地震概论知识点串讲课件.pptx

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1、地震概论知识点串讲,地震概论知识点串讲,研究范围的三个方面：一、宏观地震学；二、地震波的传播理论；三、测震学。主要研究具体的八个方面 ：一、基本烈度的制定及地震区划烈度值。二、地震波传播理论的研究；三、地壳和地球内部物理的研究；四、震源物理的研究；五、地震资料的分析和处理方法的研究；六、地震观测系统的布局及新型地震仪器的研制；七、地震预报工作的综合研究；八、模型试验的研究 。,一、地震学基本概念,一、地震学基本概念,地震波：发生于震源并在地球表面和内部传播的弹性波称为地震波。震源、震中、震源深度、震中。烈度：按一定的宏观标准，表示地震对地面影响和破坏程序的一种量度。按烈度值的大小排列成表，称为

2、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。用字母M表示。 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。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。,地震学基本概念,地震波：发生于震源并在地球表面和内部传播的弹性波称为地震波。,地震是一种自的然现象。全球每年发生500万次地震，人们可以感觉仅占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12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

3、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。,二、地震基本数据,地震是一种自的然现象。全球每年发生500万次地震，,按成因分：1）构造地震；2）火山地震；3）陷落地震。按震源深度分：1）浅源地震；2）中源地震；3）深源地震；按震中距分：1）地方震；2）近震；3）远震。按震级分：1）弱震：M3的地震。2）有感地震：3M4.5的地震。3）中强震：4.5M6的地震。4）强震：M的地震。其中M8的地震又称为巨大地震。,天然地震的分类,按成因分：1）构造地震；2）

4、火山地震；3）陷落地震。天然地震,一、 波的性质简述二、 地震波三、 地震波的类型四、 地震波的波序,第二章 地震波,一、 波的性质简述第二章 地震波, 机械波是机械振动在介质中的传播过程。有两个产生的条件：一是产生机械振动的振源，即波源；二是传播机械振动的介质，即弹性介质。,一、波的性质简述, 根据质点振动方向和波传播方向的关系分为两类：平行的称为纵波，垂直的称为横波。固体能传播横波或纵波，液体、气体只能传播纵波。, 可以用波阵面、波前、波线等概念来描述波的传播，用波长、周期、频率等概念来描述波的特征。, 机械波是机械振动在介质中的传播过程。有两个产生的条件：一,二、地震波, 地震波是一种由

5、地震震源发出在地球内部传播的波。从地震波的走时,频率和振幅特性或频散性质,可以确定地球内部的波速和深度的关系。, 地球介质通常可以认为是均匀和连续的且一般可视为完全弹性体。, 岩石的弹性性质可用某些弹性常量来描述，主要有杨氏模量(E)、泊松比()、体变模量(K)和切变模量()这四个弹性常数。,二、地震波 地震波是一种由地震震源发出在地球内部传播的波。, 在没有外力作用时,弹性介质的位移场应满足 方程, 从方程可解出，在无限的、均匀的、连续的和各向同性的介质中，距离震动源足够远时，可以产生纵波和横波两种不同类型的波。, 纵波速度比横波大（一般为： ）,而且在地震记录上首先到达，所以纵波也称为 P

6、 波(Primary wave),横波也称为S波(Secondary wave), 在没有外力作用时,弹性介质的位移场应满足 从方程可解出,三、地震波的类型, 地震波的类型包括体波、面波、地球自由振荡和脉动。, 体波是指可以在地球内部三维空间中向任何方向传播的波，包括P波和S波。S波又可以分解成SH波和SV波两个位移分量，前者平行于界面，后者在入射线和界面法线构成平面(入射面)上。, 面波出现于半无限、各向同性的均匀弹性介质或成层介质中，是指沿地球表面传播的波,在与界面相垂直的方向上,波动的振幅急剧衰减，包括瑞利波和洛夫波。,三、地震波的类型 地震波的类型包括体波、面波、地球自由振荡, 地球的

7、自由振荡：机械系统受外力失去平衡状态，而外力撤去后系统产生的振动即自由振荡。地震可使地球产生自由振荡，分为球型振荡（S振型）和扭转型振荡或环型振荡（T振型），自由振荡是驻波，周期长于体波和面波，周期影响因素有地球自转和横向非均匀性。, 脉动或背景噪声是指地球固体地壳的微小的弹性波运动。过去一般认为这些脉动或背景噪声无用且影响地震信号，但是最近的研究表明，这种脉动或背景噪声也从某种程度上反映了地球内部构造的信息。, 地球的自由振荡：机械系统受外力失去平衡状态，而外力撤去后, 不同类型地震波传播速度不同，到达时间也不同，从而形成一组序列，它解释了地震时地面开始摇晃后我们经历的感觉*。, 一般波序：

