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1． 概述

 

宇宙间的一切事物都是处于运动状态，地球及其表层的地壳也不例外。地震是地壳构造运动的一种表现形式或结果，它是由地壳岩层局部破裂而引起的一种振动，是一种自然界中普遍存在的自然现象。当地下某处岩石突然破裂、或因局部岩层塌陷、火山爆发等发出振动，并以波动形式传到地表引起地面的颠簸和摇晃，这种地面运动现象就叫做地震。

 

3级左右的有感地震每年发生约5万次，但它们对人类的生命安全和工程设施并无危害。破坏性地震（5～6级）每年约140余次，能造成严重破坏的7级以上大地震平均每年有18次。很多大地震发生在人烟稀少地区或辽阔的海洋里，但也有相当一部分大地震发生在人口稠密地区，造成了巨大灾害。

 

我国幅员辽阔，世界上最活跃的三个地震带其中有两个（环太平洋地震带、欧亚地震带）都延伸到我国境内，我国大陆处在印度板块、太平洋板块和菲律宾板块的联合挤压下，因此，我国是一个多地震的国家，历史上曾多次发生强烈地震，所遭受的损失也是相当惨重的。1556年1月23日陕西华县发生8级大地震，死亡人数达83万。1920年宁夏海原发生8级地震，死亡20万人。1976年7月28日唐山7.8级大地震，死亡24.2万人，伤16万人，经济损失数百亿元。

 

我国同时也是一个水利水电资源十分丰富的国家。中国水资源总量2.8万亿立方米，其中河川径流量2.7万亿立方米。中国的河流众多，其中水能蕴藏量1万千瓦以上的河流有3800多条。根据2003年完成的全国水能资源复查成果，全国水能资源理论蕴藏量为6.94亿千瓦，年电量60829亿千瓦时，其中技术可开发量5.42亿千瓦，年电量24740亿千瓦时，约占全世界水能资源总量的六分之一，居世界第一位。中国还是世界上最早建坝的文明古国之一，新中国成立以来，我国建设了8万多座水库，其中坝高大于30m的大坝已有4800余座，这些水库和大坝在帮助中国人民摆脱贫困和促进经济社会发展中发挥了巨大的作用。进入21世纪，大坝在我国可持续发展进程中仍然具有极其重要的战略地位。

 

随着我国水利水电开发和大坝建设的持续发展，将不可避免地遇到在高地震烈度区建设大坝工程的安全性问题。事实上，在近几十年中，我国的地震频繁，仅在20世纪内，震级等于或大于8级的强烈地震已发生9次之多。数千座水库大坝、水闸、泵站，数千公里的堤防，数万口机井等水工建筑物遭到地震袭击。但是，在这些工程中，有的因在设计中采取了合理的抗震措施而未遭损害，有的因工程质量好，符合抗震要求而震害轻微，有的根据预报在震前进行了处理和加固而防止了严重破坏，有的在地震后及时对震害进行处理和加固而未发生水库垮坝和河堤溃决等次生灾害。许多遭受地震灾害的水库大坝、河堤、水闸等工程，因及时处理修复而仍能保持正常运行，继续发挥效益。总体而言，对于水库大坝等工程，只要是在充分地进行地震风险分析的基础上，精心设计、精心施工、严格管理，就可以有效地减轻地震灾害的损失和防止严重的地震次生灾害。

 

2． 地震成因分析

 

地震成因可粗略分为火山地震、诱发地震和构造地震三大类型。火山地震是由于火山爆发、岩浆猛烈冲击地面而引起的地震。诱发地震是由于人工开采、抽水、蓄水以及地面陷落引起的地震。而世界上绝大多数地震均属于构造地震，它是地壳构造运动中产生的地震。这样的地震破坏性大，波及面也较广。

 

一定地区内地震的发生按时间顺序排列可以形成一个地震序列。在地震活动性研究中，地震序列的分析通常在一个地震活跃期内进行。某一地点发生强烈地震后，则可把该地先后发生的各次地震合称一个地震序列。

 

