地震概論復習

課程大綱：第一章緒論1.1古代人類對地震的認識1.2地震學的發(fā)展簡史1.3我國地震分布特征第二章地震波第三章地震波的傳播理論第四章地球內部結構第五章地震機制第六章地震儀和地震基本參數的確定第七章地震預報第八章宏觀地震學（1）地震波傳播理論和地球內部物理學：研究地震波在地球介質中的傳播規(guī)律以及地球內部構造及力學參數特征。（2）強地面運動地震學：它是研究中強地震引起的近場地面運動的一門分支學科，將震源、地震波的傳播介質、場地作為一個系統(tǒng)來研究，其一方面可為工程抗震設防提供依據，另一方面又可為研究震源特征提供基礎。（3）測震學：地震儀的原理及儀器的研制、臺網布局、觀測記錄的分析和解釋。（4）地震形成機制地震學研究內容：課程大綱：第一章緒論第二章地震波2.1地震學中的基本名詞和概念2.2波的性質簡述2.3彈性介質及波動方程2.4地震波的類型及應用第三章地震波的傳播理論第四章地球內部結構第五章地震機制第六章地震儀和地震基本參數的確定第七章地震統(tǒng)計分析第八章宏觀地震學地震學幾個基本概念：地震波震源震中震源深度震中距發(fā)震時刻震級2.1地震學中的基本名詞和概念烈度2.1地震學中的基本名詞和概念作用：長期以來是建筑的抗震設計指標地震序列2006年4月1日臺東地震發(fā)生后一個月內余震分布及深度剖面2.1地震學中的基本名詞和概念序列分類（時間特征）(參見Utsu，2002)主震-余震型前震-主震-余震型震群型第二類震群地震分類一、按照成因不同的地震分類構造地震(90%)塌陷地震（3%）火山地震（7%）碰撞地震誘發(fā)地震人工地震2.1地震學中的基本名詞和概念地震分類一、按照震源深度的地震分類地震分類二、按照震源深度的地震分類2.1地震學中的基本名詞和概念淺源中源深源地球上75%以上的地震是淺源地震。其中震源深度多為5~20千米。波陣面：波前：波線：2.2波的性質簡述波陣面和波射線波陣面波線球面波：波面為球面波動基本性質波在傳播介質的界面上能產生反射和折射

彈性波疊加時遵守波的疊加原理

兩束或兩束以上的同頻波疊加時能產生干涉現象；能量匯集形成駐波

彈性波在傳播過程中遇到障礙物邊緣或孔洞時將發(fā)生彎折現象，稱為波的繞射（衍射）；某些波具有偏振現象，既傳播介質質點的振動發(fā)生在垂直于傳播方向的平面內波在傳播過程中會有幅值衰減的現象。2.2波的性質簡述2.1介質地震方法的基礎：地震波在巖石中的傳播規(guī)律，而巖石的彈性性質決定了地震波的傳播規(guī)律。在討論地震波的傳播問題時，一般是基于彈性力學原理，并假設地球介質是均勻的、連續(xù)的、各向同性和完全彈性的二地震理論基礎2.3彈性介質及波動方程介質的彈性性質(elastic)：DLs未加載加載卸載2.3彈性介質及波動方程DLs未加載加載卸載2.3彈性介質及波動方程介質的脆性性質（brittle）DLs未加載加載卸載卸載不能完全恢復原狀，有“永久殘余變形”。介質的塑性性質（Plastic）2.3彈性介質及波動方程Rheology（流變學）PropertyTime(t)Strain(e)stressappliedpermanentstrainonoffelasticAnelastic滯彈性Plastic塑性2.3彈性介質及波動方程內力─假想切開物體，截面兩邊互相作用的力（合力和合力矩)，稱為內力。2.3彈性介質及波動方程應力應變1、楊式模量E:2、泊松系數γ3、體變模量k4、切變模量μΔxΔF一般速度分布可以導出k和μ，然后從k和μ導出Ｅ和γ2.2固體彈性參數二地震理論基礎切變情況下偏轉的角度2.3彈性介質及波動方程縱波（Longitudinalwave,orCompressionalwave)--質點振動方向與振動（能量）傳播方向一致--傳播速度為：(2)橫波（Transversewave,orShearwave)--質點振動方向與振動（能量）傳播方向垂直--傳播速度為：因此，在地震記錄上縱波總是首先到達。所以，縱波也被稱為P波（Primarywave）

