地震震相課件100905(孟曉春)

大家好！孟曉春防災(zāi)科技學(xué)院繼續(xù)教育中震震相統(tǒng)一編目培訓(xùn)班2010年9月5日主要內(nèi)容地震波——震相地殼結(jié)構(gòu)地震波射線傳播規(guī)律地震波的走時規(guī)律地殼模型的建立思路地殼震相震相判別評比中的一些震相實例地震波——震相地震波：由于巖石的突然破裂或人工爆炸引起的地球內(nèi)部質(zhì)點振動，這種振動以應(yīng)力、應(yīng)變交互方式向周圍傳播，形成地震波。地震波是彈性波。地震波是能量的傳遞震相是地震記錄圖上與某一地震波相對應(yīng)的規(guī)則振動。通常讀取的震相是簡諧振動的初至?？v波質(zhì)點位移方程縱波的質(zhì)點運動軌跡是簡諧振動。A是運動的振幅，ω是角頻率，k是波數(shù)質(zhì)點沿x、y、z方向的位移，位移量分別為u、v、wP波的初動標(biāo)志地震方位縱波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波，用P表示。地震波橫波質(zhì)點位移方程橫波的質(zhì)點運動軌跡是簡諧振動。A是運動的振幅，ω是角頻率，k是波數(shù)質(zhì)點沿x方向的位移為v、w質(zhì)點沿y方向的位移為u、w質(zhì)點沿z方向的位移為u、v北南、東西向S波在振幅上的差別，反映斷層的運動方式橫波：質(zhì)點振動方向與波的傳播方向垂直，用S表示。地震波SH波——當(dāng)振動發(fā)生在波傳播的水平面內(nèi)時為SH波。SV波——當(dāng)振動發(fā)生在波傳播的垂直面內(nèi)時為SV波。地震波體波：P波(primarywaves)－－縱波S波(secondarywaves)－－橫波面波：R波（Rayleigh)L波(Love)地震波是在彈性分界面附近存在的一類波動，這類波動的能量主要分布地分界面附近，因此，稱為面波。常見的有瑞利波（Rayleigh）、勒夫波（Love)面波面波勒夫波：SH波入射界面時，發(fā)生的多個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，發(fā)生的多個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。地球基本結(jié)構(gòu)地殼的基本結(jié)構(gòu)地殼是地球表面一層薄薄的巖石硬殼，平均厚度為17公里。大陸地殼平均厚度33公里，山區(qū)最厚可達70公里（我國青藏高原）,海洋地殼僅有7公里左右。地殼上部由沉積巖、花崗巖組成，稱為硅鋁層；下部由玄武巖或輝長巖類組成，稱為硅鎂層。莫霍面是地殼與地幔的分界面。地震波射線與地殼結(jié)構(gòu)的關(guān)系設(shè)：R為固體介質(zhì)分界面，R上層的波速為v1，下層的波速為v2，當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ詉p角入射到界面R上時，將發(fā)生波的反射和折射現(xiàn)象。地震波射線的傳播規(guī)律－P波入射

式中，iP為入射角，ip′為P波的反射角，is′為由P波轉(zhuǎn)換成的SV波的反射角，ip″為P波的折射角，is″為由P波轉(zhuǎn)換成的SV波的折射角，p為射線參數(shù)。波射線的傳播規(guī)律－P波入射設(shè)：R為介質(zhì)分界面，R上層的波速為v1，下層的波速為v2，當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ詉p角入射到界面R上時，將發(fā)生波的反射和折射現(xiàn)象。波射線的傳播規(guī)律－SV波入射

式中，is為入射角，ip′為SV波經(jīng)反射轉(zhuǎn)換成的P波的反射角，is′為SV波的反射角，ip″為SV波經(jīng)折射轉(zhuǎn)換成的P波的折射角，is″為SV波的折射角，p為射線參數(shù)。波射線的傳播規(guī)律－SV波入射設(shè)：R為介質(zhì)分界面，R上層的波速為v1，下層的波速為v2，當(dāng)?shù)卣鸩ㄒ詉p角入射到界面R上時，將發(fā)生波的反射和折射現(xiàn)象。波射線的傳播規(guī)律－SH波入射

