地震烈度 :地震影响强烈程度的宏观尺度

更新时间:2024-03-28 19:36

地震烈度(Seismic Intensity),指地震引起的地面震动及其影响的强弱程度。其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工程建筑物的破坏程度、地表的变化状况而定的一种宏观尺度。

地震烈度与地震震级都是描述地震强弱的方法,但两者应严格区分。对于某次地震,震级是一个定值,代表着这次地震的大小;而地震烈度在同一次地震中因地而异,可以划分出好几个烈度不同的地区。地震烈度受震级、震源深度、距震源的远近、地面状况和地层构造等因素影响。

1564年,地图绘制者盖斯塔尔蒂在标注阿尔卑斯地震的强弱影响时,在地图上用不同颜色加以分档,这是世界上最早的具有地震烈度概念的记录。1883年,意大利的罗西和瑞士的弗瑞尔联合发表了罗-弗氏(R-F)地震烈度表,这是第一个得到广泛使用的综合性地震烈度表。世界各地使用的地震烈度表主要有:中国地震烈度表(GB/T 17742-2020)、修正的麦加利烈度表(MM)、欧洲地震烈度表(EMS-98)、日本地震烈度表(Shindo scale)等。

地震烈度可用于震害的简便估计,是描述地震影响大小的宏观尺度,是防御和减轻地震灾害工作中的实用参数等。世界各国建立不同的设防标准(烈度区划或地震动参数区划),一般基于设防地震动参数进行建筑结构抗震设计,而按照设防地震烈度要求采取抗震构造措施。

定义

地震烈度(seismic intensity):指地震引起的地面震动及其影响的强弱程度,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工程建筑物的破坏程度、地表的变化状况而定的一种宏观尺度。通常,地震烈度用大写英文字母I表示,I0表示为震中烈度。

地震烈度通常把在地面上感受到的地震强烈程度,从无感到毁灭划分为若干“度”,以宏观的地震影响,作为划分地震烈度的标志。这些地震的宏观现象可以表现在自然环境的变化、建筑物的损毁、人的感觉、器物的反应等方面。

地震烈度与地震震级都是描述地震的强弱的方法。“地震震级”用于描述地震本身的大小;“地震烈度”用于描述地震影响或造成破坏的大小。

地震烈度应与地震震级严格区分。对于某次地震,震级是一个定值,代表着这次地震的大小。一次地震只有一个震级,但它所造成的破坏,在不同的地区是不同的,也就是说,地震烈度在同一次地震中因地而异,可以划分出好几个烈度不同的地区。

一般情况下,震级越大烈度也越大。一次地震发生后,震中区的破坏最重,烈度最高,这个烈度称为震中烈度。从震中向四周扩展,地震烈度逐渐减小。

研究历史

1564年,地图绘制者盖斯塔尔蒂(J Gastaldi)在标注阿尔卑斯地震的强弱影响时,在地图上用不同颜色加以分档,这是世界上最早的具有地震烈度概念的记录。1828年,荷兰的数学教员埃根(P Egen)用颜色标示了地震晃动的程度,红色为Ⅰ~Ⅱ度,蓝色为Ⅲ~Ⅳ度,黄色为Ⅴ~Ⅵ度。

1883年,意大利的罗西(M.S.de Rossi)和瑞士的弗瑞尔(F.A.Forel)联合发表了罗-弗氏(R-F)地震烈度表,这是第一个得到广泛使用的综合性地震烈度表,其把非破坏性地震由弱至强分作7个等差度,破坏性地震从破坏至毁灭分为3个等差度,烈度共有10度。

1902年,意大利地震学家麦卡利(Mercali)制定了麦卡利地震烈度表。1904年意大利人坎卡尼(A·Cancani)修改了麦卡利烈度表的10度划分,将其细化为12度。

1923年,德国人西伯格(A.Sieberg)对麦卡利烈度表和坎卡尼烈度表进行了改造,并考虑了各个国家建筑物的抗震能力及破坏形态的描述,制定了MCS烈度表,每一烈度的判据从多方面给予充实,成为当时最完备的烈度表。一些国家便以此为蓝本,结合该国的实际,编制适用于该国的烈度表。

1931年,美国地震学家哈里·伍德和弗兰克·诺伊曼对麦卡利地震烈度表的描述进行了简化,并去掉了加速度指标,该烈度表在美国等国家得到广泛应用。

1956年,查尔斯·里克特(Charles Richter)对麦卡利烈度表进行修订,应用于各种类型的建筑结构。该烈度表共有12个烈度,用罗马数字Ⅰ至Ⅻ来标志,以任何人都能体验到的现象来描述每一级的烈度。

