4第四章-地震学基础—地球内部的结构.pptVIP

第四章 地球内部的结构 第一节 地球内部结构的发现 第二节 地球内部的圈层结构 第三节 反演问题 第四节 反演地震层析成像与地球内部三维结构 第一节 地球内部结构的发现 另外一个有关地球内部状态的重要线索是由日月引力造成的海洋潮汐提供的。如果地球内部差不多都是液体的话，地球的岩石表面将像大洋潮汐一样涨落，其结果是在海岸边会看不到潮的涨落。1887年一个优秀的地球物理学家乔治·达尔文从主要海港的潮的高度得出结论：“认为地球内部是流体的假说不可取”。他推理地球深部的总体刚度虽然不像钢那样大，但仍是相当可观的。 经过进一步精心推敲，地球物理学家们作出了简单曲线，估计从地表到地心巨增的压力对密度的影响。1897年维歇特通过理论计算发现，地球内部可能由围绕着一个铁核的硅酸盐地幔组成。 在20世纪地震仪广泛使用确认了层状结构并发现了意想不到的构造。例如19世纪地球物理学家推断地核为液体，但20世纪发现在液体的核中还存在一个固态内核。 没有一种地质研究技术能与记录地震波探测地球相比。我们怎么应用地震波去透视地球内部? 为了寻找答案，首先要研究地震图。 二、地壳的探究1. 一个误区 过去人们普遍认为地球内部是液体,地壳是表面凝固着一层硬壳。而现在很多人形象地把地球比作一个鸡蛋，当然地壳就比作蛋壳，所以，地壳总给人一个内软外坚的印象，这样理解显然错误，因为现代地震学观测表明地球内部大多数深度的介质一般比钢还硬，地壳下面并不软。 然而地壳一词已沿用许多年，地学界也不打算再改。但请大家记住，它仅仅是指地球的最外固体层，并不是刚度较强的硬壳的含义。 2.地壳底部的发现 克罗地亚的扎格瑞布地震观测台的莫霍洛维奇（Mohorovicic）分析1909年10月8日克罗地亚地震的地震仪记录的P波和S波时，注意到有些波似乎比设想的沿地球表面传播的波到达得晚一些。为了解释这个延迟，他假定朝下走的P波和S波沿着深约54千米一个界面被折射上来。以后的研究表明，这个被称为莫霍洛维奇不连续面(或简称莫霍面或M界面)的界面是全球现象，虽然它的平均深度一般比54千米小而且并不总是一个急剧过渡。这个界面把地壳和其下的地幔分开。 地壳的厚度在全球各处是不同的。大陆地区，地壳平均厚度为35公里，但横向很不均匀，如我国青藏高原下面的地壳厚度达60～80公里，而华北地区有些地方，还不到30公里。海洋地壳的厚度只有5～8公里。 在大陆的稳定地区，地壳厚度约为35～45公里，一般分为两层。上层的P波速度由5.8～6.4 km/s随深度增加到下层的6.5～7.6 km/s。但增加的情况存在很大的地区差异。有些地区，上下层中间存在一个速度间断面，叫康拉德（Conrad）面，或C界面。但在另一些地区，观测不到来自C界面的震相。由地壳下部到地幔，波速增加一般是很快的，P波速度由7 km/s在几公里的深度内很快增加到8.0～8.2 km/s。M-界面的细结构现在仍然是地球科学研究的热点问题。 3. 大洋和大陆地壳的区别 地震观测表明，大洋和大陆下面的地壳的厚度不同。当地震仪能记录绕地球漫长路径传播的地震波时，通过洋底和通过大陆的地震波波型明显不一样，从而清楚地展示出地质构造的差别。这些波型也提供了一种得力的方法，能从远处观测和分析地震波沿途主要地质构造的情况。 如果知道深部地球介质的性质，我们就能从理论上预测相应观测到的面波的波形。在实际工作中往往是倒过来的，我们先观测到某种波形，然后试图从波形推断出沿漫长传播路线所经过的岩石性质的平均状态。 面波通过地球表面的路径通常既穿过大洋，又穿过大陆。但在特殊情形下，有些地震台能记录到仅通过大陆地壳或海洋地壳的纯路径面波。 穿过大洋和大陆的地震波的不同波形 （上）加利福尼亚伯克利的一个长周期地震仪记录的地震图，可看到阿拉斯加地震沿大洋路径传播的勒夫波脉动(G脉动)(时间分段信号点为1分钟间距)； （下）西伯利亚地震到瑞典乌普萨拉地震台穿过大陆路径传播的勒夫波列，由于频频散被拉开成长久的波列(时间从左到右；0.9毫米相当1秒) 解释沿大洋和大陆路径传播的勒夫和瑞利波特征的频散曲线（上绿）各种周期的大洋勒夫波几乎以同样速度传播，它们同时到达，产生突出的 G脉动；相反的，大陆勒夫波的速度随周期逐渐变化，使之频散； （下蓝）沿大洋途径传播的瑞利波扩散成的波列可以以15秒为周期持续许多分钟，而沿大陆途径传播同等距离的瑞利波记录则不出现这种长而单调的波列。 通过大洋路径传播过来的瑞利波 1983年4月