地震矩張量（地震矩張量）

正文

地球內(nèi)部巖層破裂引起振動的地方稱為震源。它是有一定大小的區(qū)域，又稱震源區(qū)或震源體。它是地震能量積聚和釋放的地方。震源在地球表面上的垂直投影，叫震中。人為因素引起的地震的震源稱人工震源，如人工爆破（炸藥爆破，核彈試驗(yàn)）等。天然地震震源和人工爆破震源的性質(zhì)有很大區(qū)別。一般而言，天然地震主要發(fā)生在斷層上，以剪切錯(cuò)動為止；而人工爆破震源卻是以一點(diǎn)為中心向周圍膨脹的過程。采用地震波形資料進(jìn)行地震矩張量反演，人們可以大致地區(qū)分這兩種震源的特性。

機(jī)制原理

地震矩張量

對地震震源的研究開始于20世紀(jì)初葉。1910年提出的彈性回跳理論，首次明確表述了地震斷層成因的概念（見地震成因）。在地震學(xué)的早期研究中，人們就已注意到P波到達(dá)時(shí)地面的初始振動有時(shí)是向上的，有時(shí)是向下的。20世紀(jì)的10～20年代，許多地震學(xué)者在日本和歐洲的部分地區(qū)幾乎同時(shí)發(fā)現(xiàn)，同一次地震在不同地點(diǎn)的臺站記錄，所得的P波初動方向具有四象限分布。日本的中野廣最早提出了震源的單力偶力系，第一次把斷層的彈性回跳理論和 P波初動的四象限分布聯(lián)系起來。此后，本多弘吉又提出雙力偶力系，事實(shí)證明它比單力偶力系更接近實(shí)際。美國的拜爾利(P.Byerly)發(fā)展了最初的震源機(jī)制求解法,1938年第一次利用P波初動求出完整的地震斷層面解。

斷層面的確定

每個(gè)臺站記錄的某一特定 P波震相都可同震源處發(fā)出的一根地震射線相對應(yīng)。圖1[P波四象限分布示意圖]右部給出假定地殼均勻時(shí)一些地震射線的例子。今以震源F為球心，作一足夠小的球面S，小到球內(nèi)射線彎曲可忽略不計(jì)。這個(gè)小球面稱為震源球

地震矩張量

事實(shí)上，對地表P波水平位移也觀測到指向震中和背向震中的象限分布特點(diǎn)如圖2[1927年日本本州7.5級地震引起的P波初動地動位移]。

單力偶和雙力偶模型

地震矩張量

根據(jù)地震波觀測按雙力偶點(diǎn)源模式求解震源的基本參數(shù)時(shí)，除了給出二節(jié)面（或其法線矢量）的空間方位外，還常給出所謂P、B、T軸的空間方位。B軸即是二節(jié)面的交線，又稱零軸，因?yàn)樵撦S線上質(zhì)點(diǎn)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(nèi)，且各與二節(jié)面的夾角相等，P軸位于膨脹波象限，而T軸位于壓縮波象限。P軸和T軸可分別看成是同雙力偶等效的雙偶極力系的壓力軸和張力軸。

常常需要將觀測符號在震源球面上的分布、節(jié)面或各力軸與震源球面的交線或交點(diǎn)用圖表示出來。由于不好直接在球面上作圖，需用平面作圖來代替，于是出現(xiàn)了多種將球面上的點(diǎn)同平面上的點(diǎn)一一對應(yīng)起來的投影方法。最常用的是伍爾夫網(wǎng)和施密特網(wǎng)（圖5[ 震源球面常用的投影網(wǎng)]）。二者所取的投影平面都是某個(gè)過球心的大圓面。伍爾夫網(wǎng)又叫等角投影網(wǎng)或赤平極射投影網(wǎng)，球面上的正交曲線族投影到平面上后仍保持正交。施密特網(wǎng)又叫等面積投影網(wǎng)，球面上面積相等的區(qū)域在平面上的投影面積仍相等。圖5[ 震源球面常用的投影網(wǎng)]中兩個(gè)圖網(wǎng)的左右兩部分分別是球面上不同正交曲線族在平面上的投影。圖6[ 中國唐山地震主震節(jié)面解在伍爾夫網(wǎng)上的表示]是1976年7月28日中國唐山大地震的P波初動符號和震源機(jī)制解答參數(shù)用伍爾夫網(wǎng)表示的結(jié)果。