8、P波、S波、勒夫面波、瑞利面波、地震尾波,四、地震波的波序,*摘自课本P24, 不同类型地震波传播速度不同，到达时间也不同，从而形成一,地震波：与岩石弹性有关的地下传播的震动。地震波振幅与时间的关系：A=A0e-yt 和A=A0e-at假设地球介质是各项同性的完全弹性体。震中距：震源在地表垂直投影（震中）到观测台的距离。震中距单位：千米或度震中距度震中距（度）=【震中距（千米）*180】/（地球半径*)1度=110千米,第三章 地震波传播理论,地震波：与岩石弹性有关的地下传播的震动。第三章 地震波传播理,研究问题的尺度远大于地震波波长的情况下，将地震波的波动问题当成与几何光学问题相似的地震射线

9、问题来研究。地震射线（能量束高斯分布）学是波动地震学在波长很短时的近似，根据Fermat原理（即当一个震动由介质中一点传播到另一点时，它所经过的途径是使其传播时间为一稳定值）推演出来地震波传播路径为走时（travel-time）最小的路径（前提为高频波动）：推出Snell定律，也可以推出当介质分层，射线从低速向高速入射时，可能存在侧面波（首播）,理论,研究问题的尺度远大于地震波波长的情况下，将地震波的波动问题当,上下介质性质、状态迥然不同。如地壳与地幔、地幔与地核（固体-固液之间-液态）。地震波速度阶梯状跳跃上下介质状态相同，性质变化显著。如地幔中的细层之间的分界面。地震波速度有显著变化同一层

10、，根据假设，推出地震波速度也随深度的增加而增加。但有两种特殊情形：一种是速度随深度增加而减小(称为低速层),另一种是随着深度增加速度异常增加(称为高速层)。,地球介质,上下介质性质、状态迥然不同。如地壳与地幔、地幔与地核（固体-,近震时，地震波入射至界面上时，会发生折射，反射和波形转换。P,SV波会产生转换波，SH波不会，P-SV，SV-P。因为他们不是水平面内振动远震时，考虑曲率，snell定律有。,地震波的折射反射转换,近震时，地震波入射至界面上时，会发生折射，反射和波形转换。P,P，S纵波横波；c在地核界面反射，i表示在内核界面的反射；K通过外核的纵波；P表示PKP；I内核的P波，J内核

11、的S波；p，s表示由震源向上传播的射线P：在震中距为100度的范围内，P将作为地震记录的第一个震相清晰地显示出来。一超过103度，其振幅就变小，这是因为进入地核的阴影区所致。当看到弱小的波时，一般认为那是在核幔边界上由于衍射而产生的，这类似于莫霍面衍射的Pn波。S：在震中距最大为100度的范围内，S往往以比P还大的振幅在地震记录上显示出来。超过100度时，虽然开始进入了地核隐区。PP、SS（地面反射波）：这两个震相在震中距超过20度是就开始与P或S分离。pP、sS：当发生深震时，在30-100度附近，在P、S之后可以清晰的显示出来。pP和P的到时差，以及sS和S的到时差，往往随着震源深度不同而

12、差别很大，因此对确定震源深度非常有用。PcP、ScS、pPcP、sScS（外核反射波）：PcP、ScS或者是PcS、ScP常在震中距在30-40度左右显示出来,各种震相,P，S纵波横波；c在地核界面反射，i表示在内核界面的反射；K,地震走时表，即地震波在不同震中距上传播的时间表，是根据地震图中各种震相来编制的，是分析地震图，识别不同震相的主要依据。P，S和其他一些体波走时曲线斜率随震中距增大减少，说明地震波的速度随深度增加而增加。瑞利波和洛夫波走时曲线为直线，说明速度恒定，从上面可以看出，这些波是且只能是沿表面层传播。S-P走时差依赖距离比较多；pP-P走时差依赖于深度。因此可以获得震源深度和

