地震如何形成：板块构造、应力和地震波解释

地球的地壳是一个移动的拼图

根据美国地质调查局（USGS），地球的外壳由称为板块的大片组成，它们像拼图一样相互拼合。这些板块不断缓慢地移动——彼此滑过、越过或滑向下方。地球上大多数地震发生在这些板块相遇的边界处，因为那里是断层——地壳中的断裂——集中的地方。

这些板块本身很少平稳移动。USGS解释说，断层边缘的摩擦力导致岩石粘着不动，即使板块的其他部分继续移动。这种不匹配是每次构造地震的起点。

应力如何沿断层积累

当断层被摩擦力锁定时，周围的地壳像受张力的弹簧一样弯曲和弹性变形。根据USGS的说法，当断层保持锁定时，这种应力储存在岩石中。断层锁定的时间越长，积累的应变就越多——在某些区域可能需要数年，在其他地方可能需要数个世纪。

USGS以加州的圣安地列斯断层为例来说明这个过程。USGS表示，太平洋板块相对于北美板块向西北方向每年移动大约两英寸（约5厘米），该断层本身延伸超过650英里（约1,050公里），深度超过10英里（16公里）。沿着某些段落，板块稳定地蠕动并产生频繁的小地震；沿着其他地方，它们长期保持锁定，积累应变，最终在大地震中释放。

破裂时刻：震源和震心

根据USGS的说法，当积累的应力最终超过保持断层完整的摩擦力时，岩石破裂，向外释放存储的能量，形成地震波。破裂开始的地下点称为震源；地表直接上方的点称为震心——通常在新闻报道中报告的位置。

USGS指出，称为前震的较小震动可能先于主要破裂发生，而余震——沿同一断层的较小地震——在周围地壳调整到新的应力分布时，可能在之后持续数天至数年。

释放的能量如何传播：地震波

从震源释放的能量向外传播，分为几种不同的波类型，每种波的速度和行为都不同。USGS将传播方式比作池塘中的涟漪，而加州理工学院的科学交流部门将这些波分为两大类：体波（通过地球内部传播）和表面波（沿地面传播）。

USGS将P波/S波的间隔比作看到闪电和听到雷声之间的延迟：地震台站两次到达之间的时间越长，地震发生的地点就越远。加州理工学院指出，表面波——洛夫波和瑞利波——沿地面传播而不是通过地球内部传播，最后到达，但它们通常在地表产生最强烈的震动，那里是建筑物和基础设施所在的地方。

地震发生的位置和深度

USGS指出地震发生在地壳或上地幔内，深度范围从地表延伸到约800公里（约500英里）。加州理工学院的科学交流部门报告称，世界上约80%的最大地震发生在环太平洋地震带上，通常被称为"火环"，它沿着太平洋周围的板块边界延伸。

并非所有地震都是构造成因的。加州理工学院的科学交流部门还列出火山地震、塌陷地震和爆炸相关地震作为其他公认的类别，并指出水力压裂或废水处理等活动在某些地区偶尔与较小的诱发地震事件有关。

科学家如何测量地震

由于断层通常太深无法直接观察，USGS解释说地震学家依靠地震仪记录。地震仪上的短波折线表示小地震，而长波折线表示较大的地震——波折的长度与破裂的断层大小有关，其振幅与岩石滑动的距离有关。

• 当断层上的应力克服保持它原位的摩擦力时，地震就开始了（USGS）。
• 震源是破裂的地下点；震心是地表直接上方的点（USGS）。
• P波首先到达并在传播方向上压缩岩石；S波其次到达并仅通过固体传播（USGS、加州理工学院）。
• 表面波——洛夫波和瑞利波——最后到达，但通常造成最多的结构伤害（加州理工学院）。
• 约80%的最大地震发生在环太平洋"火环"上（加州理工学院）。