地震是怎么形成的(01/27更新)

地震是怎么形成的

今天(01/27)给各位分享地震是怎么形成的的知识,其中也会对地震是怎么形成的进行解释,如果能碰巧解决你现在面临的问题,别忘了关注本站,现在开始吧!

一、地震产生的原因有哪些?

地球内部构造的岩石圈运动是岩浆流动造成的,一个区域的岩浆突然加快或流入空穴,都会产生岩石圈的变化,而岩浆中的热能有两个源动力,一个来自外太空,一个是地球内部的高能粒子。

二、地震都是怎样形成的?

引言回答地震是怎样形成,是一个相当难的问题,目前学界仍在探索之中。地震的形成,也可以叫地震的孕育与成核(nucleation),是一个非常复杂的过程,众多因素会影响这个过程,如温度分布,岩石的力学性质,地球流变学性质,构造应力场,流体,断层几何等。这些因素共同作用影响着发震断层应力状态的改变,当应力状态达到岩石剪切破裂的临界状态时,地震就开始破裂。在破裂过程中,破裂能否继续,同样受这些因素的控制,这可能两种结果:1)破裂越来越小,逐渐停止,从而形成小地震;2)破裂越大越大,最终形成一个大地震。以上这些影响因素会相互影响,因此,地震的形成在数学上是一个高度非线性的问题,非常难解,这就是地震预报为什么这么难的重要原因。
Source:https://www.nature.com/articles/s43247-020-00038-x但是,其真的无解么?虽然我们不能精确地刻画何时何地将发生多大的地震,但通过这100多年来的用仪器进行的定量观测,我们已经发现其还是有规律可循的(图1),即地震的发生不是随机的,其在时间与空间上具有丛集性。在空间上,地震主要发生在板块交接处(如日本,智利,美国加州等)或者板内地表运动速率较大的地方(如青藏高原等)。
图1 全球6级以上地震分布(1900-2017年)(图片来源:https://en.wikipedia.org/wiki/Lists_of_earthquakes)地震在空间上的丛集性及其机制探究那为什么地震的发生在空间上不是随机分布的呢?目前普遍认为大多数地震是由于弹性应力的突然释放造成(图2,图3a)。板块运动速率较大的地方应力应变积累更快,在相同时间内,积累的能量就更大。当地壳应力状态达到临界状态时,一旦稍有应力贡献扰动,可能就会导致破裂突然发生而发生地震。因此,板块速率运动较大的地方在相同的时间内会积累更多的能量,会有更大的概率达到临界状态,这就是形成图1全球地震空间分布格局的一个重要原因。
更多关于弹性回跳理论:Hsuty:“弹性回跳理论”浅议
图2 Reid弹性回弹理论(图片来源网络)注:大多数地震指发生在中上地壳脆性岩石中的地震,其震源深度在30公里以内,这占自然界发生地震的大部分,也是地震灾害的主要制造者;对于深源地震,震源深度大于300公里,主要集中在板块汇聚边界,其机制仍在探索当中,目前有三种解释:a.岩石的相变(造成体积变化), b.岩石脱水脆裂(润滑作用),c.绝热剪切失稳(板块边滑边生热,由于“散热不佳”,导致其热量越来越多,形成正反馈,最终失稳发生地震。)。
图2-1:(a)深源地震在俯冲带内分布在强各向异性带中;(b)俯冲带地区,地震数量与深度的关系(Romanowicz,2018)图2-2 全球近36000个地震分布,可以发现深源地震主要集中在环太平洋地区,如智利、日本、马来西亚、澳大利亚东部。(图片来源:http://www.isc.ac.uk/iscgem/overview.php)地震发生时,从震源激发出的地震波以震源为球心向四面八方散开。这些地震波可简单分为体波(P波,S波)与面波(Rayleigh波与Love波)。地震学研究者利用地面地震仪接收到的地震波形记录,就能反演地震的破裂过程(见下文汶川地震破裂过程视频)。为了提高反演精度,通常会结合地质资料、空间大地测量资料等(GPS,InSAR)进行联合反演。最后,利用以上资料与反演结果,进一步分析发震构造,探究地震孕育过程。
图3 (A)弹性位错理论示意图;(B)地震发生时的P波初动分布,可以发现向上与向下为四象限分布;(C)产生地震的三种基本断层类型,走滑、正断层(水平拉张环境)、逆冲断层(水平挤压环境)。(G. Shanmugam,2017)慢地震那您可能要问了,慢慢释放是不是就不是地震了呢?其实慢慢释放也是一种地震,在板间叫慢地震(slow earthquake)、震颤(tremor)、慢滑事件SSE(slow-slip event)(图4),其最早是本世纪初在日本由GPS观测发现的,慢地震主要发生在俯冲带附近(图5);在板内叫断层的蠕滑(creeping)(图6)。由于慢慢释放弹性能,我们是感觉不到的,只有通过高灵敏度的探测仪器(连续GPS测量,宽频带地震仪等)。蠕滑的机制目前认为可能与断层较弱的强度(低摩擦系数)、断层面上弱的正应力、流体的作用等有关。
图4 慢地震、大地震与稳态位移间的区别与联系(图片来源东京大学)图5 慢地震在全球的分布(图片来源东京大学)图6 蠕滑与弹性应变积累间的关系,图片来源:http://funnel.sfsu.edu/creep/WhatsCreepPage.html地震时间上“准周期”性在时间上,地震也具有一定的丛集性。如公元2000年以来,青藏高原在不到20年内,已发生30多个6级以上大地震(图7),如2001Mw7.9昆仑地震,2008Mw7.2于田地震,2008Mw7.8汶川地震,2010年Mw6.9玉树地震,2013年Mw6.7芦山地震、2013年Mw6.2岷县地震、2014年Mw6.1鲁甸地震、2014年Mw6.1康定地震,2015年Mw7.8尼泊尔地震,2017Mw6.5九寨沟地震等。而在2000年以前的20年,即1980~2000年,青藏高原只发生了约9个6级以上地震(资料来源:GCMT)。这说明地震可能具有一定的"周期性"(准周期)。由图8可知,当一个区域趋于临界应变状态时,其就进入了“地震活跃期”。但由于临界状态受多种因素的影响,不是一个定值,因此其周期性非常玄乎,这也是地震难以预测的一个重要原因。后面若有时间,我会写写地震预测的研究史。
图7 公元2000以来,青藏高原地区6级以上地震分布,共约34个(图片来源:USGS)图8 地震”准周期“示意图,红色实线代表震间的应变积累;绿色实线代表地震发生时,同震的应变释放;蓝色实线代表地震发生后,由于余震、震后余滑等进一步释放应变。(图片来源:http://geoscience.wisc.edu/~chuck/Classes/Mtn_and_Plates/eq_cycle.html)地震触发简介地震触发科普文:Hsuty:地震也会相互“沟通”吗?
目前研究认为地震在时空上的聚集性可能与地震间相互作用有关(原因之一,最后一根稻草,前提假设是区域应力状态为临界状态,见图8),如汶川地震可能提前了芦山地震的发生时间,这叫地震触发(earthquake triggering)。大地震间的相互影响的主要机制为:大地震会改变周边区域(1-2个发震断层长度)的应力场分布,从而可能造成某些地方应力集中而发生地震(图9)。顺便说一句,地震触发是近30年来地震研究较热门的一个方向,其主要包括同震的(动态触发,静态触发),震后的(余滑,孔隙弹性触发与粘弹性触发)。不同的类型对应着不同的物理机制,如动态触发主要指地震波在远场造成小地震发生,弹性触发指近场同震的作用(图9),粘弹性触发考虑了弹性上地壳与粘弹性下地壳上地幔的耦合作用,孔隙弹性触发主要是孔隙压力与弹性应力的耦合,如水库地震、页岩气开采导致的地震等。关于此方向,后面有时间会详细介绍。
图9 地震造成的同震库仑应力变化(King et al.,1994)地震造成的应力变化https://www.zhihu.com/video/1435185861676097536汶川地震破裂过程分析最后奉上一个汶川地震破裂过程的动画,动画为陈运泰院士课题组制作。由动画可知,汶川地震由震源汶川附近起破,而后向东北方向扩展,破裂长度近300公里,破裂时间近2分钟。那为什么破裂只向南传播了一点点呢?这与芦山地震怎么的关系?我也不知道答案。关于汶川地震的破裂,其破裂滑动量较大的区域有两处,即映秀和北川地区,滑动量可达约12米,这与我们在新闻上看到受灾最严重的区域一致。这说明以后一旦有大地震发生,我们可通过快速反演得到其破裂过程,找出其主要滑动区域(受灾严重),那么抢险救灾的工作就应先在这些地区开展,避免救援前期大家都往震中去。
汶川地震破裂过程https://www.zhihu.com/video/1151797359481577472地震的发生,一方面给我们带来了巨大的灾难,但在另一方面也说明地球还是一个有活力的星球,愿我们在研究地震的路上继续前行。由于本人能力有限,上文难免会有一定的错误,请大家指出。
未完待续。。。

