第一章_地震学PPTPPT资料74页
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产生地震波的条件
在介质内部或表面，由应力、应变产生的扰动，叫做 应力波。由人工或天然震源在地下或地表引起的应力 波，叫做地震波。
• 地震学中，应力在岩层中释放（如炸药在岩层中激发 等）,使岩层质点发生振动，振动通过岩层传播出去形 成地震波。
• 产生地震波必须具备1）. 弹性介质；
•
2）. 要有开始震动的震源存在。
⑤ 泊松比 ，表示物体横向应变与纵向应变的比
例常数，故亦称横向变形系数。
杨氏模量
F
E S L L
体积模量
P
k V V
Fra Baidu bibliotek
切变模量
F
G S
泊松比
d
d L L
拉梅常数 1＋1E－2
• 将牛顿第二定律应用上述变形杆（单位面积）力学模型，对于微 元dx，得到：
FX Fdx－Fdx2tu2
F
E S L L
• 此外，在激发地震波的同时，还产生面波和声 波。 A. 纵波(P波) 当弹性介质中(如岩层)某一部分受到外力作用 发生体积形变时，由于体变和法向弹力的相互 作用，使质点成层的发生振动，这种振动表现 为各质点层面间的膨胀与压缩，并使这种振动 沿着整个弹性介质传播出去，形成膨胀与压缩 互相交替着的纵波，质点的振动方向与波的传 播方向—致，这是纵波的特点。
地震震源作用给地球介质的岩层施加外力，使之发生变 形。变形形式取决于一系列因素，其中主要的是震源作 用力的大小和作用时间、岩石的性质、物体所处的外界 环境，如温度、压力等。
一般说来，远离震源处，震源作用力微小、作用时间短 暂，一些特殊岩相（如干沙等）除外，岩石表现为弹性 体。因此，在岩石中产生的机械振动可以看成是弹性介 质中的弹性振动。所以我们说地震波是在地下岩层中传 播的弹性波，这就意味着对实际介质的理想化。
② 物质具有理想的弹性性质，在荷载和卸载时 不发生能量的吸收。
③ 处于应力、应变状态的物体，其应力与应变 成比例关系；弹性理论通常限于讨论均匀各向 同性、完全弹性介质。
对地下介质的简化大致分为以下几种： 1．理想弹性介质与粘弹性介质——物体在
外力作用下，如果外力取消后能够立即完全地 恢复为原来状态的物体称之为理想弹性体。反 之称之为塑性体。经过大量的观测结果的分析， 人们发现地震波在岩层中传播时有吸收作用， 吸收激发脉冲波的某些频率成分，使其能量发 生损耗。因此，实际岩石既有弹性，又表现出 像粘性流体那样的粘性，把这样的物体称为粘 弹性体。
– 在地震勘探中，震源有两种，一种是炸药震源，另一种是非 炸药震源，如可控震源、蒸汽枪、电火花震源等。
– 天然地震中，震源是应力在岩层中释放（如岩层的破裂、塌 陷等构造作用）。
• 虽然震源的激发形式不同，但其目的都是为了引起岩 层质点的振动，激发出较强的地震波。
数字地震仪
地震波是在地球介质中传播的机械振动
•
B． 横波(S波)
• 当弹性介质中某一部分受到外力作用发生切变时，由 于切变和切向弹力的互相作用，使质点成层的发生振 动，这种振动表现为各质点层面间来回的滑动，并使 这种振动沿整个弹性介质传播出去。横波的特点是质 点的振动方向和波传播的方向垂直，而且只在弹性固 体中传播。
建立波动方程的主要步骤
1．应力和应变分析—得到6个几何方程,描述了弹性体在应 变状态下质点位移与应变分量间的相互关系。 2．建立应力与应变的关系—利用虎克定律得到6个物理方 程,描述了理想弹性介质中应力与应变间的线性关系。 3．建立弹性体的运动平衡方程式—描述了单元体在外力作 用下的运动平衡关系。 4．建立波动方程—采用位移法,即先消去应力和应变分量, 以位移分量为基本未知函数,求出位移分量后,再求应力和应 变分量。
F X
2u t 2
x2u2 c12
2tu2 ，c＝
E
• 通过 • 1）运动平衡方程 • 2）几何方程 • 3）虎克定律 • 可以得到均匀各向同性完全弹性介质下
的位移-运动方程（Lame(拉梅)方程）
t2u 2( )gr a d 2u F
•
地震波的种类
• 按照弹性形变分为两类，地震波也可以分 为两种基本类型，即纵波和横波。
