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  第三讲地震波案例_自我管理与提升_求职/职场_实用文档。第二章地震及地震波 Page 1 2018/10/15 2.2 地震波 ? 波的特点 ? 地震波的特点 ? 波形转换 ? 斯奈尔定律 ? 面波的特点 ? 频散现象 ? 地震波序列:震相 pag

  第二章地震及地震波 Page 1 2018/10/15 2.2 地震波 ? 波的特点 ? 地震波的特点 ? 波形转换 ? 斯奈尔定律 ? 面波的特点 ? 频散现象 ? 地震波序列:震相 page2 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 波动 介质质点围绕平 衡位置做往复运动, 一个质点的振动将带 动相邻质点振动,振 动随之向远端传播, 形成了波。波动方程 描述介质各质点在不 同时刻的状态,振动 方程则描述某个(或 某些)质点在不同时 刻的状态。 page3 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 波长λ和周期T 正弦波两个相邻波峰间 的距离称为波长λ, 行进这一 距离所需时间称为周期 T;亦 即质点振动完成一个循回所经 历的时间。 page4 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 频率和圆频率 周期的倒数 f=1/T 称 为频率;单位为赫兹,表示 在单位时间内完成的振动循 环次数。 圆频率 ? ? 2? f page5 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 波速V、视波速C和波数k ? 波速V取决于波动传播介质的力学特性(密 度和弹性模量等)。 ? 观察或测量波动时往往并不 沿着波动的传播方向,这时 观测到的波速称为视波速。 ? 波数k也是常用的描述波动的参数,定义为 2π 长度中所包含的波长λ的个数。 page6 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 波动基本性质 ? 波在传播介质的界面上能产生反射和折射 ? 弹性波叠加时遵守波的叠加原理 ? 两束或两束以上的同频波叠加时能产生干涉现 象;能量汇集形成驻波 ? 弹性波在传播过程中遇到障碍物边缘或孔洞时 将发生弯折现象,称为波的绕射(衍射); ? 某些波具有偏振现象,既传播介质质点的振动 发生在垂直于传播方向的平面内 ? 波在传播过程中会有幅值衰减的现象。 page7 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 波的干涉 page8 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 波的绕射(衍射) page9 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 地震波 ? 地震波 是照亮 地球内 部的一 盏明灯 page10 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 地震波 断层破裂激发地震波,引起地震动。 地震波是地震学和工程地震学研究的基 本现象。主要依据地震波的观测和分析, 人类了解了地球内部构造并确定地震发 生位置和地震震级;基于强地震动的观 测和研究,得以确定工程结构的地震动 输入。 page11 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 地震波传播实例 地震波理论的起源和发展 1821年 纳维(L.Navier)力的平衡方程和振动方程 1828年 泊松(Simeon-Denis Poisson)纵波和横波 1839年 格林(G.Green)应变能函数,弹性波的反 射和折射 1887年 瑞利(L.Rayleigh)弹性面波 1892-1903 洛夫(A.E.H.Love)发展面波理论 1904年 兰姆(b)层状介质中地震波传播的 基本理论。 page13 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 P波和S波 ? P波又称初波,亦称纵波或 胀缩波,其质点运动发生在 沿波动传播方向的直线上。 ? S波又称次波,亦称横波、 剪切波、旋转波或畸变波, 是一种偏振波,其质点运动 发生在垂直于传播方向的平 面内;当质点运动处于水平 面内时,称为SH波,当质 点运动处于竖直面内时,称 为SV波。 ? P波和S波统称体波。P波波 速大于S波波速 page14 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 page15 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 page16 S波的偏振状态 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 体波的反射和折射:波形转换 波形转换:当地震波入射到地球内某一岩石界面时,例 如P波以某个角度斜入射向界面时,它不但产生反射的P波 和折射的P波,还要产生反射的SV波和折射的SV波,因为 界面岩石不仅受挤压,还受剪切。波传播至界面处产生的 波型变化,称为波型转换。 page17 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 体波的反射和折射 斯奈尔定律 vsv1 vsv2 ? ? ? ? sin ? sin ? sin ? sin ? ? sin ? ? page18 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 v p1 v p1 v p2 已知:Sv波入射角a=30 求:P波的折射角b1 Sv波的临界入射角 解:4/Sin30=5/Sin(b1) b1=38.7 临界角a1(P波折射角为90) 4/Sin(a1)=5/Sin90 a1=53.1 临界角a2(P波反射角为90) 4/Sin(a2)=6/Sin90 a2=41.8 作业:求P波反射角c1和Sv波折射角b page19 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 界面波 波动入射至界面,还会发生更复杂的 转换现象。例如,当折射波或反射波的波 速大于入射波波速时,折射角或反射角将 大于入射角,90°的折射角或反射角对应 的入射角称为临界入射角。当入射角大于 临界入射角时,将生成沿界面传播的能量 集中于界面附近的非均匀平面波,称为界 面波,地震学和地震工程学中称其为面波。 地震面波有瑞利波、拉夫波和斯通利波三 种。 page20 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 瑞利波 瑞利波是P波与SV 波干涉的结果,金沙线路检测网址理论上 是沿着半无限弹性介质 自由表面传播的波。瑞 利波在距震源较远处被 观测到,其破坏力比纵 波和横波大得多;具有 低速,低频和强振幅; 俗称地滚波。沿深度增 加迅速衰减,波速略小 于同介质中的S波。 page21 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 勒夫波和斯通利波 勒夫波是在水平成层介质界面上产生的SH 型面波,勒夫波能量主要集中于界面上的覆盖层 中,在下卧岩层中随深度增加而迅速衰减。