地震概論

本書是是介紹和研究地震這種常見的自然現象的，共分十章。第一章介紹地震學的研究範圍和發展簡史；第二章研究地震波的類型及其性質；第三章敍述地震波傳播理論；第四章介紹地球內部的結構；第五章研究地震發震的機理；第六章講述地震儀的工作原理以及地震基本參數的測定方法；第七章論述地震預報的進展情況以及臨陣逃生技巧；第八章重點介紹宏觀地震調查、烈度以及工程地震學方面的內容；第九章敍述勘探地震學方法；第十章介紹由地震引發的海嘯的機制以及如何減輕海嘯災害。

本書通俗易懂，把地震學的基礎知識和研究方法介紹得系統而全面，對提高讀者自身的自然科學修養大有裨益。同時也是一本相近學科甚至是專業地震工作人員全面瞭解地震學新進展的非常有價值的參考書。

序
第一章　地震學的研究範圍和歷史
　第一節　什麼是地震學
　第二節　地震學的研究範圍和主要的研究方面
　第三節　地震學的基本名詞和概念
　第四節　古代人類對地震的認識
　第五節　地震學發展簡史
第二章　地震波
　第一節　波的性質簡述
　第二節　地震波
　第三節　地震波的類型
　第四節　地震波的波序
第三章　地震波傳播理論
　第一節　地震波傳播的基本概念
　第二節　地震波傳播的基本理論
　第三節　體波各種震相和走時表
第四章　地球內部的結構
　第一節　地球內部結構的發現
　第二節　地球內部的圈層結構
　第三節　反演問題
　第四節　地震層析成像與地球內部三維結構
第五章　地震機制
　第一節　斷層
　第二節　彈性回跳原理
　第三節　震源機制解
　第四節　板塊構造學說
　第五節　全球地震活動概況
　第六節　不同類型的地震
第六章　地震儀及地震基本參數的測定
　第一節　張衡的候風地動儀
　第二節　現代地震儀
　第三節　地震台與地震觀測台網
　第四節　地震定位
　第五節　震級測定
第七章　地震預報
　第一節　地震災害
　第二節　地震的預報及其方法概述
　第三節　地震預報的地震地質方法
　第四節　地震預報的地震統計方法
　第五節　地震前兆
　第六節　地震預報的進展、困難和前景
　第七節　應震措施
第八章　宏觀地震學
　第一節　烈度和地震烈度區劃
　第二節　地震的宏觀現象和宏觀調查
　第三節　決定強地面振動的因素
　第四節　工程地震學
第九章　勘探地震學
　第一節　勘探地震學基礎
　第二節　地震資料的野外採集
　第三節　地震資料的資料處理
　第四節　地震資料的解釋
　第五節　勘探地震學小結
第十章　海嘯
　第一節　海嘯的形成
　第二節　海嘯的特點
　第三節　海嘯的分類
　第四節　海嘯災害
本書主要參考書目

地震和颳風、下雨、雷電一樣，是一種常見的自然現象。全球每年約發生500萬次地震，人們可以感覺出來的僅占1%，造成嚴重破壞的規模7以上的大地震約有18次，規模8以上的特大地震1~2次；越小的地震越多，越大的地震越少。全世界有6億多人生活在強震帶上，20世紀約有200萬人死於地震，隨著人口密度的增大，預計21世紀將有約1500萬人死於地震。

我國是個多地震國家，地震活躍區的居民一般都有切身體驗，甚至是出生入死地親歷險境；20世紀以來，我國發生了800多次規模6以上的地震，平均每年約8次；歷史記載全球死亡超過20萬人的地震有6次，其中在中國就有4次，地震是中國人民必須面對的一種主要的自然災害。強烈的地震，會直接和間接造成破壞，不管直接還是間接，統稱之為地震災害。然而，任何事物都有兩面性，地震雖然是一種自然災害，但迄今為止，人們對地球內部的瞭解主要來自地震給我們帶來的資訊，因為地球有不可入性，其內部結構只能靠地震激發的地震波來研究，地震相當於一盞照亮地球內部結構的明燈。