中华人民共和国自成立以来,分别于1956年、1977年、1990年、2015年四次编制全国性的地震烈度区划图。

影响因素

地震烈度不但与地震本身释放能量的多少(震级)有关,还与震源深度、距震源的远近、地面状况、地层构造、建筑物的类型、地基情况,甚至调査人员本身因素,当地人对地震的经验等都有关系。

一般情况下,地震强度越大,烈度越大。对于相同大小的地震,震源深度越深,观测点距离震源越远,得到的烈度就越小;反之,则烈度就越大。地震断层越长、埋藏越浅,等烈度带越趋于椭圆形;反之,等烈度带越趋于圆形。

地震烈度在不同位置和方向有所不同,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。同时,根据长期积累的经验,松软地基上的地震灾害比坚硬地基上的灾害大,如果地质条件和地基状况不够理想,则相应的烈度就会比较大。

震中烈度(I0)与地震震级(M)、震源深度(H)关系如下:

烈度划分

烈度定量

由于地震烈度是一个定性概念,人们希望赋予它一个定量的物理指标,既可以给烈度一个定量指标,又可以使它为工程抗震设计服务。既然烈度也是表示地震动强弱的概念,应该寻找一个地震动的参数与之相对应,这个参数通常就是“地震动加速度”。

1956年,古腾堡(Gutenberg)等最早试图用强震观测记录到的地震动加速度最大值来与地震烈度相联系,但事实说明烈度不能只用地震动加速度来表示,烈度是由地震动的许多独立参数共同决定的。

地震动加速度可区分为水平向和垂直向,最大加速度亦称加速度峰值。地震动加速度估计的主要目的就是为抗震设计提供一个定量的设防标准,地震动估计一般有3种途径:①通过地震烈度的估计,再利用地震烈度与地震动的对应关系,将烈度换算为地震动设计参数;②根据强震观测结果,确定地震动衰减规律,然后直接用此衰减规律来估计地震动;③通过震源机制解理论分析,应用动力学原理,计算出地面附近的地震动。

地震烈度表

地震烈度表是指将反映不同烈度的宏观现象,按照烈度的顺序分类列成的表格。一次地震发生后,就可以对照烈度表中的宏观现象在现场确定各个地点的烈度,不同地点的烈度也不同。

人们曾试图制定国际通用的地震烈度表,但是各地区的建筑各有不同,多震和少震地区人们对地震的经验差别很大,各地的生活状况也不相同(如自备汽车的普及程度等),最终还是由各国根据具体情况制定地震烈度表。

国际上流行的烈度表共分12度,就是将地震的影响,不用仪器测量,而由人们所能感觉到的最轻微的地动直到最严重的山崩地裂,分成12个等级。烈度没有负值,最小值是1,最大值为12。另外,还有些国家使用10度或7度的烈度表。

世界各地使用的地震烈度表主要有:中国地震烈度表(GB/T 17742-2020)、修正的麦加利烈度表(MM)、欧洲地震烈度表(EMS-98)、日本地震烈度表(Shindo scale)及应用于印度以色列俄罗斯等国家的麦德维捷夫-施蓬怀尔-卡尼克烈度表(MSK-64scale)。

中国地震烈度表

中原地区把烈度划分为12个等级,分别用罗马数字Ⅰ~Ⅻ表示。不同烈度的地震,其影响和破坏大体如下:

小于3度,人无感觉,只有仪器才能记录到;3度,在夜深人静时人有感觉;4~5度,睡觉的人会惊醒,吊灯摇晃;6度,器皿倾倒,房屋轻微损坏;7~8度,房屋受到破坏,地面出现裂缝;9~10度,房屋倒塌,地面破坏严重;11~12度,毁灭性的破坏。