4．单相介质和双相介质——把建立各种物理模型时只 考虑单一岩相的介质称为单相介质。实际上，许多岩体 往往由两部分组成,即岩体骨架和各种流体或气体充填的 孔隙。由于地震波经过岩石基质和流体孔隙时传播的速 度是不一样的,因此从波速来讲,这种岩体实际上是由两
种岩相组成的,把这种岩体称为双相介质。
三、地震波
通过以上讨论，我们知道在均匀各向同性完全弹 性介质中，应力与应变间的相互关系存在五个独 立的弹性常数，它们是：
① 杨氏模量E，是正应力与正应变的比例系数；
② 切变模量，是切应力与切应变的比例系数； ③ 拉梅系数、 ，反映正应力与正应变的比例系
数的另一种形式；
④ 压缩模量或体变模量K，表示单元体在胀缩应 变状态下，相对体变与周围压力间的比例系数；
2．各向同性介质和各向异性介质 ——凡弹 性性质与空间方向无关的固体都称为各向同性 介质；反之，称为各向异性介质。
3．均匀介质、层状介质和连续介质——根据由弹性性 质定义的地震波传播速度的空间分布规律,可以把固体介 质分为均匀介质和非均匀介质两大类。均匀介质是指在 空间每个点上速度值不随空间坐标而变。反之,速度值是 空间坐标的函数的介质称为非均匀介质。若其介质的性 质表现为成层性,则称之为层状介质。称波速是空间连续 变化函数的介质为连续介质,它是层状介质的极限过程。
地球介质模型
自然界中的物体，根据它们对外力作用的反应，可以划分 为刚体、弹性体和塑性体。 一个物体在外力作用下发生平移或转动，并且可沿着力的 作用方向传递力的作用，称为刚体。 当一个物体受到外力作用，在它的内部质点间发生位置的 相对变化，从而使其形状改变，称为应变。 处于应变状态的物体，为保持其平衡状态，在内部质点间 产生内力作用，称为应力。
• 当外力作用取消后，物体的应力、应变 状态立刻消失，并恢复物体的原有形状， 这类物体称为弹性体。
• 有些物体，当外力作用停止后，物体逐 渐恢复其原有形状，或者不能完全恢复 其原有形状，而保留一定的变形，称为 塑性体，或不完全弹性体。
弹性理论的建立基于以下几个基本假设：
① 构成弹性体的物质应是连续的，充满了弹性 体所占空间而无间断，换言之，要忽略物质的 分子结构和原子结构，从宏观上对介质作研究。
在介质内部或表面，由应力、应变产生的扰动，叫做 应力波。由人工或天然震源在地下或地表引起的应力 波，叫做地震波。
• 地震学中，应力在岩层中释放（如炸药在岩层中激发 等）,使岩层质点发生振动，振动通过岩层传播出去形 成地震波。
• 产生地震波必须具备1）. 弹性介质；
•
2）. 要有开始震动的震源存在。
⑤ 泊松比 ，表示物体横向应变与纵向应变的比
例常数，故亦称横向变形系数。
杨氏模量
F
E S L L
体积模量
P
k V V
Fra Baidu bibliotek
切变模量
F
G S
泊松比
d
d L L
拉梅常数 1＋1E－2
• 将牛顿第二定律应用上述变形杆（单位面积）力学模型，对于微 元dx，得到：
FX Fdx－Fdx2tu2
F
E S L L
• 此外，在激发地震波的同时，还产生面波和声 波。 A. 纵波(P波) 当弹性介质中(如岩层)某一部分受到外力作用 发生体积形变时，由于体变和法向弹力的相互 作用，使质点成层的发生振动，这种振动表现 为各质点层面间的膨胀与压缩，并使这种振动 沿着整个弹性介质传播出去，形成膨胀与压缩 互相交替着的纵波，质点的振动方向与波的传 播方向—致，这是纵波的特点。
地震震源作用给地球介质的岩层施加外力，使之发生变 形。变形形式取决于一系列因素，其中主要的是震源作 用力的大小和作用时间、岩石的性质、物体所处的外界 环境，如温度、压力等。
一般说来，远离震源处，震源作用力微小、作用时间短 暂，一些特殊岩相（如干沙等）除外，岩石表现为弹性 体。因此，在岩石中产生的机械振动可以看成是弹性介 质中的弹性振动。所以我们说地震波是在地下岩层中传 播的弹性波，这就意味着对实际介质的理想化。
② 物质具有理想的弹性性质，在荷载和卸载时 不发生能量的吸收。
③ 处于应力、应变状态的物体，其应力与应变 成比例关系；弹性理论通常限于讨论均匀各向 同性、完全弹性介质。
对地下介质的简化大致分为以下几种： 1．理想弹性介质与粘弹性介质——物体在
