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地震学是一门应用物理学地震对科学方法论方面贡献•反演理论及方法•（弹性波）波动理论•成像方法•复杂性科学地震研究范围的三个方面•一、宏观地震学：主要是指地震宵害的调查和研究、地区基本烈度的划分，以达到为建筑物的抗震设计提供合理的资料和指标，并为地震预报提供宏观数据。•二、地震波的传播理论：根据地震台风网观测得到的地震资料，研究地震波的发生及传播特征，并利用来研究地壳和地球内部的结构、组成和状态。•三、测震学：内容包括地震仪器的研制、地震观测台网的布局以及记录图的分析、处理和解释工作。地震序列：地震在有限的空间和时间范围内有成丛发生的倾向。这种成丛发生的地震称地震序列。按时间顺序和震级分布，地震序列分为：主震型和震群型。•①主震型：通常包括主震和大量的余震。有些地震序列还包括一系列前震。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•按成因分：1、构造地震；2、火山地震；3、陷落地震。•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：M3的地震。2）有感地震：3≤M≤4.5的地震。3）中强震：4.5M6的地震。4）强震：M≥的地震。其中M≥8的地震又称为巨大地震。古代对于地震的认识•我国古代鳌鱼翻身的传说。•日本的“地震鲶”传说：地球靠一大鲶鱼支撑着，鲶鱼尾巴一甩就地震。古希腊的“气动说”。•中国人对地震的观察和记载是相当早的。《竹书纪年》所载公元前1831年“泰山震”，可能是世界上最早的地震文字记载之一。•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，系统地开展地震的预测和预防工作。将地震工作提高到一个新的水平。弹性波与弹性回跳理论•弹性波在介质中传播时存在一个频率上限。•弹性回跳理论(ElasticReboundTheory)：美国地震学家里德(H.F.Reid),1910年。•在无限、各向同性的均匀弹性介质中,仅有两种类型的弹性波传播,即纵波和横波。•但是在半无限、各向同性的均匀弹性介质或成层介质中,有可能出现一种弹性波,这种波的特点是：扰动的幅度随着离开界面距离的增加而迅速衰减,或者说,扰动只局限于界面附近。通常称这种波为面波。•由于地球具有边界和内部分层构造,地震波不仅有纵波和横波,还有面波和地球自由振荡（环形、球形）。•面波是指沿地球表面传播的,在与界面相垂直的方向上,波动的振幅急剧衰减。•在地震记录上，面波的振幅一般比体波大。•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。•不同周期的面波,其渗透深度不同；周期愈大的波,其渗透深度愈大。•在半无限的均匀介质中,不产生勒夫波,而且它所产生的瑞利波没有频散。地震记录中出现勒夫波以及有频散的瑞利波，则说明地下的介质是不均匀的或是成层的。P波和S波的主要差异•（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。地震波的波序：•一般到序：P波、S波、勒夫面波、瑞利面波、地震尾波地震波的传播•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)。震相•通常把在地震图上记录到的不同振动类型或通过不同途径的波所引起的一组一组的振动叫震相。•地震学的一个主要目的就是解读地震记录的各个震相，并从中得到记录所携带的地球内部信息和震源信息。几个主要震相的特征：•P：在震中距为100度的范围内，P将作为地震记录的第一个震相清晰地显示出来。一超过103度，其振幅就变小，这是因为进入地核的阴影区所致。当看到弱小的波时，一般认为那是在核幔边界上由于衍射而产生的，这类似于莫霍面衍射的Pn波。•S：在震中距最大为100度的范围内，S往往以比P还大的振幅在地震记录上显示出来。超过100度时，虽然开始进入了地核隐区。•PP、SS（地面反射波）：这两个震相在震中距超过20度是就开始与P或S分离。•pP、sS：当发生深震时，在30-100度附近，在P、S之后可以清晰的显示出来。pP和P的到时差，以及sS和S的到时差，往往随着震源深度不同而差别很大，因此对确定震源深度非常有用。•PcP、ScS、pPcP、sScS（外核反射波）：PcP、ScS或者是PcS、ScP常在震中距在30-40度左右显示出来。地震走时表：•地震波在不同震中距上传播的时间表。•走时表中各种震相的走时,是根据地震图(即地震波形的记录)中各种震相的到时来编制的。•为了准确地编制走时表，需要汇集大量的地震图，并对各种震相做出正确的识别和鉴定。•走时表是分析地震图、识别不同震相的主要依据。•走时表提供了有关地球内部的信息地球内部结构探索•1906年：外核的发现(Oldham）•1909年：莫霍面的发现(Mohorovicic）•1914年：古登堡古面的发现(Gutenberg）•1936年：内核的发现(IngeLehmann）•根据地震波速度的不同,地球可分为地壳、上下地幔和内外地核等几个大构造单元。