地震學基礎地震烈度課件

1、第八章 宏觀地震學第一節(jié)、地震烈度 地震烈度是地震引起的地震動及其對人、人工結構、自然環(huán)境影響的強弱程度，也間接反映了地震動本身的強烈程度。烈度的不同定義河角廣：人體感覺到的某個地點的 地震強度李善邦：某個地點受地震動影響表 現出的強弱程度里克特：就某一地點的震動而言麥德維杰夫：某一地點的地面震動斯坦伯魯格：地震影響的隨意尺度紐馬克等：地方性的地震破壞度量 一次地震只有一個量度地震釋放能量大小的震級，但一次地震的不同地點有不同的烈度值。地震烈度受震級、距離、震源深度、地質構造、場地條件等多種因素的影響；一般情況下，震源附近的震中地區(qū)烈度最高，稱為震中烈度；距震源越遠烈度越低。震中烈度隨震級增加

2、而增大，震級相同時則震源深度越淺震中烈度越高。烈度只取整數值。震級和烈度的區(qū)別和聯系首先，震級和烈度的含義不同。 震級是衡量地震本身釋放能量大小的級別。地震釋放的能量越大，震級就越大。一次地震只有一個震級。 烈度是指某地區(qū)受地震影響的強弱或破壞程度。破壞越嚴重，烈度就越大。區(qū)別震級和烈度的區(qū)別和聯系其次，確定震級和烈度大小的依據不同。 震級是根據地震臺站的儀器記錄，按一定公式推算得出。 地震烈度的大小，是根據地震發(fā)生時人的感覺及室內擺設的動搖情況，以及房屋和其他建筑物的破壞輕重程度，還有地面破壞現象等來確定。區(qū)別震級和烈度的區(qū)別和聯系 地震震級與地震烈度有一定聯系。烈度大小與地震震級大小、離震

3、中的遠近、震源深淺、當地的地質構造、場地條件等因素有關?？偟恼f來，地震震級越大，烈度越大；距震中越近，震源越淺、烈度也就越大。聯系地震烈度表 烈度表是說明地震烈度的等級劃分、評定方法與評定標志的技術標準。烈度表規(guī)定了地震烈度劃分的等級、描述了對應不同烈度的地震影響和破壞現象，提供了評定烈度的基本方法。 歷史上的烈度表曾將烈度劃分為8-12檔次，現以12度的烈度劃分為主。 烈度表將評定烈度的依據歸并為四類：人的感覺和反應；器物反應；房屋等結構破壞和地表破壞。度以人的感覺為主；度以房屋震害為主；、度以地表現象為主。中國地震烈度表(1980)度 無感度 室內個別靜止的人有感度 室內少數靜止的人有感，

4、門、窗輕微作響， 懸掛物微動度 室內多數人有感，室外少數人有感，少數人 驚醒；門、窗作響懸掛物明顯擺動，器皿作 響度 室內人普遍有感，室外多數人有感，多數人驚 醒；門窗、屋頂、屋架顫動作響，灰土掉落， 抹灰出現微細裂縫不穩(wěn)的器物傾倒度 人驚慌失措，倉皇出逃；個別房屋磚瓦掉落，墻體微 細裂縫，有的磚煙囪裂縫掉頭；河岸和松散土出現裂 縫，飽和砂層出現噴砂冒水。度 大多數人倉皇出逃；建筑輕度破壞（局部破壞開裂） 但不妨礙使用，大多數磚煙囪中等破壞；河岸出現塌 方，飽和砂層常見噴砂冒水；松散土上地裂縫較多。度 人搖晃顛簸，行走困難；建筑中等破壞，需要修理， 大多數 磚煙囪嚴重破壞；干硬土上亦有裂縫，度

5、 人坐立不穩(wěn)，行動的人可能摔跤；建筑嚴重破壞（墻 體龜裂，局部倒塌），修復困難，磚煙囪出現倒塌； 干硬土上有許多裂縫?；鶐r可能出現裂縫，滑坡塌方 常見。度 騎自行車的人會摔倒，處于不穩(wěn)狀態(tài)的人會摔處幾尺 遠，有拋起感；建筑大部倒塌，不堪修復，基巖上的 拱橋破壞，大多數磚煙囪從根部破壞或倒塌；山崩和 地震斷裂出現。 度 建筑毀滅，基巖上拱橋毀壞；地 震斷裂延續(xù)很長，山崩常見。 度 地面劇烈變化，山河改觀 注： 一般房屋包括用木構架和土、石、磚墻構造的舊式房屋和單層或多 層的新式磚房。對于質量特別差的和特別好房屋，可根據具體情況，對表列各烈度的震害程度和震害指數予以提高或降低。 使用本表時可根據地

