地球构造和地震波
第一章地震概述
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工程结构抗震及防灾
1.1 地震基本知识
地幔
1) 地幔界定：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。
2) 地幔组成：由密度较大的黑色橄榄岩等高温（1000度以上） 高压（9000大气压）岩石组成。 3) 地幔物质根据推算形态应为粘弹性体（能传播横波）。
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工程结构抗震及防灾
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工程结构抗震及防灾
1.2 地震基本术语
地震烈度表
烈度 1~2度 3度 4~5度 地震现象 人们一般没感觉，只有地震仪才能记录到 室内少数人感觉到轻微震动 人们有不同程度的感觉
地震烈度的定量 描述极其复杂
6度
7~8度 9~10度
人行不稳，器血倾斜，房屋出现裂缝，少数受到坡坏 人立不住，大部分房屋遭到破坏，高大烟囱可以断裂，有时有 喷砂冒水现象 房屋严重破坏，地表烈缝很多，湖泊水库中有大浪，部分铁轨 弯曲、变形
1.1 地震基本知识
1、按成因划分： 构造地震：由岩层构造运动产生，占总数的90%
火山地震：由火山爆发引起
地震类型
陷落地震：如大面积矿山开采引起岩层坍塌 水库诱发地震：由水库贮水诱发产生 人工地震：如核爆炸等（地震观测技术的发展）
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工程结构抗震及防灾
1.1 地震基本知识
地球的板块构造
板块构造的基本 概念是：岩石圈 由几个大而相当 稳定的板块，即 相对刚性的固体 岩石块体组成，
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工程结构抗震及防灾
来自以色列的精彩实例—— 原来水平的刚性岩石层在长时期作用的构造力挤压下褶皱
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工程结构抗震及防灾
1988年亚美尼亚地震造成的新鲜断崖
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工程结构抗震及防灾
地球的结构
内核:呈固态
岩石
压 力 密 度 由 小 到 大 温 度 组成
地壳
上 地 幔
岩石圈
软流层
由 铁镁的硅酸盐 低 类组成 到 高
地 幔
下 地 幔
外 核
铁镍为主 组成
地 核
内 核
地球内部圈层的深度及特征比较表
圈层名称 不连续面 深度
（km）
物质组成及特征
地壳
莫霍面 平均17
上地幔
地幔
古登堡面
地幔:由富含镁、铁的 硅酸盐类矿物组成， 由上而下,铁、镁含量 渐增 呈固态
(二)地球的内部圈层
●地核 概 念 和 物 质 组 成
►地核是地球的 核心。 地。
(三)地核
地核:组成物质可能是高温高压状态下的铁和镍
外核:呈液体或熔融状态,它们相对地壳流动,可
波速变化
纵波(P) 横波(S)
固体、液体、气体 在不同介质中速 度不同 固体
想一想：
当地震发生时，陆地上的 人们有什么感觉？ 先上下颠簸，后左右摇晃 在海洋中航行的人的感觉呢？ 只能感觉到上下颠簸
(一)地震波与界面
地 震 波 与 界 面
活动：横波与纵波在地球内部的波速分别有什么变化？根据波速的变化,地球内
大洋地壳：单层——硅镁层，平均6km
速度（千米/秒）
深 度 千 1000 米 2000
3000 4000
0
3 E
6 F
9
12
15
莫霍界面
A 古登堡界面 地幔 地壳
横波
纵波
5000 6000
地核
B
软流层
地震波波速与地球内部构造图
(二)地球的内部圈层
地震波探测地球内部结构
