18年上期地震概论笔记

一、地球科学概况
1、地震学：研究地震及其相关现象
2、四大起源问题：行星（宇宙）、地球、生命、人类
第一章——地震学的研究范围和历史
地震是一种自然现象。

全球每年发生500万次地震，人们可以感觉的仅占1%，造成严重破坏的7级以上的大地震约有18次，8级以上的特大地震1~2次。

全世界有6亿多人生活在强震带上，上个世纪约有200万人死于地震，预计二十一世纪将有约1500万人死于地震。

我国是个多地震国家，20世纪以来，我国发生了800多次6级以上的地震，平均每年约8次；历史记载全球死亡超过20万人的地震有6次，其中在中国就有4次。

地震有两面性，虽然是一种自然灾害，但人们对地球内部的了解主要来自地震给我们带来的信息，地震相当于一盏照亮地球内部结构的明灯。

地震学是关于地震的科学，它是以地震资料为基础，用数学、物理和地质知识研究地震机理及地震波传播的规律，以防御地震灾害、研究地壳和地球内部的构造以及促使研究结果在经济建设和国防建设中得以应用。

地球物理学就是用物理学的方法研究地球的问题
固体地球物理学则是通过观测地球表面上的物理效应来研究地球内部的物质的性质，和地质学密切相关，无论从观点上还是从研究方法上看都截然不同。

地球物理学包含固体地球物理学，固体地球物理学包含地震学
烈度：按一定的宏观标准，表示地震对地面影响和破坏程度的一种量度。

按烈度值的大小排列成表，称为烈度表。

将地面上等烈度的点联成线，称为等震线。

震级：按一定的微观标准，表示地震能量大小的一种量度。

震级和烈度都是衡量地震强度的一种量度。

两者之间的关系复杂。

用字母M表示。

地震序列：地震在有限的空间和时间范围内有成丛发生的倾向。

这种成丛发生的地震称地震序列。

按时间顺序和震级分布，地震序列分为：主震型和震群型。

①主震型：通常包括主震和大量的余震。

有些地震序列还包括一系列前震。

若地震序列中，特别大的地震只有一次，则称之为主震；发生在主震之前的中、小地震叫前震；发生在主震之后的大量较小地震叫余震。

②震群型：在一个地震序列中包含着若干个震级相差不多的地震，而无一特大震级的地震时，称之为震群。

在中国几个主要地震区都有震群发生，但其规模较小。

天然地震的分类
按震源深度分：1）浅源地震：震源深度小于60公里的天然地震称为浅震；也称正常深度地震。

大多数地震都为浅源地震。

2）中源地震：震源深度在60公里至300公里之间的地震称为中源地震。

3）深源地震：震源深度大于300公里的地震称为深震。

已记录到的最深地震的震源深度约700公里。

有时也将中源地震和深源地震统称为深震。

按震中距分：1）地方震：震中距小于100公里的地震。

2）近震：震中距小于1000公里的地震。

3）远震：震中距大于1000公里的地震。

按震级分：1）弱震：M<3的地震。

2）有感地震：3≤M≤4.5的地震。

3）中强震：4.5<M<6的地震。

4）强震：M≥6的地震。

其中M≥8的地震又称为巨大地震。

地震的成因：中国——阴阳论、天诫论古希腊——气动说日本——地震鲶
弹性回跳理论：美国地震学家里德(H.F.Reid),1910年
1966年3月，河北邢台发生了灾害性的大地震，损失巨大。

为了统一地震工作的部署和加强领导，1971年成立了国家地震局
第二章 地震波
波动是振动的传播过程。

机械波：机械振动在介质中的传播过程。

电磁波：变化的电场和变
化的磁场在空间的传播过程。

当波源作简谐振动时，介质中各个质点也作简谐振动，这时的
波动称为简谐波(正弦波或余弦波)
横波：质点的振动方向和波的传播方向垂直。

纵波：质点的振动方向和波的传播方向一致。

在固体中可以传播横波或纵波，在液体、气体(因无剪切效应)中只能传播纵波。

纵波速度比横波速度大（一般为： ） 因此，在地震记录上纵波总是首先到达。

所以，纵波也被称为P 波（Primary wave ）横波也被称为S 波（Secondary wave ）
波阵面：在波动过程中，把振动相位相同的点连成的面(简称波面)。

垂直于波线。

波前：在任何时刻，波面有无数多个，最前方的波面即是波前。

波前只有一个。

波线：沿波的传播方向作的一些带箭头的线。

波线的指向表示波的传播方向。

垂直于波阵面
体波：S 波平行于界面的位移分量为SH 波，S 波在入射线和界面法线构成的平面上的位移分
量为SV 波
P 波与S 波总共有六个方面差异
• （1）P 波的传播速度比S 波快，地震图上先出现P 波。

