地震概论复习

课程大纲：第一章绪论1.1古代人类对地震的认识1.2地震学的发展简史1.3我国地震分布特征第二章地震波第三章地震波的传播理论第四章地球内部结构第五章地震机制第六章地震仪和地震基本参数的确定第七章地震预报第八章宏观地震学（1）地震波传播理论和地球内部物理学：研究地震波在地球介质中的传播规律以及地球内部构造及力学参数特征。（2）强地面运动地震学：它是研究中强地震引起的近场地面运动的一门分支学科，将震源、地震波的传播介质、场地作为一个系统来研究，其一方面可为工程抗震设防提供依据，另一方面又可为研究震源特征提供基础。（3）测震学：地震仪的原理及仪器的研制、台网布局、观测记录的分析和解释。（4）地震形成机制地震学研究内容：课程大纲：第一章绪论第二章地震波2.1地震学中的基本名词和概念2.2波的性质简述2.3弹性介质及波动方程2.4地震波的类型及应用第三章地震波的传播理论第四章地球内部结构第五章地震机制第六章地震仪和地震基本参数的确定第七章地震统计分析第八章宏观地震学地震学几个基本概念：地震波震源震中震源深度震中距发震时刻震级2.1地震学中的基本名词和概念烈度2.1地震学中的基本名词和概念作用：长期以来是建筑的抗震设计指标地震序列2006年4月1日台东地震发生后一个月内余震分布及深度剖面2.1地震学中的基本名词和概念序列分类（时间特征）(参见Utsu，2002)主震-余震型前震-主震-余震型震群型第二类震群地震分类一、按照成因不同的地震分类构造地震(90%)塌陷地震（3%）火山地震（7%）碰撞地震诱发地震人工地震2.1地震学中的基本名词和概念地震分类一、按照震源深度的地震分类地震分类二、按照震源深度的地震分类2.1地震学中的基本名词和概念浅源中源深源地球上75%以上的地震是浅源地震。其中震源深度多为5~20千米。波阵面：波前：波线：2.2波的性质简述波阵面和波射线波阵面波线球面波：波面为球面波动基本性质波在传播介质的界面上能产生反射和折射

弹性波叠加时遵守波的叠加原理

两束或两束以上的同频波叠加时能产生干涉现象；能量汇集形成驻波

弹性波在传播过程中遇到障碍物边缘或孔洞时将发生弯折现象，称为波的绕射（衍射）；某些波具有偏振现象，既传播介质质点的振动发生在垂直于传播方向的平面内波在传播过程中会有幅值衰减的现象。2.2波的性质简述2.1介质地震方法的基础：地震波在岩石中的传播规律，而岩石的弹性性质决定了地震波的传播规律。在讨论地震波的传播问题时，一般是基于弹性力学原理，并假设地球介质是均匀的、连续的、各向同性和完全弹性的二地震理论基础2.3弹性介质及波动方程介质的弹性性质(elastic)：DLs未加载加载卸载2.3弹性介质及波动方程DLs未加载加载卸载2.3弹性介质及波动方程介质的脆性性质（brittle）DLs未加载加载卸载卸载不能完全恢复原状，有“永久残余变形”。介质的塑性性质（Plastic）2.3弹性介质及波动方程Rheology（流变学）PropertyTime(t)Strain(e)stressappliedpermanentstrainonoffelasticAnelastic滞弹性Plastic塑性2.3弹性介质及波动方程内力─假想切开物体，截面两边互相作用的力（合力和合力矩)，称为内力。2.3弹性介质及波动方程应力应变1、杨式模量E:2、泊松系数γ3、体变模量k4、切变模量μΔxΔF一般速度分布可以导出k和μ，然后从k和μ导出Ｅ和γ2.2固体弹性参数二地震理论基础切变情况下偏转的角度2.3弹性介质及波动方程纵波（Longitudinalwave,orCompressionalwave)--质点振动方向与振动（能量）传播方向一致--传播速度为：(2)横波（Transversewave,orShearwave)--质点振动方向与振动（能量）传播方向垂直--传播速度为：因此，在地震记录上纵波总是首先到达。所以，纵波也被称为P波（Primarywave）