地震序列一般可划分为前震、主震和余震。主震是指地震系列中最大的一次地震（一般释放的能量占全系列的90%以上），前震是指主震前的一系列小地震，余震是指主震后的一系列地震。主震型地震主要表现为有突出主震的地震序列。 震群型地震没有突出的主震，主要能量通过多次震级相近的地震释放出来，通常有几个较大的地震接连发生 ，最大地震的能量一般不超过全序列的80％。1966年河北邢台地震即属于震群型。日本松代地震群是世界地震记录中最长的一次地震群活动。 孤立型地震只有极少前震或余震，地震能量基本上通过主震一次释放出来。

 

地震时岩层破裂产生的强烈振动以波的形式从震源向各方向传播，形成地震波。地震波是地震释放能量的方式，它是由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震波分为纵波、横波和面波，总体称为体波。振动方向与传播方向一致的波为纵波（p波），振动方向与传播方向垂直的波为横波（s波）。来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动，来自地下的横波能引起地面的水平晃动。横波是地震时造成建筑物破坏的主要原因。

 

2.1 世界地震带分布

 

地球上的地震活动与地壳板块有着密切的关系。世界上的地震分布非常不均匀，绝大多数地震都分布在南纬60度和北纬60度之间的广大地区，南极和北极地区很少有地震发生。世界地震分布的最大特点是具有全球规模的带状分布现象。图1所示为地壳板块与地震带分布［1］。全球地震分布可划分为四条巨大地震带：

 

（1）环太平洋地震活动带：该带在东太平洋主要沿北美、南美大陆西海岸分布，在北太平洋和西太平洋主要沿岛屿外侧分布。环太平洋地震带是地球上地震活动最强烈的地带，全世界约80％的浅源地震、90％的中源地震和几乎所有的深源地震都集中在该带上。所释放的地震能量约占全球地震能量的80％。

 

（2）地中海--喜马拉雅地震活动带：该地震带横贯欧亚大陆，大致呈东西向分布，全带总长约15000公里，宽度各地很不一致。西起大西洋亚速尔群岛，穿地中海、经伊朗高原，进入喜马拉雅山，在喜马拉雅山东端向南拐弯经缅甸西部、安达曼群岛、苏门答腊岛、爪哇岛至班达海附近与西太平洋地震带相连。该带的地震活动仅次于环太平洋地震带， 环太平洋地震带外的几乎所有的深源、中源地震和大多数的浅源大地震都发生在这个带上。该带地震释放的能量约占全球能量5％。

 

（3）大洋中脊地震活动带：此地震活动带婉蜒于各大洋中间，几乎彼此相连。总长约65000公里，宽约1000?7000公里，其轴部宽100公里左右。大洋中脊地震活动带的地震活动性较之前两个带要弱得多，而且均为浅源地震， 尚未发生过特大的破坏性地震。

 

（4）大陆裂谷地震活动带：该带与上述三个带相比其规模最小，不连续分布于大陆内部。在地貌上常表现为深水湖，如东非裂谷、红海裂谷、贝加尔裂谷、亚丁湾裂谷等。 大陆裂谷地震活动性也比较强，均属浅源地震。

2.2 中国的地震带分布

 

中国位于世界两大地震带——环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。

 

我国的地震活动主要分布在五个地区的23条地震带上。这五个地区是：①台湾省及其附近海域；②西南地区，主要是西藏、四川西部和云南中西部；③西北地区，主要在甘肃河西走廊、青海、宁夏、天山南北麓；④华北地区，主要在太行山两侧、汾渭河谷、阴山-燕山一带、山东中部和渤海湾；⑤东南沿海的广东、福建等地。我国的台湾省位于环太平洋地震带上，西藏、新疆、云南、四川、青海等省区位于喜马拉雅-地中海地震带上，其他省区处于相关的地震带上。

 

中国大陆处于两个全球性活动地震带之间，地震构造变得十分复杂。根据地震和构造的差异性，可将中国划分为四个地震构造区：

 

（1）台湾地震构造区。包括台湾省及其邻近海域，是中国地震活动最频繁的地区。该区地震的发生与太平洋弧构造、台湾岛及周围的活动构造（包括火山弧、山间拗陷、新生代褶皱带西部边缘拗陷）运动有关。地震断层呈北北东向，为逆-左旋走滑性质。

 

（2）青藏高原构造区。范围包括青藏高原的全部和川滇高原的西部，是中国地震活动最强烈的地区之一。新生代以来强烈隆起，构成世界上最雄伟的高原，也是中国地壳厚度最大的地区。地震多集中于北西-东西-北北西弧形展布的断裂系以及北东向、南北向的断裂上。