橫波也被稱為S波（Secondarywave）2.4地震波的類型1.體波P波和S波屬于體波，體波可以穿透地球內部，所以可以得到地球內部的細結構。首次出現在地震圖上。二地震理論基礎2.4地震波的類型及應用2.4地震波的類型及應用2.4地震波的類型及應用地震波圖思考：P波和S波的主要差異？Love波Rayleigh波2.面波2.4地震波的類型二地震理論基礎2.4地震波的類型及應用2.4地震波的類型二地震理論基礎群速度相速度速度頻散2.4地震波的類型及應用思考：速度隨周期如何變化？說明什么問題2.4地震波的類型二地震理論基礎2.面波具有以下性質：2.4地震波的類型及應用3.自由振蕩波(1).環(huán)型振蕩：(2).球型振蕩：2.4地震波的類型環(huán)型振蕩:相當于Love波的推廣球型振蕩:相當于Rayleigh波的推廣二地震理論基礎2.4地震波的類型及應用自由振蕩的頻散特征影響自由振蕩周期的因素：（1）自轉（2）橫向非均勻性2.4地震波的類型及應用3.自由振蕩波功率譜曲線：振蕩波的周期可從幾百秒長達一小時。不同周期即不同頻率成分的能量不同，反映振蕩頻率的能量分布曲線稱為功率譜曲線。

4、地震尾波(1).定義：地震記錄中震相后面的延伸波。(2).尾波的延續(xù)時間－－地震震級標度尾波頻譜分析－－震源特征尾波的衰減－－介質不均勻性研究2.4地震波的類型二地震理論基礎2.4地震波的類型及應用作業(yè)一：解釋以下概念（1）地震波的頻散；（2）地震波的散射；（3）地震波傳播的群速度；（4）地震波振幅隨傳播距離衰減的可能原因2.試論Rayleigh和Love面波產生的條件，地表質點運動特征。利用面波的什么特征研究地球內部結構？主要有哪些方法？第一章緒論第二章地震波第三章地震波的傳播理論3.1地震波傳播理論3.1.1水平層狀介質（反射、折射、時距曲線）3.1.2傾斜介質時距曲線3.1.3多層水平介質3.1.4球狀介質3.2體波各種震相和走時第四章地球內部結構第五章地震機制第六章地震儀和地震觀測第七章地震統(tǒng)計分析第八章宏觀地震學課程大綱主要簡化和基本理論1、地震波的復雜性包含有縱波和橫波；地球內部介質不均勻，有界面，內外物質力學性質差別大；地球介質是非完全彈性的；天然地震的震源過程本身也相當復雜，3.1地震波傳播理論3.1.1地震波傳播理論概述2、分析地震波時的主要簡化假設忽略次要因素，突出主要因素，使問題簡化、易于處理，從而得出地震波在地球中傳播的基本規(guī)律。我們可以把地球介質簡化為均勻連續(xù)、各向同性的、完全線彈性的連續(xù)介質。

3.1地震波傳播理論3、地震波傳播理論的主要內容針對簡化后的地球介質模型，一般對地震波在地球內部傳播的研究主要有兩類方法：動力學方法和運動學方法。

動力學方法通過求解滿足相應邊界條件的波動方程，研究平面波在平界面上的反射、折射，均勻半空間及平行分層空間中的地震面波，以及針對球對稱模型的自重地球的自由振蕩。

運動學方法將波動方程的求解進一步簡化成關于波傳播的射線理論，利用“地震射線”這一概念，研究地震波在地球內部傳播的運動學特征，并在次基礎上獲得地球內部的相關結構信息。3.1射線傳播理論基礎

