浅论地震发震时的震源机制

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1、浅论地震发震时的震源机制王崴PB05007149摘要：在讨论地震发震时候的震源机制，主要讨论主应力与断层错动关系，震源的产状与错动方向，震源地方的应力释放，地震效率和视平均应力。关键字：断层错动，主应力，平均应力，地震效率。一、主应力与断层错动关系在讨论主应力与断层错动关系时，可以把构造地震可以分为两类，一类是完整岩石受构造应力作用最后破裂而发震，另一类是旧断层在构造应力作用下重新错动而发震。按照弹性力学的理论，对于完整岩石受应力后产生的断层错动问题，又可以归纳为以下几点：（1）中等主应力轴在断层面内（2）两盘错动方向所形成的力偶在最大主应力（约定以压应力为正）和最小主应力方向构成的

2、平面内。段层面与最大主应力方向之间有一个夹角α（3）断层面垂直于最大主应力和最小主应力构成的平面。对于平移断层，中等主应力轴必然是铅直的，最大主应力和最小主应力的方向在水平面内，而对于逆断层和正断层，中等主应力轴是近乎水平的，最大主应力和最小主应力所构成的平面是铅直的。对于角度α的大小，有三种观点：（1）最大剪切面为断层错动面的观点。设想地下岩体是均匀的，当其在某方向上受到压力或张力后，其内部不同平面上的正应力σn和剪应力τ可以表示为：22σ=+σαcosσαsinn13σ−σ13τ=sin2α2σσ式中1为最大主应力，3为最小主应力，α为所讨论的平面与最大主应力方向之间的夹角。由上

3、式可知，在与最大主应力夹角45度角的平面上剪切应力最大。此面为最大剪切面。由于该面上剪切力最大，所以断层错动就沿此面形成。这个观点给出的公式简洁，而且容易被人理解，缺点是没有考虑岩石内部的阻力，与实际情况有一定差异。（2）剪切力与摩擦力之差最小的面为断层错动面的观点。在岩石受应力情况下，其内任何平面上的剪切应力和正应力如上式。由此两式得知，在σα=o时与最大主应力夹不用角度的平面上，其剪切应力τ和正应力n是不相同的。在45候，剪应力最大。对于岩石中产生破裂错动来说，剪应力是主要动力，它迫使岩石发生破裂错动。另一方面，岩石内不同平面上也存在着阻止破裂错动的力，称为总阻力，用τ'表示，公

4、式为：τ'=C+μσnμ其中C为岩石的粘结力，它是岩石的基本强度。为内摩擦系数。一般说来，这两个量在σ均匀岩石中各处是相同的。然而n在与最大主应力夹不同角度的平面内却不同。因此τ'在不同平面内也不同。对于进一步研究在与最大主应力加什么角度的平面会发生错动有这样一个准则，即τ与τ'相差最小的平面为错动的平面。求法如下：22σ13−στ'−=+τμC(σαcos+σαsin)−sin2α132对τ'−τ求微分：d(')τ−τ=μσ(−+−2cossinαασ2sinαασσcos)(−)cos2α=01313dα最后可以得到：1tan2α=μ由此可知，断裂错动面并不是在最大剪切面上，即不

5、在与主压应力成45度角的平面上。反过来说，与段层面成45度角的方向并不是主压应力的方向。μμ由上式可知α是由摩擦系数决定的，而不同地壳内岩石的值是不同的。研究表明，高围压下花岗岩的摩擦系数可以用下式表示：0.5μ=+0.6P其中P为围压，就是段层面上的正压力，以千巴为单位。如果P为段层面所处深度的流体静压力，对于10-30公里的浅震源来说，摩擦系数为0.6-0.8.这样可以算得ooα=−2530这一结果与许多作者直接给出的岩石加压而产生的断裂错动位置相符合。因此，对于均匀完整的岩石来说，断裂错动面与最大压应力方向应该比45度小，一般在25——30度的范围。这和我们上课时候讨论的结果是

6、一致的。（3）断层错动沿旧断裂面的观点。这个观点认为地壳是很不均匀的。在漫长的地质时期中，造成了许多断裂面，在这些断裂带上岩石的摩擦强度较小。在此情况下，压应力P究竟与断层面之间夹多大α角，要视μμ=1μ<1段层面上的摩擦系数而定。当时，P与段层面之间的夹角不能超过45度。当时，μ>1即使α大于45度仍然能够错动。当时，α必须远小于45度时，断层才能错动。这就是说在地壳中，当断层错动是沿旧断层发生时，主压应力方向与断层面之间的夹角是不定的。换句话说，我们不能通过断层错动面来判断主压应力的方向。二、震源的产状与错动方向前面指出，断层错动时两盘的错动方向（方向相反不在同一直线上）所构成的

7、平面与最大主应力和最小主应力构成的平面是相重合的。这是决定错动方向的一个原则。在一般情况下，段层面是倾斜的。其错动方向既有沿断层走向的方向的分量，也有沿断层倾向方向的分量。如果前者大于后者很多，则为平移断层。试讨论段层面倾角、错动方向和段层面走向之间的关系。下图中，ABCD为断层面，OF为错动方向，δ为段层面与垂直面之间的夹角，ON为断层面的倾斜方向，δ'为错动方向与垂直面的夹角。由于EF为OF在水平面上的投影。所以有EF=OFsin'δ另外，EN是ON在