第一節什麼是地震學 /第一節什麼是地震學

地震學是關於地震的一門科學，其英語單詞seismology是由希臘語seismos（地震）和logos（科學）兩個詞構成的，是固體地球物理學的一個重要分支。具體來說，它是以地震資料為基礎，用數學、物理和地質知識研究地震機理及地震波傳播的規律，以防禦地震災害、研究地殼和地球內部的構造以及促使研究結果在經濟建設和國防建設中得以應用。隨著地震學的發展，新的研究分支不斷湧現，其研究範圍也日益廣泛。

從地震學基礎研究的內容上看，地震學主要包括兩個方面： 一方面是地震的科學以及地球內部物理學，後者主要研究地震波的傳播，從而得出地球內部結構的結論；另一方面是彈性波（地震波）的科學，主要研究地震、爆炸等激發的彈性波的產生、在地球內部的傳播、記錄以及記錄的解釋。再者，還有一個分支： 應用地震學，其又可以分為幾個更細的小分支，如地震勘探，就是運用地震方法尋找礦產、石油、天然氣等經濟上的重要資源；還有為建築目的服務的工程地震學；此外，辨別天然地震和核爆炸問題也是應用地震學的一個研究分支。

地震是一種嚴重的自然災害，毋庸置疑，地震學研究的目的開始肯定是為了減輕、防禦地震災害，地震學是在研究天然地震的過程中產生的，也是圍繞天然地震的研究發展壯大起來的。地震既有天然的，也有人工的，引發地震的因素是很多的，與地震相關的現象也是複雜多樣的。地震學最初的研究工作都是描述性的，隨著對地震波研究的發展，開始研究地震波的激發、地震波在地球介質中的傳播機理以及收集和分析地震資料的方法；隨著科技的進步，地震孕育過程中的一系列的前兆現象、發震時間的地震效應以及震後現象也成為地震學研究的重要內容。總之，當今的地震學已經成為一門研究地震的孕育、發生和震後的全過程和相關現象的科學。

根據國際上一種最常見的學科劃分方法，地震學是固體地球物理學的一個分支，而固體地球物理學又是上一級學科——地球物理學的一部分，同時地球物理學也是涉及面極為廣泛的地球科學的一個分支。學科劃分的示意圖如圖1.1所示。
圖1.1地球科學、地球物理學、固體地球物理學的學科劃分圖，對所列其他學科未作細分

固體地球物理學由九個分支組成，地震學是其一個重要部分。應該說這個名稱不太確切，所謂固體主要是指除了大氣和海洋以外的固體地球，而從嚴格的物理學意義而言，僅用固體並不能完全描述地球內部物質的性質；從物理學角度來看，地球僅在不到100公里深度的外表和內核處是固體，而其他部分則不能視為固體。現在，普通民眾，甚至大學裏或者地學研究機構的人都習慣簡單地用地球物理學這個名稱來指固體地球物理學研究範圍的內容。

地震學是一門應用物理學。這門學科的研究者首先必須具備全面的數學和物理知識，另外，地質學和統計學等其他方面的知識也會有很大的用處。地球物理學就是用物理學的方法研究地球的問題，固體地球物理學則是通過觀測地球表面上的物理效應來研究地球內部的物質的性質。固體地球物理學和地質學是密切相關的，但是兩者是根本不同的，無論從觀點上還是從研究方法上看都截然不同。

1956年北京大學的剛開設的地震學專業就設置在物理系裏；現在在北京大學開設的素質教育通選課程“地震概論”是一門物理類課程，而不是地質類課程。地質學有一個分支是地震地質學，也研究地震現象，主要研究與地震相關的地質構造、構造活動和地殼應力狀態等。科技的發展促進了物理方法對地震現象的研究，地震儀的出現又把地震觀測和理論研究聯繫起來，這些都使地震學的研究發生了質的飛躍。有經驗的人用手拍拍西瓜、聽聽聲音就可以挑選好西瓜，地震學家也一樣，通過穿透地球的地震波來分析地球內部的構造和運動狀態。

迄今為止，地震波是唯一能夠貫穿地球的波動。其實，關於地球內部構造和運動的許多重要的結果，都是從地震學研究中獲得的。在研究地球淺層和深部構造的各種地球物理方法中，地震學方法解析度是最高的，例如地震勘探，比重力勘探、磁性勘探和電法勘探的解析度都高很多，也是地球物理勘探中一種十分重要的方法。

