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前几天加拿大刚发强地震,今天在中美洲危地马拉西部又发生强地震。如果没有一定的地震相关知识,很难判断为什么有的地震伤亡严重而有的地震无所伤亡。地震作为一种自然地质现象,有其自身的规律,虽然人类还没有完全掌握,但是基本的过程还是比较清楚的。
天然强地震一般都是由发震构造控制,绝大多数是地质断层的突然错动产生。因此,地震的过程和致灾都离不开与其相关的发震构造。不同发震构造具有不同的变形特点,导致的灾害也就各有特点。
首先,多数地震构造通过地质、地貌调查可以获得它的变形特点,从而预知发震和致灾特点。拿危地马拉地震为例,图1可以看到,红色的断层线,都是通过地质地貌或者大地测量可以确定出来。本次地震的西南侧就是一个板块边界俯冲带(the subducting Cocos plate and the overlying Caribbean and North America plates),是相对非常活跃的断裂带,相对运动达到70-80毫米/年。
地震之后,通过地震波观测数据,可以获得发震断裂在发震过程中的力学性质,即震源机制,通过震源机制解,可以知道断裂面的走向、倾向、倾角以及断裂面滑动方向。图2是危地马拉地震震源机制解:
Plane |
Strike |
Dip |
Rake |
NP1 |
126° |
69° |
98° |
NP2 |
285° |
23° |
70° |
震源位置:13.987°N, 91.965°W,深度24公里。
结合地震震源定位与已知周边地震构造,可以判断,倾斜北东的一组节面解是发震断裂,即走向285°、倾角23°的那组。从滑动角70°,可以判断,地震时断裂以逆冲为主,有少量的左旋滑动。这一数据与地震构造环境是一致的,板块俯冲带以逆冲为主。
有了发震构造,根据地震波数据,可以反演地震断裂沿断裂面的位移分布,图3是这次危地马拉地震的反演结果,可以看到,震源附近的位移量最大,但是仍然不到4m,在地表处的位移很小。所以,不会产生海啸。然而像日本2011年地震震源附近最大位移超过30m,到达地表的位移也达到数米,因此引发了海啸。
地震海啸是发震断裂出露于海底的大地震主要致灾形式,海啸的产生必须要有一定的条件,也就是突然的大规模海水形成垂向位移。因此,只有俯冲带并且有很大位移的大地震才能产生海啸。2012年4月苏门答腊一个8.2级地震,虽然产生了很大位移,但是发震断裂是走滑性质的转换断层,因此没有显著的垂向位移,没有引发海啸。发震断裂出露于海底的大地震不存在地震地表破裂对人类的破坏。
那么对于发震断裂出露于陆地地表的大地震而言,比如中国大陆的地震,沿断裂带在地震过程中产生大规模的变形,汶川地震的地表破裂带总长度达到345公里。在地震地表破裂带上的建筑物是没办法抵抗断裂的强烈变形的。这些地震地表破裂的性质也是由发震断裂的性质决定的。
大地震的破坏主要由两部分组成,一部分就是断裂变形形成的破坏,另一部分则是地震动。相对而言,人们对地震动的影响更深刻,甚至认为是地震的破坏。地震动是有震源错动产生的地震波向地表传播形成的震动。具有范围广、随震中距离增大而衰减的特点。图4是危地马拉地震的地震动强度预测图,根据测震数据计算得到。从图例解释可以看到,通常震动强度达到五度就可能产生破坏,这次地震在陆地最大震动强度预测达到七度,应该会产生破坏。
所以,危地马拉地震的致灾将主要是地震动的破坏,应该不会特别大范围的毁灭性严重破坏。新闻中已经有报道,现场已经出现人员伤亡和建筑物破坏。
所有观测和计算的地震数据来源于美国地质调查局(USGS)网站。
http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/usb000dlwm#summary
http://www.chinanews.com/gj/2012/11-08/4312016.shtml
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