式中，is為入射角，is′為SV波的反射角，is″為SV波的折射角。波射線的傳播規(guī)律－SH波入射不同邊界條件下波射線的傳播界面彎曲情況下波射線的傳播

i=1，2，3，…，n

界面彎曲情況下波射線的傳播不同速度結(jié)構(gòu)地震波射線的變化正常速度層:波速是隨著深度的增加逐漸遞增低速層:低速層是指波速隨著深度的增加而逐漸減小高速層:高速層是指波速隨著深度的增加的速率大于該層上下的層低速間斷面:低速間斷面上層的速度高，經(jīng)過該面后速度突然降低，地殼內(nèi)有不連續(xù)的低速間斷面。高速間斷面:高速間斷面上層的速度低，面下的速度高，莫霍洛維奇界面是一個高速間斷面，P波的速度在面上為6.3km/s，而在面下的速度為8.2km/s。正常速度層內(nèi)的傳播規(guī)律低速層內(nèi)的傳播規(guī)律高速層內(nèi)的傳播規(guī)律近震地震波的走時規(guī)律直達波走時規(guī)律反射波走時規(guī)律首波走時規(guī)律單層地殼模型直達波走時方程

直達波走時規(guī)律直達波走時規(guī)律漸近線:

tp=Δ/v

視速度:

v=dΔ／dt當(dāng)震源深度h=0時，視速度等于真速度。直達波走時規(guī)律雙層地殼結(jié)構(gòu)走時方程單層地殼結(jié)構(gòu)反射波走時方程反射波走時規(guī)律漸近線:

tp=Δ/v

視速度:

v=dΔ／dt反射波走時規(guī)律雙層地殼結(jié)構(gòu)反射波走時方程單層地殼結(jié)構(gòu)首波走時方程首波走時規(guī)律首波走時規(guī)律雙層地殼結(jié)構(gòu)首波走時方程近震走時規(guī)律近震直達波、反射波和首波走時之間的關(guān)系走時方程的作用確定震源位置求解地殼結(jié)構(gòu)判斷震相地殼結(jié)構(gòu)與走時之間的關(guān)系地區(qū)Pn波速度Pg波速度地殼厚度河北8636四川7.86.255青藏高原8.46.870福州盆地8.57.132單層地殼結(jié)構(gòu)——未做任何修正H=36.00h=10.00Vp1=6.00Vp2=8.00Pn肓區(qū)：x0=70.30PnPn盲區(qū)為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單層地殼結(jié)構(gòu)——未做任何修正H=70.00h=30.00Vp1=6.80Vp2=8.40x0=151.68PnPn盲區(qū)為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單層地殼結(jié)構(gòu)——未做任何修正H=55.00h=16.00Vp1=6.20Vp2=7.80x0=123.14PnPn盲區(qū)為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單層地殼結(jié)構(gòu)——未做任何修正H=17.00h=10.00Vp1=6.00Vp2=8.00x0=27.21PnPn盲區(qū)為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地殼模型的建立思路理論模型包括：地殼厚度，地殼內(nèi)縱、橫波的速度，上地幔頂層的速度。震源深度地殼模型的建立思路收集本地區(qū)淺層結(jié)構(gòu)資料收集本地區(qū)的地震資料按震源深度、地震方位對本地區(qū)的地震資料進行分類確定本地區(qū)的理論地殼模型初值計算理論走時值，并根據(jù)實際資料對理論模型進行修定，直到理論與實際相一致地殼結(jié)構(gòu)福州盆地及其鄰區(qū)地處中國大陸東南沿海地震帶北端，該地區(qū)地殼厚度為32km，可分為上地殼和下地殼2個組成部分：上地殼介質(zhì)：速度為5.9～6.2km/s，在埋深10～15km之間存在厚3～4km的弱低速層(體)；下地殼介質(zhì)：速度介于6.3～7.27km/s之間；Moho面上部厚約3km范圍內(nèi)為一個強速度梯度層，速度從6.5km/s增加到Moho面上界面的7.27km/s。

地殼震相Pg：近距離處，來自上地殼內(nèi)震源的上行P波，或射線底部到達上地殼的P波；更遠(yuǎn)距離處，還指由在整個地殼內(nèi)多重P波反射形成的群速度約為5.8km/s的到達。Pb(另稱為P*)來自下地殼內(nèi)震源的上行P波，或其底部到達下地殼的P波。Pn底部到達最上層地幔的任意P波，或來自最上層地幔內(nèi)震源的上行P波。相關(guān)名詞臨界角：折射角等于90°時的入射角。通常用表示。