 

（3）新疆地震构造区。是中国强震多发区之一。地震发生与巨大大的新生代挤压型盆地及其间的造山带运动有关。最大的准噶尔和塔里木盆地内部较稳定，很少地震发生。其间的天山、阿尔泰山强烈隆起，地震多发生在山区与平原区交界处。地震断层呈东西或北西走向，北西及北北西走向者多以挤压兼右走滑为主。

 

（4）华北地震构造区。是中国地震构造研究最细的地区。新第三纪以来构造运动非常强烈。深部构造表现为地壳拉薄和上地幔隆起，还发现有局部壳内低速层存在；浅部则表现为裂谷和地堑盆地的形成以及断裂的新活动。构造线以北北东为主，北西向次之。

 

（5）东北地震构造区。新生代以来构造运动较弱，是中国地震活动最弱的地区。中、小地震常发生在新活动的北东向和北西向断裂上。该区东北边缘一带为深震区，最大震源深度达590公里。从板块构造观点看，它是西太平洋俯冲带的一部分。

 

（6）华南地震构造区。新生代构造整体比较稳定，构造运动幅度和地震强度都较小，只有东部沿海和长江中下游一带较为强烈。构造线和地震断层以北东向为主，北西向次之。

 

2.3 近期重大地震事件的成因分析

 

2.3.1 日本阪神地震

 

1995年1月17日，日本坂神发生7.2级地震，地震波及日本关西地区京都府、大阪府、福井县、滋贺县、兵库县、歌山县和奈良县等2府5县，极震区在兵库县南部，震中位于神户东南60公里处的淡路岛。震中最大垂直振幅10厘米，最大水平振幅18厘米，震动加速度为818厘米/秒,震源深度20公里，震害类型为破坏力最为严重的城市直下型。

 

坂神地震的震中位于明石海峡，构造上处于北东走向的野岛断裂和六甲山断裂的过渡地带，这两条以走滑为主的活动断裂是坂神地震的发震构造（图2）[2]。从地质构造背景、余震活动、地震地表破裂和强地面运动等方面判断，野岛断裂和六甲山断裂为逆走滑断裂，它们走向相同，但倾向相反，上升盘与下降盘呈对角对称分布，由此构成了一条枢纽性走滑断裂。坂神地震就发生在该断裂的枢纽轴部，走滑断裂的枢纽运动是这次大地震孕育和发生的构造条件。

2.3.2 台湾南投地震

 

1999年9月21日凌晨1时47分，台湾南投县集集发生7.6级大地震，震源深度为10公里左右，重灾区在日月潭地区。该区有许多活断层，开始是“双冬断层”发生活动，同时牵动相邻的车笼埔断层的大规模滑动，导致断层沿岸的丰原、大境、务峰、中兴新村、南投和名间、竹川等市县村镇地区的灾难性破坏，大部分地段被夷为平地。

 

台湾是我国地震活动最多的省份，它位于太平洋地震带。当太平洋板块撞击欧亚板块的时，形成了一个俯冲带，这就是台湾东侧的海沟，台湾的大多数地震都发生在海沟里，而南投集集地震，则从海底转移到了岛上。从地震的成因看，此次地震为车笼埔断层活动所致［3］。该断层为一个南北走向、向西逆冲的断层（图3）。断层的长度超过100公里，断层的活动造成上盘（位于东侧）隆起1?9米。其活动范围南至端竹以南的桶头，北至丰原后转向东，在大甲溪流域的石冈东势一带形成新的破裂面，并继续延伸至大安溪卓闌内湾一带，造成这一地区严重的震害，包括桥梁塌陷与石冈坝混凝土的损毁，并在大甲溪河床上形成6米高的瀑布。

 

集集大地震在地表所造成的破坏，整体而言，地表变形分布延展，地形上主要沿山麓区与平原区的交界分布。地质上所错动的地层，上盘岩性为泥岩与砂岩互层，属上新世锦水页岩与卓闌层界面附近的地层，下盘岩性为砾岩，属更新世头岭山层或全新世冲积层。地表变形主要位于旧有断层剪动范围内，因此是旧断层再活动的结果。

2.3.3