第二章-地震波 PPT

2、分析地震波时的主要简化假设
忽略次要因素，突出主要因素，使问题简化、 易于处理，从而得出地震波在地球中传播的基本 规律。我们可以把地球介质简化为均匀分层、各 向同性的完全线弹性的连续介质。
（1）小变形和完全弹性假设 （2）绝热假设 （3）各向同性假设 （4）重力的影响 （5）实际地球各种分界面几何形状的近似
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波的干涉
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波的绕射（衍射）
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主要简化和基本理论
1、地震波的复杂性
地震激发的机械波大部分在固体地球中传播，因此既有纵波又有横 波，这比声波和电磁波更为复杂。
地球是个有界体，内外物质的力学性质差别是很大的。对于地震波 的传播而言，地球表面是个尖锐的界面；地球内部的化学成分、力学性 质（密度、弹性参数等）是不均匀的，因此也形成许多界面（地震学中 称为间断面）或梯度区。纵、横波在这些间断面上发生反射、折射、波 型转换、散射以及衍射，使叠加在一起形成的总波场变得十分复杂。
第二章 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。
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第二章 地震波
第一节 波的性质简述 第二节 地震波 第三节 地震波的类型 第四节 地震波的波序
波长：在同一条波线上，相差为 2的质点间的距离。
周期：传播一个波长距离所用的时间。
频率：周期的倒数。
频率和周期只决定于波源，和介质种类无关。
波速、周期和波长之间存在如下关系：
v —波速
v f
T
—波长
T —周期
f —频率
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波长、频率和波速之间的关系
u
个
当波长远大于介质分子间的距离时，宏观上介质 可视为是连续的；若波长小到分子间距尺度时，介质 不再具备连续性，此时不能传播弹性波。
• 我们可以用波前来描述波的传播。在高频近似的情况下，我 们也可以使用波射线来描述波的传播。这种情况与在光学中 所见到的情形是相似的：在那里，我们可以使用光线来描述 光波的传播，光线不仅能描述光的传播，而且还可以很好地 描述光在不同介质的分界面上的反射和折射。但是，如果涉 及到光波的干涉、散射和衍散，那么光线的概念就不再适用， 我们还得回到光波的概念。
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地震学基础
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
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第二章 地震波
3.波阵面和波射线
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)。
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。
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第二节 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。至今为止,人们对地球内部的认识主要来自地 震学，因为人们不能直接达到地球内部，只能靠 地震激发的地震波来研究它。
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第一节 波的性质简述
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。
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1. 机械波产生的条件
波源
产生机械振动的振源
弹性介质 传播机械振动的介质
注：波动是波源的振动状态或振动能量在介质中 的传播，介质的质点并不随波前进。
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2.横波和纵波
速为3km/s，它的波长多大，振幅多大？ c cT2
f
ห้องสมุดไป่ตู้
k
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• 我们见到的波动很少是单频率的，它们通常是不同频率波动 的混合。
• 在更多的情况下，尽管一种特定的波并不是单一频率的，在 这种波的波谱中却有一个或几个起主要作用的优势频率。对 于光波来说，不同的优势频率决定了不同的颜色，而对于声 波来说，不同的优势频率决定了不同的音调。当涉及频率或 周期的时候，我们指的一般都是这种优势频率或优势周期。
同时，地球介质是非完全弹性的，对机械波具有吸收和频散作用， 这不仅使弹性波的振幅发生衰减，也会使波形发生改变。
另外，天然地震的震源过程本身也相当复杂，所以辐射出的弹性波 场也是非常复杂的。所有这些，使得我们在研究地震波传播时遇到的问 题十分复杂，如果不进行适当的简化处理，根本没有办法进行深入研究。
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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。
练习题
1、太平洋上有一次形成的洋波速度为740km/h，波长为
300km，这种洋波的频率是多少？波数是多少？ f 1 c
2 T
2、据报到，1976年唐山大地震时，当地某居民曾被猛地
向上抛起2m高，设地震横波为简谐波，且频率为1Hz，波
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3、地震波理论的主要内容
针对简化后的地球介质模型，一般对地震波 在地球内部传播的研究主要有两类方法：动力学 方法和运动学方法。
动力学方法通过求解满足相应边界条件的波 动方程，研究平面波在平界面上的反射、折射， 均匀半空间及平行分层空间中的地震面波，以及 针对球对称模型的自重地球的自由振荡。
运动学方法将波动方程的求解进一步简化成 关于波传播的射线理论，利用“地震射线”这一 概念，研究地震波在地球内部传播的运动学特征， 并在次基础上获得地球内部的相关结构信息。
平面波：波面为平面
球面波：波面为球面
柱面波：波面为柱面
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波阵面和波射线
平面波
波 线
波 阵 面
球面波
波 线
波 阵 面
注：
1、在各向同性介质中传播时，波线和波阵面垂直。 2、在远离波源的球面波波面上的任何一个小部份， 都可视为平面波。
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波阵面和波射线
球面波、柱面波的形成过程：
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4.波长和频率
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平行。
波谷
波峰
振动方向
传播方向 波密
波疏
注：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。
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纵波和横波的传播过程： 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)。
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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。