地震学chap8
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D1 D2
2 2
x x1 y y1
2
z2
2
x x2
2
y y2 z 2
2 2 2
x x1 y y1 z 2 2 x x 2 y y 2 z 2
m12
2
化简后得
40
x m12 x 2 x 1 2 1 m 12
2
y m12 y 2 y 1 2 1 m 12
2
2
z2
2
m12 d12 1 m 2 12
2
上式表明震源O的轨迹为一球面，球心在地 表，即 x m x
2
x0 2 1 m 12 2 y1 m12 y 2 y0 2 1 m 12 z 0 0
30
AN aN VN
aE tg 0 aN
AE aE VE
0 tg
1
aE aN
• 量取AE和AN时，初至向下标“﹣”，向上 0与 的关系： 标“﹢”。震中方位角
31
• • • • • •
当震中在台的东北方向时， 当震中在台的东南方向时， 180 当震中在台的西南方向时， 180 0 当震中在台的西北方向时， 360 0 具体做法： 在一定比例的地图上，以台S为圆心，以 Δ为半径画圆，此圆与方位线的交点即为 震中E，最后在地图上读出震中的经、纬 度。
42
x1 x 2 x0 1 y y1 y 2 0 1
（2）
• 对比(1)和(2)得：
m12 0
2
• 上式表示点（x0,y0)为台1和台2连线的外分 点，即震源轨迹的球心在台1和台2连线上。 为了作图简单，取台1为坐标原点，台1，2 的连线为轴。此时
图 2 外核 P 波低速层引起的衍射 P 波 Pdif 传播路径(上)及观测实例(下)
23
8.3 地震基本参数的测定方法
• 8.3.1发震时刻的测定方法 • 1. 走时表法 • 对于近震，由各台的P波与S波的到时差TsTp，在近震走时表上查得震中距Δ及走时tp、 ts，分别测得发震时刻：
T0 TP t P TS t S
1 12 2
(1)
41
• 半径： R12 1 m 2 12 • 记为 2 2 2 2 x x0 y y0 z R12
m12 d12
• 从（1）可得
x1 x0 x 2 x0 x2 x1 y1 y0 y 2 y0 y 2 y1
• 上式表示(x1,y1)，(x2,y2)和(x0,y0)在一直 线上，根据解析几何可知分点坐标为
4
Βιβλιοθήκη Baidu
• 所记录的主要震相有：直达P波，记为Pg； 直达S波，记为Sg；P波在莫霍面上的反射 P波，记为PmP；S波在莫霍面上的反射S 波，记为SmS；沿莫霍面的首波，记为Pn 和Sn。
5
• 来自康拉德面的折射波（首波）震相记为： Pb、Sb。 • 一般将震中距大于10°的地震称为远震， 其中大于105°的地震称为极远震。 • 远震和极远震地震图上的震相非常多，主 要震相有P（包括PKP，PKIKP等）、S （包括SKS，SKIKS等）及如图8.2所示的 许多反射波和转换波震相。
图8.10 地震波的衍射，虚线表示衍射波的传播方向
22
• 地震学中一个著名的衍射波震相是Pdif，它 出现在震中距103至120度之间，它是 Gutenberg面所对应的P波影区。
Pdif
（引自 Bath, 1973）
震中距 108º
1968 年 5 月 28 日新几内亚 M7.7 地震在瑞典乌普萨那台的垂直向记录
12
8.2 各类震相记录特征 8.2.1 地方震记录特征
• 1. 地震波动的持续时间短，1～2分钟。 • 2. 震相简单，主要震相有Pg、Sg，及PmP, SmS。 • 3. P与S的走时差小于13秒。 • 4. 震相的周期短,P的周期小0.3秒，S的周 期小0.6秒。 • 5. 分不出面波。
13
8
• PmS指地壳震源发射P波向下入射到莫霍面，反 射后转换成S的反射波，类似的有PmP、SmS、 SmP。 • PcP 指P波从震源向下传播，入射到幔核界面发 生反射后仍为P波的震相，类似的有：PcS、ScS、 ScP。 • SKP指S波从震源向下传播并进入外核，在外核中 转换成P波后，再由外核以P波回到地幔，传播至 地面的震相，类似还有：PKP、PKS、SKS。
10
• PP指P波从震源向下在地幔中传播、但在 地面发生1次P波到P波的反射后，再返回地 面的震相，类似的有PS、SP、SSS、PPP、 PPPP等。 • pP指P波从震源近垂直向上传播至地面发生 反射后保持P波向下传播，在地幔中返回地 面的震相。类似的有sP、pS、sS、pPP等。
11
8.1.3. 读取震相到时的一般原则
34
（2）虚波速度法（石川法） 若无走时表，但已知三个以上台的到时差TsTp，则走时
35
D t S TS T0 vS
D t P TP T0 vP
D v P vS v P vS
T
S
TP v TS TP
• 这里，D是震源距， v 是虚波速度，并且 是已知的，则以台站为中心，以D为半径画 球，三球交点即为震源。在平面上，每两 圆相交点作一弦，三弦的交点即为震中。