地震波探测地球内部结构-----速度异常体PB05007106 马晓静地震震相按照震中距的大小，可分为近震震相和远震震相。
近震接收到的主要利用高频波，可用来研究地壳的结构构造，如近地表的倾斜界面的形态（反射、折射波），地壳的结构特点。
远震接收到主要为衰减较小的低频波，研究地球深部构造，如地球速度垂向分布、间断面的特征(范围、形状、成因等）。
以下，着重讨论D”层的超低速区震相识别。
1.D”层的重要性D”层是固态地幔和液态外核之间的边界，是地球内部重要的边界层之一；控制着核幔边界的物质、能量交换；与地球内部对流、板块运动、磁场变化有紧密联系。
D”层也是下地幔中最为复杂的区域，很多研究成果已表明，比如某些地区的D”层顶部速度跳跃及横向不均匀性，在某些地区D”是低速的，存在大量的散射体，存在尖锐的分界。
2、超低速区D”中存在一种极为异常的结构，称为ULVZ（ultra low velocity zone)。
它的厚度为5~60 km，横向尺度大约200 km。
剪切波速(Vs ) 异常达-30%，压缩波速(Vp ) 异常达-l0% ，密度异常可达+l0 %，是一种高密度、低地震波速度的异常体。
地幔其他地区的速度异常范围一般不超过3%，所以称这种异常体为超低速区。
一般认为，超低速区是化学异常及后钙钛矿相变共同影响下的化学-热对流体系中形成的产物．在全球范围内都有广泛分布。
研究D”层的结构，一般选择来自核幔边界的反射波(ScS，ScP，PcP)、透射波(SKS，PKP等)以及沿着核幔边界传播的衍射波(Pdiff，SKPdS，SPdKS，ScPdiff)或者它们的组合。
下面介绍几种研究超低速区的地震学方法。
（1）SKS+SPdKS/SKPdSSKS从震中距70°开始出现，但比较弱；在83°之后，成为径向分量上的主要震相；根据PREM 模型，地幔一侧：Vs=7.6 km／s，Vp=13.6 km／s；外核侧 Vp=8.0km／s)，在震中距超过105°后，外核中传播的P波经过核幔边界进入地幔时，会发生全反射,形成沿着核幔边界传播的衍射波Pdiff，Pd在传播过程中有辐射能量进入地幔形成S波，台站接收到的就是SKPdS（SPdKS与SKPdS的形成原因一致，只是过程相反，两者等效，只是研究的区域不同）。
地震波在地震中的应用
地震波在地震中的应用
1、地震信息和地球内部结构的研究：地震仪记录下来的地震波包含有关震源和传播介质的信息，反演可求得地壳、地球内部结构。
地震学在地壳、上地幔、地球动力学研究中起重要作用。
2、地震区划烈度：根据地震区划工作的结果，可向国家提供建设烈度，以作为工程建筑设汁的依据。
3、地震勘探：利用地震学的基本原理探测地下资源。
4、侦察地下核爆炸：用地震学的原理来侦察地下核爆炸，台阵建立的最初目的就在于此。
5、地震地质：地震地质探讨地震发生的地质条件，从地质学角度来看，地震又给出了地质活动的独立标志，有助于地质学的研究。
地震波
地震波是打开地心的金钥匙是照亮地球内部的明灯。
地震波有横波和纵波且两种波传播速度和条件不同，它们通过在地球内部不同分界面上发生反射、折射和波形转换携带地球内部的信息，使人们根据地震波这种“超声波探测器”探索出地球内部的奥秘。
同样道理，人们利用地震波携带信息的特性可以进行地震勘探对于找石油及其他矿产资源都做了很好的贡献。
1地震基础知识
▲ 震源：断层形成的地方，即大量释放能量的地方。 震源：断层形成的地方，即大量释放能量的地方。 震源不是一个点，而有一定的范围和深度。 震源不是一个点，而有一定的范围和深度。 ▲ 震中：震源正上方的地面位置。 震中：震源正上方的地面位置。
2、按震源深浅程度分类
（1）浅源地震：震源深度在70 km以内，一年中 浅源地震：震源深度在70 km以内， 全世界所有地震释放能量的约85% 全世界所有地震释放能量的约85%来自浅源地 震。 （2）中源地震：震源深度在70-300 km，一年中 中源地震：震源深度在70 70km， 全世界所有地震释放能量的约12% 全世界所有地震释放能量的约12%来自中源地 震。 （3）深源地震：震源深度超过300 km，一年中 深源地震：震源深度超过300 km， 全世界所有地震释放能量的约3 全世界所有地震释放能量的约 3% 来自中源地 震。
