地震学期末复习整理.docx
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地震学期末复习整理
复习提纲
1、全球地震活动在空间上有什么特点？
如何利用现在对地球结构的了解解释这种特点？
呈带状分布。
无论是震源几何位置（地理的、深度的）、震源强度的空间分布、震源机制的空间分布均与板块学说中的大断层十分一致。
断层说是板块学说的组成部分，板块学说中的断层理论很好地解释了地震活动。
板块学说的主要论点：
①软流层（热、粘）上驮着岩石层（冷、脆）一起移动；
②海岭～张裂、发散；
③海沟～腑冲、消没
④转换断层～剪切、滑移；
⑤各板块绕轴旋转。
2、根据古登堡－里克特的震级频度公式
，估计某地区所能发生的最大地震震级。
（假定a=6.7,b=0.9）
3、评定地震烈度的主要标志有哪些？
1）自然景观的变化2）建筑物的破坏3）人和动物的反应
4、影响地震烈度的主要因素
地震本身释放的能量、观测点与震源点之间的距离、地质条件、建筑物的类型、调查人本身的因素、当地人对地震的经验等
5、地震烈度和震级的区别？
地震烈度：
按一定的宏观（野外场地调查）标准，表示地震对地面影响和破坏程度的一种量度，称之为地震烈度。
通常用I表示。
震级：
按一定的微观标准（仪器观测），表示地震波能量大小的量度，常用字母M表示。
震级和烈度都是衡量地震强度的，根据统计结果，震级M和震中烈度I0之间有下列关系：
6、全球地震带的分布特征，三个主要地震带？
全球的地震带分布:
（1）环太平洋地震带
位于太平洋边缘地区，即海洋构造和大陆构造的过渡地区。
全球80％的浅震，许多中源地震和差不多的深源地震都发生在这一带，包括大部分灾难性地震。
（2）欧亚地震带
沿欧亚大陆南部展布，欧亚地震带内也常发生破坏性地震及少数深源地震，它是最宽的地震带。
我国的大部分地区处于此地震带内。
（3）海岭地震带
几乎包括全部海岭构造地区，沿洋中脊展布，又称为洋中脊地震带，它是最长的地震带。
7.哪个地震带是全球地震活动最强烈的地震带，全球80%的浅源地震、90%的深源地震均集中在该带上，这是一条对人类危害最大的地震带。
我国处于欧亚地震带和太平洋地震带之间，是个多地震的国家。
8．面波震级是依据地震记录的什么量来测定的？
什么是面波震级饱和？
在浅源远震记录图上振幅最大的波是面波，利用面波最大振幅测定震级称为面波震级，用Ms表示。
里氏震级标度出现饱和，即当地震能量达到一定程度之后，计算出的震级值不随能量的增加而增加，这种地震波能量增加，而相应的震级大小却不再增加的现象称之为震级饱和。
饱和现象表明对于巨震能量估计偏低。
9、地震的基本参数是什么？
或地震预报的三要素？
①时间②地点③强度
10、地震矩与断层面上的哪些因素有关，写出其间的关系式。
假定断层面的面积为A，断层面上的平均错距
定义地震矩：
式中为μ剪切模量。
11、请导出平面SH波在均匀各向同性弹性半空间自由界面反射时的反射系数。
SH波入射只产生反射SH波。
设的波动方程的解为：
它满足自由表面边界条件中的第三式，
代入得：
这表明SH波在自由表面的反射,其反射系数为1,或者说波反射SH波振幅等于入射SH波的振幅，且无相位变化。
12、假设地球具有球对称性，当台站正北方向发生地震时，在北—南，东—西和上—下各分向地震仪上分别能记录到P，SV，SH，LR（瑞利波），LQ（勒夫波）振动中的哪几项？
北——南P,SV,LR东——西SH,LQ上——下P,SV,LR
13如果介质是完全弹性的，请写出广义胡克定律，和各向同性介质中的胡克定律。
