3地震波及其传播教程
地震的传播方式 揭示地震波传播的路径
地震的传播方式揭示地震波传播的路径地震是地球表面上或地下发生的震动现象，产生的地震波能够传播到相当远的地方。
地震波的传播路径对于研究地震现象和预测地震灾害至关重要。
本文将探讨地震的传播方式，揭示地震波传播的路径。
一、地震波的传播方式地震波是地震能量以波动形式传播的结果，分为体波和面波两种传播方式。
1. 体波体波是地震波在地球内部以固体（P波）或悬浮液体（S波）介质传播的波动。
P波（纵波）是最快传播且传播能力最大的地震波，其传播速度为约6千米/秒（取决于介质密度和弹性模量）。
S波（横波）在传播速度上较P波慢，通常为约3.5千米/秒。
体波能够穿过地球的内部，在传播过程中逐渐减弱。
2. 面波面波是地震波在地球表面传播的波动，分为Rayleigh波和Love波。
Rayleigh波为地震波传播中最慢的波动，其传播速度约为2.5千米/秒，呈现螺旋状振动的形式。
Love波在速度上略快于Rayleigh波，呈现水平振动的形式。
面波只能传播在地球表面，但传播路径较为复杂，与地球表面地质结构有关。
二、地震波传播的路径地震波在传播过程中，具有传播路径的变化特征，主要受到地壳结构和地球内部组织的影响。
1. 直达路径地震波从震源点开始，最快到达地震仪器的路径被称为直达路径。
直达路径是最明显的传播路径，体现了地震波在传播途中的速度和方向。
2. 折射路径当地震波经过地球内部存在速度非均匀的地方，会出现折射现象。
地球内部的不同介质密度和固体性质的变化导致地震波的传播速度发生变化，使得传播路径发生弯曲。
折射路径使得地震波在传播过程中改变了传播方向和速度。
3. 反射路径当地震波传播到地壳或地球内部的不同介质边界时，会发生反射。
反射路径是指地震波在遇到介质边界时改变传播方向的路径，反射路径与介质边界的性质和角度有关。
4. 散射路径地震波在传播过程中遇到介质内非均匀性或障碍物，会发生散射。
散射路径是指地震波在与介质中不均匀性相互作用时改变传播方向的路径。
地震波的产生与传播
Acos( 2
T
t
0 )
t 0 y0 0, v0 0
200 t )
2
WL
物理学原理及工程应用
O点的振动方程
yO
(t
)
0.01cos(200
t
2
)
x2=2m处质点振动方程
y(t) 0.01cos[200 (t 2 ) ]
400 2
y(t) 0.01cos(200 t )
WL
物理学原理及工程应用
波的周期 —— 振动状态传播一个波长的距离所需时间
T
u
—— 与质点振动的周期
是否相同？ 相同！！！
P和Q具有相同的运动状态
[t
0
]
[(t
u
)
0
]
2
波长 u( 2 ) uT
振动周期
WL
物理学原理及工程应用
波的频率 —— 单位时间通过垂直于传播方向 横截面的完整的波的数目
WL
物理学原理及工程应用
物质波 —— 微观粒子具有波粒二象性 波函数 —— 描写粒子在空间各点出现的几率
—— 几率波
WL
物理学原理及工程应用
§8.1 地震波的产生与传播
几个问题：
？地震波如何传播？ 上下？左右？前后？ 传播的速度？
？（地震）波如何描述？ ？（地震）波的能量如何传播？
WL
物理学原理及工程应用
A c os [2
(t0
x
)
0 ]
—— 各质元的位移
—— 波形图
波线上任意两点
间的相位差为
x 2 x
u
WL
物理学原理及工程应用
y(
x,
地震波的传播
第3章地震波的传播地震发生在地下深处，地表为什么会震动？这是震源地方的岩石破裂时产生的弹性波，在地球内部和地球表面传播的结果；就像在水中投入石子，水波会向四周扩散一样。
这种发生于震源，并向四外传播的弹性波，被称为地震波。
地震波是由好几种波组成的。
唐山地震发生在1976年7月28日凌晨3点多钟。
地震学家陈颙院士是这样描述：“那时正好是夏天，天气出奇的闷热，难以让人入睡。