地震波與其它波動現象（如，光波、電磁波）一樣，有反射、透射、衍射、散射等現象；也滿足：惠更斯原理（Huygens’Principle)和費爾馬原理（Fermat’sPrinciple)。光學中的Fermat定理:“光在介質中傳播的路徑為走時（travel-time)最小的路徑”地震學中的Fermat定理:地震波在介質中傳播的路徑為走時最小的路徑.Fermat定理是地震波的高頻近似解?；莞乖恚℉uygens’Principle）

介質中波動傳播到的各點都可以看作是發(fā)射子波的波源，其后的任意時刻，這些子波的包絡就是新的波前O三地球內部速度分層及其方法3.1地震波傳播理論(1)在水平分界面上斯涅爾定律(2)在球對稱分界面上斯涅爾定律3.1射線傳播理論基礎三地球內部速度分層及其方法3.1地震波傳播理論震源不在地表（h≠0）3.1.1水平層狀介質（反射、折射、時距曲線）3.1地震波傳播理論地殼最上部的4km以每公里0.25km/s的速度遞增，下面2km以每公里1km/s的速度遞增，后面的12km仍然以每公里0.25km/s的速度遞增，我們研究其中的走時、震中距和p參數的關系。3.1地震波傳播理論地殼最上部的4km以每公里0.25km/s的速度遞增，下面2km以每公里1km/s的速度遞增，后面的12km仍然以每公里0.25km/s的速度遞增，我們研究其中的走時、震中距和p參數的關系。3.1地震波傳播理論含有低速層中的地震射線影區(qū)的產生模擬3.1地震波傳播理論含有低速層中的地震射線影區(qū)的產生模擬3.1地震波傳播理論震相是地震圖上顯示的性質不同或傳播路徑不同的地震波組震相命名規(guī)則3.2體波各種震相和走時P：在地幔里的P波K：在外核里的P波I：在內核里的P波S：在地幔里的S波J：在內核里的S波c：在核—幔邊界(CMB)的反射波i：在內核邊界(ICB)的反射波第一章緒論第二章地震波第三章地震波的傳播理論第四章地球內部結構4.1地球內部結構的發(fā)現4.2地球模型簡介4.3反演問題4.4地震層析成像與地球內部三維結構第五章地震機制第六章地震儀和地震基本參數的確定第七章地震統(tǒng)計分析第八章宏觀地震學課程大綱

認識地球結構大事件年表如下：1906年奧爾德姆首先試圖從地震波穿過地球的時間來推斷整個地球內部構造。2)1909年莫霍洛維奇發(fā)現莫霍界面，其意義在于首次提出地球內部是分層的,劃分出地殼和地幔。3)1914年古登堡根據地震體波的“影區(qū)”確認了地核的存在，并測定了核-幔間斷面深度為地表下2900公里。4）杰弗里斯等根據地核不能傳播橫波的特性，地震學家又推斷出地核是液態(tài)的。5）1936年萊曼通過對體波“影區(qū)”的進一步研究，發(fā)現了在液態(tài)的地核中還有一個固態(tài)的地球內核。6）我國科學家和理查茲發(fā)現地球內核的轉動比地殼、地?？臁?/p>