外力作用下，如果外力取消后能够立即完全地 恢复为原来状态的物体称之为理想弹性体。反 之称之为塑性体。经过大量的观测结果的分析， 人们发现地震波在岩层中传播时有吸收作用， 吸收激发脉冲波的某些频率成分，使其能量发 生损耗。因此，实际岩石既有弹性，又表现出 像粘性流体那样的粘性，把这样的物体称为粘 弹性体。
– 在地震勘探中，震源有两种，一种是炸药震源，另一种是非 炸药震源，如可控震源、蒸汽枪、电火花震源等。
– 天然地震中，震源是应力在岩层中释放（如岩层的破裂、塌 陷等构造作用）。
• 虽然震源的激发形式不同，但其目的都是为了引起岩 层质点的振动，激发出较强的地震波。
数字地震仪
地震波是在地球介质中传播的机械振动
•
B． 横波(S波)
• 当弹性介质中某一部分受到外力作用发生切变时，由 于切变和切向弹力的互相作用，使质点成层的发生振 动，这种振动表现为各质点层面间来回的滑动，并使 这种振动沿整个弹性介质传播出去。横波的特点是质 点的振动方向和波传播的方向垂直，而且只在弹性固 体中传播。
建立波动方程的主要步骤
1．应力和应变分析—得到6个几何方程,描述了弹性体在应 变状态下质点位移与应变分量间的相互关系。 2．建立应力与应变的关系—利用虎克定律得到6个物理方 程,描述了理想弹性介质中应力与应变间的线性关系。 3．建立弹性体的运动平衡方程式—描述了单元体在外力作 用下的运动平衡关系。 4．建立波动方程—采用位移法,即先消去应力和应变分量, 以位移分量为基本未知函数,求出位移分量后,再求应力和应 变分量。
F X
2u t 2
x2u2 c12
2tu2 ，c＝
E
• 通过 • 1）运动平衡方程 • 2）几何方程 • 3）虎克定律 • 可以得到均匀各向同性完全弹性介质下
的位移-运动方程（Lame(拉梅)方程）
t2u 2( )gr a d 2u F
•
地震波的种类
• 按照弹性形变分为两类，地震波也可以分 为两种基本类型，即纵波和横波。
4．单相介质和双相介质——把建立各种物理模型时只 考虑单一岩相的介质称为单相介质。实际上，许多岩体 往往由两部分组成,即岩体骨架和各种流体或气体充填的 孔隙。由于地震波经过岩石基质和流体孔隙时传播的速 度是不一样的,因此从波速来讲,这种岩体实际上是由两
种岩相组成的,把这种岩体称为双相介质。
三、地震波
通过以上讨论，我们知道在均匀各向同性完全弹 性介质中，应力与应变间的相互关系存在五个独 立的弹性常数，它们是：
① 杨氏模量E，是正应力与正应变的比例系数；
② 切变模量，是切应力与切应变的比例系数； ③ 拉梅系数、 ，反映正应力与正应变的比例系
数的另一种形式；
④ 压缩模量或体变模量K，表示单元体在胀缩应 变状态下，相对体变与周围压力间的比例系数；
2．各向同性介质和各向异性介质 ——凡弹 性性质与空间方向无关的固体都称为各向同性 介质；反之，称为各向异性介质。
3．均匀介质、层状介质和连续介质——根据由弹性性 质定义的地震波传播速度的空间分布规律,可以把固体介 质分为均匀介质和非均匀介质两大类。均匀介质是指在 空间每个点上速度值不随空间坐标而变。反之,速度值是 空间坐标的函数的介质称为非均匀介质。若其介质的性 质表现为成层性,则称之为层状介质。称波速是空间连续 变化函数的介质为连续介质,它是层状介质的极限过程。
地球介质模型
自然界中的物体，根据它们对外力作用的反应，可以划分 为刚体、弹性体和塑性体。 一个物体在外力作用下发生平移或转动，并且可沿着力的 作用方向传递力的作用，称为刚体。 当一个物体受到外力作用，在它的内部质点间发生位置的 相对变化，从而使其形状改变，称为应变。 处于应变状态的物体，为保持其平衡状态，在内部质点间 产生内力作用，称为应力。
• 当外力作用取消后，物体的应力、应变 状态立刻消失，并恢复物体的原有形状， 这类物体称为弹性体。
• 有些物体，当外力作用停止后，物体逐 渐恢复其原有形状，或者不能完全恢复 其原有形状，而保留一定的变形，称为 塑性体，或不完全弹性体。
弹性理论的建立基于以下几个基本假设：
① 构成弹性体的物质应是连续的，充满了弹性 体所占空间而无间断，换言之，要忽略物质的 分子结构和原子结构，从宏观上对介质作研究。