图8.3 地方震的相
14
8.2.2 近震记录特征
• • •
•
地震波动的持续时间一般为3～5分钟。 2. 主要震相为Pg, Sg、PmP, SmS(P11、S11)、 Pn、Sn。Δ>200km、Pn超前于Pg出现，且成 为地震图上的主要震相。 3. 周期的范围明显比地方震大。P：0.1～1s, S:0.5～2s。 4. 震相随震中距的变化特征为：当100< Δ<160km时，主要震相为Pg、Sg、PmP, SmS。 当500< Δ<600km时，Pn、Pg、Sn,Sg。
9
• PKIKP指P波从震源向下传播进入外核(标为K)， 再至内核仍为P波(标为I)，又由内核以P波返回外 核(再标为K)，再经地幔以P波传至地面，是始终 保持P波的震相，类似还有PKJKP(中间的J表示内 核的S波)、SKIKP、SKJKP、PKIKS等。 • PKKS指P波从震源向下传播进入外核，并在核幔 内界面反射一次后第2次传播进入外核，再由外核 以S波返回地幔，再传至地面的震相。类似的有 PKKP、PKKKP、SKKS等。
2
8.1震相标记规则
图8.1 常见近震震相的射线轨迹示意图
3
8.1.1地方震、近震与远震
• 一般将震中距小于1000km或10o的地震称 为近震或区域地震(regional event),其中小 于200km的地震称为地方震（local event）。 近震地震波限定在地壳内或沿莫霍面下的 上地幔顶部传播。
1 D 1 t S t P TS TP D v v v P S
25
• 这里，虚波速度为：
v vP vS vP vS
vP vP v 1 TP T0 v 1 S S
第八章 震相分析和地震定位
• 将具有不同振动特征（如P，S波）和不同 传播路径（如直达波和反射波）的地震波 在地震图上的特定标志称为震相。
1
• 一般把震相的时距关系特征称之为运动学 特征，而把它们的振幅、相位、周期称为 动力学特征。 • 地震基本参数指震中位置（经度λ，纬度 φ）、震源深度（h）、发震时刻（T0）、 震级（M）。
15
图8.4 北京大学在青海架设的宽频带地震仪记录到震中距为627 km的地震的垂向振动
16
图8.5 地震与核爆记录
17
8.2.3远震记录特征
• 远震持续时间长，一般为5分钟～1小时， 类型复杂，需要走时表确定震相，面波突 出。 • 1. 直达波 • Pb, Sb • Δ>103°时称之为极远震，此时P，S波不 再出现，称之为影区。 • 2. 地表反射波 • PP,PPP,PS,PSP
28
8.3.2 震中位置和震源深度的测定
• 1. 单台法 • 利用波初动振幅求出震中方位角，用S、P 波时差查走时表得Δ，在地图上便可求得震 中位置。 • 震中方位角是指地震台与北极N的联线和台 站与震中E的联线之间的夹角，从北数起， 顺时针为正。
29
用水平向地动位移来测定方位角 0 ，设 AE 为东西向P波位移，AN 为南北向P波位移， VN 的影响后得 消除动态放大倍数 VE 、
D TS TP vP
• 以Ts-Tp作为纵轴，Tp为横轴，则二者之间 呈线性关系，该直线在横轴上的截距即为 发震时间T0。
26
• 另外，直线的斜率为
TS TP TP T0 tS tP tP vP vS 1 tg
27
• 对泊松介质有
vP vS 3
36
18
• • • • • • •
3. 核面反射波 PcP、PcS、ScS、ScP 4. 地核穿透波 PKP,PKKP,PKIKP, （内核穿透波） 5. 面波震相 远震记录上常记录到的面波是瑞利（R） 面波和勒夫面波。
19
20
21
8.2.4 地震波的衍射
• 实际地震波遇到障碍体(波阻抗极高的物体) 时传播至障碍体的几何影区内的现象，称 为地震波的衍射。
36
过震中对半径最小的圆作垂直于此圆半径的弦， 此弦的一半即震源深度。这是因为在BES1和 OES1 中有 S1 B S1O， ES1 是公共边，故有 。
BE OE h
37
• （3）和达法 如果没有地区的虚波速度和走时表，而有4个 台的到时差Ts-Tp，则每两台分成一组，用作 图法求出震中位置及震源深度。 设台1(x1,y1) 和台2(x2,y2)的距离为d12，震源距分别为D1、 D2。
43
x1 y1 0
d12 x2
y2 0
• 于是有 x x0 y z R0 2 m • 这里，x 12 d12
0
0
32
• 例 波初至振幅为下表所示： 0 • NS WE UD • -0.074 0.122 0.067 58.8° 301.2°
33
• • •
2 多台法 （1）震中交切法 已知三个以上台站的Ts-Tp，查不同震 源深度的走时表。以每个台为圆心，以震 中距Δ为半径画图，交点即为震中，直到 满意的交切为止。
• 地震图实际是一系列传播时间不同的各震 相的子波列的叠加，因此地震图上波形相 位、周期或振幅的突然变化点是判断新震 相子波列到达的主要依据。一个新震相的 到达可能具有下列特征： • (a) 一组振动的起始点或具有相位突变的地 方； • (b) 振幅显著变大的地方； • (c) 地震波周期显著变化的地方。
