地震波的特性及其利用
地震波传播特性及其在勘探中的应用研究
地震波传播特性及其在勘探中的应用研究一、引言地震波作为一种自然的物理现象，在地球物理勘探领域中扮演着重要的角色。
地震波的传播特性不仅对于地下结构的了解有着至关重要的意义，同时也是地震灾害研究的基础。
因此，研究地震波传播特性及其在勘探中的应用具有深远的意义。
二、地震波的传播特性地震波存在着多种不同的类型，包括纵波、横波、面波等。
不同类型的波具有不同的传播方式和传播速度。
1. 纵波纵波是一种沿着传播方向上具有压缩膨胀作用的波。
在地震波中，震源产生的纵波在地壳中的传播速度通常要比横波快一些。
在岩石中，纵波传播的速度也会受到物质性质的限制。
例如，在同样的情况下，密度越大的岩石中纵波速度越快。
2. 横波横波是一种在与传播方向垂直的方向上具有振动的波。
在地震波中，横波的传播速度通常要比纵波慢一些。
横波通常只能传播到相对浅的深度，因为在深部，压力会使得横波衰减。
3. 面波面波是一种横波和纵波的混合波。
在地震波中，面波传播的速度通常要比横波慢，但要比纵波快。
三、地震勘探中的应用利用地震波的传播特性，可以获取地下结构的信息。
以下是地震勘探中常见的应用。
1. 井下地震测量井下地震测量是指将地震探测器下放到井中进行勘探。
相比于地面勘探，井下地震测量能够获取更加精确和深入的信息。
同时，井下勘探还能够避免因地面上杂散波而产生误差。
2. 二维和三维地震勘探二维和三维地震勘探是指利用地震波在地下反弹的原理，测量不同深度的地下结构。
通过将地震传感器放置在地面上，可以获取地下结构的横向属性。
如果将传感器放置在不同高度或者深度，还可以获取其纵向属性。
3. 井间勘探井间勘探是指在地下多个井的位置上布设地震探测器，然后发送地震波进行勘探。
井间勘探可以大大提高勘探精度，尤其是在海洋石油勘探中，因为利用井间勘探能够实现更深入的勘探。
四、总结地震波的传播特性及其在地球物理勘探领域中的应用是地球物理学研究的重要方向之一。
未来的研究将更加注重技术创新和优化，以更加精确和高效地获取地下结构信息。
地震波传播理论
sin(inc ) sin(ref )
第三章 地震波传播理论
Fermat原理
地震概论
Snell定律（2）
A
inc
h
V1
L
V2
x o L x
r
t
B
Fermat原理
反射点 x 应使t大到最小值。即：
dt(x) 1 x
1 (L x)
0
dx V1 h2 x2 V2 r2 (L x)2
1 x 1 (L x) V1 h2 x2 V2 r2 (L x)2
地震波的传播主要取决于地震波的速度,地震波的速度与地 球介质相关。
地球内部介质性质的变化,主要有以下情形： ①上下介质的性质、状态迥然不同,出现明显的分界面,地震 波速度出现阶梯状跳跃,如地壳与地幔、地幔与地核之间。地壳 是固体,外核是液体,地幔介于固态与液态之间。 ②上下介质的状态基本相同,但性质变化显著,呈现明显的分 界面,如地幔中的细层之间的分界面，地震波在分界面上的速度 也有显著的变化。 ③在同一层内,地球介质也不是均匀分布的。一般来讲,由于 地球介质是分层均匀、各向同性的,地球介质的密度、弹性参数 等随深度增加而增加,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)。
高频近似：地震波的特征波长远小于所研究问题的 特征尺度。
注： 当高频近似条件不满足时，地震波的传播不能够用 Fermat定理来描述，必须严格求解原始的波动方程。
第三章 地震波传播理论
地震概论
地震射线(Seismic Ray)
• 能量束，能量分布呈高斯分布（Gaussian Beam)
• 能量束的宽度（d）反比于频率（f）： d 1
第一章-地震及结构抗震的基本知识
震中 震 源 深 度
震源
震源深度在60公里以内的地震为浅源地震 震源深度超过300公里的地震叫深源地震 震源深度介于60-300公里之间的地震为中源地震
震中距：地面某处至震中的水平距离 震中距在100公里-1000公里的称为近震 震中距超过1000公里的称为远震