横波也被称为S波（Secondarywave）2.4地震波的类型1.体波P波和S波属于体波，体波可以穿透地球内部，所以可以得到地球内部的细结构。首次出现在地震图上。二地震理论基础2.4地震波的类型及应用2.4地震波的类型及应用2.4地震波的类型及应用地震波图思考：P波和S波的主要差异？Love波Rayleigh波2.面波2.4地震波的类型二地震理论基础2.4地震波的类型及应用2.4地震波的类型二地震理论基础群速度相速度速度频散2.4地震波的类型及应用思考：速度随周期如何变化？说明什么问题2.4地震波的类型二地震理论基础2.面波具有以下性质：2.4地震波的类型及应用3.自由振荡波(1).环型振荡：(2).球型振荡：2.4地震波的类型环型振荡:相当于Love波的推广球型振荡:相当于Rayleigh波的推广二地震理论基础2.4地震波的类型及应用自由振荡的频散特征影响自由振荡周期的因素：（1）自转（2）横向非均匀性2.4地震波的类型及应用3.自由振荡波功率谱曲线：振荡波的周期可从几百秒长达一小时。不同周期即不同频率成分的能量不同，反映振荡频率的能量分布曲线称为功率谱曲线。

4、地震尾波(1).定义：地震记录中震相后面的延伸波。(2).尾波的延续时间－－地震震级标度尾波频谱分析－－震源特征尾波的衰减－－介质不均匀性研究2.4地震波的类型二地震理论基础2.4地震波的类型及应用作业一：解释以下概念（1）地震波的频散；（2）地震波的散射；（3）地震波传播的群速度；（4）地震波振幅随传播距离衰减的可能原因2.试论Rayleigh和Love面波产生的条件，地表质点运动特征。利用面波的什么特征研究地球内部结构？主要有哪些方法？第一章绪论第二章地震波第三章地震波的传播理论3.1地震波传播理论3.1.1水平层状介质（反射、折射、时距曲线）3.1.2倾斜介质时距曲线3.1.3多层水平介质3.1.4球状介质3.2体波各种震相和走时第四章地球内部结构第五章地震机制第六章地震仪和地震观测第七章地震统计分析第八章宏观地震学课程大纲主要简化和基本理论1、地震波的复杂性包含有纵波和横波；地球内部介质不均匀，有界面，内外物质力学性质差别大；地球介质是非完全弹性的；天然地震的震源过程本身也相当复杂，3.1地震波传播理论3.1.1地震波传播理论概述2、分析地震波时的主要简化假设忽略次要因素，突出主要因素，使问题简化、易于处理，从而得出地震波在地球中传播的基本规律。我们可以把地球介质简化为均匀连续、各向同性的、完全线弹性的连续介质。

3.1地震波传播理论3、地震波传播理论的主要内容针对简化后的地球介质模型，一般对地震波在地球内部传播的研究主要有两类方法：动力学方法和运动学方法。

动力学方法通过求解满足相应边界条件的波动方程，研究平面波在平界面上的反射、折射，均匀半空间及平行分层空间中的地震面波，以及针对球对称模型的自重地球的自由振荡。

运动学方法将波动方程的求解进一步简化成关于波传播的射线理论，利用“地震射线”这一概念，研究地震波在地球内部传播的运动学特征，并在次基础上获得地球内部的相关结构信息。3.1射线传播理论基础

地震波与其它波动现象（如，光波、电磁波）一样，有反射、透射、衍射、散射等现象；也满足：惠更斯原理（Huygens’Principle)和费尔马原理（Fermat’sPrinciple)。光学中的Fermat定理:“光在介质中传播的路径为走时（travel-time)最小的路径”地震学中的Fermat定理:地震波在介质中传播的路径为走时最小的路径.Fermat定理是地震波的高频近似解。惠更斯原理（Huygens’Principle）

