地震如何形成：板塊構造、應力和地震波解釋

地球地殼是一個活動的謎題

根據美國地質調查局（USGS）的說法，地球外層被分成稱為板塊構造的大塊，這些板塊像拼圖一樣相互配合。這些板塊在不斷緩慢移動——相互滑過、滑上或滑下。地球上大多數地震發生在這些板塊相交的邊界處，因為斷層——地殼中的裂縫——集中在那裡。

板塊本身很少平穩移動。美國地質調查局解釋說，斷層邊緣的摩擦力會導致岩石粘住，即使其餘的板塊繼續移動。這種不匹配是每次構造地震的起點。

應力如何沿著斷層累積

當斷層被摩擦力鎖定時，周圍的地殼會彎曲並彈性變形，就像受到張力的彈簧一樣。根據美國地質調查局的說法，當斷層保持鎖定時，應力被儲存在岩石中。斷層鎖定的時間越長，積累的應變就越多——在某些區域可能需要幾年，在其他區域可能需要幾個世紀。

美國地質調查局以加州的聖安德烈亞斯斷層為例說明這一過程。美國地質調查局表示，太平洋板塊相對於北美板塊向西北方向運動，速度大約為每年2英寸（約5釐米），斷層本身長度超過650英里（約1050公里），深度超過10英里（16公里）。沿著某些路段，板塊穩定蠕動並產生頻繁的小地震；沿著其他路段，它們保持鎖定很長時間，積累應變，最終在大地震中釋放。

破裂時刻：震源和震中

當積累的應力最終超過斷層中的摩擦力時，岩石破裂並將儲存的能量向外以地震波的形式釋放，根據美國地質調查局的說法。地下發生破裂的點是震源；地表正上方的點是震中——新聞報道中通常報告的位置。

美國地質調查局指出，稱為前震的較小地震可能會先於主破裂發生，而餘震——同一斷層上的較小地震——可能會在其後數天至數年內繼續發生，因為周圍的地殼正在調整以適應新的應力分佈。

釋放的能量如何傳播：地震波

釋放的能量從震源向外傳播，以幾種不同的波類型形式，每種都有不同的速度和行為。美國地質調查局將傳播模式比作池塘上的漣漪，而加州理工學院的科學交流將波分為兩大類：通過地球內部傳播的體波和沿著地面傳播的表面波。

美國地質調查局將P波/S波的時間差比作看到閃電和聽到雷聲之間的延遲：兩個波到達地震台站的時間差越大，地震發生的距離就越遠。加州理工學院指出，表面波——勒夫波和瑞利波——最後到達，但通常造成最大破壞，因為它們在表面攜帶更多能量，建築物和基礎設施就位於那裡。

地震在哪裡以及多深處發生

美國地質調查局表示，地震發生在地殼或上地幔內，深度範圍從地表延伸至約800公里（約500英里）。加州理工學院的科學交流報告稱，世界上約80%的最大地震發生在環太平洋地震帶沿線，通常稱為「火環帶」，其沿著太平洋盆地的板塊邊界延伸。

並非每次地震都是構造成因的。加州理工學院的科學交流還列出了火山地震、塌陷地震和爆炸相關的地震為其他公認的類別，並指出水力壓裂或廢水處理等活動在某些地區偶爾與較小的誘發地震事件有關。

科學家如何測量發生了什麼

由於斷層通常太深而無法直接觀察，美國地質調查局解釋說地震學家依靠地震圖記錄。地震圖上的短波浪線表示小地震，而長波浪線表示較大的地震——波浪的長度與發生破裂的斷層的大小有關，其幅度與岩石滑動的距離有關。

• 當鎖定斷層上的應力克服摩擦力時，地震就開始了（美國地質調查局）。
• 震源是地下的破裂點；震中是地表正上方的點（美國地質調查局）。
• P波首先到達並沿著傳播方向壓縮岩石；S波其次到達並僅通過固體移動（美國地質調查局、加州理工學院）。
• 表面波——勒夫波和瑞利波——最後到達但通常造成最大的結構損害（加州理工學院）。
• 約80%的最大地震發生在環太平洋「火環帶」沿線（加州理工學院）。