世界上绝大部分地震是浅源地震，中源地 震比较少，而深源地震为数更少。 一般来说，对于同样大小的地震，当震源 较浅时，波及范围较小，而破坏程度较大； 当震源深度较大时，波及范围则较大，而 破坏程度相对较小。
地震波记录是确定地震发生的时间、震级和震源位置 的重要依据，也是研究工程结构物在地震作用下的实 际反应的重要资料。
1.2.3 地震波的主要特性 及其在工程中的应用
由震源释放出来的地震波传到地面后引起地面运动，这 种地面运动可以用地面上质点的加速度、速度或位移的 时间函数来表示，用地震仪记录到的这些物理量的时程 曲线习惯上又称为地震加速度波形、速度波形和位移波 形。
2. 地幔
地壳以下到深度约2895km的古登堡界面为止的部分为地 幔，约占地球体积的5／6。 地幔由密度较大的黑色橄榄岩等超基性岩石组成，其中 上地幔物质结构不均匀，中、下地幔部分是比较均匀的。 由于地幔能传播横波(剪切波)，所以根据推算，地幔应 为固体。
3. 地核
古登堡界面以下直到地心的部分为地核，地核半径约为 3500km，又可分为外核和内核。 据推测，地核的物质成分主要为镍和铁。由于至今还没 有发现有地震横波通过外核，故推断外核处于液态，而 内核可能是固态。 地球各部分的密度随深度增加而增大，地球内部的温度 随深度增加而升高。
地震波的基本概念
波动：振动在介质中的传播。
二、波的几个特征 1. 振动和波动的关系就是部分和整体的关系
波有一定的速率。 波的频率等于震源的频率。
2. 波前、波后和波面
波前：
介质中某一时刻刚刚开始振动的各点组 成的面叫波前。
波面：
介质中同时开始振动的各质点所组成的 曲面叫波面。
波后： 介质中某一时刻刚刚停止振动的各点组 成的面叫波后。
5、地震折射波：
当入射角 c 时，发生全反射，不产生滑 行波，没有透射波，滑行波传播又引起另 外的效应，由于两种介质互相密接，滑行 波在传播过程中也会反过来影响第一种介 质，并在第一种介质中激发新的波，这种 由滑行波引起的波，在地震勘探中叫“折 射波”。
四、地震勘探中的常见波
在地震勘探中用炸药激发时，一声炮响之 后会产生各种各样的地震波。 ㈠按波在传播过程中质点振动方向区分为 纵波：质点振动方向与传播方向一致; 横波：质点振动方向与传播方向垂直;
v2
v1
2
1
（1）波长λ：
在一个周期内，正弦波沿着波线前进的距 离叫波长。波源每振动一次，波长前进一 个等于波长的距离λ，波源每秒振动的次数 就是频率f，波每秒前进距离是f（即波速 v）。
v f 或 TV
T
（2）视速度：
当涉及的波速和波长时，我们是沿着波的传 播方向来考虑问题。
如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方 向来确定波速和波长时，所得结果叫做正弦
开始出现“全反射”时的入射角叫临界角
c , sinc
v1 v2
斯奈尔（Snell）定律：
对于水平层状介质，各层的纵波，横波 速度分别用
vp1 ,vs1 ,vpi ,vsi
地震波及其传播
柱面波，在一定条件下，地震勘探中往往认为波面为平 面。
波前以外的质点还没有开始振动， 波尾以内的质点已经停止振动，只有 波前与波尾之间的质点正处于不同强 度的振动状态，这个区间称为振动带。
波从一点传播到另一点的路径叫 做射线(波线)。
周期振动的频谱
一个复杂的周期振动可以分解为若干个不同频率 与振幅的振动，并且这种关系是唯一的。
一般用振幅谱和相位谱可以表示一个复杂的周期 振动。振幅谱表示分振动的振幅与频率的关系，记为 A(ω)，相位谱表示分振动的相位与频率的关系，记 为φ(ω)，只有同时应用振幅谱和相位谱，才能确定 已知的周期振动。
地震波是一种非周期振动。
u t
非周期振动图
A f
频谱图Biblioteka 地震波的频谱4）波前和射线
某一时刻空间所有 刚刚开始振动的点构成 的曲面，称为该时刻的 波前(波阵面)。
所有刚刚停止振动 的点构成的曲面，称为 该时刻的波尾(波后)。
s2
s1
v 震源 0
v1 v2
波面—等相面：介质中所有同时开始振动的点连成的
波数：波长的倒数，ｋ 传播速度：ｖ
v f f
A
λ
T
k
x
u( x)
u( x)
x
t2时刻波剖面
t1时刻波剖面
x
地面
