在地震学中，“沙滩球”是一种常见的科学模型，用于直观地表示地壳构造变动，尤其是在断层活动和地震学研究中。沙滩球模型本质上是地震机制解的图示化结果，通过球面投影的方式，反映了地壳受力的方向和断层面运动的动态特征。以逆冲断层为例，这种断层是在水平挤压应力作用下形成的，岩层沿着断裂面逆向向上滑动，导致地壳结构发生复杂的变化。沙滩球模型通过将这些运动信息投影到二维平面上，生成类似沙滩球的黑白区域分割图，从而清晰展示了断层的滑移方向、应力分布以及破裂面的位置。

沙滩球的核心在于其分割的几何意义。球面被分为黑白交替的多个区域，其中黑色部分代表压应力方向，而白色部分则代表张应力方向。交界线通常表示断层的破裂面或滑移边界。在地震学中，这种图形不仅能直观反映地震的震源机制，还能用于分析地壳内部应力场的分布，帮助科学家预测断层活动的潜在影响。通过沙滩球模型，我们得以更深入地研究复杂的地壳运动规律，并为地震风险评估提供重要的科学依据。

地震学中的“沙滩球图”（Beach Ball Diagram）是一种用于表示地震震源机制的图形。它通过简化的投影方法，将地下断层的运动投射到球面上，提供了地震断层类型、滑动方向以及受力性质的直观描述。本文将结合图片，逐一解析沙滩球图的含义与解读方法。

一、沙滩球的基础原理

沙滩球图以地震波的压缩区和拉伸区为基础，反映震源机制。断层运动会产生不同方向的初动地震波，形成压缩（P波向外推）或拉伸（P波向内拉）的分布。通过对这些初动方向的统计，可以绘制出沙滩球图。

• 压缩区（P区）：通常用阴影表示（灰色或黑色）。
• 拉张区（T区）：通常为空白区域（白色）。
• 分界线：表示断层面或辅助面，分割压缩区与拉张区。
  

二、断层面倾斜与走向

• 倾角（Dip）：断层面与水平面的夹角。
• 走向（Strike）：断层面与地表方向的夹角。
• 滑移角（Slip）：滑动方向与断层倾斜方向的角度。

三、沙滩球的断层类型解读

1. 正断层特征：岩块受拉张力作用，上盘（上方岩块）向下滑动。沙滩球图表现为中央白色（拉张区）被两个对称的灰色扇区（压缩区）包围。图中，中央拉张区清晰可见，灰色区域对应压缩区。2. 逆断层特征：岩块受挤压应力作用，上盘向上滑动。沙滩球图中央为压缩区（阴影部分），两侧为拉张区。图中逆断层的沙滩球，灰色压缩区位于球心，白色拉张区在两端。3. 横移断层特征：岩块沿水平断层面滑动。沙滩球图表现为四分法，压缩区与拉张区交替分布，类似棋盘格。图中横移断层的沙滩球，四个扇区对称分布。

四、投影原理与球面表示

沙滩球图采用赤道投影法，将三维断层信息投影到二维平面上。

• 下半球投影：断层面和滑移方向以大圆弧和点的形式投影到下半球。
• 极点表示：滑移方向被投影为球面上的点。
• 等角网格：帮助精确绘制断层面及其分布。
  

五、不同类型的地震断层及其对应的沙滩球图解

并结合了断层模型、震源球（Focal Sphere）和二维投影的沙滩球（2D Projection of Focal Sphere）。以下是详细的解读：1. Strike-Slip/Shear（横移断层/剪切断层）

• 断层类型：两侧岩块沿断层面水平滑动，表现为左旋或右旋的横向运动。剪切力是主要驱动力。
• 沙滩球图特征：阴影区（压缩区）和白色区（拉张区）交替分布，形成类似棋盘格的四分图形。
• 模型描述：两个方块沿垂直断层面相对滑动，箭头指示滑动方向。

2. Normal/Extension（正断层/拉张断层）

• 断层类型：岩块受拉张力作用，上盘（断层上方岩块）向下滑动。表现为地壳张裂。
• 沙滩球图特征：拉张区（白色部分）位于球体的中央，压缩区（阴影部分）位于两端。表明断层面发生了垂直方向的张裂运动。
• 模型描述：方块模型显示上盘下滑，下盘上升。
  

3. Reverse/Thrust/Compression（逆断层/推覆断层/压缩断层）

• 断层类型：岩块受挤压作用，上盘向上滑动。通常与山脉形成有关。
• 沙滩球图特征：压缩区（阴影部分）位于球体中央，拉张区（白色部分）位于两端。与正断层沙滩球图呈相反分布。
• 模型描述：方块模型显示上盘上升，下盘下降。
  

4. Transtension（张剪断层，拉张+剪切）

• 断层类型：同时受拉张力和剪切力作用。断层表现为张裂与水平滑动的复合运动。
• 沙滩球图特征：沙滩球图中压缩区和拉张区交替分布，但阴影区（压缩区）与白色区的形状呈细长形。反映了断层既有水平滑动，又有拉张分量。
• 模型描述：方块模型显示两侧岩块一边水平滑动，一边发生拉张。
  

5. Transpression（压剪断层，压缩+剪切）

• 断层类型：同时受压缩力和剪切力作用。断层表现为挤压与水平滑动的复合运动。
• 沙滩球图特征：阴影区（压缩区）和拉张区（白色区）交替分布，但压缩区呈宽厚形。反映了断层既有水平滑动，又有压缩分量。
• 模型描述：方块模型显示两侧岩块一边水平滑动，一边发生挤压。
  

六、沙滩球的实际应用

通过沙滩球图，地震学家可以：确定断层类型：判断是正断层、逆断层还是横移断层。分析应力场：推断区域地壳的受力状态。研究震源机制：结合震源参数，揭示地震的成因与运动模式。

七、实际随堂测试

最外层的圆上角度是断层的走向，同心圆表示断层的倾角。角度可以从左图数。

根据上面学到的，大家来判断一下这个沙滩球解析吧！大家可以把答案回复在评论区。

单选

这个沙滩球走向是？

A. 30°B. 40°C. 50°D. 60°

单选

这个沙滩球的倾角是？

A. 30°B. 40°C. 50°D. 60°

单选

这个沙滩球的滑移量是？

A. 30°B. 40°C. 50°D. 60°

单选

这个断裂是？

A. 走滑断裂B. 拉张断裂C. 逆冲断裂D. 剪切断裂

通过以上内容的讲解，相信大家已经对“沙滩球”有了更清晰的认识和了解。作为地质学和地震学中重要的分析工具，沙滩球模型不仅是一幅简单的几何图形，更是反映地壳应力分布与断层运动规律的“语言”。它通过直观的黑白分割，将复杂的地壳运动信息投射到二维平面上，让我们能够清楚地分析断层的破裂方向、应力场分布以及震源机制等关键信息。特别是在逆冲断层的研究中，沙滩球提供了一个精准的视角，帮助科学家理解地壳挤压作用下的动力学过程。

通过学习沙滩球，我们不仅掌握了一种描述地震机制的工具，还能进一步认识到自然界中地壳运动的复杂性和规律性。这种模型的应用，不仅局限于科学研究，还在地震预警、灾害评估以及资源勘探领域发挥着重要作用。希望大家能够通过沙滩球的学习，感受到科学的魅力，并对地球深处正在发生的隐秘运动有更深刻的理解。下次再看到类似的沙滩球图形时，相信你一定能够自信地解读地震滑动的奥秘！

来源: 构造地球科学