6、區(qū)具體情況作出臨時的補充規(guī)定。 在農村以自然村為單位，在城鎮(zhèn)可以分區(qū)進行烈度的評定，但面積以1平方公里左右為宜。 煙囪指工業(yè)或取暖用的鍋爐房煙囪。 表中數量詞的說明：個別：10%以下；少數：10-50%；多數：50-70%；大多數：70-90%；普遍：90%以上。常用烈度表的對應關系 地震烈度的宏觀調查 宏觀調查的方式大致有三種，即現場實地調查、通訊調查和航空攝影。 影響震災大小的因素，主要來自地震本身和受震體二個方面。 （1）地震本身。由于形成震害的三要素是地震強度、頻譜特性、持續(xù)時間，所以地震本身主要指以下幾方面：震級、震中距離、震源深度、地震發(fā)生時間、地震類型等。烈度的影響因素（2）地震

7、受體因素。主要包含天然環(huán)境因素、人為環(huán)境因素和社會環(huán)境因素。烈度的影響因素天然環(huán)境因素：地理環(huán)境，地質環(huán)境，場地環(huán)境等；人工環(huán)境：主要包括居民住宅，工業(yè)建筑，各類公共設施，生命線工程以及其他人工建筑物等；社會環(huán)境：主要包括城市，農村，社會文明程度，人們的知識水平、抗災意識、應變能力、科學管理水平，震區(qū)人口密度、經濟發(fā)展程度等。震級與烈度統(tǒng)計對應關系震中烈度 震 級 1.92.53.13.74.34.95.56.16.77.37.98.5(1)震中烈度和震級的關系 對于我國的破壞性地震，由于震源深度大致在10-20公里，經過統(tǒng)計發(fā)現震級M與震中烈度I0 滿足下列關系： M=0.58 I0 +1.

8、5 烈度的影響因素詳解烈度的影響因素(2)震源影響 震源對地震烈度的影響有兩個方面：震中距及震源深度。震源距 對于一個給定的震級，地面震動隨震源距離的增加會逐漸衰減。但是，這種衰減不是均勻的。人們發(fā)現不同地區(qū)之間地面震動隨距離衰減變化很大（如圖2.2），要受地殼巖石的影響。 一個矩震級為6.5的地震的地震動水平加速度從震源隨距離增加的平均衰減 詳解烈度的影響因素震源深度 對于給定地震震級，震源深度越深，震動就越弱。這一點可以通過井下加速計的記錄反映出來，如下圖所示，井下加速度計記錄顯示震動強度隨深度增加而減弱。說明，對于給定震級的地震，震源深度越深，到達地面時能量越小，震動越弱。井下加速度計記

9、錄顯示震動強度隨深度增加而減弱 詳解烈度的影響因素(3)場地條件的影響 場地條件一般指局部地質條件，如近地表幾十米至幾百米內的地基土壤、地下水位等工程地質情況、地形及斷層破碎帶等。國內外震害經驗一致表明場地條件是震害或地震烈度的主要因素。詳解A、場地土壤的影響 場地土壤對震害的影響在場地條件中占首要地位，幾乎每次大地震都可以看到這種影響的事例。如果把場地土分為三類：堅硬的巖石、硬至中硬的土層、松散軟弱的地基。這三類地基從抗震角度看至少有兩點不同：一是它們的剛度不同；二是它們的動力強度不同，在地震波動作用下，基巖強度很高，一般不破壞；相反，松散軟弱的地基則很容易產生地基失效。1989年洛馬普瑞特