S波的利用

ε=arctg(H/V),這里H和V分別是入射S波的SH和SV分量（圖7[S波偏振角示意圖]）。將實(shí)際地震圖上的 S波記錄經(jīng)過儀器和地表

地震矩張量

斷層面的鑒別

由地震波觀測鑒別斷層面時(shí)，需要考慮破裂傳播的效應(yīng)，斷層面的破裂是從一個(gè)很小的區(qū)域首先開始的，并以有限的破裂傳播速度（小于橫波傳播速度）擴(kuò)展到整個(gè)斷層面。根據(jù)地震波初至到時(shí)測定的震源位置就是破裂起始點(diǎn)的位置。

破裂傳播效應(yīng)對輻射地震波的振幅和周期都有影響。對振幅的影響是使P波和S波的輻射玫瑰圖不再像圖4[P波和S波的輻射花樣圖]中雙力偶那樣具有對稱性，而是如圖8[單側(cè)破裂傳播、震源輻射花樣圖]所示。圖8[單側(cè)破裂傳播、震源輻射花樣圖]是矩形斷層單側(cè)破裂（即破裂從斷層一端開始后朝一個(gè)方向擴(kuò)展）震源的遠(yuǎn)場 P波和 S波的輻射圖案。由圖[單側(cè)破裂傳播、震源輻射花樣圖]可見，S波更容易反映出破裂傳播的效應(yīng)，即在破裂前進(jìn)的方向上,S波的振幅大大增強(qiáng)了。破裂傳播對地震波周期的影響是地震波的記錄上反映出多普勒效應(yīng)：即在破裂前進(jìn)的方向 上，波的高頻成分增強(qiáng)，使地動脈沖的時(shí)間寬度變窄；而在相反的方向上，波的頻率變得較低，地動脈沖時(shí)間寬度變寬。

有時(shí)能從實(shí)際地震波記錄中分辨出上述振幅和周期（或頻譜）隨方位變化的不對稱性，由此可鑒別出哪個(gè)節(jié)面是斷層面，并求出破裂傳播長度和傳播速度等參數(shù)。

震源的彈性

該理論的重要結(jié)果之一是：證明了在產(chǎn)生位移或應(yīng)變場方面位移位錯(cuò)和雙力偶力系的等價(jià)性，從而肯定了震源的雙力偶點(diǎn)源模型的合理性，并最后結(jié)束了前述關(guān)于單力偶與雙力偶點(diǎn)源模型的爭論。設(shè)在均勻各向同性彈性介質(zhì)中有某一小面元d∑,在其兩側(cè)的介質(zhì)分別發(fā)生了(和(的位移，則穿過該面發(fā)生的位移躍變 (即位錯(cuò))為：Δ=(-( 。彈性位錯(cuò)理論證明，該位錯(cuò)在引起周圍介質(zhì)的位移場方面同在小面元處作用著一個(gè)雙力偶力系的效果等價(jià)，而雙力偶中一個(gè)力偶的力偶矩為：dM0=μΔd∑ ，式中μ是彈性介質(zhì)的剪切模量。對于實(shí)際地震，斷層面有一個(gè)有限的 尺度。設(shè)斷層面總面積為A，若引入斷層面上的平均位錯(cuò)[444-01]則可得出一個(gè)描述地震大小的物理量──地震矩M0，其表達(dá)式為：?[444-02]當(dāng)觀測點(diǎn)離震源很遠(yuǎn)時(shí)，可將震源近似地看成為點(diǎn)源，這時(shí)地震矩的大小就表示同此點(diǎn)源等價(jià)的雙力偶中一個(gè)力偶的力偶矩的大小。

測定方法

地震震源的測定，最簡單的是使用地震記錄儀。

地震波分為體波和面波，這兩種波在地殼內(nèi)的傳遞速度是不一樣的，在地震記錄儀上，這兩種波有一個(gè)時(shí)間差，根據(jù)時(shí)間差可以計(jì)算出震源到地震記錄儀的距離，以地震記錄儀為圓心，以算出的距離為半徑，在專用地圖上畫圓，震源就在這個(gè)圓上；再利用設(shè)置在其他地區(qū)的地震記錄儀，又可以確定一個(gè)圓，這兩個(gè)圓應(yīng)該有兩個(gè)交點(diǎn)，震源的位置就在這兩點(diǎn)之中的一個(gè)；再利用另外設(shè)置的第三臺地震記錄儀，就可以確定震源的確切位置了。