地殼震相地殼震相PnPn：Pn在自由表面處的反射波。PgPg：Pg在自由表面處的反射波。PmP：P波在莫霍面外側(cè)的反射波（即反射波，原來的P11或者PM)。PmPN:PmP的多重自由表面反射波；N為正整數(shù)。例如PmP2表示PmPPmP。PmS:P波在莫霍面外側(cè)反射為S的波。地殼震相趙仲和老師提供地殼震相Lg:在較大區(qū)域距離處觀測到的、由在整個地殼內(nèi)多重S波反射及SV到P和(或)P到SV的轉(zhuǎn)換波疊加而形成的波。最大能量以大約3.5km/s的群速度傳播。Rg短周期地殼瑞利波。震相判別走時判斷法和達直線判斷法發(fā)震時刻判斷法走時判斷法依據(jù)各類波的走時規(guī)律對震相進行判別。將同一個地震各臺記錄到的同一震相做成曲線圖或者數(shù)表，與理論走時規(guī)律進行對比，找出異常震相數(shù)據(jù)。和達直線判別法和達直線：TP=(TS-TP)／(k-1)+T0

TP、TS分別為縱橫波的到時，可以是直達波、反射波或首波；

T0為發(fā)震時刻；

k為波速比(k=VP／VS)。震相判別和達直線具體作法：①將各臺的數(shù)據(jù)(TP，TS-TP)準(zhǔn)備好；②建立以TP，TS-TP為縱橫坐標(biāo)軸的直角坐標(biāo)系；③將各臺記錄到的(TP，TS-TP)分別點入坐標(biāo)系中；④按最小二乘法原理，作各點的擬合直線；⑤對于偏離該直線遠(yuǎn)的點，即為震相識別有誤的點。

發(fā)震時刻法對比各臺求出的發(fā)震時刻，若過大，則需要對震相進行重新判定。近震記錄的特征

Δ<40km:通常記錄到的地震波只有直達縱、橫波，對應(yīng)的震相為Pg、Sg；由于震中距很小，Pg波的周期很小，通常的周期約為0.05～0.2秒，Sg的周期為0.1～0.5秒；記錄持續(xù)的時間較短，通常不到1min。

近震記錄的特征40km<Δ<70km:通常能記錄到直達縱、橫波和反射縱、橫波，到達的順序為Pg、PmP、Sg、SmS；反射波的周期與直達波的周期相近。

近震記錄的特征70km<Δ<120km：通常當(dāng)震中距70km時就會出現(xiàn)全反射現(xiàn)象，即入射角達到臨界角，折射角大于90°。從而導(dǎo)致70km至110km段內(nèi)的反射波能量很強，記錄圖上PmP

、SmS的振幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Pg、Sg的振幅。理論上當(dāng)入射角等臨界角時就將產(chǎn)生首波，所以該段內(nèi)還有來自莫霍洛維奇界面的首波，只是由于其能量極弱且比直達波傳播時間長，所以被淹沒在直達波的續(xù)至區(qū)內(nèi)，無法看到。

近震記錄的特征120km<Δ<500km：隨著震中距的增大，首波將作為第一震相到達，這一距離通常大于120km。這一范圍內(nèi)到達的波的順序為PnP、Pg、PmP、SnS、Sg、SmS

，波的周期也有所變化：Pg的周期為0.1～1秒，Sg的周期為0.5～2秒，PnP的周期為0.5-3秒，SnS的周期為2～5秒。PmP

、SmS的周期略大于Pg、Sg。震中距300km以后，反射波將不易識別。近震記錄的特征500km<Δ<1000km：震中距大于500km以后，主要震相為PnP、Pg、πg(shù)、SnS、Sg、Lg1、Lg2。這段的特點為短周期面波逐漸發(fā)育，振幅大，占據(jù)記錄圖的主體位置；所有震相的周期都明顯增大，各波的頻率特征展示的較好。近震記錄的特征單層地殼結(jié)構(gòu)——未做任何修正H=70.00h=30.00Vp1=6.80Vp2=8.40x0=151.68PnPn盲區(qū)為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單層地殼結(jié)構(gòu)——未做任何修正H=17.00h=10.00Vp1=6.00Vp2=8.00x0=27.21PnPn盲區(qū)為65.77KmTpg(秒)Tpmp(秒)Tpn(秒)Tpnp(秒)0000001.6667004.00000005001.8634004.08590020003.7268005.20