我刚躺着一会儿，迷迷糊糊中就觉得床有些大幅度上下跳动，地板甚至整个楼房都发出‘嘎吱’的声音。
我立刻意识到‘有大地震发生了’。
长年从事地震工作的我被晃醒后没有立即下床，而是躺在床上开始数数，‘一、二、三，……’，数着数着床的晃动变小了。
当数到第二十的时候，突然又来了一次晃动，比第一次更厉害，整个楼层都在忍受剧痛似的‘哗哗啦’乱响。
这短短的20秒钟间隔就是纵波和横波到达的时间差（地震通常会产生纵波和横波，纵波在地球介质中传播得快，最先到达我们脚下，引起地表的上下运动；横波跑得慢，我们感到的第二次强烈震动就是横波造成的，地面表现出水平方向运动。
由于横波携带了地震产生的大部分能量，因此它对地表建筑物的破坏更为严重），反映了观测者和震源的距离，差1秒钟，表明约8公里远处发生了地震，20秒钟则说明这次地震事件发生在约160公里处。
于是，我有了一个初步判断：地震不在北京，在距离北京160公里的地方有大地震发生了。
这和雷雨闪电的原理是一样的：天空两片雷雨云相遇时，发出闪电和雷声，闪电（电磁波）跑得快，雷声（空气中得声波）跑得慢，我们先看见闪光，后听见雷声，闪光和雷声之间的时间差，就表示发出闪光和雷电的云距我们的距离。
”地震来临的时候，往往是先感到上下颠动，然后才是前后或左右晃动。
这是为什么呢?因为震源同时发出两种类型的地震波。
其中引起上下颠动的那种波振动比较弱，但速度比较快；引起晃动的那种波振动比较强，但速度比较慢；所以你就会感到先颠后晃，而且晃总比颠来得明显。
北京大学通选课地震概论第三章PPT课件
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
一、射线理论
在研究问题的尺度远大于地震波波长的情况下，可将地震波 传播当作射线来处理，从而使复杂的波动问题简化成为射线问题。 地震射线问题这和几何光学很相似。所谓地震射线，就是地震波 传播时，波阵面法线的轨迹，也即是震动由一点传播到另一点所 经过的途径。
2012
地震概论
费尔马原理 （Fermat’s Principle）
光学中的Fermat定理：
“光在介质中传播的路径为走时（traveltime)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.
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
地震学中的Fermat定理不是永远成立， 是高频情况下地震波波动方程的渐近解。
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
设震动由A点出发，沿途径s传播到B，传播速度是 v(x, y,z) 所用的时间是t，则费马原理就是
t Bds0 Av
δ是变分。根据这个原理，若A和B各在一个分界面的两边或 一边，就立刻得到斯涅耳的折射或反射定律。
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
地震概论
第三章 地震波传播理论
第一节 地震波传播的基本概念 第二节 地震波传播的基本理论 第三节 体波各种震相和走时表
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
第一节 地震波传播的基本概念
一、地球介质和弹性波 • 地震波是地下传播的震动，必然与岩石的
弹性有关，一般都假定岩石是一种完全弹 性体。 • 在一般的地震波计算中，地球介质可以做 为各向同性的完全弹性体来对待。
3第一章地震波及其传播教程
• 当地震波垂直入射到某一界面时
• Ar=RㆍAi
Ar:反射波振幅； Ai：入射波振幅
• 2、反射极性
• Z2≻Z1，R≻0 反射波与入射波的极性相同；
• Z2≺Z1 ，R≺0 反射波与入射波的极性相反；
• 利用反射波的极性可以判别地下地层的性质， 研究地下地层剖面中的储集层。