也可以利用兩臺地震記錄儀完成震源的測定：第一臺地震記錄儀判定震源到地震記錄儀的方向，可以在地圖上畫出一條直線；另外設(shè)置的一臺地震記錄儀亦可以畫出一條直線，這兩條直線的交點(diǎn)就是震源。

還可以利用一臺地震記錄儀判斷震源的位置：根據(jù)體波和面波的時(shí)間差，算出震源的距離，根據(jù)地震記錄儀第一筆的筆畫方向，判定震源的方向，有了方向和距離，就可以斷定震源的位置。

震源參數(shù)

隨著對震源力學(xué)過程研究的深入，描述震源模型所需用的參數(shù)也逐漸增多?；诘卣鹫鹪吹臄鄬幽Ｐ停壳俺?/p>

地震矩張量

此外，有人不用上表中的走向這個(gè)參數(shù)，而改用傾向，即斷層面向上的法線之水平投影的方向。位錯(cuò)矢量與走向一致的斷層稱為走滑斷層；位錯(cuò)矢量與傾向一致的斷層稱為傾滑斷層。傾滑斷層又分為逆斷層（上盤向上運(yùn)動）和正斷層（上盤向下運(yùn) 動）。有些斷層介于走滑與傾滑之間，但以一種方式為主。當(dāng)人站在斷層一側(cè)，而另一側(cè)是向右運(yùn)動時(shí)，稱斷層運(yùn)動是右旋的；若另一側(cè)是向左運(yùn)動，則稱斷層運(yùn)動是左旋的。

從地震波記錄測定或估計(jì)震源參數(shù)時(shí)，除利用體波記錄外，也可利用面波記錄。一般采用波譜分析或理論地震圖方法進(jìn)行分析。用波譜分析法時(shí)，一般是先求出震源參數(shù)同理論震源波譜的某些特征量之間的聯(lián)系，然后用傅里葉分析法從地震記錄求出觀測的震源波譜和相應(yīng)的特征量，再根據(jù)上述聯(lián)系推算震源參數(shù)。用理論地震圖方法時(shí)，可用嘗試法先假定一些震源參數(shù)，并選定地球結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后計(jì)算出觀測點(diǎn)的理論地震圖，再同該點(diǎn)的觀測地震圖對比，根據(jù)二者是否符合再確定實(shí)際的震源參數(shù)。也可利用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化的反演方法，直接求出與觀測量擬合最好的震源參數(shù)，而不要反復(fù)嘗試了。

相關(guān)知識

地震矩張量

震源深度：

震中：

地震波：

地震波主要包含縱波和橫波。振動方向與傳播方向一致的波為縱波（P波）。來自地下的縱波引起地面上下顛簸振動。振動方向與傳播方向垂直的波為橫波（S波）。來自地下的橫波能引起地面的水平晃動。橫波是地震時(shí)造成建筑物破壞的主要原因。

由于縱波在地球內(nèi)部傳播速度大于橫波，所以地震時(shí)，縱波總是先到達(dá)地表，而橫波總落后一步。這樣，發(fā)生較大的近震時(shí)，一般人們先感到上下顛簸，過數(shù)秒到十幾秒后才感到有很強(qiáng)的水平晃動。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)榭v波給我們一個(gè)警告，告訴我們造成建筑物破壞的橫波馬上要到了，快點(diǎn)作出防備。

1976年唐山大地震時(shí)，一位住在樓房里的干部突然被地震驚醒。由于這位干部平時(shí)懂點(diǎn)地震知識，所以當(dāng)他感到地震顛簸時(shí)，迅速鉆到桌子底下，五、六秒種后，房頂塌落。直到中午，他被救出后，深深感到要不是自己果斷鉆到桌子底下，早就沒命了。他說是地震知識救了他的命。

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震源移動?? 地震震源?? 四川地震震源?? 震源北移?震中?? 汶川地震震源????震源深度