地震震相课件100905(孟晓春)

大家好！孟晓春防灾科技学院继续教育中震震相统一编目培训班2010年9月5日主要内容地震波——震相地壳结构地震波射线传播规律地震波的走时规律地壳模型的建立思路地壳震相震相判别评比中的一些震相实例地震波——震相地震波：由于岩石的突然破裂或人工爆炸引起的地球内部质点振动，这种振动以应力、应变交互方式向周围传播，形成地震波。地震波是弹性波。地震波是能量的传递震相是地震记录图上与某一地震波相对应的规则振动。通常读取的震相是简谐振动的初至。纵波质点位移方程纵波的质点运动轨迹是简谐振动。A是运动的振幅，ω是角频率，k是波数质点沿x、y、z方向的位移，位移量分别为u、v、wP波的初动标志地震方位纵波：质点振动方向与波的传播方向一致的波，用P表示。地震波横波质点位移方程横波的质点运动轨迹是简谐振动。A是运动的振幅，ω是角频率，k是波数质点沿x方向的位移为v、w质点沿y方向的位移为u、w质点沿z方向的位移为u、v北南、东西向S波在振幅上的差别，反映断层的运动方式横波：质点振动方向与波的传播方向垂直，用S表示。地震波SH波——当振动发生在波传播的水平面内时为SH波。SV波——当振动发生在波传播的垂直面内时为SV波。地震波体波：P波(primarywaves)－－纵波S波(secondarywaves)－－横波面波：R波（Rayleigh)L波(Love)地震波是在弹性分界面附近存在的一类波动，这类波动的能量主要分布地分界面附近，因此，称为面波。常见的有瑞利波（Rayleigh）、勒夫波（Love)面波面波勒夫波：SH波入射界面时，发生的多个反射波相互干涉形成勒夫波。勒夫波的能量分布的水平方向。面波瑞利波：P波和SV波入射界面，发生的多个反射波相互干涉形成的波。瑞利波的能量分布在垂直向和水平向。地球基本结构地壳的基本结构地壳是地球表面一层薄薄的岩石硬壳，平均厚度为17公里。大陆地壳平均厚度33公里，山区最厚可达70公里（我国青藏高原）,海洋地壳仅有7公里左右。地壳上部由沉积岩、花岗岩组成，称为硅铝层；下部由玄武岩或辉长岩类组成，称为硅镁层。莫霍面是地壳与地幔的分界面。地震波射线与地壳结构的关系设：R为固体介质分界面，R上层的波速为v1，下层的波速为v2，当地震波以ip角入射到界面R上时，将发生波的反射和折射现象。地震波射线的传播规律－P波入射

式中，iP为入射角，ip′为P波的反射角，is′为由P波转换成的SV波的反射角，ip″为P波的折射角，is″为由P波转换成的SV波的折射角，p为射线参数。波射线的传播规律－P波入射设：R为介质分界面，R上层的波速为v1，下层的波速为v2，当地震波以ip角入射到界面R上时，将发生波的反射和折射现象。波射线的传播规律－SV波入射

式中，is为入射角，ip′为SV波经反射转换成的P波的反射角，is′为SV波的反射角，ip″为SV波经折射转换成的P波的折射角，is″为SV波的折射角，p为射线参数。波射线的传播规律－SV波入射设：R为介质分界面，R上层的波速为v1，下层的波速为v2，当地震波以ip角入射到界面R上时，将发生波的反射和折射现象。波射线的传播规律－SH波入射

式中，is为入射角，is′为SV波的反射角，is″为SV波的折射角。波射线的传播规律－SH波入射不同边界条件下波射线的传播界面弯曲情况下波射线的传播

i=1，2，3，…，n

界面弯曲情况下波射线的传播不同速度结构地震波射线的变化正常速度层:波速是随着深度的增加逐渐递增低速层:低速层是指波速随着深度的增加而逐渐减小高速层:高速层是指波速随着深度的增加的速率大于该层上下的层低速间断面:低速间断面上层的速度高，经过该面后速度突然降低，地壳内有不连续的低速间断面。高速间断面:高速间断面上层的速度低，面下的速度高，莫霍洛维奇界面是一个高速间断面，P波的速度在面上为6.3km/s，而在面下的速度为8.2km/s。正常速度层内的传播规律低速层内的传播规律高速层内的传播规律近震地震波的走时规律直达波走时规律反射波走时规律首波走时规律单层地壳模型直达波走时方程

