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第二章-地震波
第一页，共71页。
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
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波动是振动的传播过程。
机械波：机械振动在介质中
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。
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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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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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。
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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。
当地震发生时,从震源辐射出各种类型的波,有些波通过地球内部传播,有些沿着表面传播。从这些波的走时，频率和振幅特性或频散性质，可以确定地球内部的波速和深度的关系。
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一、弹性介质及弹性常量1、弹性介质
岩石或地层的连续性并不好,而且岩石的化学成分和物理性质也常有变化。但是,我们所讨论的地震波,其波长一般大于数百米以至数千米,因此地球介质通常可以认为是均匀和连续的。
对于天然地震和人工爆破,除了在源附近外,介质所受的力一般都是很小的, 延续的时间很短, 通常可以视介质为完全弹性体。
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介质的弹性性质(elastic)：
DL
s
应变：
e=DL/L
DL/L=s/E
应力：
s=F/A
s=Ee
Hooke’s Law:
未加载
加载
卸载
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介质的 脆性 性质(brittle)
DL
s
未加载
加载
卸载
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介质的塑性性质(plastic):
DL
s
未加载
加载
卸载
卸载不能完全恢复原状，有“永久残余变形”。
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Stress-Strain Relation (based on experimental result)
Linear range
(Hooke’s Law)
Elastic range
failure
Plastic deformation
Permanent
strain
0
Strain(e)
Stress(s)
Failure
(brittle)
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应力、应变及广义胡克定律
h
Dh
A
F
截面积：
作用在
A上