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1、上节课回顾：,1 地球物理学研究内容,2 天然地震,地震基本参数:震中位置 震源深度 发震时刻 震级,地震分类和分布,地震学的基本概念：应力和应变 弹性变形和弹性常量,地震学 重力学 地磁学 地电学 地热学,From http:/www.iris.edu,地震观测记录,走时特征,振幅特征,频率特征,（1）纵波（P）,体 波,（2）横波（S）,纵波在固体、液体、气体中都能传播，横波只能在固体中传播,波的传播方向,质点振动方向,(1)瑞利波（LR）,VP VS Vlove VRayleigh,(2)勒夫波（LQ）,面 波,地震波的反射和透射,水平层介质模型中的斯涅尔定律：,入射波,反射波,透射波,
2、V11,V22,1.垂直入射时的反射与透射,其中:,K反 反射系数,K透 透射系数,Z=V 波阻抗,2.倾斜入射时的反射与透射,入射P波,入射S波,Vp1 Vs1,Vp2 Vs2,当倾斜入射时，其能量分配比较复杂，取决于入射角、界面上下介质的波阻抗比。,影响岩石波速的主要因素,各类岩石的波速,：岩石密度、：弹性模量,1.波速与介质密度的关系,岩石密度与波速的关系,2.孔隙度,V 岩石中纵波的传播速度Vm 岩石骨架中波的传播 速度Vl 岩石孔隙内流体波速 岩石的孔隙度,3.埋藏深度与地质年代,各种年代地层速度随深度变化的关系曲线,4.温度压力及其他因素,结晶 熔化 脱水 相变 塑性化地质构造运动
3、 风化侵蚀 等,不同震中距上的地震记录,地方震,区域震,远 震,3 震相与走时方程,近震(1000km）主要震相,用双层地壳模型，出现的近震震相有直达波，反射波，折射波在一定距离后出现短周期面波Lg。,一 近震震相及走时方程,近震走时方程,1.直达波（）,整理得：,曲线特征：双曲线,渐近线：,顶点坐标：,2.反射波（P11 S11）,整理得：,曲线特征：双曲线,渐近线：,顶点坐标：,3.折射波（Pn Sn）,（1）地震折射波的形成：,V1,V2,i0,条件：V2 V1 全反射 sin i0=V1/V2（2=90）,2,惠更斯原理,折射波的形成,（2）折射波的特点,S2,在界面上以 V2 速度滑
4、行,存在盲区，0=(2H-h)tg i0,在一定范围之外，折射波会比直达波先到达观测点，成为第一个到达的波，因此也称为首波,（3）折射波走时方程,曲线特征：直线,斜率：,改写为：,定义穿透速度：,4.近震走时曲线,h=0,h0,均匀梯度层中的射线,水平均匀分层介质中的射线,分层介质中的射线路径,二 远震震相及走时方程,真实地球内部的射线形状,(1)远震直达波 P、S,远震震相的射线路径（15 105）,(2)地表反射波 PP,SS,PPP,SSS 地表转换波 PS,SP,核面反射波 PcP,ScS 核面转换波 PcS,ScP,12个GRSN台站记录的垂直分量宽带记录，震中距D=14.7 19.
5、6,Ex.1 远震直达波 P、S,巴布亚新几内亚地震记录，Ms=7.0，=117,Ex.2 地表反射波,Ex.3 地表转换反射波,鄂霍次克海的深源地震记录，h=588km，=50.1 82.2,Ex.4 核面反射波及转换波,通过地球外核的波：PKP,SKS,SKP,PKS;,地核穿透波：,通过地球内核的波：PKIKP（在内核为纵波）PKJKP（在内核为横波）,附：P：地幔P波 K：外核P波 I：内核P波 S：地幔S波 J：内核S波 c：核幔边界反射（CMB）i:内外核界面反射,地核内界面的反射及转换波：PKKP,SKKP,PKiKP,SKiKS等,极远震震相的射线路径（105）,面波震相,(D
6、=60h=9 km Mb=6.6),(D=90h=25 km Mb=6.8),鄂尔多斯东缘台阵远震记录（HS17-ZMD）,持续时间长，震相种类多，频率低，面波震相突出,远震震相记录特征,近震震相记录特征,时间短（3 min）频率高 尾波强,走时曲线和走时表,杰弗里斯布伦全球地震平均走时表（1940）,震相识别方法,（1）依据运动学特征识别震相,（2）依据动力学特征识别震相 依据振幅的大小；依据周期的大小；依据出射角度的不同；依据振动方式的不同；依据初动方向的不同。,（3）多台对比,地震波性质不同地震波速不同地震波反射/透射/转换,地震记录示例,P 波 S波 面波,4 天然地震观测及地震参数测
7、定,放大器,记录器,计时器,水平摆（N-S）,水平摆（E-W）,垂直摆（V),拾震器（摆）,4.1 地震观测系统组成,早期验震器,候风地动仪(公元132年)中国汉代 张衡,电磁地震记录仪（1856年）意大利地质学家 帕尔米里,模拟地震仪（18751975）,摆式地震记录仪（1875年）意大利 Filippo Cecchi,模拟地震记录设备,数字地震观测系统,三分量地震仪,数据传输接口,本地存储卡,GPS天线,PDF控制器,频带范围宽 动态范围大 观测精度高 便于数据存储、交换和处理,数字地震台网,地震记录 U(t)=S(t)*g(t)*i(t),震源 S(t),路径 g(t),地震仪 i(t)