二、反射、透射波的一些基本概念
• 折射波：滑行波在滑行的过程中，下层 介质中的质点就会产生振动，形成新的 震源，并在上层介质中产生新的地震波。
地面
Z1 Z2
Z1≺ Z2
折射角
临界角 ii
折射波
透射波
滑行波
2 90
折射波、滑行波
2、折射波的传播途径
• 折射波的行程及传播时间与界面的深度、 产状有关；
盲区
O
M
S
ρ1 v1 ρ2 v2
• 2、实际地层剖面中，只要有波阻抗差 就会产生反射，所以存在的反射界面 有很多；
• 3、反射波的振幅与反射界面的反射系 数的大小成正比。
四、地震勘探中的折射波
• 1、折射波的产生
• 条件： Z2≻Z1；入射角等于临界角。
• 滑行波：当入射角等于临界角时，透射 波的射线与界面平行，以下界面的地震 波速度沿界面滑行传播的波。
波的传播不再以 直线形式传播， R1
而是以折线形式
传播；上下界面 R2 的反射波彼此独
立互不干涉依次 R3 向上传播。
第三节 分层介质中的地震波
• 一、反射波和透射波
• 1、概念 当下行的地震波到达两种介质
的分界面时，其中的一部分又回到了上 层介质中，这种波称为反射波；另一部 分穿过界面到达下伏介质中的地震波称 为透射波。 • 波阻抗：地震波传播速度与介质密度的
高一地理《地震、火山和泥石流》教案：地震波的传播与损毁特征
地震、火山和泥石流是地球上常见的自然灾害，也是地球科学中的重要研究领域。
在高一的地理课程中，我们将主要学习地震、火山和泥石流这三种自然灾害的形成原理、发生规律、灾害特征及其对人类产生的影响。
本教案主要介绍地震波的传播与损毁特征。
一、地震波的传播特征地震是地球内部的弹性波在地壳中传播所引起的一种自然现象。
地震波是地震产生的能量在地球内部向四面八方传播所产生的波动现象，主要分为纵波和横波两种。
1.纵波传播纵波是在地震波传播中最先到达观测站的波，速度为横波速度的1.73倍，也是地震波中传播范围最广的一种波。
在地壳中，纵波是沿垂直方向传播的，传播时地面会上下起伏，使得地面产生一种类似弹簧的振动。
2.横波传播横波是地震波传播中第二个到达的波，传播速度比纵波要慢一些，一般为纵波速度的0.62倍。
在地壳中，横波是沿着地震波的传播方向，使地面上下左右摇晃，使地表有水平性的位移。
3.表面波传播表面波是在地震波传播的最后到达观测站的波，它是由地震波向上传播，进入地表后产生的。
表面波在地球表面扩散，会导致地面的敲击、滑动、翻转等变形，通常表现为山丘状波形，会对建筑物和土壤产生更大的破坏。
二、地震波的损毁特征地震波的传播过程中，会给地球表面的建筑物和人们的生命财产造成巨大的破坏。
在地震发生的瞬间，地震波的能量会对物体施加巨大的压力和拉伸力，直接导致房屋的倒塌、桥梁的断裂、电线杆的倒伏等情况的发生。
1.建筑物的损毁地震波的能量会使建筑物发生振动，如果建筑物没有采取一些有效的防护措施，地震波就会使建筑物倒塌或者发生严重的损坏。
主要工业城市和人口密集地区，建筑物的损坏率很高，使得地震对社会的影响非常大。
2.地质环境的变化地震波对地质环境的影响也是很大的，它会导致山体滑坡、崩塌，使石柱石桥倒塌，河道被填平，还会引发火山爆发、地震海啸等自然灾害，这些灾害不仅会造成严重的人员和经济损失，而且还会给环境带来严重的污染。
3.人类生命的危险地震波对人类生命安全的威胁是很大的。
地震如何利用地震波传播路径震源位置
地震如何利用地震波传播路径震源位置地震是地球表面破裂、震动或变形的一种自然现象，是地球内部能量释放的一种形式。
而地震波则是地震能量在地球内部传播的方式之一。
地震波传播路径和震源位置的研究对于地球科学的发展具有重要意义。
本文将探讨地震如何利用地震波传播路径和震源位置。
一、地震波传播路径地震波是地震产生后在地球内部传播的能量波动，可以传播到地球的各个角落。
地震波传播路径可以通过地震观测数据的分析与计算得到。