10、地震余震期間在基巖上和人工填充地上監(jiān)視臺站記錄到的兩種地震圖 填充地區(qū)將地震動放大了8倍 1976年7月28日唐山7.8級地震的地震烈度分布圖天津寧河烈度的影響因素B、地質構造對地震烈度的影響 1976年唐山地震中，寧河為區(qū)中的度異常區(qū)（上圖），除了地基條件外，可能還與地質構造有關。寧河高烈度異常區(qū)在構造上位于黃驊凹陷內，第四紀沉積物較厚，斷層比較發(fā)育，有北西向寧河、寶坻新構造斷裂通過。詳解C、局部地形的影響 國內外宏觀震害表明，在孤立突出的小山包、小山梁上的房屋震害一般較重。 烈度的影響因素（4）影響地震烈度的其他因素 方位對烈度的影響與傳播路徑有關，所謂方位影響指的是在斷裂端部附近，等震線

11、會出現偏于一側或兩側的尖端形。 除了震源、傳播路徑和場地條件對烈度的影響外，在強震現場還發(fā)現一些烈度異常區(qū)，可能由其他因素引起，被提到最多的地震波的輻射干涉。 詳解1906年舊金山、1971年圣費爾南多、18111812年 新馬德里和1886年查理斯頓地震的等震線圖 地震烈度的特點 在沒有地震觀測儀器和地震觀測普遍開展之前，人們描述震害大小和地震動強弱，只能憑借宏觀觀察；烈度概念的建立之初，它就被賦予震害大小和地震動強弱的雙重內涵。然而，地震動強弱僅是影響震害的因素之一，兩者之間并不存在簡單明確的物理關系，至少，在相同地震動作用下，抗震能力不同的房屋將產生不同程度的破壞，這一點即使是初期的烈度

12、研究者也注意到了。烈度內涵的雙重性決定了它不是一個嚴格科學的物理概念、并具有以下特點。 模糊性 綜合性 平均性 主觀性 在描述不同破壞（影響）現象的數量時，使用個別、少數、多數、大多數、普遍等模糊詞語。在描述房屋破壞程度時使用的微細裂縫、局部破壞、結構受損、墻體龜裂、局部倒塌，以及不妨礙使用、需要修理、修復困難和不堪修復等詞語也不能以定量方法判斷。 地震烈度評定原則上要綜合考慮人的感覺、器物反應、建筑破壞和地面破壞等四類宏觀現象。 由于烈度評定指標的不確定性，烈度一般不能由某種現象的一次出現進行判斷，例如，不能憑借一棟房屋的破壞程度評定烈度而必須考慮一定地域范圍內房屋群體的平均破壞狀態(tài)。地域范

13、圍大小的界定在烈度表中并無嚴格規(guī)定，原則上農村以自然村為單位，城市則應分區(qū)評定，面積以1平方公里為宜。既然烈度評定以宏觀觀察為依據，烈度表大量使用模糊詞語，則烈度評定很大程度上是一種經驗行為，評定結果必然包括因評定者經驗多寡和正誤所引起的主觀性。地震烈度評定 地震烈度是按照地震烈度表評定的。烈度評定的基本方法是現場宏觀考察；也可利用通信方法了解震害情況，作為評定烈度的輔助手段。烈度評定的最終結果是繪制地震的等震線圖。 唐山地震等震線圖烈度異常區(qū) 當若干烈度異常點密集成區(qū)時，可勾畫為烈度異常區(qū)。烈度異常區(qū)的勾畫不能僅由個別烈度異常點決定，其范圍應足夠大、跨越一個或數個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、甚或一個縣。烈度異?，F

14、象往往是場地影響的結果，例如山間軟土盆地、濱海軟土區(qū)、古河道、古湖沼澤地等場地的震害相對較重，形成高烈度異常區(qū)；而臺地或大片堅硬場地則可能形成低烈度異常區(qū)。 如1976年中國唐山地震出現許多烈度異常區(qū)，包括寧河-漢沽（度高烈度異常區(qū)）、天津（度高烈度異常區(qū)）、玉田（度低烈度異常區(qū)）；1679年三河-平谷地震（8級）時，玉田地區(qū)也是較周圍震害較輕的低烈度異常區(qū)。 汶川地震等震線圖101102103104105106107108E109353433313029N28成都重慶西安綿陽德陽廣元都江堰北川青川文縣康縣漢中汶川茂縣江油紅原若爾蓋岷縣漳縣平涼通渭莊浪慶陽靈臺甘谷麟游寶雞扶風武功鳳縣寧陜鎮(zhèn)巴萬