4.1地球內部結構的發(fā)現1）天文—大地測量數據：地球半徑Ｒ＝6371ｋｍ，質量M=5.974×1024g地球轉動慣量系數Y=1/MR2=0.33.這些數據雖然不能揭示地球內部的密度分布，卻可以對密度分布施加限制；2）地震體波數據：PREM使用1964-1975年國際地震中心（ISC）報告，計26000個事件約200萬條P波和25萬條S波走時數據。這些數據是建立地球P波速度模型和S波速度模型的基礎資料。3）地球自由震蕩和長周期面波數據。自由振蕩資料經過功率譜計算，可得到1000個以上的本征頻率，滯彈性參數主要依靠這些數據獲得。周期為50-200s長周期面波對于揭示地幔速度結構起了重要作用。PREM模型采用的主要資料4初步地球參考模型（PREM）地球速度模型4.2地球模型簡介P和S波速度在地球內部的分布密度隨深度的分布壓力隨深度的分布彈性常數核幔邊界4初步地球參考模型（PREM）地球速度模型4.2地球模型簡介模型確定，得到的解是唯一的4.2地球模型簡介正問題（正演）由數據反推模型，解是多解的4.2地球模型簡介反問題（反演）課程大綱：第一章緒論第二章地震波第三章地震波的傳播理論第四章地球內部結構第五章地震機制5.1斷層與地震矩張量5.2震源區(qū)的應力狀態(tài)5.3震源輻射圖像5.4震源機制球5.5地震的成因第六章地震儀和地震基本參數的確定第七章地震預測第八章宏觀地震學斷層的上盤下盤正斷層逆斷層走滑斷層左旋右旋5.1斷層與地震矩張量5.1.1斷層參數的基本概念矩張量的形式角動量守恒的條件要求M是對稱的5.1斷層與地震矩張量5.1.3地震矩張量例如，走向為方向的垂直斷層的右旋運動可用的矩張量表示：這里叫做標量地震矩5.1斷層與地震矩張量5.1.4斷層與地震矩張量的關系實際的斷層面叫做主斷層面，另一個斷層面叫做輔助斷層面對于應變張量其跡（對角線元素之和）為體積變化的度量。對于地震矩張量，矩張量的跡則表示膨脹源分量。對于通常描述地震震源的雙力偶模型，跡為零。相反，各向同性的爆炸源的矩張量有簡單的形式：5.1斷層與地震矩張量5.1.4斷層與地震矩張量的關系單力源單力偶源雙力偶源xxxyyyzzzxyxyxy震源集中力系模型5.1斷層與地震矩張量5.1.4斷層與地震矩張量的關系思考題1解釋概念：斷層走向、傾角、滑動角、斷層上盤、下盤、逆斷層、正斷層、走滑、傾滑、右旋走滑、主斷層面、輔助斷層面。2在北東下坐標系中試給出下列矩張量表示的斷層走向、傾角和滑動角。(1)(2)(3)3爆炸源的矩張量的表現形式是什么？震源–單力模型xy單力源P波輻射圖案0°90°180°270°單力源S波輻射圖案xy0°90°180°270°Ur=AcosU=Bsin5.3震源輻射圖像震源–單力偶模型單力偶源P波輻射圖案xy0°90°180°270°xy0°90°180°270°單力偶源S波輻射圖案Ur=Asin2U=Bsin2T軸T軸P軸P軸T軸T軸P軸P軸5.3震源輻射圖像180°0°震源–雙力偶模型雙力偶源P波輻射圖案xy0°90°180°270°xy90°270°雙力偶源S波輻射圖案Ur=Asin2U=Bcos2T軸T軸P軸P軸T軸T軸P軸P軸5.3震源輻射圖像5.4震源機制球震源機制：地震震源處地球介質的運動方式。研究內容包括確定斷層面的方位和巖體的錯動方向，震源處巖體的破裂和運動特征，以及這些特征和地震波之間的關系，即地震發(fā)生的力學機制和震源斷層的運動模型5.4震源機制球思考右圖是地震的兩個節(jié)平面ABA’及CBC’在下半震源球等面積投影網上的表示。若ABA’是斷層面時，則該斷層的類型是ANA’BCC’TP北某地震的震源機制解的兩個節(jié)平面參數如下，請在右面下半震源球的等積投影圖上畫出這2個節(jié)面(節(jié)線)的大致位置思考5.4震源機制球課程大綱：第一章緒論第二章地震波第三章地震波的傳播理論第四章地球內部結構第五章地震機制第六章地震儀和地震基本參數的確定6.1地震觀測技術發(fā)展6.2地震計的工作原理6.3地震臺網的布設6.4地震基本參數的確定（時間、地點、震級）第七章地震預測第八章宏觀地震學6.2地震儀的工作原理地震儀器由二個主要部件組成的觀測系統(tǒng),其作用是:當地震時拾取地面振動,加以放大(亦可縮小),然后將地震過程用記錄器記錄下來,描成地震連續(xù)運動圖形,得于永遠保存.地震計（擺）地震儀地震記錄裝置(曲線、磁盤等介質）（1）按測震儀所記錄地面運動的周期范圍分類①短周期測震儀：頻帶處在高頻干擾和海浪干擾之間的測震儀叫做短周期測震儀。

