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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<
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(Primarywave)横波也被称为S波(Secondarywave)
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。
P1
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:
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
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。
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ML:
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ML不再常用,因为易饱和,记录能力有限
◆面波震级MS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MW:
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
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
第十章海啸
海啸传播速度500mile/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
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