三、地震产生的原因有哪些?

地震是地球上一种同刮风下雨一样的自然现象。地震发生的机理是人类尚在探索研究的一个世界性难题。目前对地震产生原因的初步探索研究,按照成因类型,可以分为构造地震、火山地震、塌陷地震、诱发地震、人工地震这五种。
1、构造地震是地球内部物质运动的结果。地球上构造地震发生的次数最多,约占全球地震的90%以上。在宇宙中,我们居住的地球是一个运动的星球,随着地球的内部运动,地震从来就未停止过。地球上每天都有地震发生。全球每年发生500万次左右的地震,其中,人能够感觉到的地震叫“有感地震”,统计表明,有感地震只占地震总数的1%,每年约5万次。
构造地震是由于地球内部运动而缓慢积累的巨大能量,通过断层运动以地震波的形式突然释放出来,从而引发地面震动的一种自然现象。是由地下深处岩层破裂、错动所造成的。地球上板块与板块之间的相互碰撞、挤压,导致板块边缘和板块内部发生破裂和错动,这是构造地震的主要成因。多数大地震发生在地壳岩石圈板块边缘的断层上,也有部分地震发生在板块内部(陆地),也叫“板内地震”。因陆地人口密度大,板内地震造成的人员伤亡和经济损失通常十分巨大。
构造地震是地下岩石长期受到构造作用,积累的应变能量超过一定限度时,地下岩层就会突然破裂、错动,形成断层;也可能沿已有的断层发生突然错动,释放出巨大能量,其中一小部分以地震波的形式传播开来,形成地震。
2、火山地震是火山活动而引发的地震,通常发生在火山周围,震级一般不大。
3、塌陷地震是天然洞穴或矿井塌陷而产生的地震,通常震级不大,影响范围小。
4、人工地震是指核爆炸、化学爆炸导致的地震。
5、诱发地震是人类工程活动引发的地震。水库、石油、天然气、盐卤、地下热(气)储开发,油田开采中的深井注水、工业废液处理,钻进过程中的井漏、矿山抽、排水,固体矿床的开采和地下核爆炸等工程活动都可能诱发地震。

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