15、源宣漢梁平鄰水合川大足榮昌內江自貢水富綏江永善雷波樂山沐川馬邊漢源石棉冕寧九龍康定丹巴金川小金馬爾康黑水理縣道孚雅江平武松潘九寨溝西和舟曲武都勉縣略陽寧強南江旺蒼劍閣蒼溪三臺中江青白江安縣彭州綿竹什坊郫縣邛崍寶興蘆山映秀32儀器震中等震線鎮(zhèn)原震害指數法 采用房屋破壞程度的統(tǒng)計指標評定地震烈度的方法。震害指數是表示一座房屋破壞程度的數，取值范圍為01，震害指數0.0表示房屋完好無損，震害指數1.0表示房屋毀壞；其間的數值表示不同的破壞程度。 取某類震害經驗豐富的房屋w為基準，以各調查點該類房屋平均震害指數為橫坐標，其他類房屋的平均震害指數為縱坐標，用回歸分析或目視擬合方法，得到圖示的基準房屋與它

16、類房屋震害指數的換算關系（如圖中曲線），記第j類房屋與基準w類房屋震害指數的換算系數為 。若調查點（如自然村）所有被調查的房屋總間數為 ，則該點的平均震害指數為: 烈度 平均震害指數 00.1 0.110.3 0.310.5 0.510.7 0.710.9 0.911.0表2.5 一般房屋震害程度調查表 調查點： 調查時間： 調查人： 震害程度 xi房屋間（棟）數 Ni平均震害指數 烈度評定結果備注（死亡人數） 毀 滅 1.0 倒 塌 0.8嚴重破壞 0.6中等破壞 0.4輕度破壞 0.2 損 壞 0.1 完 好 0 總 計其他情況描述（包括人的感覺，地表破壞，簡單器物反應和場地條件等） 烈度

17、的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。 地震烈度直觀簡明地反映了地震影響及破壞的程度、范圍和分布，是震后開展應急救災的部署和行動的根據。 中國有數千年的歷史地震記載，絕大多數是對震害的宏觀描述，這些描述可用來估計歷史地震的烈度分布，進一步通過震中烈度與震級的經驗關系，推測歷史地震的震級，從而了解和研究各地的地震活動性，廣泛用于地震活動性、地震危險性分析、地震長期預報和其他地震學相關的研究。 烈度的應用烈度應用已有百年歷史，主要體現于以下各方面。 根據等震線的長軸方向，可以判斷發(fā)震斷層的走向或斷層破裂傳播方向。通過烈度分布的形狀和震中烈度區(qū)面積，可以推測震源深度，在歷史地震和現代地震

18、發(fā)震機制和地震動模擬研究中有著廣泛應用。 我國長期以來缺乏足夠的強地震動觀測資料，在這種情況下，只能借助烈度衡量地震動強弱。烈度物理指標沒有物理基礎支持烈度與地震動參數之間存在簡單的確定性對應關系。使用多個地震動參數并不能減小統(tǒng)計關系的離散程度。對應某個烈度，任何地震動參數的觀測數據都非常離散。地震烈度和地震動參數的平均值有良好的線性相關性。問題和發(fā)展趨勢 近三十年來，世界范圍內的烈度評定工作日趨減少，美國、日本、印度、伊朗、土耳其等國在發(fā)生破壞性地震后，均不再進行認真全面的宏觀烈度評定，也不再關注烈度等震線圖的繪制。 全面細致的烈度評定不僅需要大量時間和人力，而且面臨經驗不足的巨大困難，烈度

19、評定指標的模糊性和綜合性等往往造成評定結果的差異。烈度評定結果出現1度的差異十分正常，極端情況下，同一地點不同調查人員得出的烈度可差4度之多?？拐鸾ㄖY構類型多樣、設防烈度不一、且不同版本抗震設計規(guī)范的設計要求也不斷變化，這給全面、系統(tǒng)、可靠的震害經驗的積累幾乎造成了難以逾越的障礙。汶川地震震害考察未能證實2008年烈度表的適用性。本來模糊的評定指標進一步繁瑣化使現場調查者難以掌握使用。 日本的烈度計和儀器烈度 日本在地震發(fā)生后迅速對各城市做出的烈度 (日本稱震度) 速報，是烈度計自動得出的“儀器烈度”，并不是宏觀烈度評定的結果。日本的烈度計是基于強震儀開發(fā)的現代儀器，可以根據實測的強地震動時

