地震中的物理知识

地震是一种经常发生的自然现象,当地球内部缓慢积累的能量突然释放,从而引起的地球表层的振动,它是地壳运动的一种表现形式.在地震发生的过程中包含了许多物理知识,了解和掌握它可以帮助我们防止灾害、避免损失.     

地球上的海啸

<正>如此骇人的场景难道是科幻大片的宣传海报吗?错!这是一个真实的灾难场面。1964年3月28日,阿拉斯加的威廉王子海峡发生了里氏9.2级地震并引发大海啸。一位海啸亲历者绘     

基于岩浆凝固的地壳动力学研究北大核心CSCD

地球在形成之初处于熔融状态,随着时间的推移,地球表面的岩浆不断冷却、凝固,发展成现在的圈层结构,并且地球物质的冷却及液-固转变依然在持续。通过对地震发生后地球日长变化进行统计分析,发现总体上地震后地球自转速率加快。分析认为,这一现象是由于地幔部分岩浆冷却凝固使地壳岩石圈下部体积塌缩所致。由此,建立了一个地壳动力学模型,以解释地壳各板块间的相互作用和相对运动,并且认为地震等地质活动的动力学成因主要是地球内部熔体持续凝固所导致的地壳下部体积收缩、压力减小,在重力作用下,构成地壳的各板块之间的相互作用加剧,原有力学结构失稳,发生大规模岩层错位、断裂,从而引起地震、火山爆发等剧烈的地质活动。通过建立热学模型和力学模型,验证了上述观点。     

与地震预测预报有关的几个物理问题

文章简要介绍了与地震预测预报有关的几个物理问题,包括地震活动性问题、地球深部物质的物理性质及其变化问题、地球深部的流体问题、地震破裂问题、地球深部的形变和应力问题.这些问题的研究涉及当代物理学的一前沿领域.唐山大地震后30年来有诸多重要进展.     

地震动力:由巨观到微观——1999年台湾集集地震

决定地震发生时的断层破裂能量和了解一个断层带的孕育与发展都需要地震和地质数据的结合.在一个大地震的发生过程中,藉由地震仪的记录分析,了解地震断层破裂过程中其断层的几何破裂行为及其机制,甚至分析其运动学上的灾害行为.在地震源分析中文章作者将以上行为分析称为地震的巨观分析.而地震的微观分析,则是以探讨当地震断层及破裂前缘持续向前前进时,其所需的破碎能量及其形成的极小颗粒之断层泥的物理化学机制.此断层滑移带中的断层泥之物理机制、化学组成及地震断层滑移带厚度,皆为了解地震滑移时摩擦行为及能量释放的重要参数.地震的巨观及微观行为的结合分析,为地震学上重要的突破,使人们得以进一步了解地震破裂过程中的摩擦行为、温度及压力的变化,并探讨地震时造成的地表位移、速度及加速度行为.但断层滑移带的断层泥并小易获得,除非有清楚的深部断层几何,并能以深钻的方式取得断层泥材料进行分析.1999年7.6级的台湾集集大地震产生地表或近地表8-12m的滑移,此近地表的滑移足钻井容易达成的,因此提供一次难得的机会,得出大地震滑移带的断层泥了解大滑移断层的动力机制.而2008年四川汶川地震为另一了解此巨观与微观机制的地震.     

海啸、地震海啸与海啸地震

简要地介绍了海啸与地震海啸的成因、特点,分析了影响地震海啸的重要因素,阐述了海啸预警的物理基础.以2004年12月26日苏门答腊-安达曼MW9.0特大地震及其激发的印度洋特大海啸为例,说明除了地震的大小、地震机制、震源深度以外,震源破裂过程也是影响地震激发海啸的重要因素.通过对苏门答腊-安达曼特大地震及2005年3月28日苏门答腊北部特大地震进行分析对比,探讨了海啸地震的特征,阐明了进一步深入研究海啸地震的特征及其激发海啸的机制对于预防和减轻海啸灾害的重要意义.     

数值地震预测的关键物理问题*

数值地震预测是地震物理研究中的一个重要课题,具有基础性的科学意义和潜在的应用价值.文章介绍了数值地震预测的三个关键物理问题——地震发生率与应力变化的关系、地震断层的摩擦函数、地球中应力的传递问题,讨论了这些问题的意义、研究现状和发展趋势.     