13、震中距。,地震走时表,地震走时表，即地震波在不同震中距上传播的时间表，是根据地震图,第四章 地球内部的结构,第一节 地球内部结构的发现第二节 地球内部的圈层结构第三节 反演问题,第四章 地球内部的结构 第一节 地球内部结构的发现,二、地壳的探究1. 一个误区过去人们普遍认为地球内部是液体,地壳是表面凝固着一层硬壳。现代地震学观测表明地球内部大多数深度的介质一般比钢还硬，地壳下面并不软。,第一节 地球内部结构的发现一、探索的历史,二、地壳的探究第一节 地球内部结构的发现一、探索的历,2.地壳底部的发现1909年: 莫霍面(M界面)的发现 (莫霍洛维奇) M界面为不连续面，将地壳与地幔分开大陆 3

14、5km；海洋 5-8km3. 大洋和大陆地壳的区别地震观测表明，大洋和大陆下面的地壳的厚度不同。纯路径面波 加利福尼亚，南太平洋地震；瑞典，喜马拉雅地震,2.地壳底部的发现,1906年：外核的发现（英，奥尔德姆）1914年:古登堡面的发现(德，古登堡) 1914年首次估计出地核深度为2900km在核幔界面处，P波速度从13.72 km/s下降为8.06 km/s；S波速度从7.26 km/s下降为0。速度的突然变化说明地核的物质组成和状态与地幔不同。S波是横波，横波只能在固体中传播,四、地球液体核的发现,1906年：外核的发现（英，奥尔德姆）四、地球液体核的发现,丹麦地震学家英格莱曼（Inge

15、 Lehmann）于1936年首次发表证据说，在外核之内有一月亮大小的内核1936年：内核的发现(英格莱曼),五、地球内核的发现,丹麦地震学家英格莱曼（Inge Lehmann）于1936,根据地震波速度的不同,地球可分为地壳、上下地幔和内外地核等几个大构造单元。以下过渡层,是十分明显的。 （1）壳幔界面莫霍面(M面)（2）幔核界面古登堡面(G面)（3）内外核分界面（L面）（4）上下地幔的过渡层 布伦的地球分层模型（P50）,第二节 地球内部的圈层结构,根据地震波速度的不同,地球可分为地壳、上下地幔和内外地核等几,正演问题：提出地球的初始假定模型，并假定可能的地震波速度，去预测理论走时。反演问

16、题：先用观测走时给出距离，并由此推导出速度分布以及地质构造。典型例子：对地震断裂源的研究,第三节 反演问题,正演问题：提出地球的初始假定模型，并假定可能的地震波速度，去,主要概念,断层：静态定义：上盘，下盘，走向 动态定义：断层分类，正断层，逆断层，左旋断层，右旋断层断层的形成原因（两个主要力：水平挤压力与重力）弹性回跳原理（最大静摩擦与滑动摩擦，运动趋势，与最终滑动，这里的滑动是以波的形式体现，所有近场效应都有波的表现）,第五章 断层，震源机制解与板块构造,主要概念断层：静态定义：上盘，下盘，走向第五章 断层，震源,主要概念,地震与应变能的释放地震发生时，大部分应变能转化为热能（克服摩擦力而

17、消耗掉了），只有百分之几的应变能转化为地震波。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 ,主要概念地震与应变能的释放,主要概念,震源机制解（初动：定义为相对震源径向运动）远离震源为黑色，靠近震源为白色压缩与舒张是从应力角度看的。从密度角度看，黑色部分密度变小，白色部分密度变大,主要概念震源机制解（初动：定义为相对震源径向运动）远离震源为,主要概念,空间球与空间断面,主要概念空间球与空间断面,辅助识别：正断层 与重力一起作用，断面较陡。 冲断层 与重力相反，断面较缓走滑断层辅助识别：,主要概念,辅助识别：正断层 与重力一起作用，断面较陡。主要概念板块,大陆漂移（现象上合理，

18、动力原因未解释清楚）海底扩张（洋中脊与海沟）板块构造： 1地球结构（地壳，地幔，地核，外部冷而坚硬，上地幔软流层熔融，外核呈液态） 2七大板块（印度-澳大利亚板块，太平洋板块，北美板块，南美板块，欧亚板块，非洲板块，南极板块）注意还有小板块,板块构造学说,大陆漂移（现象上合理，动力原因未解释清楚）板块构造学说,三种边界 扩散边界 正断层 汇聚边界 逆断层 走滑边界 走滑断层三种边界的例子地幔热柱地震分类,主要概念,三种边界 扩散边界 正断层 汇聚边界 逆断层 走滑边界,1.应力,应变（体应变，切向应变）（弹性，脆性破裂，流动）2.应变能（弹性能）3.板块构造学说的历史发展与学说的支持证据,辅助