直达波走时规律直达波走时规律渐近线:

tp=Δ/v

视速度:

v=dΔ／dt当震源深度h=0时，视速度等于真速度。直达波走时规律双层地壳结构走时方程单层地壳结构反射波走时方程反射波走时规律渐近线:

tp=Δ/v

视速度:

v=dΔ／dt反射波走时规律双层地壳结构反射波走时方程单层地壳结构首波走时方程首波走时规律首波走时规律双层地壳结构首波走时方程近震走时规律近震直达波、反射波和首波走时之间的关系走时方程的作用确定震源位置求解地壳结构判断震相地壳结构与走时之间的关系地区Pn波速度Pg波速度地壳厚度河北8636四川7.86.255青藏高原8.46.870福州盆地8.57.132单层地壳结构——未做任何修正H=36.00h=10.00Vp1=6.00Vp2=8.00Pn肓区：x0=70.30PnPn盲区为151.94KmTpg(秒)Tpmp(秒)Tpn(秒)Tpnp(秒)0000001.6667010.33330005001.8634010.36690065010.9608014.97130070011.7851015.58490075012.6106016.2181016.2099

0080013.4371016.8688016.83490085014.2644017.5349017.45990090015.0923018.2148018.08490125020.8999023.2552022.45990130021.7307024.0046023.08490135022.5616024.7594023.70990140023.3928025.5191024.33490145024.2241026.2832024.95990150025.0555027.0514025.58490155025.8870027.8234026.20990347187028.5988026.8349034.77210165027.5505029.3773027.4599035.39710170028.3823030.1588028.0849036.0221单层地壳结构——未做任何修正H=70.00h=30.00Vp1=6.80Vp2=8.40x0=151.68PnPn盲区为344.72KmTpg(秒)Tpmp(秒)Tpn(秒)Tpnp(秒)0000004.41180167751026.76510150022.4957027.35450155023.2171027.9508027.9494

0160023.9394028.5537028.54460165024.6625029.16250293863029.7771029.73510320047.2652049.7615047.59220325047.9973050.45750487295051.1545048.78270335049.4619051.8526049.3779

0340050.1943052.5517049.97320345050.9267053.2517050.5684062.65550350051.6593053.9528051.1637063.25070355052.3920054.6547051.7589063.84600360053.1247055.3574052.3541064.44120365053.8575056.0611052.9494065.0365单层地壳结构——未做任何修正H=55.00h=16.00Vp1=6.20Vp2=7.80x0=123.14PnPn盲区为267.24KmTpg(秒)Tpmp(秒)Tpn(秒)Tpnp(秒)0000002.5806015.16130005002.70370157270023.95640120019.5261024.58610125020.3258025.2258025.2252

0130021.1260025.8749025.86620135021.9266026.5326026.50720140022.7276027.19840275290027.8715027.78930150024.3308028.5516028.43030155025.1328029.2381029.07130160025.9352029.9305029.71230255041.2099043.8345041.89180260042.0148044.5920042.53290265042.8198045.3513043.1739

0270043.6248046.1121043.8149054.58030275044.4298046.8745044.4559055.22130280045.2350047.6383045.0970055.86240305049.2612051.4769048.3021059.06750310050.0666052.2481048.9431059.7085单层地壳结构——未做任何修正H=17.00h=10.00Vp1=6.00Vp2=8.00x0=27.21PnPn盲区为65.77KmTpg(秒)Tpmp(秒)Tpn(秒)Tpnp(秒)0000001.6667004.00000005001.8634004.08590020003.7268005.20680025004.4876005.77590030005.2705006.4031006.3958

0035006.0668007.0730007.02080040006.8718007.7746007.64580045007.6830008.5000008.27080050008.4984009.2436008.89580055009.3169010.0014009.52080060010.1379010.77030109608011.5482010.7708

0070011.7851012.3333011.39580156106013.1244012.0208015.76890080013.4371013.9204012.6458016.39390085014.2644014.7205013.2708017.0189地壳模型的建立思路理论模型包括：地壳厚度，地壳内纵、横波的速度，上地幔顶层的速度。震源深度地壳模型的建立思路收集本地区浅层结构资料收集本地区的地震资料按震源深度、地震方位对本地区的地震资料进行分类确定本地区的理论地壳模型初值计算理论走时值，并根据实际资料对理论模型进行修定，直到理论与实际相一致地壳结构福州盆地及其邻区地处中国大陆东南沿海地震带北端，该地区地壳厚度为32km，可分为上地壳和下地壳2个组成部分：上地壳介质：速度为5.9～6.2km/s，在埋深10～15km之间存在厚3～4km的弱低速层(体)；下地壳介质：速度介于6.3～7.27km/s之间；Moho面上部厚约3km范围内为一个强速度梯度层，速度从6.5km/s增加到Moho面上界面的7.27km/s。

