地震概论第三章
地震概论答案
第一章地震对人类社会的重大影响三国地震灾害的基本状况(一) 中国地震灾害的基本状况中国是世界上大陆区地震最多最密布的国家之一。
本世纪以来全球共发生7级以上地震 1,200余次,其中的1/10发生在中国。
近年以来,在中国平均每年发生6次6级以上地震；因地震造成的死亡人数达27.6万余人，伤者约76.3万人;地震造成的财产损失,仅对1949年以来的12次7级以上地震的统计,房屋倒塌600多万间,合1亿平方米,价值逾百亿元。
其它工农业生产设施及各种财产的直接经济损失达300亿元左右。
下面例出了近代其中几次灾害严重的地震损失和伤亡情况。
邢台地震：1966年3月8日和22日邢台6.8级、7.2级地震，是新中国成立后发生在我国人口稠密地区、造成严重破坏和人员伤亡的第一次大地震，共有8064人丧生、38000馀人受伤。
受灾面积达23000平方公里；唐山地震：中国唐山大地震是1976年7月28日在河北省唐山市发生7.8级地震，震中位于唐山市区。
造成24万人死亡，16万多人伤残，财产损失达100亿元以上。
汶川地震：2008 5月12日发生于四川省汶川县，地震烈度达到9度。
地震波及大半个中国及亚洲多个国家和地区。
截至2008年9月18日12时，汶川大地震共造成69227人死亡，374643人受伤，17923人失踪。
是中华人民共和国成立以来破坏力最大的地震，也是唐山大地震后伤亡最严重的一次；芦山地震：2013年4月20日8时2分在四川省雅安市芦山县(北纬30.3,东经103.0)发生7.0级地震, 震源深度13公里。
(二) 美国地震灾害的基本状况美国的地震分布是环太平洋地震带。
环太平洋地震带是地球上最主要的地震带，地球上约有80%的地震都发生在这里。
1906年4月18日，美国旧金山8.3级地震，造成城市供水系统破坏，并因火炉倾倒引发大火，大火持续三天三夜，将10平方公里的市区化为灰烬，死亡700人，直接经济损失5亿美元。
地震概论
地震发生之前我们会看到：地震前兆指地震发生前出现的异常现象，岩体在地应力作用下，在应力应变逐渐积累、加强的过程中，会引起震源及附近物质发生如地震活动、地表的明显变化以及地磁、地电、重力等地球物理异常，地下水位、水化学、动物的异常行为等。
概括性称这些与地震孕育、发生有关联的异常变化现象为地震前兆（也称地震异常）。
它包括地震微观异常和地震宏观异常两大类。
地震宏观异常的表现形式多样且复杂，异常的种类多达几百种，异常的现象多达几千种，大体可分为：地下水异常、生物异常、地声异常、地光异常、电磁异常、气象异常等。
具体来讲地下水包括井水、泉水等。
主要异常有发浑、冒泡、翻花、升温、变色、变味、突升、突降、泉源突然枯竭或涌出等。
地震前动物也有预兆。
牛羊骡马不进厩，猪不吃食狗乱咬。
鸭不下水岸上闹，鸡飞上树高声叫。
冰天雪地蛇出洞，大鼠叼着小鼠跑。
兔子竖耳蹦又撞，鱼跃水面惶惶跳。
蜜蜂群迁闹轰轰，鸽子惊飞不回巢。
除此之外，有些植物在震前也有异常反应，如不适季节的发芽、开花、结果或大面积枯萎与异常繁茂等。
地光异常指地震前来自地下的光亮，其颜色多种多样，可见到日常生活中罕见的混合色，如银蓝色、白紫色等，但以红色与白色为主；其形态也各异，有带状、球状、柱状、弥漫状等。
一般地光出现的范围较大，多在震前几小时到几分钟内出现，持续几秒钟。
中国海城、龙陵、唐山、松潘等地震时及地震前后都出现了丰富多彩的发光现象。
地光多伴随地震、山崩、滑坡、塌陷或喷沙冒水、喷气等自然现象同时出现，常沿断裂带或一个区域作有规律的迁移，且与其他宏观微观异常同步，其成因总是与地壳运动密切相关。
且受地质条件及地表和大气状态控制，能对人或动、植物造成不同程度的危害。
地震发生之中我们会看到：地震发生时，高层建筑物的玻璃碎片和大楼外侧混凝土碎块、以及广告招牌，马口铁板、霓红灯架等会颤动。
