地震学课件地震波.ppt

一、 地震波 波是一种常见的现象，例如声波、水面波、地震波等。 敲鼓时因鼓面振动带动它周围的空气分子振动，振动通过空气向外传播形成声波； 石子投入水中，水的质点发生振动，振动 沿着水表面，由近及远向外传播出去，形成水面波。 综上所述，我们得出一个概念：机械波就是振动在介质(空气、水…等)中的传播过程。 没有振动就谈不上振动的传播，机械波也就不存在。 产生地震波的条件 在介质内部或表面，由应力、应变产生的扰动，叫做应力波。由人工或天然震源在地下或地表引起的应力波，叫做地震波。 地震学中，应力在岩层中释放（如炸药在岩层中激发等）,使岩层质点发生振动，振动通过岩层传播出去形成地震波。 产生地震波必须具备1）. 弹性介质； 2）. 要有开始震动的震源存在。 在地震勘探中，震源有两种，一种是炸药震源，另一种是非炸药震源，如可控震源、蒸汽枪、电火花震源等。 天然地震中，震源是应力在岩层中释放（如岩层的破裂、塌陷等构造作用）。 虽然震源的激发形式不同，但其目的都是为了引起岩层质点的振动，激发出较强的地震波。 当外力作用取消后，物体的应力、应变状态立刻消失，并恢复物体的原有形状，这类物体称为弹性体。 有些物体，当外力作用停止后，物体逐渐恢复其原有形状，或者不能完全恢复其原有形状，而保留一定的变形，称为塑性体，或不完全弹性体。 三、地震波 杨氏模量 将牛顿第二定律应用上述变形杆（单位面积）力学模型，对于微元dx，得到： 通过 1）运动平衡方程 2）几何方程 3）虎克定律 可以得到均匀各向同性完全弹性介质下的位移-运动方程（Lame(拉梅)方程） 地震波的种类 按照弹性形变分为两类，地震波也可以分为两种基本类型，即纵波和横波。 此外，在激发地震波的同时，还产生面波和声波。A. 纵波(P波)当弹性介质中(如岩层)某一部分受到外力作用发生体积形变时，由于体变和法向弹力的相互作用，使质点成层的发生振动，这种振动表现为各质点层面间的膨胀与压缩，并使这种振动沿着整个弹性介质传播出去，形成膨胀与压缩互相交替着的纵波，质点的振动方向与波的传播方向—致，这是纵波的特点。 B． 横波(S波) 当弹性介质中某一部分受到外力作用发生切变时，由于切变和切向弹力的互相作用，使质点成层的发生振动，这种振动表现为各质点层面间来回的滑动，并使这种振动沿整个弹性介质传播出去。横波的特点是质点的振动方向和波传播的方向垂直，而且只在弹性固体中传播。 横波在一定条件下会发生偏振(或极化)，所谓偏振就是当横波通过时，如果质点都在同一个方向上运动，则称横波是在该方向偏振。这样，横波又可分为两类，质点在入射平面内振动的波叫垂直偏振横波，用SV表示；质点在垂直于入射平面的方向上振动的波叫水平偏振横，用SH表示。如果地层是水平的，该入射平面为通过测线的铅垂平面，在横波勘探中都采用SH波。 地震波波形图与波剖面 振动在弹性介质中的传播过程(又叫波动)，实质上是质点位移随时间和空间(指质点的空间位置)变化的过程。描述质点位移随时间和空间变化的图形叫做波形。 如果在地面上沿某一条测线观测地震波，质点的空间位置用x表示；振动时间用t表示，质点的位移用u表示。则地震波的波形可以用u(x，t)的函数关系(称为波动方程)表示。地震波的波形又可以分为振动图形和波剖面两种，分别用u(t)和u(x)表示。 波在传播过程中，某一质点的位移大小是随时间而变化的，描述某一质点位移与时间关系的图形叫做振动图形．波在传播过程中的某一时刻，介质中各个质点的位移也是不同的，描述质点位移与空间位置关系的图形叫做波剖面。 振动图形 振动图形反映了地震波在传播过程中。某一质点随时间振动的特点，用振动的周期，频率和振幅可以区别不同的振动。 二、近震射线及走时理论? 在一定的条件下，地震波的传播问题可以用“地震射线”来讨论。 例：在三维均匀介质中，设有对称于中心点O的初始扰动以速度c传播，在时间t后，扰动传播到以O为中心的球面，球面半径r＝ct。 按波动原理，所有次级扰动相互干涉使扰动的主要部分以速度c沿着直线传播，每一条射线与波阵面(或称波前)垂直。 近震射线及走时理论 在近震(震中距Δ1000km)范围内，一般将地球的曲率忽略，即将地球及内部界面看成平面，可用两层地壳模型。 出现的近震震相有直达波P，S； 首波P*，S*，Pn，Sn； 反射波P11，S11及面波等。 1. 直达波P,S的走时方程: 直达波的传播路径为FS，其走时为： 式中，t为纵波(横波)的走时；v为纵波(横波)的速度；Δ为震中距；h为震源深度。称t-Δ曲线为走时曲线，其形状是双曲线。 当Δ＝0时，t＝h／