介质中波动传播到的各点都可以看作是发射子波的波源，其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前O三地球内部速度分层及其方法3.1地震波传播理论(1)在水平分界面上斯涅尔定律(2)在球对称分界面上斯涅尔定律3.1射线传播理论基础三地球内部速度分层及其方法3.1地震波传播理论震源不在地表（h≠0）3.1.1水平层状介质（反射、折射、时距曲线）3.1地震波传播理论地壳最上部的4km以每公里0.25km/s的速度递增，下面2km以每公里1km/s的速度递增，后面的12km仍然以每公里0.25km/s的速度递增，我们研究其中的走时、震中距和p参数的关系。3.1地震波传播理论地壳最上部的4km以每公里0.25km/s的速度递增，下面2km以每公里1km/s的速度递增，后面的12km仍然以每公里0.25km/s的速度递增，我们研究其中的走时、震中距和p参数的关系。3.1地震波传播理论含有低速层中的地震射线影区的产生模拟3.1地震波传播理论含有低速层中的地震射线影区的产生模拟3.1地震波传播理论震相是地震图上显示的性质不同或传播路径不同的地震波组震相命名规则3.2体波各种震相和走时P：在地幔里的P波K：在外核里的P波I：在内核里的P波S：在地幔里的S波J：在内核里的S波c：在核—幔边界(CMB)的反射波i：在内核边界(ICB)的反射波第一章绪论第二章地震波第三章地震波的传播理论第四章地球内部结构4.1地球内部结构的发现4.2地球模型简介4.3反演问题4.4地震层析成像与地球内部三维结构第五章地震机制第六章地震仪和地震基本参数的确定第七章地震统计分析第八章宏观地震学课程大纲

认识地球结构大事件年表如下：1906年奥尔德姆首先试图从地震波穿过地球的时间来推断整个地球内部构造。2)1909年莫霍洛维奇发现莫霍界面，其意义在于首次提出地球内部是分层的,划分出地壳和地幔。3)1914年古登堡根据地震体波的“影区”确认了地核的存在，并测定了核-幔间断面深度为地表下2900公里。4）杰弗里斯等根据地核不能传播横波的特性，地震学家又推断出地核是液态的。5）1936年莱曼通过对体波“影区”的进一步研究，发现了在液态的地核中还有一个固态的地球内核。6）我国科学家和理查兹发现地球内核的转动比地壳、地幔快。

4.1地球内部结构的发现1）天文—大地测量数据：地球半径Ｒ＝6371ｋｍ，质量M=5.974×1024g地球转动惯量系数Y=1/MR2=0.33.这些数据虽然不能揭示地球内部的密度分布，却可以对密度分布施加限制；2）地震体波数据：PREM使用1964-1975年国际地震中心（ISC）报告，计26000个事件约200万条P波和25万条S波走时数据。这些数据是建立地球P波速度模型和S波速度模型的基础资料。3）地球自由震荡和长周期面波数据。自由振荡资料经过功率谱计算，可得到1000个以上的本征频率，滞弹性参数主要依靠这些数据获得。周期为50-200s长周期面波对于揭示地幔速度结构起了重要作用。PREM模型采用的主要资料4初步地球参考模型（PREM）地球速度模型4.2地球模型简介P和S波速度在地球内部的分布密度随深度的分布压力随深度的分布弹性常数核幔边界4初步地球参考模型（PREM）地球速度模型4.2地球模型简介模型确定，得到的解是唯一的4.2地球模型简介正问题（正演）由数据反推模型，解是多解的4.2地球模型简介反问题（反演）课程大纲：第一章绪论第二章地震波第三章地震波的传播理论第四章地球内部结构第五章地震机制5.1断层与地震矩张量5.2震源区的应力状态5.3震源辐射图像5.4震源机制球5.5地震的成因第六章地震仪和地震基本参数的确定第七章地震预测第八章宏观地震学断层的上盘下盘正断层逆断层走滑断层左旋右旋5.1断层与地震矩张量5.1.1断层参数的基本概念矩张量的形式角动量守恒的条件要求M是对称的5.1断层与地震矩张量5.1.3地震矩张量例如，走向为方向的垂直断层的右旋运动可用的矩张量表示：这里叫做标量地震矩5.1断层与地震矩张量5.1.4断层与地震矩张量的关系实际的断层面叫做主断层面，另一个断层面叫做辅助断层面对于应变张量其迹（对角线元素之和）为体积变化的度量。对于地震矩张量，矩张量的迹则表示膨胀源分量。对于通常描述地震震源的双力偶模型，迹为零。相反，各向同性的爆炸源的矩张量有简单的形式：5.1断层与地震矩张量5.1.4断层与地震矩张量的关系单力源单力偶源双力偶源xxxyyyzzzxyxyxy震源集中力系模型5.1断层与地震矩张量5.1.4断层与地震矩张量的关系思考题1解释概念：断层走向、倾角、滑动角、断层上盘、下盘、逆断层、正断层、走滑、倾滑、右旋走滑、主断层面、辅助断层面。2在北东下坐标系中试给出下列矩张量表示的断层走向、倾角和滑动角。(1)(2)(3)3爆炸源的矩张量的表现形式是什么？震源–单力模型xy单力源P波辐射图案0°90°180°270°单力源S波辐射图案xy0°90°180°270°Ur=AcosU=Bsin5.3震源辐射图像震源–单力偶模型单力偶源P波辐射图案xy0°90°180°270°xy0°90°180°270°单力偶源S波辐射图案Ur=Asin2U=Bsin2T轴T轴P轴P轴T轴T轴P轴P轴5.3震源辐射图像180°0°震源–双力偶模型双力偶源P波辐射图案xy0°90°180°270°xy90°270°双力偶源S波辐射图案Ur=Asin2U=Bcos2T轴T轴P轴P轴T轴T轴P轴P轴5.3震源辐射图像5.4震源机制球震源机制：地震震源处地球介质的运动方式。研究内容包括确定断层面的方位和岩体的错动方向，震源处岩体的破裂和运动特征，以及这些特征和地震波之间的关系，即地震发生的力学机制和震源断层的运动模型5.4震源机制球思考右图是地震的两个节平面ABA’及CBC’在下半震源球等面积投影网上的表示。若ABA’是断层面时，则该断层的类型是ANA’BCC’TP北某地震的震源机制解的两个节平面参数如下，请在右面下半震源球的等积投影图上画出这2个节面(节线)的大致位置思考5.4震源机制球课程大纲：第一章绪论第二章地震波第三章地震波的传播理论第四章地球内部结构第五章地震机制第六章地震仪和地震基本参数的确定6.1地震观测技术发展6.2地震计的工作原理6.3地震台网的布设6.4地震基本参数的确定（时间、地点、震级）第七章地震预测第八章宏观地震学6.2地震仪的工作原理地震仪器由二个主要部件组成的观测系统,其作用是:当地震时拾取地面振动,加以放大(亦可缩小),然后将地震过程用记录器记录下来,描成地震连续运动图形,得于永远保存.地震计（摆）地震仪地震记录装置(曲线、磁盘等介质）（1）按测震仪所记录地面运动的周期范围分类①短周期测震仪：频带处在高频干扰和海浪干扰之间的测震仪叫做短周期测震仪。

