震相分析基础及测震台站系统维护

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面波是干涉波 当体波入射到薄层后,会发生全反射,并在层内产生 干涉现象,由此而产生面波。 面波的多样性:介质的结构特征(多层、通道….)
面波的能量主要集中在界面附近或薄层内且随着穿透深 度的增加衰减很快,面波频带范围宽、能量强、传播远。
基本理论
勒夫波(LQ )
SH波在自由表面重复反射导致相长干涉(相长干涉振幅变大,相消干 涉振幅变小或为零。)形成勒夫波(只出现在水平分量)。 它需要某种速度随深度曾加而形成的导波,它是水平剪切面波。它 的振幅随深度成指数衰减。其传播速度大于层中横波波速,小于层 下横波波速反频散。
震相分析基础及测震台站系统维护
Contents
1
基本理论
2 3 4
近震震相分析 远震震相分析 爆破的识别
5
测震台站系统维护
基本理论
地震波
波:震动的传播 地震波:由于岩石的突然破裂或人工爆炸引起 的地球内部质点振动,这种振动以应力、应变 交互方式向周围传播。地震震源体激发的弹性 波(应力波)。 波动性:地震波在弹性介质中传播符合弹性波 波动方程。传播时具有如衍射等波动性。 粒子性:粒子能量携带,反射、折射…。
震相(浅意):地震波触及不同介质发生转换 (反 射、折射、绕射、衍射等)显示在地震记录图上的信号 (signal)。
基本理论
震相要素:相位、振幅和周期; 体现地震波记录全貌的震相特征项标志: 到时、初相位(或初动方向,角度)、振幅、 周期(或频率)、波数(一组波列中的振动次 数)、波列形态(脉冲或缓起)、记录持续时间 (一组波列的衰减)、干扰和叠加、干涉效应 (相长干涉和相消干涉)等。 以上是定量描述地震波的基本要素。只有在这时, 我们方能说“看到了”地震波,这是一个可以利 用的地震波。 各种地震波均有自己的震相。地震波是无数震相 的聚合(convergece)。研究地震波是通过分辨、 解释震相名称和读取震相读数实现的。
波,在 70km~90km 范围内的反射波能量最强,这
是由于波在莫霍界面发生全反射造成的。记录图
上的P11,S11远大于PG,SG。
近震震相分析
3 、 120km<△<500km ,随着震中距的增大,首
波将作为第一震相到达,此段内波到达的顺序为
PN , PG , P11 , SN , SG , S11 。 PG 的 周 期 为 0.1s~1s , SG 的 周 期 为 0.5s~2s , PN 的 周 期 为 0.5s~3s,SN的周期为2s~5s。PG,SG的周期略大 于P11,S11。随着震中距的增大,反射波的能量
长。远震的振动持续时间为几分钟至 1.5 小时,
极远震的振动持续时间为 1.5 小时到几个小时。
浅源远震、极远震的面波及其发育,主要为勒夫
波和瑞利波。
远震震相分析
远震记录特征 远震初至震相为地幔折射波P,远震记录到
的波包括地幔折射波、地表反射波及转换波、
核面反射波及转换波、地核穿透波和面波等。
远震震相分析 极远震记录特征 极远震没有地幔折射波。其初到波分别 为衍射波、内核穿透波和外核穿透波等。 极远震的震相也较为丰富,常识别的主要 震 相 有 Pdif 、 PKIKP 、 PKP1 、 PKP2 、 PP 、 PPP 、 PKS 、 SS 、 SSS 、 SKS 、 SKKS 、 S3KS 等。
由于破裂的不同取向,以及地壳的各向异性, Pn和Pg、Pn和Pn有显著不同
近震震相分析
震中距和深度对首波的制约
浅源地震△≤400km APn﹤APg( ASn﹤ASg ) △﹥400km →1000km,APn→﹥APg ( ASn →﹥ ASg ) △﹥600km (浅源,有些地区要△﹥800km ) Pn,Sn成 为主要震相,其后有发育较好的面波。 原因 1、直达波在各项异性地壳中传播衰减快 2、P,S生成“侵入”震相损失了P和S,而加强了Pn和Sn。 “侵入”震相:P和S波在M界面临界折射角附近折射,侵入 上地幔,却以莫霍面速度(8km/秒)在上地幔中传播, “侵入”震相周期大于Pn周期,随着震级增大还会产生 长周期波。
基本理论
