震源

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  震源汉语拼音:Zhenyuan;英语:Hypocenter),是地震发生的起始位置,断层开始破裂的地方,震源向上投影到地表即为震中。震源是地震波的发源地。是地球内部介质(岩石)突然发生破坏的地方,也是地震孕育、发生和震后调整的一个空间区域。早在公元132年,中国张衡发明张衡地动仪就认识到这样一个基本事实:地震是远方传来的地面波动。而产生地震波动的发源地就是地震的震源。研究震源物理和机制对地震监测和预测有重要意义。

研究简史

  对于地震的发生,自古以来世界各地都有大量的猜测和传说。而直到20世纪初才有了较科学的认识。1906年美国旧金山附近发生强烈地震。在地震前后对发生地震的圣安德烈斯断层进行过大地三角测量。美国地震学家H.F.里德注意到,沿(近南北向)圣安德烈斯断层的东西两侧,在地震之前发生了明显的大小相等,方向相反的水平剪切运动,运动总幅度达6米之多。1911年,里德提出了地震发生的弹性回跳理论(图1)。此后,地震学界普遍认为,地震是在地球上部沿地质断裂发生滑动而产生。1923年日本中野广发现地面初动的四象限分布,并用单力偶模型解释这种现象,为弹性回跳理论提供有力的证据。1938年,美国P.拜尔利发展了最初的震源机制求解方法,第一次提出震源断层面解的方法。此后,震源运动学研究有了迅速发展。20世纪末期,地震和断层的研究不断深入。人们发现地球上存在许多断层,但只有那些近期(如第四纪以来)活动的断层才与地震有关,因而提出了活动断层概念(指现今正在活动或断续活动的断层)。活动断层的研究标志着地震成因研究领域的前沿。国际上地幔计划的完成、板块构造理论的提出和测震技术的发展,推动了对震源的研究。

震源深度

  震源引到地面的垂直距离。其深度从几千米至几百千米。通常根据震源深度将地震分成:浅源地震(震源深度小于60千米)、中源地震(60~300千米)和深源地震(大于300千米)。1922年牛津大学的H.H.特纳教授发现地震走时表的异常,并推测存在深源地震。这一观点在1928年被日本的和达清夫以强有力的证据证明。但是地震学家对于深源地震的发生机理尚未形成统一认识。目前全球90%的地震均为浅源地震,且尚未发现深度大于720千米的地震。震源浅的地震对地表破坏大,对人类造成巨大威胁。

震源参数

  表示地震震源基本性质的参数。这些参数描述了地震发生的位置,时间,强度。地震震源在地球表面的垂直投影称震中。震中位置用地理的经度,纬度表示。地震发生时刻常采用国际标准时间或地方时间表示,中国用北京时间。确定地震位置和时间的过程称地震定位。精确地确定震源的深度也是当前地震学研究的一个重点。地震的强弱通常用震级M表示。

震源物理

  研究地震孕育、发生的物理过程及所涉及的一切物理现象(其中包括一些物理化学现象)的学科。震源物理的研究内容包括:震源运动学、动力学和其他物理学研究。由于对人类形成巨大威胁的通常是浅源地震。人们对浅源地震发生过程的认识已经相对成熟,而对深源地震的机制尚有争议。20世纪50年代末以来发展了一套从断层角度描述浅层震源的理论——位错理论。位错理论将浅震震源简化成力偶作用,并用一些简单的参数来描述与此相关的断层性质(这些参数就是震源机制)。所有的地震前兆都是由震源区及岩石物理状态的改变而产生的,因此,预测地震最重要的是了解地震形成的物理过程。在弹性回跳理论的基础上,人们又提出了许多复杂的孕震模式,如日本学者竹内均和金森博雄1968年提出的逆断层的发震模式和1970年美国J.C.萨维奇和R.O.伯福德提出的根部蠕滑模式。不同的地震孕育机制,结合震源区的具体情况会产生不同的地震前兆。20世纪60年代在地震学和断裂力学发展的基础上,震源物理学的一些理论研究得到发展,并发展了两个经典地震前兆模式:

  1. 断层失稳模式。在构造应力的作用下,岩石内部原先随机分布的裂纹逐渐趋向集中并最终形成宏观大断裂,这就形成了地震。与此同时,岩石的电学、波速等各种性质均有明显变化,可作为地震的前兆。
  2. 膨胀-扩散模式。由于岩石受到的差应力增加,结晶岩石中由于裂纹的增加,会发生偏离弹性变形的体积膨胀,由此导致岩石的一些物理性质发生变化。这两种模式在预测地震方面取得了一定的成功,但是正确的地震前兆模式还有待进一步综合震源的运动学、动力学等学科的研究。

震源机制

  地震震源处地球介质的运动方式。震源机制研究包括确定地震断层面的方位和岩石的错动方向,研究震源处岩体的破裂和运动特征,以及这些特征所辐射的地震波之间的关系。狭义的震源机制,专指研究浅源构造地震的震源机制,是从断层的角度来解释浅层震源区的破裂和错动。一般浅层的构造地震可以分成两种:一种是完整岩体由于构造力的作用发生破坏释放出大量能量产生地震;另一种是原有断层受力发生滑动而产生的地震。地表地震仪记录的纵波(P波)初始振动在垂直方向的分量表示了地震对该位置的作用。如果P波初动向上(用+表示)说明该台受到源自震源的突然挤压,反之则表示受拉抻。以震中为圆心作一小圆,将台站记录的初动投影到这个圆内,会发现这些初动符号通常呈现四象限分布的特征(图2),据此可以划分出两个相互垂直面,分别称为断层面及辅助面,在地图上常用类似沙滩排球的圆(将正负用不同颜色表示)来描述地震的震源机制。板块理论的发展为地震特别是板块边缘地震机制提供了一个完美的框架。但在原以为稳定的板块内部却发生了一些大地震,从而对板块构造理论提出挑战。