振动是一点的运动，波动是振动的传播，即介质整体 的运动。 振动传播的速度为波速，与质点本身运动的速度无关。 波速有限是波动的必要条件。 波动伴随能量传播。 频率、周期、振幅、波长、速度、视速度、视波长
射线和波前是互相垂直的。
与物理学中的几何光学相类似，地震波的运动学是研究 地震波波前的空间位置与其传播时间的关系，采用波前、 射线等几何图形来描述波的运动过程和规律（如反射定律、 透射定律、斯奈尔定律、费马原理、惠更斯原理等），因 此称作几何地震学。
003地球的圈层结构答案版
一是▁▁古登堡界面▁▁▁▁，它在地下2900千米处，在这里纵波的传播速度突然▁降低▁▁，横波▁▁▁完全消失▁▁。
3．地球内部结构：以莫霍界面和古登堡界面可将地球内部划分为▁地壳▁▁、▁地幔▁和▁地核▁▁三个圈层。
图1.26所示：
4．它们的关系如课本P
22
①地壳的厚度不同，大陆地壳厚，平均厚度为33千米，大洋地壳薄，平均厚度为6千米，整个地壳的平均厚度为17千米。
②岩石圈不同于地壳，岩石圈包括▁地壳▁和▁上地幔顶部▁▁▁(软流层以上)。
二、地球的外部圈层
1.大气圈:由和组成的复杂系统,其主要成分为氮和氧,它是地球自然环境的重要组成部分。
2.水圈:由地表水体构成的的圈层,始终处于之中。
3.生物圈:是地表生物及其的总称。
其范围是指的底部、的全部和岩石圈的。
1.气体悬浮物
2.连续但不规则不间断的循环运动
3.生存环境大气圈水圈上部
【合作探究】
读地球内部的结构图，回答(1)～(3)题。
(1)地球内部圈层的名称：A和B是_______，
A和B＋C是_______，D是________，C＋D＋E是_______的
(3)地震波(纵波和横波)传播速度明显加快。
地质学家常利用地震波来寻找海底油气矿藏，下列四幅地震波示意图中表示海底储有石油。
物理学中的地球动力学
物理学中的地球动力学地球动力学是研究地球内部和外部的物理现象及其相互作用的学科。
它涉及了地球的物理特性、地球表面的形态及其演化、地球表层的地壳运动以及地球的大气、水体、生物圈等方面，是一个跨学科的领域。
本文将从地震、地球磁场和板块构造等方面介绍物理学中的地球动力学。
地震学地震是地球内部能量的释放过程，也是一种破坏性巨大的自然灾害。
地震的发生与地球内部的构造和运动有着密切的关系，在地震学中，物理学的理论和方法都可以得到应用。
地震波是地震释放时在地球内部传播产生的波动，它包括了两种基本类型——纵波和横波。
纵波是一种像声波一样的波动，而横波则类似于光波中的横波。
地震波传播的速度和路径都会受到地球内部的物理特性的影响，因此地震波的测量可以提供关于地球内部结构的信息。
地震学家利用地震波的传播特性，可以推断出地球内部的温度、密度和岩石的物理性质等信息。
例如，地震波传播速度的变化可以揭示地球内部的温度分布情况，而不同种类地震波在不同介质中传播的速度差异可以对地球物质的性质进行分析。
地球磁场地球磁场是地球内部的大规模运动产生的结果，它是地球外层和内部以及地球与太阳之间的相互作用的结果。
地球磁场可以保护地球免受太阳风暴的冲击，同时也是导航等现代科技应用中必须考虑的因素。
地球磁场是由地球内部液态外核的运动引起的，液态外核内部的热对流纵向流动产生了磁场。
地球磁场的变化可以追溯到几亿年前，因为地球在几亿年的时间尺度上会发生地磁极反转，即南北极的位置会互换。
在地球磁场变化中，地球磁场的强度和方向都是异常的，这种“异常”是由于地球磁场在过去的地质时期经历了异常的变化。
通过研究地球磁场的变化，我们可以了解地球内部的变化和地球历史的演化，也可以帮助解决很多自然和环境问题。
板块构造地球表面的岩石被划分为一些大的板块，这些板块在地球表面不停地移动着，产生了许多地震、火山喷发等地质现象。
板块构造理论是20世纪60年代发展起来的一个关于地球内部运动的理论，它的提出极大地贡献了地球动力学领域的发展。
地震仪工作原理
地震仪工作原理地震仪是一种用来监测地球上发生地震的仪器，它的工作原理是利用地震波在地球内部传播的特性来检测地震的活动。
地震波是地震能量在地球内部传播时所产生的波动，它可以通过地震仪来被捕捉和记录下来，从而可以用来分析地震的发生及其活动特征。
地震仪的工作原理主要包括地震波的产生、传播和检测三个方面。