该波 沿水平方向传播,波速介于上下层的S波速之间。 传播勒夫波的介质质点在水平面内垂直于传播方 向振动,因振幅很大而具破坏性,俗称蛇形波。 斯通利波是在水平成层介质界面上产生的 P-SV型面波,上下层介质波速相当接近是产生 斯通利波的条件;此种波可视为瑞利波的特例, 但尚未在实测中被观察到。 page22 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 面波的频散 面波有不同的频率成分,其重 要特性是频散。地球结构是成层 的,各层介质的力学特性不同, 这将导致不同频率波的传播速度 发生变化,某些频率的波相对其 他频率的波行进较快,造成地震 波波形的变化,这一现象称为频 散;频散规律c=c(ω)称为频散曲 线,c为波速,ω为圆频率。波速 随波长增大而增加的频散现象称 为正常频散,如实测勒夫波的 “长波快”(即波长较大的波比 波长小的波行进更快)现象。 page23 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 相速度、波包和群速度 前面所述的波速是对 应某一频率波的波速,称为 相速度。地震波是多种频率 的波的叠加,其能量不能由 单一频率的波决定。为描述 地震能量的传播可引入群速 度的概念。群速度是地震波 包的传播速度。将两个频率 接近的正弦波相加,可以得 到连串的形状不变的波包, 某一观测点的振动依波包起 伏,从一个波包中心到另一 个相邻波包中心的行进速度 称为群速度。 page24 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 在非频散介质中,波包形状只与波的 频率差有关,群速度等于相速度;但在存 在频散的情况下,群速度小于相速度。 群速度和相速度的关系可以用电钻钻 孔做形象的比喻:利用电钻钻孔,视觉看 到钻头螺纹飞速旋转,但实际钻孔的深入 很慢;钻头螺纹旋转好比相速度,电钻推 进的速度则为群速度。 page25 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 page26 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 地震波序列 由于不同类型地震波的速度不同,地震中各种波的传播形成一组 序列。记录仪器可记录到地震波序列传播过程中地面质点的振动状态。 page27 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 P震相和S震相 在震中距为 105°的范围以内,P 震相是地震图上的初 至震相。其后是S震 相,其振幅、周期都 比P震相大,质点运 动垂直于传播方向。 page28 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 浅源近震P波的传播 page29 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 反射后的体波震相 体波传至地球表面的过程中可发生一次 或多次反射,在反射时如不改变其波的性质, 则反射后的震相分别用PP、PPP、SS、SSS 等表示。 反射后,波的性质也可能发生转换,如 SP、PPS等,SP震相表示入射到地表面时为 S波,经反射后转换为P波。 page30 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 核震相 穿过地核又回到 地面的体波称为地核穿 透波,相应的震相称为 核震相。外核只能传播 纵波,以K表示在外核中 传播的波。PKP(简写 为P’)、SKS(简写为 S′)、PKS、SKP分别 表示4种不同的地核穿 透波。 page31 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 核震相 地球的内核既能传 播纵波,也能传播横波。 在内核内部的纵波用I表 示,内核内部的横波用J 表示。PKIKP表示在传 播中没有改变性质而入 射到地球表面的P波; PKJKP则表示地震波是 以横波形式穿过内核的。 page32 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 地方震震相 ? 持续时间短 ? 震相简单,主震相 为Pg、Sg和P11、 S11 ? 地震波周期短,为 0.3~0.6秒 ? 分辨不出面波 page33 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 近震震相 ? 持续时间为3~5分, 随震级增加。 ? 主震相为Pg、Sg、 P11、S11、Pn、Sn, Sg、 Sn往往 难以识别。 ? 周期较地方震明显 增加,可达数秒。 ? 短周期面波出现。 page34 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 远震震相 持续时间长,震相种类多,周期长,面波 震相突出。 page35 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 震中距为135度的极远震记录 PKHKP是穿越内核的PKIKP的前驱波;PKP是经 外核面折射的P波;PP是由地表反射的P波;PPP是经 地表两次反射的 P波;PKS是经外核面折射的S波。 page36 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 面波震相 面波震相一般用L表示,LR、Lq分别表示 瑞利波和勒夫波。LR波质点只在入射面内运动, 其运动轨迹在地表为逆进椭圆,既有垂直分量 也有水平分量。Lq波质点运动垂直于入射面, 本质上属于SH波,其速度比S波小,但比LR波 大。 面波一般振幅大、周期长,接近于正弦波 的序列,周期由几秒至几百秒。 page37 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 面波震相 在大地震的地震记录图上常常观测到绕地 球若干圈的面波,它们的周期一般在几分钟到 十分钟之间,相当于波长在1000公里以上, 其传播速度和频散受地幔结构的控制,这种波 称为地幔波。Rn和Qn分别表示地幔瑞利波和 地幔勒夫波。n为整数,表示所观测到的地震 波绕地球传播的圈数。1960年5月智利大地震, 瑞典的乌普萨拉地震台记录到了绕地球20圈的 R20和Q20。 page38 Institute of Disaster Prevention 2018/10/15 人有了知识,就会具备各种分析能力, 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书,广泛阅读, 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍,我们能丰富知识, 培养逻辑思维能力; 通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平, 培养文学情趣; 通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操, 给我们巨大的精神力量, 鼓舞我们前进。

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