▲ 地震序列：在一定时间内（一般是几十 地震序列：在一定时间内（ 天至数月） 天至数月 ） 相继发生在地区一系列大小 地震称为地震序列。 地震称为地震序列。 ▲ 主震：在某一地震序列中，其中最大的 主震：在某一地震序列中， 一次地震叫主震。 一次地震叫主震。 ▲ 前震：在主震之前发生的地震。 前震：在主震之前发生的地震。 ▲ 余震：在主震之后发生的地震。 余震：在主震之后发生的地震。
3、地震烈度
▲ 指某一地区的地面 和 各类建筑物 遭受一次地震影响的强 指某一地区的 地面和 各类建筑物遭受一次地震影响的强 弱程度。 弱程度。 ▲ 主要与震中距离、 地震大小 、 震源深度 、 地震的传播介 主要与震中距离 、 地震大小、 震源深度、 质、表土性质、建筑物的动力特性和施工质量等许多因素 表土性质、 有关。 有关。 ▲ 对于一次地震 ， 表示地震大小的震级只有一个 ， 但它对 对于一次地震， 表示地震大小的震级只有一个， 不同地点的影响是不一样的。一般来说，距离震中越远， 不同地点的影响是不一样的。一般来说，距离震中越远， 地震影响越小，烈度就越低；反之，地震烈度就越高。 地震影响越小，烈度就越低；反之，地震烈度就越高。
利用地震波形研究探测地球内部构造-课件及论文资料
利用地震波形研究探测地球内部构造----地幔不连续面的起伏PB04007314 黄思敏1.对地球内部构造的目前研究状况及其意义：在当今的地球物理研究中，只有少数的一些特殊方法能够对地幔物质以及地幔构造给出较为明确的样本，模型，以供岩石学等的进一步研究。
至今都没有钻井能够钻至Moho面的位置。
在地幔中由地震波形研究发现的全球分布的410km和660km的不连续面刻画出了地幔的内部构造。
所以，研究这不连续面的性质更有助于我们掌握地幔的有关信息。
另外，在地幔深处的温度分布是至今人们都难以准确测得的，然而知道地幔深部温度分布却对研究地幔性质有着重要的意义，因为一定的温度分布能够指示相应的压强及其他热力学参数等等，从而指示地幔物质分布和变化以及它们的形成，由来等等重要信息。
在410km和660km这两个不连续面上有着不同的克拉伯隆梯度，所以在地幔过渡带中，温度较高的地带410km不连续面应该在较深处观测到，而660km 的不连续面应该在较浅处。
现在，关于地幔的软流圈上涌是主动的还是被动的，即，是由于本身的热力学性质驱动上涌还是由外力推动被动上涌的，仍然处于争议之中。
而通过软流圈附近的温度分布则可以较好地研究这个问题。
Arwen Deus and John Woodhouse在2001年做了一个研究，他们得到的不连续面的数据可以用于探测地幔中过渡区的结构。
不连续面的局域深度和观察到的数据显示，地幔的过度带比之前人们估计的还要不均匀。
更重要的是，确定不连续面附近的性质对于了解地幔的进化过程，目前的动力状况，和地幔化学性质都是很关键的。
矿物物理学科和地质动力学都直接利用地震观测资料推测边界状况，这些都多实验者努力想要解释的现象。
用地震学解释地幔物质性质的方法在地幔结构和动力中占有统领地位，所有的努力都是为了发展出对可测的弹性波物质足够精确的表示，以使我们能够对地幔的结构和动力性质做出有信心的解释。
2.研究地幔构造的方法---地震波形和走时曲线研究人们创造并发展了许多研究地幔构造，不连续面的方法，通过分析地震波在界面上有可能发生的与界的反应，如，折射，反射等，来判断反射点的位置。
地震波与地球圈层
地震波与地球内部圈层刘继龙 10210124地震波是由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。
地震发生时，震源释放出巨大的能量。
震源区的介质在这股能量的驱动下发生剧烈的振动和破裂，这种振动构成一个波源。