在大的晃动来临之前会有小的晃动。
钢筋水泥结构的房屋等，由于地震的晃动会造成门窗错位，打不开门。
北京大学通选课地震概论第三章PPT课件
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
一、射线理论
在研究问题的尺度远大于地震波波长的情况下，可将地震波 传播当作射线来处理，从而使复杂的波动问题简化成为射线问题。 地震射线问题这和几何光学很相似。所谓地震射线，就是地震波 传播时，波阵面法线的轨迹，也即是震动由一点传播到另一点所 经过的途径。
2012
地震概论
费尔马原理 （Fermat’s Principle）
光学中的Fermat定理：
“光在介质中传播的路径为走时（traveltime)最小的路径”
地震学中的Fermat定理：
地震波在介质中传播的路径为走时最小的路
径.
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
地震学中的Fermat定理不是永远成立， 是高频情况下地震波波动方程的渐近解。
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
设震动由A点出发，沿途径s传播到B，传播速度是 v(x, y,z) 所用的时间是t，则费马原理就是
t Bds0 Av
δ是变分。根据这个原理，若A和B各在一个分界面的两边或 一边，就立刻得到斯涅耳的折射或反射定律。
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
地震概论
第三章 地震波传播理论
第一节 地震波传播的基本概念 第二节 地震波传播的基本理论 第三节 体波各种震相和走时表
作者：赵克常
第三章 地震波传播理论
2012
地震概论
第一节 地震波传播的基本概念
一、地球介质和弹性波 • 地震波是地下传播的震动，必然与岩石的
弹性有关，一般都假定岩石是一种完全弹 性体。 • 在一般的地震波计算中，地球介质可以做 为各向同性的完全弹性体来对待。
地震学概论课程教学大纲
目录《地震学概论》课程教学大纲 (1)《灾害学概论》课程教学大纲 (7)《大学计算机基础》课程教学大纲 (14)《大学英语I》课程教学大纲 (21)《大学英语II》课程教学大纲 (24)《大学英语III》课程教学大纲 (27)《大学英语IV》课程教学大纲 (30)《大学语文（一）》课程教学大纲 (33)《大学语文（二）》课程教学大纲 (37)《思想道德修养与法律基础》课程教学大纲 (41)《中国近现代史纲要》课程教学大纲 (51)《马克思主义基本原理概论》课程教学大纲 (65)《毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论（一）》课程教学大纲 .. 75《毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论（二）》课程教学大纲 .. 83《职业生涯发展与规划》课程教学大纲 (93)《大学生就业指导》课程教学大纲 (100)《大学生健康教育》课程教学大纲 (111)《体育普修》课程教学大纲 (116)体育课教学部其它课程教学大纲（存目） (122)《地震学概论》课程教学大纲课程代码：2008147课程名称：地震学概论学时学分：32学时/2学分先修课程：无适用专业：全院各本科专业开课部门：地震科学系一、课程的地位、目的和任务《地震学概论》是我院公共基础课程。
地震是威胁人类安全最主要的自然灾害之一。
我国是一个发展中的社会主义国家，也是一个多地震的国家，这一国情本身就决定了防震减灾宣传工作的重要性。
本课程旨在普及和传授学生地震科学知识、防震避震的专业知识和技能，加强防震减灾教育，提高广大学生的自救互救意识和能力。