19、概念,1.应力,应变（体应变，切向应变）（弹性，脆性破裂，流动）辅,第六章 地震仪及地震基本参数的测定,地震仪：可以接受地面振动并且以某种方式记录下来的装置（很贵）验震器：只能记录地震波到达时间的仪器6.1 张衡的候风地动仪,第六章 地震仪及地震基本参数的测定地震仪：可以接受地面振,6.2 现代地震仪18世纪 早期欧洲1880至1890 第一架具有科学意义而且较为实用的地震仪现代地震仪 惯性原理拾震器、放大器（换能器）、记录系统三个部分组成常见的地震仪。,6.2 现代地震仪,6.3 地震台与地震观测台网地震台是指利用各种地震仪器进行地震观测的观测点，是开展地震观测和研究的几层机构，米尔恩 全球

20、第一个地震台网鹫峰地震台(现在的北京国家地球观象台)是我国自建的最早的地震台各级地震台、站所构成的网络为地震台网络。分类方法有按控制震级的大小分（微、强震台网）、按监视范围分（国家、区域地震台网）、按台站一起设置分（长短周期地震台网（为了记录不同震级和距离的地震）、按信息记录方式分（模拟、数字地震台网）。,6.3 地震台与地震观测台网,6.4 地震定位三角测量法（利用P、S波传播的速度不同），估算深度需要第四个测量数据。为了确保精度，地震台要合理的均匀分布震中定位的精度大约为10千米，震源深度的精度更差，大约为20千米。,6.4 地震定位,6.5 震级测定震级表示地震大小的等级，依据释放能量多

21、少。世界上常用“里氏震级” （查尔斯克里特）标准区分地震震级。 它的精确定义为最大地震波振幅以10为底的对数。里氏震级的计算对一个100千米外的地震，如果伍德-安德森地震仪记录到1厘米的峰值波振幅（即1毫米的104倍）,则震级为4。 震级本身没有任何上下限,6.5 震级测定,地震台常用的震级已经包括3种新的震级，标为MS、mb和Mw。这三种都属于里氏震级系统。 MS，地震学家们选择周期近20秒的面波的最大振幅计算震级。（远浅震）mb，它是根据P波的大小确定地震的震级。所有的地震都可以清楚地读到P波的初始，因此用P波震级mb有很大优点。（深、浅、远距离地震） Mw，地震的矩震级，地震矩能够简单地

22、从在野外测量的地面破裂的长度和从余震深度推断的破裂深度估算出来。地震矩可以描述从最小到最大的地震震级变化。（更具有物理意义）震级的测定精度在0.3左右。,地震台常用的震级已经包括3种新的震级，标为MS、mb和Mw。,1975年辽宁海城7.3级地震成功预报。地震预测 精度低 基于地震重复返回周期分析 地震预报 三要素：时间，地点，强度 方法：地质、统计、前兆 依赖于地震前兆信息 可靠的地震预报方法必须具有可重复性，适用于任何破坏性地震,第七章 地震预报,1975年辽宁海城7.3级地震成功预报。第七章 地震预报,地质方法注意剪切应力表现最大的地区。由于地质的时间尺度太大，所以，关于时间的预报，地质

23、方法必须和其他方法配合使用。 统计方法统计方法的可靠程度决定于资料的多寡，因而在资料太少的时候，它的意义并不大。我国地震资料丰富。前兆方法所有的地震预报方法，最后总是要归结为求得地震发生的某种前兆；寻找地震前兆是地震预报的核心问题；地震是必然会有前兆的，问题是如何识别和如何观测它们。,地质方法,地震预报所面临的主要困难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。,地震概论知识点串讲,地震预报的发布 地震预报一般由省、自治区级人民政府发布。情况紧急时，可由市、县人民政府发布48小时内的临震警报，并同时向上级部门报告。其它任何单位和个人都无权发布地震预报消

24、息。 应震措施（详见PPT）问题：吉林省松原市会不会有灾害性地震 答：根据地震概论赵老师讲的内容，发生大地震的可能性较小（微乎其微）从构造上讲，该区域应力活动特别弱从前兆上讲，虽然该地区的确有异常，但并没有大地震到来前的异常，是震后效应，不是大地震的充分条件从统计数据上讲，该地区以前从没有发生过大地震,地震预报的发布,震级与烈度震级M M=logA，能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。 微震（M5），强烈地震（M7），特大地震（M8）由于震源深浅、震中距大小等不同，地震造成的破坏也不同。 地震能量 lgE=11.8+1.5M,第八章 宏观地震学,