寂静地震与地震预测的物理问题

寂静地震是指发生了缓慢的位错、但几乎不辐射地震波的“地震” .在目前的地震预测的物理学研究中 ,通常是通过计算历史上曾经发生过的地震所引起的应力变化 ,或者通过研究地震活动的统计性质或“图像动力学” ,来推测一个断层带上发生地震的危险性 .寂静地震的信息的缺失 ,形成了地震预测的物理学研究中的一个很大的“盲区” ,而在相当程度上 ,解决地震预测的物理问题的主要困难和可能的突破的希望 ,也许就在于此 .寂静地震的研究目前还很不深入 .关于寂静地震的性质 ,文章作者提出两个猜想 :(1)寂静地震的频度 ,满足类似于GR定律的幂律分布 ;(2 )最大的寂静地震的地震矩 ,与“可见”的最大地震的地震矩相当 .     

地震成因及预测预报

本文从地球的结构、地震类型、地震分布规律出发，探讨了地震形成的原因尤其是汶川大地震的成因和对人类带来的灾难，对地震的预测预报工作进行了分析，从六个方面论述了今后国家和各级地震部门及地震工作者在地震预测预报和避震方面要做的工作。     

DZW型微伽重力仪的原理和特点

一、基本原理和设计思想 高精度重力仪是研究固体潮和地震前兆的一种手段.在地球物理勘探领域内,重力测量也是一种方法.重力测量资料还可用于研究地球形状、地球内部结构、地极移动和地球自转速度的不均匀性等.此外,卫星和导弹轨道的精确计算,也需要空中重力场的精确数据. 本世纪以来,重力仪的精度由毫伽级提高到微伽级,目前国际上普遍使用民精度较高的重力仪有美国的Lacoste重力仪、大地动力型重力仪和前联邦德国的 GS-15型重力仪,这几种重力仪的精度达到了微伽量级. DZW型重力仪是我国自行研制设计的第一台高精度重力仪,由于该仪器的精…     

大地震前出现的异常次声波观测研究

研究了一种在大地震前出现的异常次声波,揭示其与地震发生的空间、时间、强度的对应关系.利用CASI-ICM-2011型次声测量传感器在一系列Ms6.0级以上大地震发生前2周以内检测到的一种频率范围0.001 Hz至0.01 Hz的次声波,其特征有:幅值范围50 Pa至200 Pa,持续时间0.5 h至4 h,传播速度10 m/s至30 m/s,震级越高信号越强.通过建立广域次声传感器网络,成功定位了芦山地震前4天出现的异常次声波,以及巴基斯担地震前12天出现的异常次声波.通过对8年时间连续监测数据的分析,研究了这类次声波的出现规律.同时,对其产生机理提出了大地起伏激发次声波的假设,进行了理论论证,并用智利地震测量信号和玉树地震测量信号证明S波可以激发出本地同振的次声波.文中所列举的数个震前异常次声信号的观测结果对于地震预测的信息获取具有参考价值.     

慢滑移：一种新型地震

北美洲西海岸的卡斯卡迪亚古陆俯冲带曾多次发生震级大于8级的逆冲大地震．通过全球定位系统（GPS）对瞬间变化的地表形变进行连续观测，美国科学家发现，卡斯卡迪亚古陆北部俯冲带比较深（35—55km）的表面发生了滑移现象．2012年1月份的Physics Today杂志上（2012年第1期，第38—42页）刊登了西雅图华盛顿大学John E．Vidale和HeidiHouston地球与空间科学教授撰写的《慢滑移：一种新型地震》一文，文中对这种处于突发性浅层地震区和深层连续粘滞运动区之间的中间地层区域的慢滑移现象作了介绍与探讨，揭示慢滑移这种近年新发现、仍不广为人知的地震特性．现摘译如下：     

地球上的地震

地震对我们来说并不陌生，地球上每年约发生500多万次地震，不过它们之中绝大多数太小或离我们太远，我们感觉不到。古人眼中的地震究竟是怎么发生的？世界上都有哪些为我们所熟知的地震？地震的那些科学术语是什么意思？震级和烈度是怎幺回事？地震能够引发哪些地质灾害？地震能否有效地预测？这些都是我们亟需探讨的话题。现在就让我们透过这些图画来全面了解一下地震吧。     

正确认识核与辐射

 2011 年3 月11 日14 时46 分(北京时间13 时46 分),日本本州东海岸附近海域发生了里氏9.0 级地震,并在随后引发强烈的海啸,使日本东北部沿海地区遭受巨大的破坏：大量房屋受损,化工厂起火,等等。3 月12 日福岛第一核电站一号机组一声爆炸,使全世界的目光几乎都集中在日本核电站的安全,笼罩在核泄漏影响的恐怖之中。一时间,各种媒体长时间聚焦在福岛第一核电站狭小的区域。随着事态的不断发展,人们通过各种途径了解有关核与辐射的应用、辐射危害和辐射防护等方面的知识。本文试图通过对电离辐射的发现和应用、电离辐射的生物效应和辐射防护的基本原理等方面的介绍,使人们能够准确地认识电离辐射。     