麦卡利地震烈度表

美国、中国香港地区、中国澳门地区使用的是修订的麦卡利烈度表(MM)。

欧洲地震烈度表

欧洲地震烈度表(EMS-98)为欧洲各国使用。

日本地震烈度表

日本沿用日本气象厅烈度表,以无感为零度,将有感范围分为7度。中原地区台湾地区使用的也是日本烈度表,并将烈度叫震度

衰减规律

地震烈度衰减规律是描述烈度随着震级或震中烈度和距离而变化的关系。

式中H为震源深度;r为等震线半径;S为烈度衰减系数,由实际资料确定;Ii为各条等震线的烈度。

式中a1,a2、a3、a4"为回归常数

式中r为椭圆的矢径;d1、d2、d3、d4为回归常数; (a、b分别为长短轴)为椭圆的偏心率。

在研究烈度衰减时,可从历史地震的烈度分布中统计各次地震的烈度与震中距的资料,然后用回归分析求经验关系。若在一个地震带上重复发生地震,利用回归求出的系数,按上面的规律可计算出烈度的理论分布。一些地区还有其他类型的实验式

相关预测和研究

等震线图

等震线图也称烈度分布图,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,连接相同烈度点构成封闭的等震线,组成等震线图。该图可根据最高烈度区确定宏观震中位置,根据震级和震中烈度估计震源深度,了解一次地震中各地地面烈度的变化等。

绘制烈度等震线有两个步骤,首先将调查所得各地点的烈度标在一张大地图上,再用曲线将不同烈度区分开,使得在同一区内的烈度都相同。通常不要求一个烈度区内完全不存在不同的烈度点,以免烈度分区线过分曲折。但是,一个烈度分区中至少应该以同一烈度的点数占大多数,而可以容忍有一小部分高或低1度的烈度异常点。许多烈度异常点密集在一起所构成的地区称为烈度异常区。

地震烈度区划

地震烈度区划是指对大区域的地震基本烈度进行鉴定划分。地震烈度区划图则是表现全国或一个地区地震烈度区划的地图,以地震烈度或地震动参数为指标,按照长时期内各地可能遭受的地震危险程度,将全国划分为不同抗震设防要求的区域。地震烈度区划大多逐渐以地震动参数区划取代。

地震的发生具有很大的随机性,地点、时间和强度均是不确定的。地震烈度区划主要采用基于概率含义的地震预测方法,将地震的发生及其影响看作随机事件,首先根据区域地质构造、地震活动性和历史地震资料,确定地震危险区,即未来50年期限内可能发震的地段,并估计每个发震地段可能发生的最大地震,从而确定出震中烈度。然后,预测这些地震的影响范围,即根据地震衰减规律、用概率方法评价其周围地区的烈度。

地震烈度区划图广泛应用于一般建设工程的规划选址和抗震设防,同时也是编制社会经济发展规划、国土利用规划、防震减灾规划、城市规划,以及地震监测设施建设、社会防御措施制定和应急准备等防震减灾各项工作的基础依据。同时,地震烈度区划也有中长期地震预报的作用,可以推测地震的危险地段、区划出不同震级及地震范围、震中的分布地点等。

中国编制了全国性的地震烈度区划图,并于2015年批准发布了《地震动参数区划图》(又称第五代地震区划图)。

实际应用

地震烈度可用于震害的简便估计,是描述地震影响大小的宏观尺度,是防御和减轻地震灾害工作中的实用参数等。

震害的简便估计

一次强震之后,政府或社会为了解震害的大小和分布情况,需要有一个极为综合而简便的描述,便于了解各地区的灾情。经过实践,人们采用了地震烈度,这种综合而简便的划分便于人们理解。

宏观尺度

地震烈度可为地震工作者提供一种宏观尺度,用以描述地震影响的大小。其可积累震害资料的,特别是历史地震,一般只有地震现象的描述,没有仪器记录,也只有通过宏观烈度的概念来加以整理和利用。通过研究震中区烈度分布,可估计震源情况和地质构造。由于地震活动性是地震工作研究的核心,地震预报和地震工程都以此为根据,地震预报的精度和抗震工作的成效,都依赖于人们对地震活动性的认识程度。所以历史地震资料是必须利用的。

实用参数

地震烈度作为一种粗略而简便的指标,可为地震工程总结抗震经验、进行烈度区划,从而规定地震动设计参数。

地震烈度分布图能反映地震影响的全貌及其衰减规律,可以从等震线图的形态推论震源机制的特征,从烈度的分布异常研究场地条件对地面震动的影响,还可以以地震烈度为背景来总结建筑物的抗震经验。

在防御地震方面,全世界各国建立不同的设防标准(烈度区划或地震动参数区划)。地震烈度在建筑物的抗震设计中被使用,一般基于设防地震动参数进行建筑结构抗震设计,而按照设防地震烈度要求采取抗震构造措施。

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