• （2）P 波和S 波的质点振动（偏振）方向相互垂直。

• （3）一般情况下，三分量地震图上P 波的垂直分量相对较强，S 波的水平分量相对
较强。

• （4）S 波的低频成分比P 波丰富。

• （5）天然地震的震源破裂通常剪切破裂和剪切错动为主，震源向外辐射的S 波的能
量比P 波的强。

• （6）P 波通过时，质元无转动运动，而有体积变化，P 波是一种无旋波。

S 波通过
时，质元有转动，而无体积变化， S 波一种无散的等容波。

第三章 地震波传播理论
地球自由震荡分为：环形震荡、球形震荡
地震波序：P 波、S 波、勒夫（Love ）面波、瑞利面波、地震尾波
用角度测量震中距：震中距（度）=震中距（千米）/地球半径（千米） *180/π。

估算：1度约等于110千米
Fermat 定理：地震波在介质中传播的路径为走时最小的路径，是地震波的高频近似解。

Snell 定律：
（P 为射线参数，是一个常数） 地震波入射到层之间的界面上时, 会产生折射、反射和波型转换等现象。

P 波入射时,界面
上会产生反射P 波、折射P 波,反射转换SV 波和折射转换SV 波,SV 波入射时与P 波类似；
SH 波入射时只有反射SH 波和折射SH 波产生,没有转换波出现。

ρμρμλ342+=+=K V P ρE V P =ρ
μ=S V S p V V 3≈p V V t inc ≡=2
1)sin()sin(θθ
第三章 地震波传播理论
对于远震而言,地球曲率不能忽略,地球介质性质随深度的变化也应加以考虑。

以观测点的震中距为横坐标,地震波到达时间为纵坐标,绘成的曲线称为走时曲线。

地震波
到达时间与震中距关系的方程称为走时方程。

震源在地表首波走时方程： 2
22211)sin()sin()sin(ββααββθθθV V V ==p v i r v i r ≡=2
22111)sin()sin(2
1)tan(2)cos(2)(V h X V h X T c c θθ-+=
震源不在地表，首波走时方程：
走时表（用于识别震相）提供的地球内部信息：
1) 地震波的速度随地球深度而增加。

2) 瑞利（Rayleigh ）面波和洛夫(Love)面波的走时曲线为直线，说明速度恒定，可以得出
这些波是沿着某些地层传播的，这种层只能是表面层。

3) S-P 的走时差较多依赖于距离而较少依赖于深度，估算震中距
第四章 地球内部的结构
为什么地球内部不可能真空——1798年，英国的卡文迪什勋爵确定地球的平均密度为5.45，
比普通岩石的密度大一倍(普通岩石密度为2.5 ；水的密度为1)。

差异如此之大，表明在
地球内部决没有空洞，那里的物质必定是非常致密的。

为什么地球内部不可能液态——如果地球内部都是液体的话，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大洋潮汐。

1906年 外核，是奥尔德姆研究影区发现的
1909年 地壳，是莫霍洛维奇研究首波发现的（莫霍面）
1914年 古登堡面（G 面），是古登堡发现的
1936年 内核，是英格.莱曼在影区中发现地震信号 存在内核，且为固体
大陆地区地壳平均厚度35公里（大陆稳定地区地壳厚度35-45公里）
下地幔的特点：1、地震少
2、地震波速度梯度较小
3、地震波速度变化较为均匀
2121tan )2(cos 2tan )2(cos 2V i h H X i V h H T V i h H X i V h H T c c Sn c c Pn --+-=--+-=
第五章地震机制
受力状态下，岩石发生变形。

冷的脆性岩石容易发生脆性破裂（断层），从而导致天然地震。

地球深部的岩石由于温度较高，在受力状态下岩石容易发生弯曲或流动
断层重要术语:
断层上盘/断层下盘：在上面的地层叫上盘，在下面的地层叫下盘
走向: 走向方向与正北的顺时针夹角叫断层的走向。

倾角：断层线与地面的锐角夹角
滑移：描述断层的上盘滑动的方向
断层四种基本类型：
正断层：上盘向下运动
逆断层：上盘向上运动
走滑断层
斜滑断层
地震发生时，只有百分之几的应变能转化为地震波。

因而产生“热流佯谬”——观测热流值比理论值小十倍
地震能＝克服摩擦力消耗的热能＋地震波能量
地震效率＝地震波能量／地震能＝7.5 % -15 %
第五章地震机制
1、弹性回跳理论
●当断层周围的介质释放储藏的弹性能的时候，断层介质作断裂回跳。