25、震级与烈度第八章 宏观地震学,烈度：一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度（seismic intensity），简称为烈度，用I表示。地震基本烈度：是指未来50年内在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。相当于475年一遇的最大地震的烈度烈度表（我国采用十二度表）设防烈度：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计,地震概论知识点串讲,决定任何场点地面震动的强度的因素有3个： 震源机制； 震源与该场点之间岩石的不均匀性和结构变化； 该场点的土壤和其他地质条件。,决定任何场点地面震动的强度的因素有3个：,地震的破坏 地震波 横波：周期长，波速慢，振幅大。 纵波：周

26、期短，波速快，振幅小。 面波比体波衰减慢，周期长，振幅大，传播远。 建筑物破坏主要由面波造成。 波序：杂波-P波-S波-勒夫面波-瑞利面波。 分类：直接、次生,地震概论知识点串讲,石油勘探主要有三大类方法：1：地质法（浅层）。2：地球物理方法（间接法，范围深，效率精度高，应用广，占97%）。3：钻探法（可信度高，成本高）。,地震勘探3个环节：野外采集，室内资料处理，地震资料的解释。由于反射地震波的信号比较强，因此多数是使用反射地震学。,第1节 勘探地震学的基础勘探地震学的基础：几何地震学，研究地震波场传播时间和空间之间的关系，即地震学中经常提到的时距关系，用时距曲线或时距曲面表示，以时距规律推

27、断地下构造。一次反射：时距关系，正常时差，多层介质时距关系，倾斜地层时距关系。折射：时距关系，多层模型的时距关系。地震速度的概念:层速度,平均速度(多层)，均方根速度（多层），叠加速度。速度测量常用方法：地震测井法。,第2节 地震资料的野外采集要点：观测系统（核心），震源（炸药与非炸药），检波器（接收）。,第九章 勘探地震学,石油勘探主要有三大类方法：地震勘探3个环节：野外采集，室内资,第3节 地震资料的数据处理1野外地震资料的编辑：观测系统的加载，坏道和初至的剔除，增益的恢复，静校正（应对野外地质情况）。2 去噪处理（提取有效信号）。3 速度分析 。4 叠加和偏离。,第4节 地震资料的解释构

28、造解释，岩性解释。,有关例题：09春：2007年，中国在渤海湾滩海地区发现储量规模达10亿吨的大油田冀东南堡油田，这是40多年来我国石油勘探又一个最激动人心的发现。这次勘探所采用的方法是（ ）。A、重力勘探方法 B、磁法勘探 C、电法勘探 D、地震勘探,第3节 地震资料的数据处理第4节 地震资料的解释有关例题：,第1节：海啸的形成 海底地震发生时断层两侧的板块如果产生垂直方向的相对位移引起。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。 产生海啸需要三个条件：地震要发生在深海区，地震震级要大和具备开阔并逐渐变浅的海岸条件。 太平洋海啸预警中心发布海啸警报的必要条件是：海底地震的震源深度

29、小于60km，同时地震的震级需要大于7.8级。,第十章 海啸,第1节：海啸的形成第十章 海啸,第2节 海啸的特点海啸具有长波长，能量大和传播速度快三个特点。注意两个公式：海水的波动公式，浅水波传播速度。,第3节 海啸的分类按成因分：地震海啸（下降型，隆起型）、火山海啸和滑坡海啸。按源区与受灾区相对距离分类：近海海啸和远洋海啸。全球海啸发生区的分布基本上与地震带的分布一致,中国的海啸灾害中国沿海地区发生地震海啸的可能性很小。 中国的海域大都是浅水大陆架地带。向外延伸远，海底地形平缓而开阔。中国辽阔的近海海域内众多岛屿构成了一个环绕大陆的弧形圈，形成一道海上屏障。在中国近海外侧又有日本九洲、琉球群岛，以及菲律宾诸岛拱卫，又构成另一道天然的防波堤，抵御着外海海啸波的猛烈冲击。,第2节 海啸的特点第3节 海啸的分类中国的海啸灾害,例题：09春：深海中轮船遇上大海啸是很危险的。 （ ）（海啸波长很长，波峰只有半米，因此在海洋中轮船遇到海啸是没事的）样题：海啸来时逃跑的方向是（ ） 。A、沿着海岸线 B.沿着小路 C.沿着梯度最大的方向 D.沿着平坦好走的方向样题：小地震一般不会生成海啸，同时非常大的地震也可能不产生海啸。（ ）样题：由于海啸是由地震引起，同时，海啸传播比地震慢很多，所以海啸预报要比地震预报准确得多。（ ）,例题：,