通过分析地震波传播路径，科学家们可以了解地球的内部构造和性质，对地震的发生机理和地震活动的预测具有重要意义。
地震波传播路径的研究方法主要包括测地和测量地震波的速度、方向和振幅。
科学家们通过布设地震台网和使用地震计进行地震观测，可以得到地震波传播路径的相关数据。
通过分析这些数据，可以推断地震波在地球内部的传播路径，进而了解地球的内部结构。
二、地震波传播路径的应用1. 地震波传播路径与地下构造研究地震波的传播路径可以揭示地球内部的结构和性质。
地震波在经过不同介质时会发生折射、反射和散射等现象，这些现象会受到地下构造的影响，因此可以通过地震波传播路径研究地球内部的岩石类型、密度分布和界面性质等信息。
2. 地震波传播路径与地震活动预测地震波在传播过程中会受到地下构造的影响，地震波传播路径的研究可以提供地震活动预测的依据。
通过对地震波传播路径的分析，科学家们可以了解地震波经过的地下构造情况，进而推测地震的发生位置和可能的震级。
三、震源位置的研究方法地震波的传播路径可以提供关于震源位置的信息。
震源位置是地震发生的点，通过精确测定震源位置，可以帮助科学家们更好地了解地震的发生机理和地震活动的规律。
科学家们通过多种方法来研究震源位置，包括地震台网的观测记录、地震波的分析和计算等。
地震台网可以记录地震波传播到不同地震台的时间，通过测量不同地震台之间的时间差，可以计算出震源离各个地震台的距离。
结合地震波传播路径的分析，科学家们可以精确测定地震的震源位置。
地震波的特性和传播讲解38页PPT
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
地震波的特性和传播讲解
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
第三章 地震波传播理论
3.1 地震波传播理论
波动方程有限差分法原理 二维声波方程
U——地表记录的位移波场，f(t)——震源函数，c——速度。 空间域和时间域二次项用差商代替微商得到
3.1 地震波传播理论
波动方程有限差分法实现
以雷克子波函数作为模拟震源
fmt e S t 1 2π
2 2 πfmt
3.1 地震波传播理论
一个速度从地表的2km/s经过30km深 的地壳到7km/s的速度变化，p参数从 0.5以0.01减少到0.25，绘制地震波 的传播路径。我们将随深度的分布分 成很多小层，研究其中的射线路径。
0 0 .5 0 .4 9 0 .4 8 0 .4 7 0 .4 6 0 .4 5 0 .4 4 0 .4 3 0 .4 2 0 .4 1 0 .4 0 .3 9 0 .3 8 0 .3 7 0 .3 6 0 .3 5 0 .3 4 0 .3 3 0 .3 2 0 .3 1 0 .3 0 .2 9 0 .2 8 10 0 .2 7 0 .2 6 0 .2 5 2 .5 3
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
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
表示射线曲率半径
rn sin in
r1 sin i1
(4)在球对称连续介质内
1
r2 sin i2
1
sin i grad
2
地震中的波动传播原理
地震中的波动传播原理地震是指地球内部释放的能量引起的一种突然的地球物理现象。
它具有破坏性和不可预测性，给人们的生命财产造成巨大的威胁。
地震波动传播是地震的核心过程之一，掌握地震波动传播原理对于预测地震和减轻地震灾害具有重要意义。
一、地震波动传播分类根据波速不同，地震波动传播可分为纵波、横波和面波三种类型。
1. 纵波：长沿线传播，传播速度较快。
纵波的传播方向与波动传播方向相同，波形前后纵向振动。
在地层内的纵波波速为横波波速的1.7倍左右。