通过本课程的教学营造我院防震减灾文化氛围，提高学生防震减灾意识和能力，体现我院办学特色。
二、课程与相关课程的联系与分工本课程无先修课及后续课，通过本课程的学习使学生了解地震的成因、分布、危害、监测、预测及防御减灾措施等科普知识。
培养学生理论联系实际的能力，懂得如何防震与减灾，学会与地震共存，能正确对待地震的发生，树立预防为主、监测预报为辅的思想观念，提高学生防震减灾的意识。
地震概论复习资料
第一章 地震学的研究范围和历史1、 地震学是一门应用物理学。
2、 911 房屋倒塌的主要原因：钢筋受热。
3、 历强震而不倒的古建筑：山西洪洞县广胜寺飞虹塔、应县木塔、赵州桥、天津蓟县独乐寺观音阁等等；原因：卯、榫，以柔克刚。
4、 地震学发展简史：定量研究只有100 年左右的时间。
5、 中国国家地震局：1971年成立，1966年河北邢台地震。
第二章 地震波1、 泊松比υ：—样品横截面线度变化率/横向线度变化率。
( 0 , 0.5 )金属：( 0.25 , 0.33 )地幔：0.25外核（液态）：0.5其他：杨氏模量E ：线应变中，应力与应变体变模量K ：液体静压力，应力与应变切变模量μ：刚性系数2、 体波：可在地球内部向任意方向传播纵波P (Primary Wave)：体变，介质膨胀、压缩形成，传播速度快；横波S (Second Wave)：切变，剪切力，杀伤力大；SH 波（平行与界面的分量），SV 波；主要差异：P 波速度快，√3 倍（泊松介质）P 波和S 波的质点振动方向相互垂直一般情况，P 波垂直分量较强，S 波水平分量较强S 波低频成分丰富天然地震震源破裂以剪切破裂和错动为主，故S 波能量比P 波强根据质点有无转动和体积变化，P 波：无旋波；S 波：无散的等容波3、 面波：沿地球表面传播，在与界面相垂直的方向上，波动的振幅急剧衰减Rayleigh wave ：质点运动轨迹为逆进的椭圆，地面振幅最大Love wave ：横波，介质至少2层，上层v s 小地震记录中，一般振幅比体波大面波的能量被捕获在表面才能沿着或近地表传播，在伦敦的圣保罗大教堂 “耳语长廊”或中国天坛回音壁的墙面上捕获的声波就是面波。
其他：✓ 地球的自由振荡✓ 脉动4、 一般到序：P 波、S 波、勒夫面波、瑞利面波、地震尾波ρE V P =ρμ=S V第三章 地震波的传播理论1、 震中距：1°= 110km2、 地震波的吸收和衰减：传播时间t 后，，γ为衰减系数传播距离x 后，，α为吸收系数3、 费马原理：震动由介质中的一点传播到另一点时，她所经过的途径会使其传播时间为一稳定值（最大、最小、拐点）地震学中的Fermat 定理：地震波在介质中传播的路径为走时最小的路径。
地震概论第三章地震波
首波纵横波之间时间差小于1min43S，振动持续时间通常为3-5min之 间
远震: 震中距1000公里以上
整理课件
18
1、地震波在介质界面上
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2、地震波在地球内部的传播
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播地 球 的 结 构 及 波 的 传
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1968 1 19
第三章 地震波的传播
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1
地震时地面波动的描述