6
图8.2 远震和极远震主要震相的射线轨迹图
7
8.1.2 震相标记规则
• 由震源发出向上走的射线震相用小写字母p、 s标记; 向下走的射线震相用大写字母P、S 标记。 • P波射线在外核中每穿过一次用1个K标记 （外核中无S波），在内核中每穿过一次用 1个I(对P波)或J（对S波）标记。莫霍面、 地幔与外核界面及内外核界面发生反射的 波分别用小写字母m、c和i标记。
38
• 则有
D1 v (TS 1 TP1 )
D2 v (TS 2 TP 2 )
D1 (TS 1 TP1 ) m12 D2 (TS 2 TP 2 )
• 设震源的坐标为O(x,y,z)
39
d12
x2 x1
2
y 2 y1
2
2
D1
D2
• 并按北京时间或国际时间报出。
24
• 2. 和达法 对于近震，由于局部地质的复杂性，有时 无法编走时曲线，但有3个以上台的S及P波 的时差，由于
D t P TP T0 v P t T T D 0 S S vS
这里，D是震源距。vp、vs是P、S波的速度。 故
2 2
x x1 y y1
2
z2
2
x x2
2
y y2 z 2
2 2 2
x x1 y y1 z 2 2 x x 2 y y 2 z 2
m12
2
化简后得
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x m12 x 2 x 1 2 1 m 12
2
y m12 y 2 y 1 2 1 m 12
2
2
z2
2
m12 d12 1 m 2 12
2
上式表明震源O的轨迹为一球面，球心在地 表，即 x m x
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x0 2 1 m 12 2 y1 m12 y 2 y0 2 1 m 12 z 0 0
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AN aN VN
aE tg 0 aN
AE aE VE
0 tg
1
aE aN
• 量取AE和AN时，初至向下标“﹣”，向上 0与 的关系： 标“﹢”。震中方位角
31
• • • • • •
当震中在台的东北方向时， 当震中在台的东南方向时， 180 当震中在台的西南方向时， 180 0 当震中在台的西北方向时， 360 0 具体做法： 在一定比例的地图上，以台S为圆心，以 Δ为半径画圆，此圆与方位线的交点即为 震中E，最后在地图上读出震中的经、纬 度。
42
x1 x 2 x0 1 y y1 y 2 0 1
（2）
• 对比(1)和(2)得：
m12 0
2
• 上式表示点（x0,y0)为台1和台2连线的外分 点，即震源轨迹的球心在台1和台2连线上。 为了作图简单，取台1为坐标原点，台1，2 的连线为轴。此时
图 2 外核 P 波低速层引起的衍射 P 波 Pdif 传播路径(上)及观测实例(下)
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8.3 地震基本参数的测定方法
• 8.3.1发震时刻的测定方法 • 1. 走时表法 • 对于近震，由各台的P波与S波的到时差TsTp，在近震走时表上查得震中距Δ及走时tp、 ts，分别测得发震时刻：
T0 TP t P TS t S
1 12 2
(1)
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• 半径： R12 1 m 2 12 • 记为 2 2 2 2 x x0 y y0 z R12
m12 d12
• 从（1）可得
x1 x0 x 2 x0 x2 x1 y1 y0 y 2 y0 y 2 y1
• 上式表示(x1,y1)，(x2,y2)和(x0,y0)在一直 线上，根据解析几何可知分点坐标为
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• 所记录的主要震相有：直达P波，记为Pg； 直达S波，记为Sg；P波在莫霍面上的反射 P波，记为PmP；S波在莫霍面上的反射S 波，记为SmS；沿莫霍面的首波，记为Pn 和Sn。
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• 来自康拉德面的折射波（首波）震相记为： Pb、Sb。 • 一般将震中距大于10°的地震称为远震， 其中大于105°的地震称为极远震。 • 远震和极远震地震图上的震相非常多，主 要震相有P（包括PKP，PKIKP等）、S （包括SKS，SKIKS等）及如图8.2所示的 许多反射波和转换波震相。
图8.10 地震波的衍射，虚线表示衍射波的传播方向
22
