工程地震地震现象

工程地震地震现象第一页，共四十三页，2022年，8月28日工程地震绪论地震和地震现象地震的成因地震的描述地震活动性地震效应震源机制地震影响评价场地工程地震勘察与评价第二页，共四十三页，2022年，8月28日工程地震导论地震和地震现象第三页，共四十三页，2022年，8月28日工程地震导论地震和地震现象地震的概念地震现象宏观地震现象微观地震现象第四页，共四十三页，2022年，8月28日地震的概念地震由于在地球（地壳）介质内能量突然释放导致的地球（地壳）介质的震动（波动）。EarthquakeAshakingoftheEarth,causedbyvolcanicactivityormovementaroundgeologic

faults.

Anearthquake(alsoknownasaquake,tremorortemblor)istheresultofasuddenreleaseofenergyintheEarth's

crustthatcreatesseismicwaves.

FromWikipedia,thefreeencyclopedia第五页，共四十三页，2022年，8月28日地震的概念地震概念的解释核心内涵地球的震动（震颤）AshakingoftheEarth成因能量在地球（地壳）介质内的突然释放AsuddenreleaseofenergyintheEarth's

crust伴生现象产生地震波createsseismicwaves延伸含义（1）震源能量释放者和能量释放位置（2）成因类型天然源、人工源第六页，共四十三页，2022年，8月28日地震现象地震现象宏观地震现象微观地震现象地震发生时伴随的地震影响和地震效应。

人的观感能够察觉到的地震影响和效应

需借助观测仪器才能了解的地震影响和效应地震影响：地震的作用过程地震效应：地震作用的后果第七页，共四十三页，2022年，8月28日地震现象宏观地震现象主要有地震动、建筑物的破坏和地面破坏乃至山崩海啸

第八页，共四十三页，2022年，8月28日中国百年大地震第九页，共四十三页，2022年，8月28日汶川地震第十页，共四十三页，2022年，8月28日第十一页，共四十三页，2022年，8月28日第十二页，共四十三页，2022年，8月28日震前的北川震后的北川第十三页，共四十三页，2022年，8月28日2004年12月26日印度洋海啸印度尼西亚苏门答腊岛以北海域当地时间2004年12月26日上午8时发生里氏8.5级强烈地震，并引发海啸，东南亚和南亚数个国家受波及，造成重大人员伤亡。

第十四页，共四十三页，2022年，8月28日第十五页，共四十三页，2022年，8月28日第十六页，共四十三页，2022年，8月28日北大西洋海啸卫星影像第十七页，共四十三页，2022年，8月28日2000年冰岛地震间歇泉喷发第十八页，共四十三页，2022年，8月28日地震现象微观地震现象主要是与地震波传播有关的现象地震仪地震波第十九页，共四十三页，2022年，8月28日地震仪东汉张衡候风地动仪世界上最早的地震仪(公元132年)王振铎（1912年—1992年）1951年的复原模型（简称传统模型）模型外观

结构原理

第二十页，共四十三页，2022年，8月28日地震仪东汉张衡候风地动仪世界上最早的地震仪(公元132年)冯锐（1941年—）2005年的复原模型模型外观

结构原理

第二十一页，共四十三页，2022年，8月28日三分之一尺度冯锐复原模型的结构框架第二十二页，共四十三页，2022年，8月28日地震仪美国内务部曾经使用过的滚筒地震仪垂直向滚筒地震仪第二十三页，共四十三页，2022年，8月28日Amechanicalseismographconsistsofasturdyframeboltedtothegroundandaheavyweightwithanattachedpenhangsfromtheframe.

现代地震仪的工作原理HowaSeismographWorksWhenanearthquakeoccurs,theweightanditspenremainfixedinspace—becauseoftheirinertia—whiletheframeandthepaperrollaremovedbythevibratingground.Astherevolvingpapercylindermovesbackandforthbeneaththeweight,thepenrecordsthewaveforms.第二十四页，共四十三页，2022年，8月28日现代地震仪的工作原理

HowaSeismographWorks机械式地震仪（70年代前）工作原理利用惯性原理和弹性原理来记录地震引起的地面运动，机械传感器的自振周期决定了地震仪能够记录到的地面运动的优势周期。固有问题机械元件（弹簧和重锤）的“灵敏程度”和“结实程度”是一对矛盾，灵敏和结实“妥协”的结果是大大地限制地震仪的动态范围。数字式地震仪（70年代后）电子反馈技术