②中长周期宽频带测震仪：由于地震噪声干扰的影响，使得灵敏度很高、频带很宽的测震仪没有实用价值，但是可以使用较低灵敏度的测震仪在较大的周期范围内来观测较远、较强的地震。

③长周期测震仪：在海浪干扰之外至百秒周期的范围内，可以使用长周期测震仪来观测地震面波。

④超长周期测震仪与甚长周期测震仪：观测周期达数百秒甚至更长的测震仪可归为超长周期与甚长周期测震仪。这类仪器一般可观测到地球的固体潮。地震仪器的分类6.2地震仪的工作原理

①微震仪：微震仪是专门用于观测近距离微小地震的仪器。微震一般是指–1<ML<3的地震。这样的地震在地表引起的振动很小，要观测记录到它，须在距震中较近的范围内(<1000km)，用放大率很高的测震仪才能实现。周期在0.1～2s的范围。

②中强震仪：一般指3～5级左右的地震。周期在2～5s范围之内。

③强震仪：强震仪是地震工程研究中获得客观定量数据的主要仪器。为了确定强震的一些参数，需要利用地面运动的加速度时程曲线(加速度随时间的变化过程)。因此，强震仪都是直接记录地面运动加速度的。（2）按测震仪器所能记录地面运动的强度分类

地震仪器的分类6.2地震仪的工作原理6.3.1测震系统组成地震计

地震仪记录器测震系统

时间服务系统

辅助设备

6.3地震台网的布设地震台（seismicstation）是指利用各种地震仪器进行地震观测的观测点，是开展地震观测和地震科学研究的基层机构。地震观测的目的和任务为大震速报和快速响应提供实时观测数据和依据实现动态监测震情，为地震预报提供基本信息监测地下核试验为地震学基础研究提供基础数据6.3.2地震台网系统构成6.3地震台网的布设6.4地震基本参数的确定（时间、地点、震级）6.4.1地震定位—交切法bAAS1cEcS3D3S2D2D1baaS1FAAE(1)(震源)三站交切法测定震源位置示意图ML、MS和mb三种震级都属里氏震级系统

