伊朗的地震,是在进行地下核试验吗?
近期，中东局势持续紧张，伊朗(专题)冲突引发了各方关注。而就在上周，霍尔木兹海峡附近的伊朗境内连续发生3次4级以上地震。一个疑问在网络上浮现：这会不会是秘密进行的地下核试验？
3月7日，伊朗靠近霍尔木兹海峡区域发生4.1级地震（图片来源：Volcanodiscovery）
从震源深度判断，似乎很容易排除核试验的可能性——报道显示，3次地震的深度均约为10公里，而即便是历史上最深的地下核试验，深度也仅约1-2公里。美国地质勘探局（USGS）的最新数据也已认定，伊朗只是发生了天然的地震。
不过，现代地震学对于地震性质的判断，其实远不止看震源深度这么简单。我们不妨从这次地震出发，了解一下地震学家对于核爆炸和天然地震的主要鉴别方法。
来自地下的信使：地震波
首先，地震发生后，无论是由地球运动还是核爆炸引发，地震局都会对地震产生的波进行分析。
地震波主要分为P波（纵波）和S波（横波）。P波是压缩-膨胀产生的，S波则是剪切-扭转产生的。这两种波的能量比例，是区分核爆炸与天然地震的根本依据。
地震波主要分为P波和S波（图片来源：地质知识网络）
核爆炸能够在极小的中心范围内瞬间释放巨大能量，产生极高的温度和压力，使周围岩石瞬间气化、熔融并被均匀地向外压缩、推开。这是一个各向同性的体积膨胀过程，就像一个猛烈膨胀而爆炸的气球，主要产生压缩-膨胀的力（“推”），能够极其高效地激发出P波。
同时，由于这个过程中几乎没有初始的宏观剪切力（“拉”），所以几乎不会激发强大的S波，只可能在后续的传播过程中通过各种反射或者散射产生少量S波。
因此，核爆炸产生的地震事件中，P波成分特别高，S波成分非常低。
核爆炸产生的地震事件（图片来源：wagingpeace）
1955年，美国在内华达州沙漠进行的地下核试验（图片来源：Wikipedia）
而天然地震就不同了，它是地下岩石受到长期积累的应力下发生剪切破裂产生的，会沿着断层面破裂并形成破裂面，类似我们把一节粉笔掰断的过程。在这个过程中，不仅仅有压缩-膨胀的力，还有剪切-扭转的力。
因此，天然地震会同时激发出强大的P波和S波。
地震纵横波及其记录图（图片来源：参考文献[2]）
分析一次地震事件中P波与S波的能量比例，是鉴别天然地震和人工爆炸的第一个关键。核爆炸事件的S波能量会异常微弱，而天然地震的P波和S波都具有较高的能量。
地震波的“先锋”——P波初动
不过，即使不看S波、单看P波，地震台也能区分核爆炸和天然地震。这里就要说到一个概念——P波初动解。
这个名词看起来很高深，但原理并不复杂。P波是传播最快的地震波，在地震发生后会最先抵达各个地震台站。因此，我们可以根据P波刚到达时的振动方向（P波初动），推断地震的震源机制。
具体而言，如果P波初动是往上的，就说明地面受到一个向外“推”的力，即远离震源的压缩力；如果P波初动是往下的，就说明地面受到一个往里“拉”的力，即朝向震源的膨胀力。
对于同一场地震，当我们收集全球或区域地震台网记录的P波初动记录以后，将每个地震台相对于震源的位置，以及地震波从震源到该台站的射线路径，都投影到一个虚拟的震源“球”上，画出一张P波初动图案，也就是一个震源机制解。（地震学家将这个球形象地称为“沙滩球”）
P波初动信息绘制在“沙滩球”上的示意图。白色圆通常表示初动向上，黑色圆代表初动向下。（图片来源：Wikipedia）
常见地震断层类型的震源机制解分类示意图
是不是明白了为什么叫它“沙滩球”？
上文说到，天然地震是岩石受力沿着断层面错动产生的，这种剪切错动必然同时产生“推”和“拉”的区域，因此天然地震的P波初动图案必定是四象限分布。
走滑断层中，一类P波远场辐射图，“沙滩球”呈现典型的四象限特征。箭头方向表示P波初动方向是向震源还是远离震源（图片来源：参考文献[1]）