20、間過程及其參數，由預定的軟件自動計算烈度值。儀器烈度雖仍然保留了烈度這一名稱，也具有可粗略了解地震影響的作用，但評定方法與烈度表有本質的區(qū)別，也并不追求其與傳統(tǒng)的宏觀烈度的一致性。阪神地震儀器烈度分布圖美國的震動圖 震動圖依據地震動參數自動繪制，是在震后幾分鐘內向科學家、企業(yè)家、政府、媒體和公眾發(fā)布強地震動信息的一種方式。震動圖一般包括儀器烈度分布圖、地震動加速度峰值等值線圖和地震動速度峰值等值線圖。其中儀器烈度分布圖中的儀器烈度是綜合實測加速度峰值和速度峰值得出的，無需震害的宏觀調查。加速度峰值和速度峰值等值線圖主要是依據實測的未經修正的原始強地震動記錄得出的；在缺乏觀測臺站的區(qū)域，地震動峰

21、值可根據震級和震中由經驗衰減關系估計。 汶川地震震動圖 補充：基本烈度與地震危險性區(qū)劃1、基本烈度2、中國地震烈度區(qū)劃圖3、抗震設防烈度與防震減災 基本烈度這個名詞是由已故地震學家李善邦先生于50年代初提出的。基本烈度是指場區(qū)在今后若干年可能遭遇到的最大危險烈度，是具有一定發(fā)生概率的烈度值，用統(tǒng)計學方法計算得來的綜合烈度，表明一個地區(qū)發(fā)生這個地震烈度的可能性比較大。1、基本烈度 根據資料確定每次地震在各地造成影響的程度，分析地震的頻率，及其他地震活動特征，再結合當地地質構造運動的特點，并根據場地是在地震活動區(qū)還是在地震影響區(qū)給予加權，最后確定基本烈度。 基本烈度的確定 5060年代，基本烈度是

22、由場區(qū)在歷史上曾經遭受過的最大烈度為基礎，并結合當地的地質構造特點和地震發(fā)生頻率而確定，沒有明確的時間含義；基本烈度含義的變化 7080年代，基本烈度是指未來百年內，平均土質條件下，場區(qū)可能遭遇的最大地震烈度； 90年代，基本烈度是指50年期限內，一般場地土條件下，場區(qū)可能遭遇超越概率為10%的烈度值，即達到和超過圖上烈度值的概率為10%。 地震小區(qū)劃：是對小范圍局部區(qū)域的地震動、地震破壞效應及相關因素的差異進行劃分，其結果將標示在該區(qū)域的地圖上。 地震區(qū)劃：是地震區(qū)域劃分的簡稱，指的是在地圖上按地震情況的差異，劃分出不同的區(qū)域（地震活動性區(qū)劃、震害區(qū)劃、地震動區(qū)劃）。 地震小區(qū)劃與地震區(qū)劃的

23、異同： 地震區(qū)劃一般涉及較大的地域范圍，如一省或數省、一個國家乃至多個國家，而地震小區(qū)劃只涉及較小的地震范圍，如一個城市或集中若干重要設施的工業(yè)區(qū)。 地震區(qū)劃不考慮局部場地條件的影響，而地震小區(qū)劃則要著重研究局部場地條件的影響。 地震小區(qū)劃與地震區(qū)劃的異同： 地震區(qū)劃指標比較單一，大多采用震級、地震烈度或地震動參數；而地震小區(qū)劃除采用地震烈度或地震動參數之外，往往還采用表示土層反應、液化、滑坡、沉陷等多種震害危險程度的不同指標。 地震區(qū)劃圖供全國范圍的經濟開發(fā)、土地利用、震害預測以及一般工業(yè)與民用建筑的抗震設計、鑒定加固所使用，而地震小區(qū)劃圖可在局部范圍內取代區(qū)劃圖，為該局部地區(qū)的經濟開發(fā)、土地利用、震害預