Vật lý nguồn động đất

Động đất là sự trượt ma sát đột ngột của một đứt gãy giải phóng ứng suất đàn hồi tích lũy, phát ra sóng địa chấn có hình dạng và kích thước mã hóa hình học, năng lượng và động lực học của sự đứt gãy.

Definition

Vật lý nguồn động đất là nghiên cứu về các quá trình cơ học mà một đứt gãy đứt gãy và bức xạ năng lượng địa chấn, đặc trưng cho nguồn thông qua cơ chế tiêu điểm, mô men địa chấn, giảm ứng suất và động lực học đứt gãy.

Scope

Chủ đề này bao gồm vật lý của nguồn động đất: khung đàn hồi-đàn hồi và trượt-dính, ma sát đứt gãy và sự hình thành và lan truyền đứt gãy, hệ thống lực cặp đôi và mô hình bức xạ của nó, cơ chế tiêu điểm, tenxơ mô men địa chấn và độ lớn mô men. Nó đề cập đến các thông số nguồn như giảm ứng suất, vận tốc đứt gãy và phân bố trượt, và các mối quan hệ tỷ lệ kết nối các trận động đất nhỏ và lớn. Trọng tâm là cách cơ học của sự đứt gãy xác định trường địa chấn bức xạ.

Core questions

• Điều gì chi phối sự hình thành, lan truyền và dừng lại của một đứt gãy?
• Mô men địa chấn được định nghĩa như thế nào, và tại sao độ lớn mô men được ưu tiên cho các sự kiện lớn?
• Mô hình bức xạ tiết lộ điều gì về hình học đứt gãy và hướng trượt?
• Giảm ứng suất và vận tốc đứt gãy thay đổi như thế nào trên phạm vi các kích thước động đất?

Key concepts

• Đứt gãy trượt-dính và chu kỳ động đất
• Hệ thống lực cặp đôi và mô hình bức xạ
• Mô men địa chấn và tenxơ mô men
• Độ lớn mô men và tỷ lệ động đất
• Giảm ứng suất, vận tốc đứt gãy và phân bố trượt

Key theories

Đàn hồi trở lại và đứt gãy trượt-dính

Mô hình đàn hồi trở lại của Reid cho rằng tải trọng kiến tạo tích lũy ứng suất đàn hồi trên một đứt gãy bị khóa cho đến khi sự phá hủy ma sát cho phép trượt đột ngột; các thí nghiệm trượt-dính trong phòng thí nghiệm sau đó đã cung cấp cơ chế ma sát làm nền tảng cho chu kỳ động đất này.

Mô men địa chấn và độ lớn mô men

Mô men địa chấn, tích của độ cứng, diện tích đứt gãy và độ trượt trung bình, cung cấp một thước đo kích thước động đất có cơ sở vật lý; Kanamori đã sử dụng nó để định nghĩa độ lớn mô men không bão hòa đối với các trận động đất lớn.

Mechanisms

Ứng suất kiến tạo tác động lên một đứt gãy được giữ bởi ma sát; khi ứng suất cắt vượt quá cường độ ma sát, sự trượt bắt đầu và lan truyền như một mặt trận đứt gãy, sự dịch chuyển qua đứt gãy tương đương với một hệ thống lực cặp đôi phát ra sóng P và S với mô hình bốn thùy, và sự giảm ứng suất đi kèm với sự trượt kiểm soát năng lượng bức xạ và biên độ chuyển động mặt đất.

Clinical relevance

Vật lý nguồn xác định kích thước, vị trí và đặc điểm đứt gãy được báo cáo sau một trận động đất, cung cấp thông tin cho dự đoán chuyển động mặt đất và các mô hình nguy hiểm địa chấn, và phân biệt động đất tự nhiên với các vụ nổ trong giám sát thử nghiệm hạt nhân.

History

Reid đã xây dựng lại sự đàn hồi từ trận động đất San Francisco năm 1906; sự biểu diễn cặp đôi đã được giải quyết trong các cuộc tranh luận giữa thế kỷ, và độ lớn mô men năm 1977 của Kanamori, cùng với việc đảo ngược tenxơ mô men thường xuyên, đã làm cho việc đặc trưng nguồn trở nên định lượng và được tiêu chuẩn hóa trên toàn cầu.

Key figures

• Harry Fielding Reid
• Hiroo Kanamori
• Christopher Scholz

Seminal works

• reid1910
• kanamori1977
• scholz2019

Frequently asked questions

Tại sao độ lớn mô men đã thay thế thang Richter cho các trận động đất lớn?

Thang Richter ban đầu và các độ lớn liên quan bị bão hòa, đánh giá thấp kích thước của các trận động đất lớn nhất vì chúng dựa trên biên độ sóng chu kỳ cố định; độ lớn mô men được lấy từ mô men địa chấn, một thước đo vật lý trực tiếp của độ trượt và diện tích đứt gãy, vì vậy nó vẫn chính xác đối với các sự kiện lớn nhất.

Giảm ứng suất là gì và tại sao nó quan trọng?

Giảm ứng suất là sự khác biệt giữa ứng suất cắt trên một đứt gãy trước và sau khi nó trượt; nó ảnh hưởng đến mức độ mạnh mẽ mà một trận động đất bức xạ năng lượng tần số cao và do đó mức độ dữ dội của rung lắc đối với một độ lớn nhất định.