②中長周期寬頻帶測震儀：由于地震噪聲干擾的影響，使得靈敏度很高、頻帶很寬的測震儀沒有實用價值，但是可以使用較低靈敏度的測震儀在較大的周期范圍內來觀測較遠、較強的地震。

③長周期測震儀：在海浪干擾之外至百秒周期的范圍內，可以使用長周期測震儀來觀測地震面波。

④超長周期測震儀與甚長周期測震儀：觀測周期達數百秒甚至更長的測震儀可歸為超長周期與甚長周期測震儀。這類儀器一般可觀測到地球的固體潮。地震儀器的分類6.2地震儀的工作原理

①微震儀：微震儀是專門用于觀測近距離微小地震的儀器。微震一般是指–1<ML<3的地震。這樣的地震在地表引起的振動很小，要觀測記錄到它，須在距震中較近的范圍內(<1000km)，用放大率很高的測震儀才能實現。周期在0.1～2s的范圍。

②中強震儀：一般指3～5級左右的地震。周期在2～5s范圍之內。

③強震儀：強震儀是地震工程研究中獲得客觀定量數據的主要儀器。為了確定強震的一些參數，需要利用地面運動的加速度時程曲線(加速度隨時間的變化過程)。因此，強震儀都是直接記錄地面運動加速度的。（2）按測震儀器所能記錄地面運動的強度分類

地震儀器的分類6.2地震儀的工作原理6.3.1測震系統(tǒng)組成地震計

地震儀記錄器測震系統(tǒng)

時間服務系統(tǒng)

輔助設備

6.3地震臺網的布設地震臺（seismicstation）是指利用各種地震儀器進行地震觀測的觀測點，是開展地震觀測和地震科學研究的基層機構。地震觀測的目的和任務為大震速報和快速響應提供實時觀測數據和依據實現動態(tài)監(jiān)測震情，為地震預報提供基本信息監(jiān)測地下核試驗為地震學基礎研究提供基礎數據6.3.2地震臺網系統(tǒng)構成6.3地震臺網的布設6.4地震基本參數的確定（時間、地點、震級）6.4.1地震定位—交切法bAAS1cEcS3D3S2D2D1baaS1FAAE(1)(震源)三站交切法測定震源位置示意圖ML、MS和mb三種震級都屬里氏震級系統(tǒng)

由于里氏震級所用的波形沒有被限定，而且伍德-安德森地震儀僅有有限的記錄能力，因此在地震研究中ML不再廣泛使用。由于淺源地震具有易記錄到的面波，地震學家們選擇周期近20秒的面波的最大振幅計算震級，這樣求出的震級稱作面波震級MS，ML震級是為了用于當地地震而提出的，而MS震級可用于距接收臺站相當遙遠的地震。對于遠距離的地震，MS值近似地給出當地里氏震級的補充，并且綜合地給出中強地震帶來的潛在損失的合理估計。