●弹性回跳不是一次性全面完成的，未完成回跳的地方应力继续增加。

弹性回跳理论下的地震三阶段：
断层附近的介质发生变形，并蓄积着应变能。

较弱的地方开始发生微破裂（前震）
当应力超过一定的限度时，断层开始破裂并释放应力（主震）实际因素更多更复杂断层陆续回跳调整（余震）
2、震源机制解
●地震断层作用的图形速记 (走向，倾角，滑移)
●震源辐射花样的震源球（下半球）在平面圆上的投影
●地震P波初动方向的表示（四象限分布）
滑移方向：箭头由白区指向黑区
震源球在在地表的垂直投影（正断层中央白区，逆断层中央黑区，走滑断层四象限均衡）
断层面与辅助面难以区分：正断层较陡的部分是断层面，逆断层较缓的部分是断层面（重力作用）
3、板块构造学说
板块 = 地壳+上地幔坚硬岩石部分
●垂直运动说（反驳：阿尔卑斯、太平洋岛弧、恐龙化石全球分布、南极煤、非洲冰川）
●大陆漂移说（证明：大陆架、化石吻合、岩石成分、山脉连续、古气候。

问题：周期性潮汐力长期平衡无推动力）●海底扩张说（洋壳年轻陆壳老，海底地磁条带对称）
岩浆冷却，富铁岩石固结过程中温度低于580C°时地球的磁性被记录在岩石中——————地磁条带形成
熔融的岩浆从地球的深部沿着洋中脊流出产生新的洋壳，并向两边扩展，最后在海沟处消失，回到地球内部，形成洋壳的不断更新和循环。

————————————————为什么海洋地壳年轻，且沉积层薄？
●板块构造说（地球三层：地壳、地幔、地核。

七大板块不要求记名字）
板块边界类型：
•扩散边界———新的地壳在此产生。

•汇聚边界———地壳在此消失（消减带）。

•转换边界———扩散边界的扩散速度差异而产生的走滑断层，板块之间在此作相互水平运动。

•板块边界区域—有一定宽度的带，没有清晰的板块边界，相互作用不清楚。

第五章地震机制
海洋地壳的年龄最古老的只有180百万年（1.8亿年），比大陆地壳年龄小20多倍
扩散边界（大西洋中脊、东非裂谷）：大西洋中脊为例，每年平均裂开2.5厘米
汇聚边界：洋陆碰撞（高大山脉）、陆陆碰撞（褶皱隆起，高原）、洋洋碰撞（火山弧，岛弧，海沟）
转换边界
地幔热柱：解释了板块内部的夏威夷岛弧、火山带如何形成。

●断层类型与板块边界类型的对应：扩散边界=正断层，汇聚边界=逆断层，转换边界=走滑断层
板块理论存在的问题：板块驱动力问题，板块刚性问题，边界缝合线特征
全球地震活动概况：
主要的地震灾难是由于位于人口密集区的板内大地震造成的，加强人口密集区地震监测与地震防范是减轻地震灾难的有效途径。

●环太平洋地震带集中了全球百分之八十的浅震、百分之九十的中源地震以及全部深震。

地震包括天然地震与非天然地震（人工地震），天然地震包括构造地震（90%）、火山地震（7%）、陷落地震（3%）构造地震92%的地震发生在地壳中，其余的发生在地幔上部。

辨别地下核爆：地下核爆的震中位置偏远，不会在闹市区；震源深度很浅
第六章地震仪及地震基本参数的测定
地震仪是一种可以接收地面振动，并以某种方式记录下来的装置。

仅记录地震波到达时间的仪器只能叫验震器。

候风地动仪：东汉张衡利用惯性原理建造，是一种验震器。

现代地震仪：由拾震器、放大器（换能器）、记录系统构成
地震台网：由各级地震台、站所构成的观测网络
◆早期地震台多是建在天文台附近，因为可以获得准确的时间。

地震台要建立在基岩上。

◆地震定位：二维平面三角测量法
里氏震级M L：是最大地震波振幅以10为底的对数。

震中标准100公里，振幅标准1‰毫米。

◆里氏震级M L不再常用，因为易饱和，记录能力有限
◆面波震级M S 不能用于深源地震，因为深源地震不能激发显著的面波。

地震矩震级M W：岩石的弹性刚度、施力的面积和突然滑移中断裂的位错量三者的乘积。

主要优势在于具有明确的物理意义
第七章地震预报
地震预报三要素：地震发生的时间、地点、强度
地震预测通常分为长期（10年以上）、中期（1年至10年）、短期（1日至数百日以下）。