地壳震相Pg：近距离处，来自上地壳内震源的上行P波，或射线底部到达上地壳的P波；更远距离处，还指由在整个地壳内多重P波反射形成的群速度约为5.8km/s的到达。Pb(另称为P*)来自下地壳内震源的上行P波，或其底部到达下地壳的P波。Pn底部到达最上层地幔的任意P波，或来自最上层地幔内震源的上行P波。相关名词临界角：折射角等于90°时的入射角。通常用表示。

地壳震相地壳震相PnPn：Pn在自由表面处的反射波。PgPg：Pg在自由表面处的反射波。PmP：P波在莫霍面外侧的反射波（即反射波，原来的P11或者PM)。PmPN:PmP的多重自由表面反射波；N为正整数。例如PmP2表示PmPPmP。PmS:P波在莫霍面外侧反射为S的波。地壳震相赵仲和老师提供地壳震相Lg:在较大区域距离处观测到的、由在整个地壳内多重S波反射及SV到P和(或)P到SV的转换波叠加而形成的波。最大能量以大约3.5km/s的群速度传播。Rg短周期地壳瑞利波。震相判别走时判断法和达直线判断法发震时刻判断法走时判断法依据各类波的走时规律对震相进行判别。将同一个地震各台记录到的同一震相做成曲线图或者数表，与理论走时规律进行对比，找出异常震相数据。和达直线判别法和达直线：TP=(TS-TP)／(k-1)+T0

TP、TS分别为纵横波的到时，可以是直达波、反射波或首波；

T0为发震时刻；

k为波速比(k=VP／VS)。震相判别和达直线具体作法：①将各台的数据(TP，TS-TP)准备好；②建立以TP，TS-TP为纵横坐标轴的直角坐标系；③将各台记录到的(TP，TS-TP)分别点入坐标系中；④按最小二乘法原理，作各点的拟合直线；⑤对于偏离该直线远的点，即为震相识别有误的点。

发震时刻法对比各台求出的发震时刻，若过大，则需要对震相进行重新判定。近震记录的特征

Δ<40km:通常记录到的地震波只有直达纵、横波，对应的震相为Pg、Sg；由于震中距很小，Pg波的周期很小，通常的周期约为0.05～0.2秒，Sg的周期为0.1～0.5秒；记录持续的时间较短，通常不到1min。

近震记录的特征40km<Δ<70km:通常能记录到直达纵、横波和反射纵、横波，到达的顺序为Pg、PmP、Sg、SmS；反射波的周期与直达波的周期相近。

近震记录的特征70km<Δ<120km：通常当震中距70km时就会出现全反射现象，即入射角达到临界角，折射角大于90°。从而导致70km至110km段内的反射波能量很强，记录图上PmP

、SmS的振幅远远大于Pg、Sg的振幅。理论上当入射角等临界角时就将产生首波，所以该段内还有来自莫霍洛维奇界面的首波，只是由于其能量极弱且比直达波传播时间长，所以被淹没在直达波的续至区内，无法看到。

近震记录的特征120km<Δ<500km：随着震中距的增大，首波将作为第一震相到达，这一距离通常大于120km。这一范围内到达的波的顺序为PnP、Pg、PmP、SnS、Sg、SmS

，波的周期也有所变化：Pg的周期为0.1～1秒，Sg的周期为0.5～2秒，PnP的周期为0.5-3秒，SnS的周期为2～5秒。PmP

、SmS的周期略大于Pg、Sg。震中距300km以后，反射波将不易识别。近震记录的特征500km<Δ<1000km：震中距大于500km以后，主要震相为PnP、Pg、πg、SnS、Sg、Lg1、Lg2。这段的特点为短周期面波逐渐发育，振幅大，占据记录图的主体位置；所有震相的周期都明显增大，各波的频率特征展示的较好。近震记录的特征单层地壳结构——未做任何修正H=70.00h=30.00Vp1=6.80Vp2=8.40x0=151.68PnPn盲区为344.72KmTpg(秒)Tpmp(秒)Tpn(秒)Tpnp(秒)0000004.41180167751026.76510150022.4957027.35450155023.2171027.9508027.9494

0160023.9394028.5537028.54460165024.6625029.16250293863029.7771029.73510320047.2652049.7615047.59220325047.9973050.45750487295051.1545048.78270335049.4619051.8526049.3779

0340050.1943052.5517049.97320345050.9267053.2517050.5684062.65550350051.6593053.9528051.1637063.25070355052.3920054.6547051.7589063.84600360053.1247055.3574052.3541064.44120365053.8575056.0611052.9494065.0365单层地壳结构——未做任何修正H=17.00h=10.00Vp1=6.00Vp2=8.00x0=27.21PnPn盲区为65.77KmTpg(秒)Tpmp(秒)Tpn(秒)Tpnp(秒)0000001.6667004.00000005001.8634004.08590020003.7268005.20