MS震級不能用于深源地震，因為深源地震不能激發(fā)顯著的面波。所以地震學家們發(fā)展了第二種震級，Mb，它是根據P波的大小而不是根據面波的大小確定地震的震級。所有的地震都可以清楚地讀到P波的初始，因此用P波震級Mb有很大優(yōu)點，它可以提供深源、淺源甚至遠距離的任何地震的震級值。6.4地震基本參數的確定（時間、地點、震級）6.4.1地震震級地震矩和矩震級6.4地震基本參數的確定（時間、地點、震級）6.4.1地震震級6.4地震基本參數的確定（時間、地點、震級）6.4.1地震震級課程大綱：第一章緒論第二章地震波第三章地震波的傳播理論第四章地球內部結構第五章地震機制第六章地震儀和地震基本參數的確定第七章地震預測7.1地震預測概述7.2地震預測的地質學方法7.3基于地震目錄的地震預測統(tǒng)計方法7.4地震前兆7.5地震預測的進展、困難和前景第八章宏觀地震學地震預測的基本目標：

預測三要素時間（時）地點（空）強度（強）依賴于地震前兆信息可靠的地震預報方法必須具有可重復性，適用于任何破壞性地震7.1地震預測概述地震預報分類各類地震預報涵義各類地震預報發(fā)布權限備注長期地震預報對未來10年內可能發(fā)生破壞性地震的地域的預報全國性的地震長期預報由國務院發(fā)布。省、自治區(qū)、直轄市行政區(qū)內的地震長期預報，由省、自治區(qū)、直轄市人民政府發(fā)布。國家對地震預報實行統(tǒng)一發(fā)布制度中期地震預報對未來一兩年內可能發(fā)生破壞性地震的地域和強度的預報全國性的地震中期預報由國務院發(fā)布。省、自治區(qū)、直轄市行政區(qū)內的地震中期預報，由省、自治區(qū)、直轄市人民政府發(fā)布。短期預報對3個月內將要發(fā)生地震的時間、地點、震級的預報省、自治區(qū)、直轄市行政區(qū)內的地震短期預報，由省、自治區(qū)、直轄市人民政府發(fā)布。臨震預報對10日內將要發(fā)生地震的時間、地點、震級的預報省、自治區(qū)、直轄市行政區(qū)內的臨震預報，由省、自治區(qū)、直轄市人民政府發(fā)布。7.1地震預測概述地下流體：主要研究地下水的水位、流量、水中氣體含量及化學組分等與地震孕育發(fā)生過程的相互關系，它包括地下水化學和地下水動態(tài)兩個專業(yè)手段，有水位、地熱、流量、水氡、氣氡、水溶氣6個主測項及氣壓、降雨等輔助測項。電磁：電磁學科是基于地球電磁學的理論和方法技術，探索與孕震過程有關的地球介質電磁性質的變化以及相關規(guī)律，它包括地電和地磁兩個專業(yè)手段。地電觀測又分為地電阻率、大地電位等測項，同時還包括降雨等輔助測項。地磁觀測項目主要分為地磁絕對觀測和地磁相對記錄兩大類，包括地磁總強度、垂直分量、水平分量、磁偏角等若干測項。地殼形變：形變學科通過分析形變觀測資料，檢索地殼形變和斷層運動的異常信息，為地震分析預報服務。形變學科的分析方法，就是將觀測資料進行各種處理，過濾掉正常年變和外界干擾等因素，檢索出地下巖體的區(qū)域形變異常信息，通過異常特征、變化幅度和持續(xù)時間，預測地震三要素，提出本學科的地震預報會商意見。地震活動性：地震活動性是指地震活動的時、空、強分布圖像及地震波特征，通過對已經發(fā)生地震的特征分析，就可能獲得未來地震的“震兆”信息。地震活動性預報方法主要包括地震活動圖像預報方法、地震序列方法、震源及介質參數預報方法、地震相關性分析方法和地震統(tǒng)計預報方法等。7.1地震預測概述目前研究地震預報的方法，主要在三方面：（1）地震地質方法，應力積累是大地構造活動的結果，所以地震的發(fā)生必然和一定的地質環(huán)境有聯(lián)