首先，地震波的产生源于地球内部的地壳运动。
当地壳受到地质构造的变形力作用或岩石断裂时，会释放出能量，这些能量以波的形式传播到地球的表面和内部。
地震的震源位置和能量释放大小决定了地震波的产生强度和传播方向。
其次，地震波在地球内部的传播是波动的过程。
地震波主要包括纵波（P波）、横波（S波）和表面波等多种类型，它们在地球内部以不同速度传播，并对地球内部结构产生影响。
P波是压缩波，S波是横波，它们在地震发生后先后抵达地球表面。
表面波是在地球表面和地下空间中传播的地震波，速度相对较慢，但对地面震动的影响较大。
最后，地震仪的检测原理是通过记录地震波在地表的震动情况来分析地震的发生及其活动特征。
地震仪包括水平地震仪和竖直地震仪两种类型，它们通过测量地面的水平和竖直震动来捕捉地震波传播的信息。
当地震波通过地面时，地震仪会记录下地面的震动情况，并将这些数据转化为数字信号进行存储和分析。
地震仪的运行需要遵循一定的原理和技术要求。
首先，地震仪需要安装在地震波能够有效传播的位置，一般在地球表面或地下几十米的位置。
其次，地震仪需要保持稳定，并能够准确地记录地震波的传播情况。
最后，地震仪需要具有一定的数据处理和分析能力，可以将采集到的地震波数据转化为有用的地震信息。
地震仪的工作原理和性能直接影响着地震监测的准确性和实用性。
现代地震仪通过不断的技术改进和升级，可以实现对地震波的快速和准确的监测，并为地震预警、地震研究和地震灾害评估等提供重要的数据支持。
地震仪的运行不仅对科学研究具有重要意义，还可以为地震灾害的预防和救援提供有力的技术支持。
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地震波的特性及其利用
地震波是由地球内部产生的振动波，是地震活动的主要表现形式。
地震波的传递过程中，具有很多独特的特性和规律，这些特
性给地震学家研究地球内部结构和探测自然资源提供了很多方法。
本文将介绍地震波的特性及其利用。
一. 地震波的分类
地震波按照传播介质的种类分为P波、S波和表面波。
P波是
指压力波，它是在固体、液体和气体中传播的一种纵波，速度比
S波快，可以通过液体和气体介质。
在地震波传播中，压缩性强的纵波作用于岩石时，岩石会轻微收缩，伸长性强的横波作用于岩
石时，岩石会产生剪切变形。
S波是指切向波，它只能在固体介质中传播，是一种横波。
表面波是指沿地表传播的地震波，速度慢，振幅较大，是造成地震灾害的主要波。
二. 地震波传播速度
地震波的传播速度受到传播介质的物理性质和地震波的类型等
多种因素的影响。
通常情况下，P波速度最快，平均速度在5-
8km/s之间，S波速度次之，平均速度在3-5km/s之间，表面波速度最慢，平均速度在2-4km/s之间。
三. 地震波产生原理
地震波的产生原理主要是一个物理学原理，即通过地球内部产生振动波。
在地球内部发生岩石变形或破裂时，会产生弹性波，这些波沿各个方向传播，最终形成地震波。
地震波的产生通常是由于地壳内部的应力集中引起的，如地震断层、岩石滑坡等。
四. 地震波的利用
1.地震勘探：地震是勘探自然资源的重要工具，勘探目标通常是油气、矿产等，测量已知介质中的地震波传播速度和反射强度等数据，并对地下介质的性质进行推断。
这种方法已被广泛应用于石油和天然气勘探，因为不同的介质对地震波的传播速度和反射强度具有不同的响应，可以推断出介质的性质来。
2. 地震学研究：研究地震活动是地震研究的重要领域之一。
地震波传播规律的研究，可以帮助地震学家分析地震活动的特点，
进而预测地震的发生和发展趋势。
通过研究地震波传播，还可以深入了解地球的内部结构和物理性质，如温度、压力、密度等参数。
3. 地震灾害预测和应对：利用地震波特性对地震灾害进行预测和应对也是地震应用的一个重要分支。
通过分析地震波的传播速度、频率等特性，以及表面波的波形和绕射等现象，可以预测地震的发生时间、地震波传播方向、震害范围等信息，为地震灾害的应对提供重要依据。
总之，地震波的特性与规律在地震研究和应用中具有非常重要的作用。
地震波的研究不仅有助于人们更好地理解地球内部的构造和性质，还可以为自然资源的勘探和地震预测提供重要参考依据。