横波:(剪切波)(S)不需体积改变,纯粹剪切, 震 源 体 形 变 产 物 。 线 性 偏 振 。
基本理论 周期:震源尺度 振幅比(N:E):断层走向 横波振幅与纵波振幅的比值反映台站位置相对 主压应力轴的角度
横波更多反映震源的几何情况
基本理论 面波:波动方程在自由表面解,其解称为面波
近震震相分析
近震震相分析 近震是指震中距小于1000km的地震。近震范 围的地震波有直达波、反射波和首波。不同 震中距地震记录的特征不相同。
近震震相分析
上地壳震源模型近震
近震震相分析
下地壳震源模型近震
近震震相分析
近地壳上地幔近震地震波
近震震相分析
地震波在大陆地壳(a)和海洋地壳(b)中传播的理论。 F=震源,U=接受器,OO=地面,CC=康拉德不连续面, MM=莫霍洛维奇不连续面。
地震波深度特征
浅源地震 h<60km P,S,R幅度按一定比例由小到大
中源地震
深源地震
60km≤h≤300km
h>300km
面波幅度逐渐接近S波幅度 面波幅度由接近S波幅度,愈来愈小于S波幅度, P,S波幅度差变小,周期差变小。
基本理论
体波(P,S): 在地球内部传播的地震波称为地震体波。 体波:波动方程的无限大空间解。 体波:可以认为是“自由波”,它可以在地球内部任意而 自由传播。 速度:由介质决定,周期(T)和波长(λ )不确定,但
普及的数字记录,同时遵循这种分解合成的过程。
基本理论
地震波与震相的同异:
相同:运动学特征及动力学特征实质是相同的(走时、 周期、振幅、相位…);
不同:两者的直接表述不同:地震波用波速及能量;震 相用“到时”(或走时)及相对于周期(或频率)的振 幅; 地震波用波动方程来描述,震相用走时方程描述;
基本理论
地震波与震相的三分向表述:
地震波的定量特性必须通过地震仪 3 个分向
的记录。地震波在三分向记录上显示地震动
(vibration)位移矢量或速度、加速度。通过地 震仪 3 个分向分解为 3 个位移分量或速度、加速度 分量,方能进行数学处理,然后合成得结果。这 种分解记录在可见的未来还不会变更。现已逐渐
瑞利波(R):面波,椭圆偏振,正频散,次生波,自由表面 。 水平速度正频散;
波动和粒子二重性。
基本理论
与地壳相关的地震波:
Pg,Sg:震源在花岗岩层的直达纵波、横 波 ; Pb(P*) , Sb(S*) :在康拉德界面( C 界面)绕射的纵波、 横波,; Pmp(P11) , SmS(S11) :在莫霍界面( M 界面)反射的纵 波、横波; Pn , Sn :在莫霍界面( M 界面)绕射的纵波、横波及 “侵入”地震波: ( P 和 S 波在 M 界面临界折射角附近折射,侵入上地幔,却 以以下莫霍面速度(8km/秒)在上地幔中传播。
是在同一介质内λ /T≡a
T:不影响速度——几乎没有频散
λ :影响周期(相互影响)
基本理论 纵波:(压缩波)(P),震源体体积和体形状同时 变化的产物。线性偏振。
基本理论
P初动解: 震源机制解 断层面 主压应力 P持续时间: 破裂过程 持续时间 破裂速度
纵波更多反映震源的力学过程
近震震相分析
1、△<60km,通常记录到的地震波只有直达波 PG、SG,由于震中距很小,波的周期很小,通常
PG 的 周 期 约 为 0.05s~0.2s , SG 的 周 期 为
0.1s~0.5s,记录的时间较短,通常不到1min。
近震震相分析
2 、 60km<△<120km , 通 常 能 记 录 到 PG , SG , P11,S11:当震中距在60km~120km时会出现反射
在一定距离的走时是个速度问题,振幅相对于周期是个 能量问题,但其用词必须分清楚。把地震波描述得再精 细,终究是抽象概念。而震相是个活生生的现实。
基本理论
地震波小结
压缩波( P ):体波,振动与传播方向一致,体积和形状(剪 切)都变化,线性偏振,原生波,自由波。没有频散,有散射, 更多体现地震物理过程的力学性质; 剪切波( S ):体波,振动与传播方向垂直,纯粹剪切,线性 偏振,原生波,自由波。没有频散,有散射,更多体现震源体 的几何性质; 勒夫波( L ):水平剪切波面波,频散,次生波,层状界面。 水平速度负频散;