无需“劳动”传感器自己振动，而是用试图阻止这种振动所必须提供的电流来作为地震仪的输出。数字化技术

数字化技术的采用使得地震仪可以“聪明地”根据地面运动的大小来调整自己的放大倍数，这就使得大动态的地震观测成为可能。信息无线传输技术信息无线传输技术使得地震仪实现了遥测、遥控第二十五页，共四十三页，2022年，8月28日第二十六页，共四十三页，2022年，8月28日第二十七页，共四十三页，2022年，8月28日地震微观现象——地震波OY水平面X第二十八页，共四十三页，2022年，8月28日地震微观现象——地震波ZX入射面入射线与界面法线确定的平面hRF地面OidRd视速度V*=d/dt真速度V

=dR/dtV*＞V

V/V*

=sini波前任一时刻在介质空间中分割已经扰动和未被扰动区域的曲面。波阵面扰动区中的一系列等相位面。等相位面经过相同的传播时间震源扰动所到达的空间点构成的曲面。S波射线波阵面的法线，代表波的传播方向。地震波传播的几何描述入射角i入射线与界面法线的夹角第二十九页，共四十三页，2022年，8月28日地震微观现象——地震波地震波Seismicwave体波Bodywave纵波（P—Primarywave）横波（S—Secondarywave）面波Surfacewave瑞利波（R—Rayleighwave）勒夫波（L—Lovewave）震源扰动在地球介质中传播形成的弹性波在地球介质内部传播的地震波——自由波沿某些界面或自由表面传播的地震波——限制波质点振动方向与波的传播方向一致。质点振动方向与波的传播方向正交。质点振动轨迹为在入射面内的椭圆。质点振动轨迹在水平面内与波的传播方向正交。SV波—质点振动在入射面内。SH波—质点振动与入射面正交。第三十页，共四十三页，2022年，8月28日体波的质点振动与波的传播方向第三十一页，共四十三页，2022年，8月28日面波的质点振动与波的传播方向第三十二页，共四十三页，2022年，8月28日地震微观现象——地震波关于地震波传播的定理费马原理——最速路径原理地震扰动沿时间为极值（最小值）的路径传播。施奈尔定律——射线方程波的入射角的正弦与波传播速度的比值为常数。本多夫定律——相邻射线之间的关系视速度大于真速度，真速度与视速度的比值等于入射角的正弦。第三十三页，共四十三页，2022年，8月28日地震微观现象——地震波地震体波的反射、透射介质1VP1,VS1介质2VP2,VS211221SV′PP′PSV介质1VP1,VS1介质2VP2,VS211221SV′SVP′PSV第三十四页，共四十三页，2022年，8月28日地震微观现象——地震波临界入射—全反射（以SH波入射为例）介质1VP1,VS1介质2VP2,VS2102=90°SH′SH10SH10质点运动方向垂直于入射面指向里

临界入射角质点运动方向垂直于入射面指向外临界入射，入射角

1=10

超临界入射，入射角1

＞

10

全反射，入射角1

≥

10

，无能量透入介质2第三十五页，共四十三页，2022年，8月28日VS1VS2xzxzVS2＞VS1SH波在低速薄层中全反射，波动能量集中在薄层中，无能量透入下层介质，形成在薄层内沿水平方向传播的Love波。SVPP—不均匀平面P波SV—不均匀平面SV波UWW—垂直向振幅U—水平向振幅oo波传播方向波传播方向h0h0

—水平向振幅为零的深度沿水平方向传播的不均匀平面P波和不均匀平面SV波叠加形成Rayleigh波。Rayleigh波Love波Rayleigh波和Love波的形成机制第三十六页，共四十三页，2022年，8月28日近震地震波近震三分量地震记录图第三十七页，共四十三页，2022年，8月28日南美中西部1990-1999年M>6的地震震中分布图远震地震波=17.93°（1993km）=343°h=27km第三十八页，共四十三页，2022年，8月28日远震地震波远震三分量地震记录图P波质点运动空间轨迹图第三十九页，共四十三页，2022年，8月28日地震波的应用震源位置测定地震震级测定震源机制求解第四十页，共四十三页，2022年，8月28日震源位置的测定方法定位原理FSROhF—震源O—震中S—观测点—震中距离R—震源距离h—震源深度直达P波走时t

P

t

P=R/VP直达S波走时t

S

t

S=R/VS走时差t

S－

t

P

t

S－

t

P=R[(1/VS)–(1/VP)]=R(VP–VS)/(VPVS)虚波速度VV=(VP

VS)/(VP–VS)震源距离RR=V

(t

S－

t

P)

VP—纵波速度VS—横波速度VP＞VS第四十一页，共四十三页，202