2. 横波：是沿着切向传播，传播速度较纵波慢。
横波的传播方向与波动传播方向垂直，波形顶部向右振动，底部向左振动。
在地层内的横波波速为纵波波速的0.6倍左右。
3. 面波：是沿着地表面传播，传播速度介于横波和纵波之间。
面波的传播方向为地面表面的水平面内，波形并不是形状规则的线性波，而是环状或类似幕布的波动现象。
面波通常由纵波和横波的相互作用函数形成。
二、地震波动传播原理地震波是由地震动源产生的能量在地球内部自由传播而形成的。
地震波的传播速度受到介质密度、弹性模量和剪切模量等参数的影响。
地震波动传播的原理可以用振动方程表示。
振动方程为：∂2u/∂t2 = Vp2 ∂2u/∂x2或：∂2u/∂t2 = Vs2 (∂2u/∂x2 + ∂2u/∂y2)其中 u 为波动的函数， t 是时间， Vp 和 Vs 分别为纵波和横波的速度， x，y 分别为波动传播的方向。
地球是一个复杂的各向异性介质，其密度、化学成分、温度、构造特征等各方面都存在巨大差异。
因此，地震波传播路径是曲线或弯曲的，同时波高也会随着传播距离的增加而逐渐减小。
三、地震波测量方法地震波测量是通过指定测量点的位置及传感器检测到的地震波形来确定地震传播路径和周期。
目前常用的地震波测量方法包括：1. 重力法：利用重力变化来测量地震波产生的位移。
2. 地电法：利用地壳电位变化来测量地震波。
3. 空气震荡仪：利用空气震荡来测量地震波。
地震波的传播和地理定位
地震波的传播和地理定位地震波是地震发生时，由震源发出的机械波。
它们可以穿过土壤、岩石和水，传导到地表或地下。
因此，地震波的传播对于地球科学和地理定位来说极为重要。
本文将探讨地震波的传播和地理定位。
一、地震波的传播地震波是一种机械波，可以分为三种不同种类：纵波、横波和面波。
纵波和横波在地球内部以不同的速度传播，而面波则是由纵波和横波相互作用形成的，比其他两种波要慢一些。
地震波的传播速度主要受到两个因素的影响：岩石的密度和岩石的弹性模量。
密度越大，传播速度越快；弹性模量越大，传播速度也越快。
因此，地震波的传播速度通常在地球内部是不均匀的。
传播速度不均匀可以导致折射、反射和衍射等现象。
这些现象在地震波的传播中起着非常重要的作用。
例如，当地震波穿过地球的各个层次时，它们会发生折射和反射现象。
这些现象使得地震波在穿过地球时能够被反射回来，因此我们可以利用这些反射波来了解地球的内部结构。
二、地理定位地理定位是利用地震波的传播速度和到达时间来计算震源的位置的过程。
地理学家利用地球上的地震仪记录地震波，并且测量地震波到达的时间和振幅。
通过对这些数据的分析，他们可以计算出震源的位置。
地震学家利用这种原理来研究地震的发生机制和地球的内部结构。
在地球科学中，地震波的传播速度通常用来描述地球内部结构，因为这种传播速度取决于岩石的密度、良性模量和荷载压力。
三、结论地震波是地震发生时由震源发出的机械波。
它们可以穿过土壤、岩石和水，传导到地表或地下。
地震波的传播速度主要受到岩石的密度和弹性模量的影响，传播速度不均匀可以导致折射、反射和衍射等现象。
地理定位是利用地震波的传播速度和到达时间来计算震源的位置的过程，它是研究地震的发生机制和地球的内部结构的重要方法。
地震波传播方式
地震波传播方式
嘿，朋友们！今天咱来聊聊地震波传播方式这个神奇的事儿。
你想想啊，地震就像地球这个大家伙偶尔闹个小脾气。
当地球“生气”的时候，就会产生地震波，然后这些波就开始它们的旅程啦！
地震波就好像是一群调皮的小精灵，在地下跑来跑去。
它们主要分成两种，一种是横波，一种是纵波。
横波就像是在跳舞的小姑娘，左右摇摆着前进；纵波呢，则像是个着急赶路的小伙子，直直地往前冲。
你说这横波也挺有意思的哈，它摇来摇去的，让地面也跟着晃动起来。
要是你正在屋子里，就可能会感觉屋子也跟着一起摇摆呢，就像在坐摇摇车一样，只不过这个“摇摇车”可有点吓人哟！而纵波呢，它跑起来可快了，会让你先感觉到上下的震动。