其中,壳幔界面、幔核界面、内外核界面和上下地幔之间的过渡层,是十分明显的。•1959年海底扩张基本思想的提出。断层与应力•地震发生在断层上,有些发生在老断层上，有些是新的断层破裂。•断层滑动开始的地方叫震源,震中是震源在地表的垂直投影.应力和断层作用总结•三种主应力作用在断层上，两个水平的一个垂直的。•如果垂直压应力•最大－正断层•最小－逆断层•中等－走滑断层弹性回跳理论的主要论点•1)造成构造地震的岩石体破裂是由于岩石体周围地壳的相对位移产生的应变超过岩石强度的结果；•2)这种相对位移不是在破裂时突然产生的，而是在一个比较长的时期内逐渐达到其最大值的；•3)地震时发生的唯一物质移动是破裂面两边的物质向减少弹性应变的方向突然发生弹性回跳。这种移动随着破裂面的距离增大而逐渐衰减，通常延伸仅数千米；•4)地震引起的振动源于破裂面。破裂起始的表面开始很小，很快扩展得非常大，但是其扩展速率不会超过岩石中P波的传播速度；•5)地震时释放的能量在岩石破裂前是以弹性应变能的形式储存在岩石中的。地震的弹性回跳理论模型•由于构造板块之间的相对运动，锁住的断层受到应力的作用•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（地震前兆）•当应力超过一定的限度时，断层开始破裂并释放应力。这就是主地震。•断层调整（余震）。•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。•陆续完成的回跳和调整形成一系列余震。地震与断层总结•断层是岩石破裂面的相互移动。•地震沿断层发生。•断层面几何与应力相关。•地震的震源机制解是断层作用类型的图示描述.•虽然断层类型可以由地震波初动确定，但不能确定哪一个是真正的断层面。•有两种可能：•真平面－断层面。•假平面－辅助面。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—由于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。•三种断层类型相对于板块边界的三种类型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。地震预测•1975年辽宁海城7.3级地震成功预报•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。•目前研究地震预报的方法，主要在三方面：•（1）地震地质方法，应力积累是大地构造活动的结果，所以地震的发生必然和一定的地质环境有联系•（2）地震统计方法，人们通常可以利用统计的方法去寻找地震发生的概率；•（3）地震前兆方法，如果能够确认地震前所发生的任何事件，就可以利用它作为前兆来预报地震。地震空区：•有地震倾向、地震的能量释放低于平均水平的区域。•是预测地震的一个重要依据。地震预报所面临的主要困难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。地震谣言•“预报”的地震震级很精确，发震时间、地点很具体的传闻是谣传；•跨国地震预报是谣传；•地震小道消息是谣传；•凡带有封建迷信色彩和离奇古怪传说的地震传闻更是谣传。地震仪与地震图•地震图也被称为地震记录•常见的地震仪一般由拾震器、放大器（换能器）及记录系统三个部分组成。•由于米尔恩对地震观测的贡献，他被称为现代地震学的奠基人。震级和烈度•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。•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。•能量越大，震级就越大；震级相差一级，能量相差约32倍；相差二级，能量相差1000倍。•由于震源深浅、震中距大小、地质结构等不同，地震造成的破坏也不同。震级大，破坏力不一定大；震级小，破坏力不一定就小。所以，要反映地震实际的破坏程度，使用震级是不恰当的，这时要采用烈度。•一次地震对某一地区的影响和破坏程度称地震烈度（seismicintensity），简称为烈度，用I表示。一般而言，震级越大，烈度就越大。同一次地震，震中距小烈度就高，反之烈度就低。影响烈度的因素，除了震级、震中距外，还与震源深度、地质构造和地基条件等因素有关。•基本烈度：一个地区未来50年内一般场地条件下可能遭受的具有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，基本烈度也称为偶遇烈度或中震烈度。•规范规定：抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑必须进行抗震设计地震动测量•用峰值加速度作为一种衡量地震动的参量在上世纪60年代得到发展峰值加速度并不随着距震源距离的增加而平稳地减弱，在很大程度上它要受几种地质环境的影响：第一，走滑断层的面特别弯曲不平处，断层将产生突然增大的高频能量脉冲；第二，不均匀的地壳岩石和山脉、溪谷等陡峭地形会使波长几百米的高频地震波，被散射或放大；第三，厚的冲积土壤可能放大某些波，而削弱另一些波，这取