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地震波运动学参考资料

第一章地震波运动学

第一节地震波场概述

一、波

1、定义：振动在介质中传播叫波。

振动：质点在平衡位置附近的往返运动。

2、形成波的必要条件：振源和传输波的弹性介质。

质点绕平衡位置振动，一个质点带动另一个质点，于是便形成波。还有关于波

动的感性认识，可通过观察水面上各点的运动来得到，如果将一块石头扔进平

静的湖水中，水面上就会出现一圈圈的波纹，水面的这种运动，就是最直观的

一种波动。水面上被石头打中的那一点叫波源，因为所有的波纹都似乎从那一

点“发源的”应该注意每一条波纹都不是固定在水面上，而是不断变化，不断

运动，任何固定的画面，都不能真正代表运动过程。

不难看出，当波纹从源向外传播时，湖水并不会从波源向四周流动，如果水面

上漂浮着一片小树叶，我们将会看到，当小树叶受到“波及”时，它并不向湖

岸运动，而是看来似乎是一上一下振动，实际上每个水面的质点都是就地近似

地做圆周运动。

当石头刚刚掉下去时，水面上被石头打中的那一部分就开始下陷，后来在表面

张力等的作用下，那一部分水面不开始上升，这样被打中的一部分水面就首先

开始振动起来而形成波源。但是水面是一个整体，它的各个部分是互相联系，

一部分，一经振动，势必牵动周围的其它部分也随后振动起来，这些被牵动的

振动，就通过水面上各个相邻的联系，而由近及远地传播开去，在这个例子中，

振动是沿着水面传播的，这种传播振动的物质叫媒质找介质，一般所说的波或

波动就是振动在周围介质中的传播，振动在介质中传播是需要时间的，当波源

开始振动一段时间后，远处的介质才开始振动，这就是说振动是以一定的速度

在介质中传播的，这个速度叫做该介质的波速，波速的大小取决于介质的性质

或状态，也决定于波动的本身的某些特征，必须指出波的传播速度和各部分介

质本身的振动以速度，就像水波的传播速度和水面质点的振动速度是完全不同

的两个概念，在地震勘探中，了解各种地层中地震波的传播速度是十分重要的，

这个问题以后要详细讲，而地面质点的振动速度则反映在地震波的波形，经过

微分以后的数值上，一般是不研究的。

总结：基本特点：①每个质点在波传播过程中只绕其平衡位置振动并不传播到

其它地方。

②波在传播过程中，质点的振动是有先有后的，也就是波是以有限的速度在介

质中传播的，波的传播速度，取决于介质的速度，质点振动的速度不等于波速。

③波是受近振动的传播，其频率决定于振源而与介质无关。

人们通过各种生产活动和科学实验，发现了越来越多的自然的现象和水波的运

动过程十分相似，例如：声波，弹性体中的应变，光波、速变电磁场等的传播，

于是就有了关于声波、弹性波、光波电磁场等的理论，勘探工作中遇到的地震

波就是地下岩层中的弹性波，它也遵循关于波的一般的运动规律。

3、地震波实质是一种岩层中传播的弹性波

我们知道，地震波是岩层中传播的，形成弹性波的条件是要有一种能传播弹性

振动的介质，并且要在这种弹性介质中激发振动，那么岩石是否具有了弹性呢？

弹性理论研究表明：每一种物体在外力作用下主要表现了弹性还是塑性，要取

决于具体的条件，当外力很大作用时间又很长的情况下，大部分物体都表现为

塑性性质，外力去掉后，物体还保持其受外力作用时的状态，反之，当外力很

小，作用时间又很短的情况下，大部分物体表现为弹性性质（外力取消后，恢

复成原来状态）。

当在岩层中用炸药“爆炸”激发地震波时，在炸药包附近爆炸所产生的强大压

力大大超过了岩石的极限强度，岩石遭到破坏，形成一个破球圈炸出空洞。

随着离开震源距离的增大，压力减小，但仍超过岩石的弹性限度，发生塑性变

形，在塑性带以外压力降到弹性限度以内，又因为炸药爆炸的产生的是一个延

续时间很短的作用力，根据弹性理论，这一区域的岩石发生的弹性形变，地震

勘探，通常都在远离震源外进行接收，因此除震源附近以外的绝大部分地区，

岩石都可以近似地当中作理想弹性体或完全弹性体来研究，所以地震波实质上

是一种岩层中传播的弹性波。

二、波的特征

1、波前、波尾、波面

设想在某一时刻在开始阶段中激发起波源的振动，过了一段到t0’时刻（t0’

＞t0）波源的振动可能就停止了，通过了一段时间到了t0时刻已传播了一段距

离，这时介质中分成了几个区域如图，在离波源最近的波中，波已经传播了过

去，介质的振动已经停止，在其次一个区域V1中介质的运动正在进行，在更远

的一个区域V2中，波还没有传到介质的振动还没开始，在V1和V2的分界面S

上，介质中的各点刚刚开始振动，这一曲面S叫做