唐山地震发生在1976年7月28日凌晨3点多钟。当时笔者（陈颙）住在北京前 门附近一个非常破旧的二层木制结构的楼房里，楼房至少有五十年历史了， 除了外墙是砖砌的，地板和骨架都是木质的，一走起路来地板就发出”咯吱 咯吱”的呻吟声。那时正好是夏天，天气出奇的闷热，难以让人入睡。我刚 躺着一会儿，迷迷糊糊中就觉得床有些大幅度上下跳动，地板甚至整个楼房 都发出”嘎吱”的声音。我立刻意识到”有大地震发生了”。长年从事地震 工作的我被晃醒后没有立即下床，而是躺在床上开始数数，”一、二、 三，……”，数着数着床的晃动变小了。当数到第二十的时候，突然又来了一 次晃动，比第一次更厉害，整个楼层都在忍受剧痛似的”哗哗啦”乱响。这 短短的20秒钟间隔就是纵波和横波到达的时间差（地震通常会产生纵波和横 波，纵波在地球介质中传播得快，最先到达我们脚下，引起地表的上下运动； 横波跑得慢，我们感到的第二次强烈震动就是横波造成的，地面表现出水平 方向运动。由于横波携带了地震产生的大部分能量，因此它对地表建筑物的 破坏更为严重），反映了观测者和震源的距离，差1秒钟，表明约8公里远处 发生了地震，20秒钟则说明这次地震事件发生在约160公里处。于是，我有 了一个初步判断：地震不在北京–在距离北京160公里的地方有大地震发生了。 这和雷雨闪电的原理是一样的：天空两片雷雨云相遇时，发出闪电和雷声， 闪电（电磁波）跑得快，雷声（空气中得声波）跑得慢，我们先看见闪光， 后听见雷声，闪光和雷声之间得时间差，就表示发出闪光和雷电的云距我们 的距离。
2014地震概论复习
P波、S波到达台站时间表
台站名 BKS JAS P波 S波
时
15 15
分
46 46
P波到时
秒
04.5 07.6
S波到时
时
15 15
分
46 46
秒
25.5 28.0
MIN
15
可有将近18秒时间。完全可以采取一定的避让措施来减轻伤亡。
所以，地震预警可以理解为：在地震发生以后，根据纵波 和横波之间的时间差，和地震波“赛跑”，来赢取提前预警的时 间。
地震预警的作用
• 距离破裂断层距离：
• 50-200公里的范围有效。 • 50公里以内的地区，无效。
• 200公里以外的地区，没必要。
二、构造地震的类型：
根据断层的活动类型来分：平移（走滑）断层型地震；正断
层型地震；逆（逆冲）断层型地震。
划分依据，由于断层所经受的应力不同，有压有张还有扭剪，
因而形成的结构面就各不相同。平移（走滑）断层型地震是
由于受剪切作用使断层两盘沿断层面发生相对错移引发的地 震；正断层型地震是由于拉张作用使断层上盘相对下降，下 盘相对上升引发的地震；逆断层型地震是由于水平挤压作用， 使断层上盘相对上升，下盘相对下降引发的地震。
45
54.2
15
46
07.1
15:46:04.5
15:46:25.5
台 站 S-P/s
震中距离/km
BKS
21.0
JAS
PS波到时差
190
20.4
MIN
188 105
地震概论复习资料
第四章
第一节
地震机制
基本概念之板块构造学说
• 地球科学中的革命 • 它的意义可以和原子结构的发现、生物进化论相提并论。 三个阶段
1) 大陆漂移 2) 海底扩张 3) 板块构造
概念：板块—刚性（或半刚性的）固态的巨大板状岩石块体。
板块构造—地球的最外层由若干个大小不等的板块组成，他们飘浮在相对较 软的流动的热物质上作相互运动。
第二阶段：海底扩张学说
学说提出的背景：一系列新地理地质现象的发现 1.大西洋中央海岭（洋中脊） 2.澳大利亚极地恐龙; 澳大利亚东南部恐龙洞发掘的极地恐龙。 它们是温血恐龙， 具 有夜视和耐寒能力。生活在距今 100—125 百万年前。1991 年夏，美国俄亥俄州的地质学家 David Elliot 和伊利诺伊大学古生物学家 William R. Hammer 在离南极极地 640 公里的柯克帕 特里克山（位于南极洲靠近罗斯冰架边缘的海拔 4,531 米的山峰）发现了恐龙化石，后来这 种恐龙就以发现者而命名—Ellioti.首次发现的南极大陆最早的食肉动物 2.4 米高，8 米长，8 英寸高的冠，凶猛的食肉恐龙. 