广义胡克定律：
各向同性介质中的胡克定律：
14.Love波和SH波区别？
主要还是面波与体波的区别。
{来自XX：
因为沿着表面传播，所以叫面波。
如果均匀介质，没有勒夫波，在层状介质中，P、S波来回反射，耦合成勒夫波。
勒夫波和SH波的示意图是一致的，都是界面平面的运动，但是不一样：
SH波是纯粹在界面平面上垂直波传播方向的运动，是单一的波，勒夫波不是这样的，表现上是质点在界面平面上垂直波传播方向的运动，但是这个表现是综合的结果，即P、S波来回反射，耦合成勒夫波。
在界面平面上表现一样，但是机理不同。
SH波是体波，具体是S波的一个分量；勒夫波是面波，有频散性质。
勒夫波只在表面上存在（而且必须非均匀或者层状介质的表面），SH波任何情况都有。
是P波与S波在界面处发生耦合时产生各种方向的质点震动而所有垂直于界面的分量都抵消了，于是就形成了如同SH波的形态,但性质上和SH波不同！
}
如果设x1x2为地平面（不考虑地球曲率），x3为深度方向。
为了分析的方便，地震学中将垂直于传播平面的x2方向上的S波分量记为SH波。
（1）Love面波可以在半无限均匀弹性介质上部存在低速覆盖层的结构中产生，沿水平层面传播，传播速度介于上、下两层介质的S波速度之间，速度大小与频率有关（存在频散）。
Love波的传播速度比瑞利波的快。
（2）Love面波是SH-SH相干面波，理论上没有垂向分量和径向分量。
15、什么是面波？
面波有什么主要性质？
最主要的两类面波Reighlay波和Love波的偏振方式有什么不同？
面波：
在自由表面或不同弹性介质的分界面上传播的一类特殊波。
最常见的面波是沿地面传播的瑞利波。
其特点是低速（通常小于横波速度）、低频、强振，是一种干扰波，具有频散现象。
在地震图上振动的幅度大，而且振动周期与建筑物的固有周期相近，所以面波对地面影响较大。
又称为地滚波。
瑞利波沿地表传播，其振幅随深度大体呈指数衰减。
瑞利波在地表面的质点运动轨迹为逆进椭圆，垂直方向振幅约为水平方向的1.5倍。
大约在1/5波长深度以下，质点振动轨迹为顺进椭圆。
Love波存在多阶振型，但其能量主要集中在基阶波上，基阶波的振幅在地表最大。
Love波振幅在盖层内随深度按余弦函数变化，在下层按指数随深度衰减。
Love波的质点振动方式与SH波同，是在垂直于传播方向的水平方向上振动。
16.为什么可以用三分量地震记录来表示三维空间中一点的地面运动量？
地震仪记录的是位移也就是地面运动量，这个量是矢量，相当于三维空间里面的一个矢量。
三分量记录是指地震仪分别记录了三个垂直方向上的地面运动量的投影即东西分量、南北分量和垂直分量。
17.大震发生后，较远的高层建筑物里的人震感较强，低矮建筑物震感较弱或没震感，为什么？
高层建筑固有频率低，低矮建筑固有频率高。
高层建筑对面波较敏感.高耸建筑物受低频震荡的影响较大,而低矮建筑受高频震荡的影响较大。
.至于具体的物理机制,跟共振有关系。
在宏观烈度大体相同条件下，处于大震级远离震中的高耸建筑物的震害比中小级震级近震中距的情况严重的多。
18、请画出双层地壳模型，震源在上层地壳中时，从震源到台站的主要纵波近震震相的射线及走时曲线，并标出相应的震相符号，写出走时方程。
19、求证球对称介质中的Snell定律。
20.利用费马原理证明存在波形转换时的snell定律：
21、请导出球对称介质中射线参数与走时曲线的关系式（本多夫定律），并说明其实用意义。
两条射线的长度相差为
dT波沿
传播时间，则：
由上式知：
由走时曲线的斜率可求出地震射线的射线参数，射线参数与走时曲线的这个关系就是本多夫定律.