小小立方星也能做大科学——以美国立方星科学探索的实践为例

<正>一、立方星成为科学卫星大家庭的新选手空间科学是以航天器为主要平台,研究发生在地球空间、日地空间、行星际空间乃至整个宇宙空间的物理、天文、化学以及生命等自然现象及其规律的科学(1)。目前,航天器正朝着越来越大和越来     

对图像信息学(PI)算法的一个回溯性预测检验:四川芦山7.0级地震

文章针对中强地震预测的图像信息学(PI)算法,对2013年4月20日芦山Ms7.0地震的预测效果进行了回溯性震例分析.结果表明,在芦山地震的震中附近存在“PI热点”.在与2008年汶川地震的PI算法预测进行比较后建议,在以后的“PI热点”计算中,也许还应把背景形变速率作为一个权重因素考虑在内.     

以颗粒物理原理认识地震——地震成因、地震前兆和地震预测

本文以地壳和地幔的基本构造和己有观测事实为依据,运用颗粒物理原理,将地壳和地幔作为大尺度离散态颗粒物质体系处理,重新认识地震孕育过程,前兆产生机制及规律,探求地震预测方法和途径.主要结果是:建立了地壳与地幔构成和运动的颗粒模型;提出了引发地震的大地构造力的形成机制,以及地震前兆信息产生和传播规律;说明了地震前兆信息的主要特征及其与地震发生之间的关联,阐述了探测有效地震前兆信息的方法原理;用颗粒流动的阻塞-解阻塞转变原理解释了深源地震发生机制;对以前难以理解的若干地震学现象进行了解释,并讨论了地震的可预测性。由于地壳和地幔的离散结构特征,对于地震孕育的准静力学过程,连续介质理论不再适用.以颗粒物理原理研究地震成因、地震前兆和地震预测,所获得的新认识与传统连续介质地震学观点有本质区别。     

大气中一种低频次声波观测研究

分析大气中存在的一种低频次声波。利用宽频带次声测量传感器阵列组成的广域分布网络,对此种次声波进行了近5年不间断的检测。对所测次声信号的观察统计发现,它与自然事件密切相关。对这种信号波形、频谱、时频图及相关性进行分析进一步发现,该波通常以一组或间歇性多组形式出现,频率主要在0.001~0.02 Hz之间、幅度一般可达50~200 Pa。在2008年3月20日新疆于田地震、2008年5月12日四川汶川地震以及2009年10月29日陕甘川三省交界处的地震前,均检测到了大幅值的低频次声波。本文的分析结论对研究大气次声波的多样性及其与自然现象的关系提供了新的参考,对地震信息探测具有一定的实际意义。      

层状材料褶皱对几种地质活动机理研究的启示

从制备层状材料褶皱得到启示,给出了地球地质活动的一些可能的机理性解释.层状晶体的褶皱可以通过在柔性基底上施加的单轴或双轴应力实现,这与地球的层状结构及地球表面的山体褶皱形成机理有许多相似之处.由于地球质量分布不均匀且存在自转,因此各个板块的转动惯量是不一样的,本文指出南北半球之间存在自转角速度差异,对赤道附近的地形地貌及地质活动可能产生重要影响.本文给出了地震、火山以及大陆漂移等地质活动新的机理解释.针对中国特殊的地形地貌,提出了物质流假说并详细论述了物质流的流动趋势,指出中国大陆地质活动和板块交界处的地质活动的机理存在明显差别.物质流假说可以较好地解释中国的地震灾害、矿藏资源分布及中东地区石油丰富的可能成因,为中国未来预测地震灾害及矿藏资源开发提供了新的理论参考.该工作为人类更好地避免自然灾害、理解地球上的自然现象及合理利用自然资源提供了新的启示.     

基于岩浆凝固的地壳动力学研究

地球在形成之初处于熔融状态,随着时间的推移,地球表面的岩浆不断冷却、凝固,发展成现在的圈层结构,并且地球物质的冷却及液-固转变依然在持续。通过对地震发生后地球日长变化进行统计分析,发现总体上地震后地球自转速率加快。分析认为,这一现象是由于地幔部分岩浆冷却凝固使地壳岩石圈下部体积塌缩所致。由此,建立了一个地壳动力学模型,以解释地壳各板块间的相互作用和相对运动,并且认为地震等地质活动的动力学成因主要是地球内部熔体持续凝固所导致的地壳下部体积收缩、压力减小,在重力作用下,构成地壳的各板块之间的相互作用加剧,原有力学结构失稳,发生大规模岩层错位、断裂,从而引起地震、火山爆发等剧烈的地质活动。通过建立热学模型和力学模型,验证了上述观点。