恐龙灭绝说:白垩纪晚期（大约 65 百万年前） ，全球突然变冷，恐龙灭绝; 撞击说—小行星撞击地球;火山说—大量火山爆发。 两种说法都使地球暗无天日， 气温剧降。 但是生活在 100 百万年前的澳大利亚极地恐龙既然耐寒为什么也灭绝了， 如今的南极极地如 此寒冷怎么会有食肉恐龙？ 3. 板块理论发展第二阶段——海底扩张 20 世纪 50 年代，出于军事目的，大规模海底测量。发现： 海床岩石年轻，海床不平（海岭和火山） ；海底地磁条带，地磁极多次反转；地震和火山大 都分布在海沟和海岭。Wegner 的理论开始复苏 1)海底地形测量 • 早在 16 世纪，少数勇敢的水手用钓鱼线测量海底的深度，发现海底并不平整。 • 19 世纪之前，人们对海底的认识大都是猜测。 • 1885 年， 美国海军 L.M. Maury 发表的海底地形图第一次证实大西洋中央海岭的存在。 • 第一次世界大战后（1914－1918）声纳的发现，加快了人们对海底地形的认识，证 实了大西洋中央山脉的连续性—洋中脊。海底并不是人们想象的那么平。 2）地震测量 • 1947 年，美国地震学家发现海底的沉积非常薄。 • 此前科学家们认为海底岩石的年龄至少是 40 亿年。 • 这么长的年龄，为什么沉积如此薄？ • 1950 年代，多个国家的海底地理测量发现，海洋中的大山脉延绵 5 万公里，环绕全 球，平均高出海底 4500 米，最大宽度 800 公里。是地球上最壮观的地貌—全球大洋 中脊。 3）海底地磁测量 • 1950 年代，科学家把二次世界大战中用于军事目的的机载磁强仪改装成地磁仪，测 量海底地磁。 • 发现海底地磁的异常分布 • 大洋中脊两边的岩石的磁极性不是随机分布的而是沿洋中脊两边成对称的条带状分来自第三阶段：板块构造学说
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按着这个定义，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 10000倍）,则震级4。
震级本身没有任何上下限（虽然地震大 小有上限）。自本世纪有了地震仪以后 所记录到的地震仅有几次震级达到8.5级 以上（下页图）。例如，1964年3月27日 在阿拉斯加威廉王子海湾的大地震的里 氏震级约为8.6。另一方面，小断层的滑 动可能产生小于零震级的地震（即负 值）。在局部地区记录的非常灵敏的地 震仪可探测到小于-2.0级的地震。这种地 震释放的能量大约相当于一块砖头从桌 子上掉到地面的能量。
3.3地震台与全球地震观测台网
3.3.1地震台
北京国家地球观象台（简称北京台）的前身是鹫峰 地震台．鹫峰地震台是我国自己创建的最早的地震 台，１９３０年开始记录，１９３７年因日军大举 侵略中国而被迫停止运行．１９５５年，地震台改 建在北京西郊白家疃，１９５７年恢复地震观测， 同时增加地磁观测项目．１９８２年年底在台站南 侧约２千米处修建了长２０２米的大型山洞，为开 展高灵敏度地球物理观测和仪器研制、运行试验提 供了良好的环境．１９８３年５月北京台被国家地 震局（现中国地震局）确定为中美合作中国数字地 震台网（ＣＤＳＮ)的示范性数字地震观站
3.4地震的全球分布
1977年1月至1986年12月记录到的全球地震震中分布 ,圆圈、 方框、三角分别表示震源深度为0～70千米，70～200千米
及200千米以下
3.5地震定位以及地震大小的确定
3.5.1地震定位 地震波最初从地球内的一点发出， 这点就是震源，位于地球表面的恰又位 于震源之上那点称为震中。地震学家们 在建立观测台站之后的第一件任务就是 找一种方法精确地确定震中。如果可能 的话，也确定每次记录到的地震的震源。
P波、S波到达台站时间
P 波