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3月7日，伊朗靠近霍尔木兹海峡区域发生4.1级地震（图片来源：Volcanodiscovery）
从震源深度判断，似乎很容易排除核试验的可能性——报道显示，3次地震的深度均约为10公里，而即便是历史上最深的地下核试验，深度也仅约1-2公里。美国地质勘探局（USGS）的最新数据也已认定，伊朗只是发生了天然的地震。
不过，现代地震学对于地震性质的判断，其实远不止看震源深度这么简单。我们不妨从这次地震出发，了解一下地震学家对于核爆炸和天然地震的主要鉴别方法。
来自地下的信使：地震波
首先，地震发生后，无论是由地球运动还是核爆炸引发，地震局都会对地震产生的波进行分析。
地震波主要分为P波（纵波）和S波（横波）。P波是压缩-膨胀产生的，S波则是剪切-扭转产生的。这两种波的能量比例，是区分核爆炸与天然地震的根本依据。
地震波主要分为P波和S波（图片来源：地质知识网络）
核爆炸能够在极小的中心范围内瞬间释放巨大能量，产生极高的温度和压力，使周围岩石瞬间气化、熔融并被均匀地向外压缩、推开。这是一个各向同性的体积膨胀过程，就像一个猛烈膨胀而爆炸的气球，主要产生压缩-膨胀的力（“推”），能够极其高效地激发出P波。
同时，由于这个过程中几乎没有初始的宏观剪切力（“拉”），所以几乎不会激发强大的S波，只可能在后续的传播过程中通过各种反射或者散射产生少量S波。
因此，核爆炸产生的地震事件中，P波成分特别高，S波成分非常低。
核爆炸产生的地震事件（图片来源：wagingpeace）
1955年，美国在内华达州沙漠进行的地下核试验（图片来源：Wikipedia）
而天然地震就不同了，它是地下岩石受到长期积累的应力下发生剪切破裂产生的，会沿着断层面破裂并形成破裂面，类似我们把一节粉笔掰断的过程。在这个过程中，不仅仅有压缩-膨胀的力，还有剪切-扭转的力。
因此，天然地震会同时激发出强大的P波和S波。
地震纵横波及其记录图（图片来源：参考文献[2]）
分析一次地震事件中P波与S波的能量比例，是鉴别天然地震和人工爆炸的第一个关键。核爆炸事件的S波能量会异常微弱，而天然地震的P波和S波都具有较高的能量。
地震波的“先锋”——P波初动
不过，即使不看S波、单看P波，地震台也能区分核爆炸和天然地震。这里就要说到一个概念——P波初动解。
这个名词看起来很高深，但原理并不复杂。P波是传播最快的地震波，在地震发生后会最先抵达各个地震台站。因此，我们可以根据P波刚到达时的振动方向（P波初动），推断地震的震源机制。
具体而言，如果P波初动是往上的，就说明地面受到一个向外“推”的力，即远离震源的压缩力；如果P波初动是往下的，就说明地面受到一个往里“拉”的力，即朝向震源的膨胀力。
对于同一场地震，当我们收集全球或区域地震台网记录的P波初动记录以后，将每个地震台相对于震源的位置，以及地震波从震源到该台站的射线路径，都投影到一个虚拟的震源“球”上，画出一张P波初动图案，也就是一个震源机制解。（地震学家将这个球形象地称为“沙滩球”）
P波初动信息绘制在“沙滩球”上的示意图。白色圆通常表示初动向上，黑色圆代表初动向下。（图片来源：Wikipedia）
常见地震断层类型的震源机制解分类示意图
是不是明白了为什么叫它“沙滩球”？
上文说到，天然地震是岩石受力沿着断层面错动产生的，这种剪切错动必然同时产生“推”和“拉”的区域，因此天然地震的P波初动图案必定是四象限分布。
走滑断层中，一类P波远场辐射图，“沙滩球”呈现典型的四象限特征。箭头方向表示P波初动方向是向震源还是远离震源（图片来源：参考文献[1]）
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