这就好比是一场比赛，横波和纵波都在拼命地往前跑，看看谁能先到达地面，给我们带来“惊喜”。
有时候横波跑得快，有时候纵波又领先了，它们可真是互不相让啊！
咱再想想，如果地震发生在海底，那可不得了啦！这些地震波会在水里传播，然后掀起巨大的海浪，这就是海啸呀！海啸就像是个愤怒的巨人，朝着岸边冲过来，能把一切都给淹没了。
哎呀呀，这可太可怕了吧！
那地震波传播的时候，我们该怎么办呢？难道就只能眼睁睁地看着它们跑来跑去吗？当然不是啦！我们可以学习一些防震知识呀，比如找个安全的地方躲起来，或者赶紧跑到空旷的地方。
地震波虽然很厉害，但我们也不能被它们吓倒呀！我们要像勇敢的战士一样，和它们斗智斗勇。
所以啊，朋友们，了解地震波传播方式真的很重要呢！它能让我们在面对地震的时候更加从容，知道该怎么保护自己和家人。
别小看了这些知识，说不定在关键时刻就能救我们一命呢！这可不是开玩笑的哟！。
地震波的传播和地震学
地震学的发展趋势
数字化技术：利用数字地震台网和遥感技术，提高地震监测和预测的精度和效率。
人工智能和机器学习：利用人工智能和机器学习算法，对地震数据进行自动分析 和预测，提高地震预警的准确性和时效性。
地球物理学与其他学科的交叉：地震学与地球物理学、地质学、气象学等学科 的交叉研究，深入揭示地震成因和机理，为地震预测提供更科学的方法。
空气介质：地震 波在空气中传播， 但能量迅速衰减， 影响范围较小。
岩石和土壤介质： 地震波在岩石和 土壤中传播，能 量衰减相对较慢， 影响范围较广。
地震学的应用
地震学的应用领域
灾害预测：通过监测和分析地震波，预测地震灾害的发生和影响范围
工程抗震：评估建筑物的抗震性能，为工程设计和施工提供依据
地质调查：利用地震波探测地球内部结构、地质构造和矿产资源分布 地球科学研究：通过地震波研究地球的物理性质、板块运动和地壳动力 学等
纵波速度：约6-7千米/秒
面波速度：约3-4千米/秒
添加标题
添加标题
横波速度：约5千米/秒
添加标题
添加标题
影响因素：介质密度、弹性、地形 地貌等
地震波的传播路径
地震波的传播方式：地震波通过地壳中的介质传播，包括横波和纵波
传播速度：地震波的传播速度与介质的密度和弹性有关，通常纵波的传播速度比横波快
地震波与地震学的关系：地震波传播的规律和特点与地震学的理论和技术相互促进，推 动了地球科学的发展。
地震波的观测和研 究方法
地震观测系统的建设
地震观测系统 的组成：包括 地震台站、数 据传输网络和 数据处理中心
等
地震台站的选 址原则：应选 择地势较高、 地质稳定、远 离干扰源的地
地震波的特性和传播讲解
应用几何方程求出相对应的应变分量：
x y z 0, xy yz 0
xz
w1 u df1(x VSt) (x VSt) d
x z d (x VSt) x
d
f1( )
x VSt
说明弹性介质的每一个点都始终处于z及x方向的简单剪切状态。
1
2
;
sin sin
3 1
Vsb Vsa
B1 B2 B5 0
a sin 21(B1 B2 ) B5b sin 23 0
地震波的传播规律
内容
一 地震波在介质中的传播 1 平面波的传播 2 球面波的传播 惠更斯-菲涅尔原理 克希霍夫积分解
二 地震波在介质分界面处的传播 1 面波 2 地震波在界面处的反射和透射 3 地震波的能流密度和几何扩散
一 地震波在介质中的传播
1 平面波的传播 当地震波在离震源足够远处，波前变得足够平，
d
f1( )
x Vpt
其余的应变分量都等于零，说明弹性介质的每一个点 都始终处于方向的简单拉压状态。
由物理方程求应力分量：
x
t
2 x
(
2) x
E (1 ) (1)(1 2)
x
y
t
2 y
x
E (1 )(1
2 )
x
z
t
2 z
x
E (1 )(1
2 )
x
xy yz zx 0