8、,震源类型能量释放,径向分层结构横向非均匀性各向异性性质物质组成和状态,地震仪特性,台站噪音,4.2 地震记录信号的构成,震中：俄罗斯库页岛 Mag=6.2=33 Depth=10 km,震中：俄罗斯鄂霍次克海 Mag=7.7=34 Depth=633 km,震源时间函数不同,成都台（地方震）,兰州台（近震）,乌鲁木齐台（远震）,传播路径不同,2008年5月12日中国汶川地区8.0级地震,2002年3月31日中国台湾地区7.1级地震,昆明地震台甚宽频带原始地震图,昆明地震台仿真短周期地震图(DD-1),接收仪器不同,地震记录分析和解释,震中：南太平洋斐济群岛 Mag=7.7=91 Depth=
9、153km,测定地震基本参数研究震源力学机制探讨地球内部结构,4.3 近震基本参数测定,震中位置（，）震源深度（h）发震时刻（T0）震级（M）,（,h）,由记录图量出(Ts Tp)，在走时表中查出相应的 和 tp 或 ts,T0=Tp tp=Ts-ts,一 发震时刻的测定,Tp、Ts:直达纵波、横波的到时；tp、ts:直达纵波、横波的走时。,走时表法,tp,ts,二 震中位置和震源深度的测定,（1）震中位置（弦法）,利用三个以上台的资料，由（TsTp）i 计算,E,Si,Di,D 为 震源距，,按比例在地图上以台站为中心，以震源距 D为半径作圆，三弦相交于一点，此点为震中。,（2）震源深度的测
10、定,确定震中后，取震中距最小的台，过震中作垂至于此圆半径的弦A、B，此弦的一半为震源深度 h。,三 震级的测定,震级是地震大小的一种标志，即用震级来量度地震释放能量的多少，一般用地震波的能量表示地震的能量。,地震震级标度有：近震震级（ML）、面波震级（MS）、体波震级（MB或Mb）,里氏近震震级,不同台记录到的同一次地震最大振幅B随震中距增大而减小；,取一个振幅为B*的地震作为标准，称为零级地震,把其他地震与lgB*的差，定义为该地震的震级,lgB 坐标系中，不同两次地震构成的曲线坐标相差只是一个常数,MLlgB-lgB*,里氏近震震级,B*为零级地震的振幅，lgB*称为原始起算函数。,ML0
11、 标准地震100km，标准地震仪（静态放大系数2800，周期0.8s，阻尼0.8）水平记录最大振幅 A01m,面波震级：Ms=1.13ML 1.08,我国现用近震震级公式为：,MLlgAR（）,ML近震体波震级，A水平向最大地动位移振幅 平均值，（单位m）R（）起算函数。,地震波在地球内部如何传播？地球模型地震射线,如何利用地震射线参数与走时曲线 求地球内部波速分布？,正演问题：根据介质的结构物性特征，建立参数模型，通过数学和物理分析，推测可能产生的物理场分布和特征,反演问题：根据观测得到的物理场分布和特征资料，反推地下介质的结构和物性特征,5 地震波射线性质及地球内部波速的计算,地震射线地球
12、模型,地球内部的射线,.,.,同心球层近似结构,球层界面上的透射,地球内部的射线,E,S,E,S,r,5.1 射线参数,1.球对称介质中的折射定律,由：,在OA1A2中应用正弦定理,消去,得：,对于 n 层情况：,对于速度连续变化 V=V（r）,球对称介质中的折射定律,2.射线参数,P 射线参数,P确定了，射线的路径是确定的,地球内部的射线,E,S,r0,V0,一个射线参数P，对应一条射线,当介质模型确定时：,不同的射线参数P，对应不同入射角,3.射线的顶点,速度V(rp),rp为径向坐标,点P为地震射线的顶点,5.2 射线走时方程,（震中距 走时 t）,远震中，一般用地心角（地震射线张开的弧
13、度）来表示震中距，弧长 L=*R,ABC,震中距的计算：,射线走时的计算：,球对称介质中的走时方程,地球内部地震射线的走时与震中距的关系,地球内部地震射线的走时曲线,5.3 本多夫定律（射线参数与走时曲线的关系）,1.本多夫定律：,射线参数 P 和走时曲线的关系,在走时曲线图上，一个点对应一个射线参数 P，代表一条地震射线，一条走时曲线为一簇射线。,全球地震平均走时表,2.视速度与真速度,由,视速度：V*=d/dt,给出了地震波传播真速度与沿地表的视速度关系,真速度：V0=ds/dt,5.4 不同的速度分布对射线形状 及走时曲线形状的影响,速度分布,射线形状,走时曲线形状,走时曲线形状,地球内
14、部结构,走时曲线是t关系，dt/d(=P)是走时曲线的斜率，d2t/d2 可表示曲线的凹凸性质。,地震射线和地震走时曲线的形状,d2t/d2 0 曲线是凹的,走时曲线以为横轴，t为纵轴,d2t/d2 0 曲线是凸的,地球内部速度分布V（r）决定走时曲线的形状，也就是决定地震射线形状的因素。,走时曲线的形状取决于：,走时曲线的二阶导数：,1）速度随深度连续增加,地震射线凹向地表,t,走时曲线凸向t轴,2）低速层,射线在地表AB区不出现,走时曲线出现间断,3）高速梯度带,走时曲线发生回折,通过高速层射线弯曲的厉害，出现交叉现象。,1）正常速度梯度,t,2）低速层,走时曲线出现间断,地表出现射线影区,走时曲线凸向t轴,地震射线凹向地表,走时曲线出现回折,射线出现交叉现象,3）高速层,地球内部速度V（r）决定走时曲线的形状，也就是决定地震射线形状的因素。,