• 地震学中一个著名的衍射波震相是Pdif，它 出现在震中距103至120度之间，它是 Gutenberg面所对应的P波影区。
Pdif
（引自 Bath, 1973）
震中距 108º
1968 年 5 月 28 日新几内亚 M7.7 地震在瑞典乌普萨那台的垂直向记录
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8.2 各类震相记录特征 8.2.1 地方震记录特征
• 1. 地震波动的持续时间短，1～2分钟。 • 2. 震相简单，主要震相有Pg、Sg，及PmP, SmS。 • 3. P与S的走时差小于13秒。 • 4. 震相的周期短,P的周期小0.3秒，S的周 期小0.6秒。 • 5. 分不出面波。
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• PmS指地壳震源发射P波向下入射到莫霍面，反 射后转换成S的反射波，类似的有PmP、SmS、 SmP。 • PcP 指P波从震源向下传播，入射到幔核界面发 生反射后仍为P波的震相，类似的有：PcS、ScS、 ScP。 • SKP指S波从震源向下传播并进入外核，在外核中 转换成P波后，再由外核以P波回到地幔，传播至 地面的震相，类似还有：PKP、PKS、SKS。
10
• PP指P波从震源向下在地幔中传播、但在 地面发生1次P波到P波的反射后，再返回地 面的震相，类似的有PS、SP、SSS、PPP、 PPPP等。 • pP指P波从震源近垂直向上传播至地面发生 反射后保持P波向下传播，在地幔中返回地 面的震相。类似的有sP、pS、sS、pPP等。
11
8.1.3. 读取震相到时的一般原则
34
（2）虚波速度法（石川法） 若无走时表，但已知三个以上台的到时差TsTp，则走时
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D t S TS T0 vS
D t P TP T0 vP
D v P vS v P vS
T
S
TP v TS TP
• 这里，D是震源距， v 是虚波速度，并且 是已知的，则以台站为中心，以D为半径画 球，三球交点即为震源。在平面上，每两 圆相交点作一弦，三弦的交点即为震中。
图8.3 地方震的相
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8.2.2 近震记录特征
• • •
•
地震波动的持续时间一般为3～5分钟。 2. 主要震相为Pg, Sg、PmP, SmS(P11、S11)、 Pn、Sn。Δ>200km、Pn超前于Pg出现，且成 为地震图上的主要震相。 3. 周期的范围明显比地方震大。P：0.1～1s, S:0.5～2s。 4. 震相随震中距的变化特征为：当100< Δ<160km时，主要震相为Pg、Sg、PmP, SmS。 当500< Δ<600km时，Pn、Pg、Sn,Sg。
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• PKIKP指P波从震源向下传播进入外核(标为K)， 再至内核仍为P波(标为I)，又由内核以P波返回外 核(再标为K)，再经地幔以P波传至地面，是始终 保持P波的震相，类似还有PKJKP(中间的J表示内 核的S波)、SKIKP、SKJKP、PKIKS等。 • PKKS指P波从震源向下传播进入外核，并在核幔 内界面反射一次后第2次传播进入外核，再由外核 以S波返回地幔，再传至地面的震相。类似的有 PKKP、PKKKP、SKKS等。
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8.1震相标记规则
图8.1 常见近震震相的射线轨迹示意图
3
8.1.1地方震、近震与远震
• 一般将震中距小于1000km或10o的地震称 为近震或区域地震(regional event),其中小 于200km的地震称为地方震（local event）。 近震地震波限定在地壳内或沿莫霍面下的 上地幔顶部传播。
1 D 1 t S t P TS TP D v v v P S
25
• 这里，虚波速度为：
v vP vS vP vS
vP vP v 1 TP T0 v 1 S S
第八章 震相分析和地震定位
• 将具有不同振动特征（如P，S波）和不同 传播路径（如直达波和反射波）的地震波 在地震图上的特定标志称为震相。
1
• 一般把震相的时距关系特征称之为运动学 特征，而把它们的振幅、相位、周期称为 动力学特征。 • 地震基本参数指震中位置（经度λ，纬度 φ）、震源深度（h）、发震时刻（T0）、 震级（M）。
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图8.4 北京大学在青海架设的宽频带地震仪记录到震中距为627 km的地震的垂向振动