各个正应力分量之间的关系为：
地震概论第三章地震波传播理论
第一节 地震波传播的基本概念
一、地球介质和弹性波 • 地震波是地下传播的震动，必然与岩石的
弹性有关，一般都假定岩石是一种完全弹 性体。 • 在一般的地震波计算中，地球介质可以做 为各向同性的完全弹性体来对待。
二、首波（或侧面波）
若介质是分层的，当地震波由低速的一方向高速的一方入 射时，还存在一种波，叫做侧面波(或叫首波、折射波、衍射波、 行走反射波，等等) 。
赵克常
Snell定律： sini(n)csinr(e)f sint)(
V1
V1
V2
Fermat原理 Snell定律（1）
A
h V1 V2
inc
B
ref
r
x o L x
L
Fermat原理
反射点 x 应使t达到最小值。即：
0dd(x t)x (Lx) h2x2 r2(Lx)2
赵克常
震中距超过一定临界值时，Pn将是地震图上记录的第 一个震相，从而可以清楚的识别出Pn震相，这个临界距离称 为首波的第二临界震中距，记为 c2
对地表源，由直达波和首波的走时方程不难得到：
c1212cH osicc222Htgic
B
c
c
V1
V1
V2
o
B
A
存在临界角 c , 满足:
sin ( c
)
o
V1
V2
V2
A
首波, 侧面波
（Head wave）
B
c
c
V1
V2
赵克常
O
P
V2
赵克常
A
首波, 侧面波
（Head wave）
B
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二、地震波的形成
1、地震子波：当地震波传播一定距离后，其
形状逐渐稳定，具有2-3个相位，有一定的延 续时间的地震波，称为地震子波，它是地震记 录的基本元素。 • 地震子波在继续传播的过程中，严格来讲其幅 度和形状都会发生变化，近似可以认为地震子 波的形状基本不变，但其振幅有大有小、极性 有正有负，到达接收点的时间有先有后。
二、与地震勘探有关的其它地震波
• 1、体波和面波（按波动所涉及的空间范围而言）
• 体波：当纵波和横波在介质的整个立体空 间中传播时合称体波。
• 面波：在自由表面或不同弹性介质的分界 面上传播的一类特殊波。最常见的面波是 沿地面传播的瑞利波。其特点是低速（通 常小于横波速度）、低频、强振，是一种 干扰波。
2、地震子波的传播
• 地震勘探原理（实质） • 利用地震子波从地下地层界面（或岩
性界面）反射回地面时带回的双程旅 行时信息（运动学）和幅度、形状 （动力学）等变化的信息来研究界面 的埋深及界面上下岩性变化的。
第二节 地震波的类型
• 一、纵波和横波
• 1、概念 • 纵波（P波）：质点的振动方向与波
2、形成地震反射、透射的条件
• 1）反射条件：Z1≠Z2 界面上下存在有
波阻抗差。
• 反射波的性质：界面上下的波阻抗差越
大，反射波就越强；反射角等于入射角；
反射线、入射线、界面上反射点的法线
在一个平面内。法线
入射波
O
S
反射波
ρ1 v1
α
反射角
入射角
界面
ρ2 v2
2、形成地震反射、透射的条件
• 2、透射条件 入射角小于或等于临界角的前提 下均可产生透射。
值。
纵横波速度比： V p /ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱVs
2
上式可以统一用泊松比来替代：
2(1 ) 1 1 2
• 纵波速度大于横波速度。对自然界中常见的岩石 来说，σ=0.25。=1.73, 横波速度最多达到纵波 速度的0.707倍。
• 0.05(坚硬岩石)≤ σ ≤0.45（松软介质）
第一章 地震波及其传播
• 第一节 地震波的产生 • 第二节 地震波的类型 • 第三节 分层介质中的地震波
第一节 地震波的产生
一、地震波是在岩石中传播的弹性 波
物体受力的三种状态：
永久形变 破坏圈
塑性形变
塑性带
弹性形变
弹性形变区