由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及其表层各处传播出去，形成了连续介质中的弹性波。
地震震源施放出的能量沿振动波传播到地表，给地面的建筑物造成强烈的破坏。
按介质内质元振动方向与波传播方向的关系对波分类，最基本的有横波与纵波。
波传播时，介质的每个体元均在自己的平衡位置附近振动。
若介质中各体元振动的方向与波传播的方向垂直，叫做横波。
其中一种典型是具有剪切弹性的固体中的横波。
若介质中各体元振动的方向和波传播的方向平行，叫做纵波。
这时，介质内诸体元时而靠近、时而疏远。
纵波在具有拉伸压缩弹性或有膨胀压缩体变弹性的介质中传播。
固体内部可以产生切应力和拉伸压缩应力，从而可传播横波和纵波。
液体和气体具有体积压缩弹性，可以传播弹性纵波。
在两种介质的表面上还可以传播表面波。
例如水面波传播时，水的微团沿圆或椭圆轨道运动。
地震波主要分为两种，一种是实体波，一种是表面波。
表面波只在地表传递，实体波能穿越地球内部。
实体波在在地球内部传递，又分成P 波和S 波两种。
P 波为一种纵波，粒子振动方向和波前进方平行，在所有地震波中，前进速度最快，也最早抵达。
P 波能在固体、液体或气体中传递。
S 波前进速度仅次于P 波，粒子振动方向垂直于波的前进方向，是一种横波。
S 波只能在固体中传递，无法穿过液态外地核。
表面波又称L 波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。
表面波有低频率、高震幅和低频散的特性，只能沿地表传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。
根据对波动方程20tt xx u v u -=的分析可以得到：地震波的传播速度由下式决定。
v =该式中E 为介质的弹性模量，ρ为介质的密度。
P 波的传播是由介质沿传播方向的振动导致的。
第05讲地球的圈层结构-【暑假自学课】2023年新高一地理暑假精品课原卷版
第05讲地球的圈层结构1．从地球圈层的角度，熟悉地球的内部圈层和外部圈层的结构。
2．观看、描述与地球圈层有关的一些自然现象。
3．能够运用圈层理论，说明各圈层之间的关系和变化过程，描述地球各圈层和人类活动的关系。
学问点01 地球的内部圈层结构根底学问梳理一、地震波1. 概念：地震发生时，地下岩石收到猛烈的冲击，产生弹性震惊，并以波的形式向四周传播，这种弹性波叫地震波。
2.分类：地震波按传播方式分为两种类型：和横波。
3.横波、纵波的特点：纵波传播速度，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱，纵波可以通过固体、液体和气体传播。
横波传播速度较纵波慢，又称S波，它使地面发生抖动，破坏性较强，横波只能通过传播。
【学问拓展】某地发生地震，这时水中的鱼、地面上的人和四周的飞鸟都会有什么感受？3. 不连续界面从地球内部地震波曲线图上，可以看出地震波在肯定深度发生突然变化〔如上图〕。
这种波速突然变化的面叫不连续面。
〔1〕莫霍界面地球内部有两个不连续面：一个在大陆地面下平均处，在这个不连续面下，横波和纵波的速度都明显增加，这个不连续面叫莫霍界面；〔2〕古登堡界面另一个在地下约2 900千米处，在这里纵波的传播速度突然下降，横波完全消逝，这个面叫古登堡界面。
以这两个界面为界，地球内部被划分为、和三个圈层。
二、内部圈层结构1.地壳位于莫霍界面之外，是地球外表一层薄薄的、由岩石组成的坚硬外壳。
大陆局部比拟厚，一般为3941千米，有高达山脉的地方会更厚，最终达70千米，大洋局部比拟薄，一般为，平均厚度17千米。
2.地幔介于莫霍界面和深处的古登堡界面之间。
地幔分为上地幔和下地幔。
上地幔上部存在软流层。
软流层：由塑性物质组成，是岩浆的主要发源地。
上地幔顶部与地壳都由坚硬的岩石组成，合称。
〔区分岩石圈与地壳〕3.地核以古登堡界面与地幔分界。
地核分为外核和内核，地核温度很高，压力和密度很。
典例读地球圈层结构示意图，完成1～2题。