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图8.5 地震与核爆记录
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8.2.3远震记录特征
• 远震持续时间长，一般为5分钟～1小时， 类型复杂，需要走时表确定震相，面波突 出。 • 1. 直达波 • Pb, Sb • Δ>103°时称之为极远震，此时P，S波不 再出现，称之为影区。 • 2. 地表反射波 • PP,PPP,PS,PSP
28
8.3.2 震中位置和震源深度的测定
• 1. 单台法 • 利用波初动振幅求出震中方位角，用S、P 波时差查走时表得Δ，在地图上便可求得震 中位置。 • 震中方位角是指地震台与北极N的联线和台 站与震中E的联线之间的夹角，从北数起， 顺时针为正。
29
用水平向地动位移来测定方位角 0 ，设 AE 为东西向P波位移，AN 为南北向P波位移， VN 的影响后得 消除动态放大倍数 VE 、
D TS TP vP
• 以Ts-Tp作为纵轴，Tp为横轴，则二者之间 呈线性关系，该直线在横轴上的截距即为 发震时间T0。
26
• 另外，直线的斜率为
TS TP TP T0 tS tP tP vP vS 1 tg
27
• 对泊松介质有
vP vS 3
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18
• • • • • • •
3. 核面反射波 PcP、PcS、ScS、ScP 4. 地核穿透波 PKP,PKKP,PKIKP, （内核穿透波） 5. 面波震相 远震记录上常记录到的面波是瑞利（R） 面波和勒夫面波。
19
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8.2.4 地震波的衍射
• 实际地震波遇到障碍体(波阻抗极高的物体) 时传播至障碍体的几何影区内的现象，称 为地震波的衍射。
36
过震中对半径最小的圆作垂直于此圆半径的弦， 此弦的一半即震源深度。这是因为在BES1和 OES1 中有 S1 B S1O， ES1 是公共边，故有 。
BE OE h
37
• （3）和达法 如果没有地区的虚波速度和走时表，而有4个 台的到时差Ts-Tp，则每两台分成一组，用作 图法求出震中位置及震源深度。 设台1(x1,y1) 和台2(x2,y2)的距离为d12，震源距分别为D1、 D2。
43
x1 y1 0
d12 x2
y2 0
• 于是有 x x0 y z R0 2 m • 这里，x 12 d12
0
0
32
• 例 波初至振幅为下表所示： 0 • NS WE UD • -0.074 0.122 0.067 58.8° 301.2°
33
• • •
2 多台法 （1）震中交切法 已知三个以上台站的Ts-Tp，查不同震 源深度的走时表。以每个台为圆心，以震 中距Δ为半径画图，交点即为震中，直到 满意的交切为止。
• 地震图实际是一系列传播时间不同的各震 相的子波列的叠加，因此地震图上波形相 位、周期或振幅的突然变化点是判断新震 相子波列到达的主要依据。一个新震相的 到达可能具有下列特征： • (a) 一组振动的起始点或具有相位突变的地 方； • (b) 振幅显著变大的地方； • (c) 地震波周期显著变化的地方。
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图8.2 远震和极远震主要震相的射线轨迹图
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8.1.2 震相标记规则
• 由震源发出向上走的射线震相用小写字母p、 s标记; 向下走的射线震相用大写字母P、S 标记。 • P波射线在外核中每穿过一次用1个K标记 （外核中无S波），在内核中每穿过一次用 1个I(对P波)或J（对S波）标记。莫霍面、 地幔与外核界面及内外核界面发生反射的 波分别用小写字母m、c和i标记。
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• 则有
D1 v (TS 1 TP1 )
D2 v (TS 2 TP 2 )
D1 (TS 1 TP1 ) m12 D2 (TS 2 TP 2 )
• 设震源的坐标为O(x,y,z)
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d12
x2 x1
2
y 2 y1
2
2
D1
D2
• 并按北京时间或国际时间报出。
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• 2. 和达法 对于近震，由于局部地质的复杂性，有时 无法编走时曲线，但有3个以上台的S及P波 的时差，由于
D t P TP T0 v P t T T D 0 S S vS
这里，D是震源距。vp、vs是P、S波的速度。 故