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        1. EN
          沙灘排球與地震的聯系
          2023-12-21 15:41:04

              在地震學中,我們把震源機制球叫作beach ball。
              震源球到底是什么樣的?

              在地震學的早期研究中,人們就已經注意到P波到達時地面的初始震動有時是向上的,有時是向下的。20世紀10~20年代,許多地震學者在日本和歐洲的部分地區幾乎同時發現,同一次地震在不同地點的臺站記錄所得的P波初動方向具有四象限分布特征。

          圖1 某一地震P波初動方向的統計

              地表垂直向地震儀記錄P震相的初始震動方向:向上的,記為正號;向下的,記為負號。正號P波是壓縮波,因為這種波的到達使臺站受到來自地下的一個突然擠壓,臺基介質體積發生一個微量的縮小。負號P波是膨脹波,因為它使臺站受到一個突然拉伸,介質體積發生一個微量膨脹。

          圖2 P波初動方向


          震源球
              由于地球介質不均勻而使得地震射線發生彎曲,射線與地面交點為觀測點,這就使得測到初動方向的觀測點所測到初動符號的分布與真正震源產生的不符,為消除射線彎曲造成的影響,引入震源球。
              以震源F為球心,作一足夠小的球面,小到球內射線彎曲可以忽略不計(即此小球內的介質是均勻的),這個小球面稱為震源球。
              每個臺站記錄的P波震相都可同震源處發出的一根地震射線相對應。從每一個臺站沿地震射線回溯到震源,都可在震源球上面找到一個對應點。將每個臺站記錄的P波可能受到的變換作了適當校正之后,將初動方向標到震源球面上去。

          圖 3 震源球的繪制

              只要記錄足夠多,且臺站對應點在震源球面上的分布范圍足夠廣,則總可以找到兩個相互垂直的大圓面將震源球面上的正、負號分成四個部分,即四象限,這兩個相互垂直的大圓面稱為P波初動節面。節面與地面的交線為節線,節面上P波初動位移為零。二節面之一(AA)與地震斷層面一致,而另一個面(BB)稱為輔助面。

          圖4 二節面示意圖

              根據地震波觀測按照雙力偶點源模型求解震源的基本參數時,除了給出二節面的空間方位外,還常給出所謂P、B、T軸的空間方位。P為壓力軸,T為張力軸,B軸即是二節面的交線,又稱為零軸,因為該軸線上質點位移為零,也有記為N軸的。P軸和T軸都位于同B軸垂直的平面內,P軸位于膨脹象限,而T 軸位于壓縮波象限。P軸和T軸可分別看成是同雙力等級的雙偶極為系的壓力軸和張力軸。

          圖 5 T軸、P軸、B軸示意圖


          震源球繪制的具體操作如下:
              1首先我們查詢每個臺站垂直向分量記錄的地震波形,我們來判定在預期的時刻每個臺站記錄到的初動是“向上”運動、“向下”運動,還是無明顯信號。
              2然后我們使用三個符號之一來表示來自每個地震臺的數據:圓圈(代表P波初動向下)、黑點(代表初動向上)或叉號(代表初動太弱無法分辨)。對每個臺站,符號放在從圖形圓心朝向臺站相對震源的方位角伸展出來的直線上,且離源角確定了從圖形圓心到符號的角度距離。
              3其次,在繪制完所有的初動數據后(如圖6a所示),我們在赤平面投影網上識別出代表兩個相互垂直平面的兩個大圓弧,大圓弧把圓圈和黑點分開,可以從叉號附近通過或穿過(圖6b)。它們就是節面,其中一個節面就是產生地震的斷層。
              4最后,我們按慣例填充這種象限(圖6c)。

          圖6 震源機制解沙灘球繪制步驟

              那么,震源機制解沙灘球代表的是什么意思呢?
              在常溫下,如果應力足夠高的話,巖石將發生脆性破裂。在地球表面的巖石中,可以看到許多類型的破裂。

          圖7 巖石破裂

              如果沿著破裂面上發生了側向位移,那么這個破裂就叫做斷層。

          圖8 斷層

              剛性板塊的相對運動通過大斷層得到調整。在海溝,海洋巖石層板塊沿下傾的斷層面俯沖到鄰接的海洋或大陸巖石層板塊下,兩大板塊的匯聚導致了俯沖作用以及世界上頻繁發生的絕大多數地震。

          圖9 地震發生示意圖

              為了簡明描述一個斷層,需要走向、傾角、滑動角三個物理量。
              走向(strike):斷層的走向是斷層面和水平面的交線。它有兩個方向,相差180°,為了明確起見,規定選取站在上盤面對下盤向右看的方向為斷層面走向,記作Φ。
              傾角(dip):斷層面與水平面所成交角,記作δ。
              滑動角(rake):滑動矢量與斷層面的走向的夾角,記作λ。

          圖10 斷層示意圖

              如圖11所示,震源球圖形是下半球赤平面投影,顯示由兩個互相垂直的大圓弧分成的兩個黑色象限和兩個白色象限。大圓弧代表節面,其中一個對應產生地震的斷層面。將對應斷層的大圓弧與海灘球圖形外邊緣的兩個交點之間連一條直線來表示斷層的走向。用虛線表示斷層大圓與基圓的交線。與走向差90°為傾向,用從震源球圓心畫向大圓弧中點的黑粗箭頭來表示傾向。

          圖11 震源球

              走滑斷層作用產生的震源機制解海灘球為獨特的十字圖案。如圖12所示,震源球有南北走向和西東走向的垂直輔助面。在地震發生的瞬間,P波穿過震源周圍物質的運動,使得黑色象限中的質點遠離震源移動,而白色象限中的質點向震源方向運動(圖12b)。這或許為沿東西走向斷層的右旋滑動(圖12c)所致,也或許為沿南北走向斷層的左旋滑動(圖12d)所致。這需要結合野外資料來區分這兩個選項。

          圖12 斷層方向判斷示意圖

              那么,
              普通人怎樣記住如何去解釋震源機制解海灘球圖中表示的沿特定斷層面滑動的方向呢?
              使用圖13的走滑機制,假如我們知道活動斷層的走向為北東東(沿灰色直線),想象一下,我把自己放在其中一個白色象限上,朝輔助面的另一側與斷層平行的黑色象限看去。從白色象限向黑色象限就指示沿斷層滑動的方向。

          圖13 斷層滑動方向

              傾滑斷層包括正斷層和逆斷層。傾滑斷層的海灘球只能觀察到四個區域中的三個。正斷層的海灘球中間為白色代表正斷層機制(圖14a),海灘球中間為黑色表示逆斷層機制(圖14b)。逆斷層的震源機制解圖看起來像貓眼。

          圖14 正斷層、逆斷層

              斜滑斷層既有走滑分量,又有傾滑分量。斜滑地震的震源機制解海灘球包含所有4個象限。如果海灘球的中心在白色象限中(圖15a),那么斷層有正滑動分量,不用考慮兩個節面中哪個是斷層;如果海灘球的中心在黑色象限中(圖15b),那么斷層有逆向滑動分量。

          圖15 斜滑斷層

          圖16 部分剪切滑動斷層示意圖

          圖17 幾種震源機制解投影圖

          轉自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/94735593




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