震源机制(Focal Mechanism)之断层基本知识

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1. 断层各部分命名

2. 断层的定义

断层几何

断层滑动

断层的命名

3. 断层的极射赤平投影(Stereographic projection)表示

参考资料

绝大部分地震的发生都与与断层运动有关。因此，在分析震源机制前，首先需要了解断层的基本描述方法。

1. 断层各部分命名

2. 断层的定义

*该部分复制自地震学断层的定义 - SeisMan

断层及断层的滑动有几个基本参数：走向、倾角、滑移角以及滑移量。

断层几何

断层的几何形态由走向（strike）和倾角（dip）两个量完全决定。

一个断层有两个表面，分别称之为上盘（hanging wall）和下盘（foot wall），图中所示为断层的 foot wall。

断层面与水平地表面存在一交线，一条线存在两个方向，哪个方向才是真正的走向呢？地震学里的定义是 “当观测者沿着走向方向看时，hanging wall 位于观测者的右手边”。这样的定义唯一确定了一个方向为走向方向。 走向（strike）的角度定义为正北方向顺时针旋转到走向方向的角度，即图中的 ϕs，其中 ϕs∈[0,2π)。

倾角(dip) 的定义为：从水平面向下旋转到断层面的角度，即图中的 δ。因此有 0≤δ≤π/2。

断层滑动

断层的滑移 u 是一个矢量，定义为 “断层上盘（hanging wall）相对于下盘（foot wall）的滑动”。一般取 u 的大小为滑移量 u，取 u 的方向为滑动方向，而滑移角（rake）即定义为断层走向与滑动方向之间的夹角，即图中 λ。注意这里滑移角 rake 是逆时针计算的。rake 的取值范围为 −π<λ<π。

断层的命名

大部分断层属于正断层或者逆断层，一些特殊的断层是走滑或倾滑断层：

逆断层（reversed fault）：λ∈(0,π) 且 δ≠0≠π/2。上盘向上
正断层（normal fault）：λ∈(−π,0) 且 δ≠0≠π/2。上盘向下
走滑断层（strike-slip fault）：λ=0或 λ=π
倾滑断层（dip-slip fault）：断层滑动方向垂直于走向，即 λ=π/2或 λ=−π/2

对于走滑断层和倾滑断层，存在一些特例：

对于走滑断层，有 λ=0 或 λ=π，若 δ=π/2，此时断层面垂直于地面，已经不存在断层上盘和下盘的概念。这里引入了左旋（left-lateral）和右旋（right-leteral）的概念。当观测者站在断层的其中一个块体并面对另一个块体，若对面的块体向右手边移动，则称之为右旋走滑断层；反之，若对面的块体向左手边移动，则称之为左旋走滑断层。根据这样的定义，对于垂直走滑断层，若 λ=0 为左旋， λ=π 为右旋。

对于垂直的倾滑断层（δ=π/2），定义下降块体为下盘，由此再定义走向方向，因而垂直倾滑断层永远有 λ=π/2。

3. 断层的极射赤平投影(Stereographic projection)表示

lower hemisphere stereographic projection 也称之为“伍尔夫图(Wulff Net)"或者。断层最核心的参数就是“走向、倾角和滑移角”，因此核心是如何用伍尔夫网表示这些参数。

（*）大地测量基础之地图投影学

（*）高斯投影

参考资料

[1] Folds, Fault and mountains

[2] Earthquakes and Seismotectonics (P.S. 这个写的很好)

[3] Mechanisms of Earthquakes in Aegean

[4] 地震学断层的定义 - SeisMan

[5] Stereographic projection （WIKI）

[6] Focal mechanism_wiki

[7] 工程地震导论