沿介质表面或层面传播的地震波称为地震面波; 面波不是震源体直接产生的波; 面波局限于某些表面或层位传播,是“不自由” 的“受限制”的; 面波受体波相干、叠加控制; 体波周期和速度与面波的周期、速度没有直接关 系,面波速度依赖于其自身周期——频散。
基本理论 面波反映震源深度和介质分层结构
开始减弱,300km以后,反射波开始不易识别。
近震震相分析
4、500km~1000km:震中距大于500km以后,主要震相 为Pn、Pg、πg、Sn、Sg、Lg1、Lg2.这段的特点为短 周期面波逐渐发育,振幅大,占据记录图的主体位置;
所有震相的周期都明显增大,各波的频率特征展示得
很好。
近震震相分析
远震震相分析
地震波在不同层面的透射反射
远震震相分析
地震波与震相命名小结
纵波以P表示;横波以S表示; 花岗岩中传播的波以“g”示,例:Pg,Sg; 玄武岩中传播的波以“*”或b示, 例:P*,Pb, S*Sb; 上地壳花岗岩层认为是单一介质所以Pg,Sg称为直达波; 源于地幔的地震波为折射波用单一大写字母表示,例: P , S(将P,S称为远震直达波是不严谨的。); 透过外核以K 表示,例 PKP, SKS,既 P ,( S )波入射外核, 透过仍为P(S); 透过内核以I表示,例PKIKP,既P波透过外核(K),进入 内核并透过( I ),再透过外核( K )进入地幔( P )直到 被仪器记录的地震波( PKIKP )。外核为液态所以没有透 过外核的S波。
远震震相分析
Βιβλιοθήκη Baidu

震中距大于10°的地震称为远震,震中距大于 105°的地震称为极远震。当震中距105°时,记录
到地幔折射波与核幔分界面(古登堡面)相切的P、
S波,这是地幔折射波的最后1条射线,以后,地幔
折射波消失,取而代之的是衍射波、地核穿透波等。
远震震相分析
远震震相分析
通常波的传播路程越长、振动持续时间也越
基本理论
地震波分析的意义:
1、迄今为止地震学特别是微观地震学的一切成就几乎都是震波分析 或震相解释的结果,没有震波分析(震相解释)就没有近代地震学; 2、地震观测的核心是震相解释; 3、地震波是透视地球的CT,震相解释是发现地球结构和结构变化的定 量显示(分层结构、核、幔区域结构….); 4、近震震相是隐伏断层和地壳构造乃至地幔结构的珍视器; 5、震相力学(动力学和运动学)的解释是具有物理意义的地震预报 理论,也是最有效方法; 6、震相解释是灾害预警和防御的有效方法; 7、震相解释还是勘探、考古、刑侦等诸多领域和学科的重要分支和 手段。
基本理论
频散:水平速度对频率的依赖性 面波:波长越长,越容易到达地球深部,水平 速度越高,形成正频散。 面波能量随深度衰减:正比于1/r 体波:没有或仅有可忽略的小频散。其更多表 现为“陡变”或短时子波 体波能量随深度衰减:正比于1/r2
基本理论
震相:具有不同振动性质的地震波(如纵波和横波) 及不同传播路径的地震波(如直达波和反射波)特性在地 震仪频率特性和传播介质(区域场)的双重制约之下出现 在地震记录图上有意义的点位和特定时域的“线域”(符 号)。 这种地震波在地震图上的特定的标志称为震相。 就传播方式讲:体波震相、面波震相; 就路径来讲:有折射、反射和衍射震相; 就震中距来讲:有远震震相,近震震相; 就震源深度来讲:有浅震震相、深震震相等区分。
水平传播的LQ引起的位移。振幅随深度强衰减
基本理论
瑞利波(LR) 源于沿半空间非均匀表面传播的 P波和SV耦合。可存在于任何自 由表面。椭圆偏振。它的振幅随深度成指数衰减,它的运动轨迹 是逆进椭圆,其短轴方向和波的前进方向一致,长轴则垂直于地 面。略小于同一层中的横波速度。
水平传播的LR引起的位移。振幅随深度强衰减
基本理论
地震波时距特征
地方震(0~130,150km) 近震(区域震)(0°~10°) △≤10°, 1.2°≤ △ ≤2.0°, △≥ 5.0° 远震(10°~100°,105°) 难点△ ≤ 20°, △= 85° 极远震(100°~180°)(难点100°~145°)
基本理论
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