 [3]

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