第二節地震學的研究範圍和主要的研究方面 /第二節地震學的研究範圍和主要的研究方面

人類很久以前就開始研究地震了，尤其是在地震儀出現後，地震學的研究有了長足的進步。其研究範圍也是很廣的，主要有下面三個方面：
（1） 宏觀地震學： 主要是指地震災害的調查和研究、地區基本震度的劃分，以達到為建築物的抗震設計提供合理的資料和指標，並為地震預報提供宏觀資料。
（2） 地震波的傳播理論： 根據地震站網觀測得到的地震資料，研究地震波的發生及傳播特徵，並用來研究地殼和地球內部的結構、組成和狀態。
（3） 測震學： 內容包括地震儀器的研製、地震觀測台網的佈局以及記錄圖的分析、處理和解釋工作。

上面的（2）、（3）兩個方面又稱為微觀地震學的研究範圍。
地震學和普通地球物理學相似，在三個平行的方面展開研究： 對地震現象進行觀測，開展實驗室研究和理論研究。由於研究者無法對地球內部直接進行考察，地震學課題的研究工作一般會有很高的難度。僅依靠在地表進行間接的觀測，再加上地球內部的很多不確定性，對觀測結果的進行解釋時必然會有很大的困難。

地震學的主要研究大致分為如下八個方面：
（1） 基本震度的制定及地震區劃： 用宏觀地震學的方法，即通過對發生地震的現場的直接觀測來對地震的成因和災害進行調查，最後進行地震危險區的劃分及抗震建築的設計等工作，提出地區的基本震度值。
（2） 地震波傳播理論的研究： 主要研究各類地震波在地球介質中的傳播特徵。早在20世紀末，自雷利（J.W.S.Rayleigh）(表)面波和洛夫（A.E.H.Love）(表)面波的研究開展以來，層狀介質中各類波的特徵的研究已相當深入。近代關於非彈性介質中各類波的傳播特徵的研究工作也已逐步在進行。

（3） 地殼和地球內部物理的研究： 大家知道，有關地殼和地球內部的知識主要來自地震學的研究。因根據地球內部地震波速度的分佈狀況，可推出地殼和地球內部的結構。現在關於地殼的橫向不均勻性及上地函低速層的特徵等地球內部的精細結構，也正在深入研究之中。
（4） 震源物理的研究： 主要指研究地震的成因和機制，即研究地震發生的力學原因。這也是地震預報研究的一個重要環節。

（5） 地震資料的分析和處理方法的研究： 研究如何消除干擾以突出地震信號而便於分析，並準確快速測定基本參數，及時提供有關地震活動性的時空分佈資料。
（6） 地震觀測系統的佈局及新型地震儀器的研製。當時，有線及無線傳輸技術，大型台陣的設置以及小型地震儀、長週期地震儀的研製工作等都在日新月異地發展著。
（7） 地震預報工作的綜合研究： 總結地震預報的測震方法的規律性，並與其他前兆手段相對比，得出科學的預報方法而應用於實踐中去。

（8） 模型試驗的研究： 在實驗室中模擬各類地震波在高溫高壓的狀態下在各種模型構造中的傳播，從而作為數位研究及資料觀測的一種必不可少的補充研究手段。如類比非均勻介質中首波的傳播特徵，低速層中導波的形成機制，非彈性介質中P、S波的衰減，各類不同錯動方式的震源的特徵等。現在，世界上許多地球物理研究機構都建立有模型實驗室，一般用二維及三維介質模型，以壓電晶體作為電聲換能器來發射和接收類比地震波，用示波器顯示記錄波形。

以上是地震學研究的主要範圍，與地震學相關的學科還很多，這些學科從某種意義上說，也是地震學的分支學科，如勘探地震學和工程地震學，以及學科交叉而產生的邊緣學科： 地震地質學、地震工程學和地震社會學。本書將有一章闡述勘探地震學。此外，地震會引發海嘯，本書最後一章將介紹由地震產生的海嘯災害的基本知識。