有时将短期预测进一步细分为短期（10日至数百日）和临震（1日至10日及以下）预测
●地震预报方法： 1、地质法（地震与地质构造环境有关系，但是地质法时间跨度太大不准确）
2、统计法（不确定时用概率与极值判断，精度取决于资料的多寡）
3、前兆法
一、古登堡－里克特关系：M为震级，N为地震次数。

若比例系数b偏差大，b小震大
二、地震空区理论：有地震倾向、地震的能量释放低于平均水平的区域易发生地震
三、横波纵波的波速比变化
四、地下水位和化学成分的变化（放射性氡）
五、地震与电磁现象
六、根据地面形变进行预报
海城预报（井水、动物行为、氡、电磁）仍然不够准确。

现在提出了众多新的理论与模式，提供了一定的物理基础。

面临三大困难：1. 地球内部的“不可入性”；2. 大地震的“非频发性”；3. 地震物理过程的复杂性。

●初一（朔）十五（望）前后地震会更多吗？
●答：不一定。

目前没有研究清楚，尚无定论。

初一和十五日地月共线，引力最大，引发固体潮可能引发地震
破裂。

但地震是由许多因素共同造成的，根本原因是断层破裂的条件。

所以不一定。

第八章宏观地震学
一、烈度
bM
a
N-
=
log
震级与能量的关系： （震级M ，能量E ）
震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍
烈度表：地震烈度表，即把人的感觉、地面及房屋器具、工程建筑等遭受地震影响和自然破坏的各种现象，按照
不同程度划分等级，依次排列成表，称为"地震烈度表"。

地震烈度区划：把国土划分为地震危险程度不同的地区，建立不同的设防标准
烈度定量：表征地面运动的物理量，如地震加速度
基本烈度：一个地区未来50年内可能遭受的具有10%超越概率的地震烈度值称为该地区的基本烈度，相当于475
年一遇的最大地震的烈度
设防烈度：按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度，6度及以上地区的建筑必须进行抗震
设计
地面运动的一般特征的衡量：地面运动最大加速度、地面运动的周期、强震的持续时间
决定任何场点地面震动强度的因素：
① 震源机制；
② 震源与该场点之间岩石的不均匀性和结构变化；
③ 该场点的土壤和其他地质条件。

面波（瑞利、勒夫）比体波（P 、S ）振幅大、周期长、频率低、衰减慢、传播远。

地震产生直接灾害（房屋、山崩、建筑、海啸）与次生灾害（水、火、毒、疫）
工程地震学：
研究主题——宏观考察、强震观测、地震区域划分和危险性分析、地震小区划、近场地面运动、近场地震学（主要研究近场）
第九章 勘探地震学
勘探地震学正是应用在石油勘探中的一项重要技术。

地质法俗称地质勘探，主要是通过观察，研究出露在地表的地层、岩石的手段对地质资料进行分析，判断产油储
油条件。

浅层详尽了解，深层了解有限
地球物理方法简称物探，勘探范围深且效率高。

钻探法，成本高，最可靠，但仅作为辅助性方法
天然地震学： 被动源方法，观测天然地震产生的地震波场。

研究对象的尺度很大
勘探地震学：主动源方法，利用人工震源将信号传入地下，记录传回地表的地震波场。

研究对象的尺度较小 M E 5.18.11log +=
第十章海啸
海啸传播速度500 mile/h，海啸与潮汐波浪无关。

潮汐仅仅是水面波动，海啸是从深海到水面的整体波动
海啸通常由海底地震引发。

断层两侧板块发生垂直方向的相对位移，海水抬升势能增加转化为动能形成海啸。

最可能引发海啸的是断层破裂面在海底地表的逆冲断层地震。

海啸形成的三个条件：1、地震发生在深海区（足够水量）；2、震级大；3、具备开阔且逐渐变浅的海岸条件（浪高抬升）
海水长波长，能量大（印度洋海啸等于两千颗原子弹），速度快（太平洋近岸31.3米每秒喷气飞机、高速汽车）。

海啸速度公式：d为海洋深度
海啸成因分类：地震海啸（占大部分）、火山海啸、滑坡海啸
海啸距离分类：远洋海啸、近海海啸
海啸集中在环太平洋地区与地中海地区，日本受灾严重。

中国不易发生海啸：处于平缓宽广大陆架上，海水浅，不利于海啸形成与传播；周边海域少断裂带；周边岛屿多，形成天然防波堤
海啸预报依靠地震波的提前到达，但是地震不一定会带来海啸。

补充内容：卫星干涉侧位移（干涉图样越密，位移越大）
青藏高原在东经91度出现犬牙交错，有分层分页现象。