由于里氏震级所用的波形没有被限定，而且伍德-安德森地震仪仅有有限的记录能力，因此在地震研究中ML不再广泛使用。由于浅源地震具有易记录到的面波，地震学家们选择周期近20秒的面波的最大振幅计算震级，这样求出的震级称作面波震级MS，ML震级是为了用于当地地震而提出的，而MS震级可用于距接收台站相当遥远的地震。对于远距离的地震，MS值近似地给出当地里氏震级的补充，并且综合地给出中强地震带来的潜在损失的合理估计。

MS震级不能用于深源地震，因为深源地震不能激发显著的面波。所以地震学家们发展了第二种震级，Mb，它是根据P波的大小而不是根据面波的大小确定地震的震级。所有的地震都可以清楚地读到P波的初始，因此用P波震级Mb有很大优点，它可以提供深源、浅源甚至远距离的任何地震的震级值。6.4地震基本参数的确定（时间、地点、震级）6.4.1地震震级地震矩和矩震级6.4地震基本参数的确定（时间、地点、震级）6.4.1地震震级6.4地震基本参数的确定（时间、地点、震级）6.4.1地震震级课程大纲：第一章绪论第二章地震波第三章地震波的传播理论第四章地球内部结构第五章地震机制第六章地震仪和地震基本参数的确定第七章地震预测7.1地震预测概述7.2地震预测的地质学方法7.3基于地震目录的地震预测统计方法7.4地震前兆7.5地震预测的进展、困难和前景第八章宏观地震学地震预测的基本目标：

预测三要素时间（时）地点（空）强度（强）依赖于地震前兆信息可靠的地震预报方法必须具有可重复性，适用于任何破坏性地震7.1地震预测概述地震预报分类各类地震预报涵义各类地震预报发布权限备注长期地震预报对未来10年内可能发生破坏性地震的地域的预报全国性的地震长期预报由国务院发布。省、自治区、直辖市行政区内的地震长期预报，由省、自治区、直辖市人民政府发布。国家对地震预报实行统一发布制度中期地震预报对未来一两年内可能发生破坏性地震的地域和强度的预报全国性的地震中期预报由国务院发布。省、自治区、直辖市行政区内的地震中期预报，由省、自治区、直辖市人民政府发布。短期预报对3个月内将要发生地震的时间、地点、震级的预报省、自治区、直辖市行政区内的地震短期预报，由省、自治区、直辖市人民政府发布。临震预报对10日内将要发生地震的时间、地点、震级的预报省、自治区、直辖市行政区内的临震预报，由省、自治区、直辖市人民政府发布。7.1地震预测概述地下流体：主要研究地下水的水位、流量、水中气体含量及化学组分等与地震孕育发生过程的相互关系，它包括地下水化学和地下水动态两个专业手段，有水位、地热、流量、水氡、气氡、水溶气6个主测项及气压、降雨等辅助测项。电磁：电磁学科是基于地球电磁学的理论和方法技术，探索与孕震过程有关的地球介质电磁性质的变化以及相关规律，它包括地电和地磁两个专业手段。地电观测又分为地电阻率、大地电位等测项，同时还包括降雨等辅助测项。地磁观测项目主要分为地磁绝对观测和地磁相对记录两大类，包括地磁总强度、垂直分量、水平分量、磁偏角等若干测项。地壳形变：形变学科通过分析形变观测资料，检索地壳形变和断层运动的异常信息，为地震分析预报服务。形变学科的分析方法，就是将观测资料进行各种处理，过滤掉正常年变和外界干扰等因素，检索出地下岩体的区域形变异常信息，通过异常特征、变化幅度和持续时间，预测地震三要素，提出本学科的地震预报会商意见。地震活动性：地震活动性是指地震活动的时、空、强分布图像及地震波特征，通过对已经发生地震的特征分析，就可能获得未来地震的“震兆”信息。地震活动性预报方法主要包括地震活动图像预报方法、地震序列方法、震源及介质参数预报方法、地震相关性分析方法和地震统计预报方法等。7.1地震预测概述目前研究地震预报的方法，主要在三方面：（1）地震地质方法，应力积累是大地构造活动的结果，所以地震的发生必然和一定的地质环境有联