地震如何形成、如何测量以及板块构造学如何解释地震

地震是地球外壳行为的常规部分，而不是随机或不可预测的异常现象。根据美国地质调查局(USGS)的说法，地球的地壳被分解成大块，称为构造板块，这些板块缓慢移动、相互滑动和碰撞。大多数地震沿着断层发生——断层是岩石中的断裂线——位于或接近这些板块之间的边界。

地下实际发生了什么

USGS 将这个过程描述为一个三步机制，称为弹性反弹。首先，当构造板块移动时，断层的粗糙、锯齿状边缘相互卡住，即使板块的其余部分继续移动，所以应力和能量在周围岩石中积累。其次，一旦积累的力最终克服保持断层边缘粘连的摩擦力，岩石就会突然滑动。第三，储存的能量向外释放为地震波，它们使地面震动——这是人们感受到的地震。

地震活动经常以序列形式出现。USGS 指出，称为前震的较小震颤可以先于较大的主震发生，但它们只在事后被确认为前震，而余震——主震之后的较小地震——可以持续数周、数月甚至数年。尽管对机制有这种理解，USGS 明确指出科学家无法预测地震何时发生，即使在他们知道地震可能发生的地区也是如此。

三种板块边界，三种地震

根据 NOAA 海洋探索和 USGS 的说法，构造板块以三种不同的方式相互作用，每种方式都产生不同的地震模式。在张裂边界处，板块彼此分离，岩浆上升形成新的洋壳；那里地震很常见，以大西洋中脊为例。在汇聚边界处，板块碰撞——一个通常滑到另一个下方——产生强大的地震，以及山脉、深海沟和火山链，这种模式在太平洋火环周围可见。在走滑边界处，板块横向相互研磨，不创建或摧毁地壳，通过摩擦产生地震；加州圣安地列斯断层是标准例子。

地震学家如何记录和测量地震

USGS 解释说，地震通过全球地震计网络被检测到，其中每个站点在其自己的位置测量地面运动。核心仪器是地震计——通常是钟摆或安装在弹簧上的质量——放在地震仪内，地震仪记录当岩石滑动和能量从震中向外以波形辐射时的振动。

地震学家区分两种独立的测量。震级描述了地震在其震源处的大小，无论从哪里测量都是相同的数字。强度在修正的麦卡利强度量表上测量，描述了在特定地点感受到的震动和破坏，这取决于距震源的距离和当地的地面条件。

里氏量表与矩量级

大多数人听说过的震级标度——里氏量表——是由查尔斯·里希特在 1930 年代开发的，用于使用附近地震计站测量南加州的地震；根据 USGS 的说法，它在技术上被称为 ML，代表"当地震级"。它测量在称为伍德-安德森地震仪的特定仪器上记录的最大摆动或振幅。

随着地震计网络在全球范围内扩展，研究人员发现里希特的方法仅对某些频率和距离范围有效，它无法正确记录最大地震产生的最低频率波——这种限制称为饱和。地震学家后来引入了矩量级标度(Mw)，USGS 表示它基于"矩"的物理量——断层上的滑动量乘以滑动的断层表面面积——使其在整个地震大小范围内有效。USGS 现在使用矩量级报告地震震级。

地震有多常见？

地震比大多数人意识到的要频繁得多。USGS 的国家地震信息中心每年定位约 12,000 到 14,000 次地震。IRIS（地震学研究机构联合会）指出，检测到的地震数量随着时间的推移而增加，主要是因为地震计网络变得更加敏感，而不是因为地震本身变得更频繁。

由于矩量级标度是对数的，IRIS 表示，对于每个完整的震级上升，全球每年记录的地震数量大约减少十倍，而释放的能量大约增加三十倍。

为什么这很重要

理解地震是正在进行的板块运动的可预测副产品——而不是孤立的、无法解释的事件——是世界各地使用的危险地图、建筑规范和早期预警系统的基础。来自 USGS 和 NOAA 的板块边界框架也解释了为什么某些地区，如太平洋火环或圣安地列斯断层带，在地质时间内反复经历地震，尽管没有单一事件可以提前预测。