台 站 BKS JAS MIN 时 15 15 15 分 46 46 45 秒 04.5 07.6 54.2 时 15 15 15
S 波
分 46 46 46 秒 25.5 28.0 07.1
根据上面S波与P波的时间差值估算出下列震中距离。
据P波与S波的时间差值 估算震中距离
因为地震的大小变化范围很大，所以用 对数来压缩测量到的地震波振幅是很方 便的。精确的定义是：里氏震级ML是最 大地震波振幅以10为底的对数。一种被 称之为伍德-安德森（Wood-Anderson） 的特殊地震仪记录到的振幅测量精度达 到1‰毫米。里克特没有指定特殊的波型， 因此最大振幅可以从有最高振幅的任何 波形上取得。由于一般振幅随着距离增 大而减少，里克特选择距震中100千米的 距离为标准。
S-P/秒 震中距离/千米 190 188 105
台 站
BKS JAS MIN 21.0 20.4 12.9
3.5.2 地震大小的确定
地震学家们发明了许多简单的方法从地震记录上 确定地震的大小。观测台站所用衡量地震大小 的最普通单位是地震震级。在1935年查尔斯· 里 克特（Charles Richter）（下图）在加州理工学 院发明了相对的方法测量地震，和达也曾经用 类似的方法确定日本地震的大小。里克特提出 按照地震仪器探测到的地震波的振幅将地震分 级。这种分级系统最初只用于衡量南加州当地 的地震，现在全世界地震的研究都使用这种分 级系统。
3.3.2 全球地震台网GSN (Global Seismic Network)
• 由128个超 宽频带数字 式观测台组 成 • 为研究地球 构造与地震 而设立的极 高质量的标 准地震台
计算机模拟1977年3月9日日本海5.9级深 源地震的震动 .在德国埃连根可能记录到 的垂直分量地震图
地震概论
第3章 地震仪 及 基本参数的测定
第3章 地震仪及基本参数的测定
3.1张衡的候风地动仪(Seismoscope)
3.2现代地震仪(Seismometer)
意大利地质学家帕尔米里于1856年制造 的电磁地震记录仪 它已能记录地震到达当地的时间
现代地震仪
现代化的野外地震仪
地震图(Seismograms)
＊地震图也被称为地震记录
第一个远震 记录： 在德国Potsdam 记录到的日本发 生的地震
1906年旧金山地震记录
1906年旧金山地震时，加利福尼亚大学里 克观测台尤因地震仪 在旋转圆盘上记录了地 面南北方向和东西方向上的地震波动
1983-4-3哥斯达黎加地震在德 国贝尔恩台记录的运动垂直分量 P波在地表反射一次或两次后分别 为PP和PPP波，如在最后一次反 射后 转换为S波，则得到PS和PPS 波，S波在地表反射可产生SS和 SSS波。 记录中最明显的是通过 大洋路径传播过来的瑞利波
本 级世 以纪 上全 地球 震发 数生 目 8 的 级 变 和 化 8
现地 象震 释释 放放 能能 量量 的与 对其 比他
3.6强震加速度及加速度计
• 近震、强震记录的需要 • 工程地震的需要 • 地震信息的完整
最简单的方法是通过直接 的三角测量发现震中的位置。 根据从其他地区地震或者爆 破研究收集的时间资料，可 以画出曲线来显示P波或S波 从震源传播不同距离所需的 平均时间。这些地震传播时 间曲线（时-距曲线）是确定 地震仪到震源距离的最基本 工具。
• 设想3座地震观测台，每一座观测台记录到的是 同一个地震，而且各台位于震源的不同方向上。 这3座台站的观测人员能够读到P波抵达时间，有 时也读到S波的抵达时间。因为P波传播速度比S 波传播速度大约快2倍，所以这两种波传播得越 远，它们的波前分离间隔就越宽。如果有了P波 和S波抵达的时间，从这两种波型的抵达某台时 间间隔将可以直接求得震源到该记录台的距离。 然后，画3个圆，每个圆以一座地震台为圆心， 半径是计算得到的距离（震中距）。这3个圆将 相交于，至少是近似的相交于所要求的震中。