炸药爆炸在弹性形变区形成弹性波。研究表明弹 性波在近距离内仍会发生较大变化，传播一定 距离（几百米）后便相对稳定，形成地震子波， 并被认为在以后的传播中，地震子波已不发生 大的变化。
• 当地震波垂直入射到某一界面时
• Ar=RㆍAi
Ar:反射波振幅； Ai：入射波振幅
• 2、反射极性
• Z2≻Z1，R≻0 反射波与入射波的极性相同；
• Z2≺Z1 ，R≺0 反射波与入射波的极性相反；
• 液体中不产生切应变，即μ=0，VS =0 。液体中
不传播横波，只传播纵波。液体中σ=0.5
纵、横波比较
• 理想的流体中不存在横波。利用纵横波 速度比值的变化来识别真假亮点或检测 油气藏的存在及范围就是运用流体的这 一特性。
• 由于在流体中横波速度等于零,所以储层 中含油气后,Vs变化不大，而Vp明显下降, 于是 Vp /的Vs 数值会降低，所以利用 数值减小这一特征作为判断油气存在的 一个依据；利用 Vp数/V值s 的横向变化， 有可能确定油气藏的边界。
第三节 分层介质中的地震波
• 一、反射波和透射波
• 1、概念 当下行的地震波到达两种介质
的分界面时，其中的一部分又回到了上 层介质中，这种波称为反射波；另一部 分穿过界面到达下伏介质中的地震波称 为透射波。 • 波阻抗：地震波传播速度与介质密度的
乘积（Z=ρ· V） 。它是研究界面上地震
波反射强度的一个重要参数。
多次波，直达波、折射波有时也是干扰波。
二、与地震勘探有关的其它地震波
• 5、多次波：在一个或几个界面中经过两 次或两次以上重复反射或折射而到达地 面的地震波。多次波是一种干扰波。
全程多次波
短程多次波
微屈（层间）多次波
虚反射
二、与地震勘探有关的其它地震波
• 6、由特殊地质体产生的一些特殊波 • 1）断面波：由于断层面上下地层岩性、物性的
的传播方向一致的波，有时也称为压 缩波或疏密波。
• 横波（S波）：质点的振动方向与波 的传播方向垂直的波，有时也称为切 变波。
2、纵、横波速度的比较
• 在地层介质中，纵、横波的传播速度取决于介 质的弹性和密度。
• 纵波速度：
Vp
2
K4
3
• 横波速度：
Vs
• ρ为介质的密度 ，λ μ κ 为弹性常数，均为正
• 透射角与入射角符合折射定律；透射线和入射 线、界面点的法线在一个平面内。
O
ρ1 v1
入射角
ρ2 v2
透射角
ρ3 v3
法线 S
α
β
反射波
反射角 界面1
透射 波
界面2
二、反射、透射波的一些基本概念
• 1、反射系数
• R=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）=（ρ2ν2ρ1ν1）/ （ρ2ν2+ ρ1ν1）
二、与地震勘探有关的其它地震波
• 2、同类波和转换波（依据入射波入射到分界面上 后产生的波的性质而言）与入射波类型相同的反 射或透射称为同类波，反之则称为转换波。
• 纵波入射时，既可以产生反射纵波和透射 纵波，也可以产生反射横波和透射横波， 前者称为同类波，后者称为转换波。
• 当入射角不大时，转换波的强度很小；当 地震波垂直入射时不产生转换波。
差异而产生的波阻抗差引起的沿着断面产生的地 震波。是确定断层的依据之一。 • 2）回转波：满足一定深度和曲率条件的地下凹 界面上产生的反射波。 • 3）绕射波：当地震波传到断层的断点、地层的 尖灭点或地层不整合的突变点时，这些点将会形 成新的震源，再次发射球面波向四周传播，这种 波称为绕射波。它是利用价值最大的特殊波
二、与地震勘探有关的其它地震波
• 3、直达波（以传播路径的特点来划分）由震源出 发没有遇到分界面（没产生反射）而直接 到达接收点的波。用于区别反射波。
• 4、有效波和干扰波（产生的地震波对地震勘探是
否有用而言）
• 在地震反射波勘探中，习惯上我们把地震 一次反射波称为有效波，而把妨害记录有 效波的其它所有波都称为干扰波。如面波、