意义：
本多夫定律表示相邻射线之间的关系，把实测数据和抽象的射线参数联系起来了。
不同的台站得到不同的斜率，不同的p，从而把射线区分开。
22、低速层或高速间断面的速度特征、射线形状和走时曲线特征。
若在地球内部r1至r2的范围内，速度随深度的增加比这个范围上下的介质中的速度都快，即速度的变化率的值相对地大，此层称为高速层。
当r1=r2，且
，此界面称为高速界面或高速度间断面。
速度不连续的界面，存在反射震相，存在首波。
高速间断面上因为速度不连续，出现直达波、反射波、首波和折射波。
走时曲线出现“打结”，“分叉”，若观测到的走时曲线有这类现象，则应判断出高速层的存在。
若在地球内部r1至r2的范围内，速度随深度的增加而减小，而在此范围之外速度随深度增加而增加。
那么，在r1至r2的层称为低速层。
当r1=r2，且
，此界面称为低速界面或低速度间断面。
在低速层中，射线不满足不等式。
经低速层的射线不会向上弯曲而是弯向地心，但穿过低速层后，由于地层中的速度又随深度增加而增加，射线又能向上弯曲，最终出射到地面。
射线出现影区或盲区，相应的走时曲线出现间断。
23、试述利用P波初动确定断层面解的原理。
24、断层面解中P轴和T轴分别表示什么？
根据地震波观测按双力偶点源模式求解震源的基本参数时，除了给出二节面（或其法线矢量）的空间方位外，还常给出所谓P、B、T轴的空间方位。
B轴即是二节面的交线，又称零轴，因为该轴线上质点位移为零，也有记为N轴的。
P轴和T轴都位于同B轴垂直的平面内，且各与二节面的夹角相等，P轴位于膨胀波象限，而T轴位于压缩波象限。
P轴和T轴可分别看成是同双力偶等效的双偶极力系的压力轴和张力轴。
25.什么是弹性回跳理论？
P波初动解的基本机理是什么？
什么是震源球？
为什么要引入震源球？
什么是辐射花样？
P波、S波的辐射花样是什么样的？
弹性回跳理论：
（1）无应力状态
（2）岩石受到应力而产生形变，引起相对位移；
（3）在某一时刻，从某一点开始，应力超过了阻力而滑动或破裂形成了断层
（4）断层两边又回到新的无应力状态。
P波初动解的基本机理：
（很不确定对不对！
）P波在θ＝0时（力的方向）最强；在q＝π/2时为零。
因此，过震源球球心，q＝π/2的平面是个节平面；节平面的一侧是离源运动，节平面的另一侧是向源运动。
震源球：
如果把o点观测结果逆着射线归算到以H为球心，以充分小的长度为半径的小球的球面上（球内介质视为均匀，射线近弯曲可以忽略）。
这个理想的小球叫做震源球。
原因：
为了消除射线弯曲造成的畸变，恢复初动四象限分布的直观形象，引进震源球和离源角的概念。
辐射花样：
位移随R,θ变化的图像称为位移的辐射图案。
P波、S波的辐射花样：
自己翻课本吧骚年，不一定会考……
26、近震主要有哪些震相？
对应的射线路径和走时曲线大概是什么样子的？
地壳是如何被发现的？
震相为pP，pPP，sS，sSS，sP，sPKP等。
对应的自己画一下就好了。
这些都是深源地震。
地壳是如何被发现的：
27、远震震相主要有哪些？
对应的射线路径大概是什么样子的？
震相的表示方法与射线路径之间的对应关系。
通过射线理论推测地球深部速度分布主要有哪些经典方法？
主要震相有：
PKP（或Pdif）PP，PKS，SKS等,对应路径略。
震相的表示方法与射线路径之间的对应关系：
对比较复杂的传播路径进行描述时，以上表述是不够的。
缩写法：
PKP＝P’，SKSSKS＝（SKS）2，PKKKKKKKP＝P7KP
特殊表示法：
P650P（PdP）：
一个新界面塞进一个特殊的深度d，这里650涉及一个特殊界面。
ScSp：
遇到外核以上某界面S波转换成P波。
经典方法:
Herglotz-Wiechert反演方法Gutenberg反演方法τ（p）法反演速度结构
28、地球内部的主要分层？
为什么说外核是液态的？
布伦将地球分为A，B，C，D，E，F，G七层，以后他又将D层分为和两层：
布伦模型表明，地球内部主要有地壳、地幔、地核三部分组成。
主要间断面：
地壳底面及地幔与地核的分界面。
外核液态的原因：
在走时表外推到105度以外距离时，在预期的时间也观察不到S波。
29、当单色平面SH波以任意角度入射到水平自由面时，证明地表实际地动位移的振幅等于入射波位移振幅的2倍。
30、简谐波SV波
以大于
的角度
入射到自由平面时，证明反射P波的振幅随深度z呈指数衰减。
假设SV波在自由面反射为P波的位移反射系数为R。
，
和
分别是S波和P波的速度。
31.什么是里氏震级，定义时有哪些假设，它有什么弱点？
里氏震级：
式中ML是近震震级，也称里氏震级。
A为两水平分量最大记录振幅的平均值，A＊为零级地震的振幅。
定义时假设为近震，周期变化不大。
里氏震级的意义：
优点：
客观地量度了地震大小，而且测量方法简单，另外，提供了对地震的一种分类，深化了研究。
缺点，震级标度完全是经验性的，与地震发生的物理过程并没有直接的联系，物理意义不清楚，而且震级测定结果的一致性存在问题，特别是存在地震饱和效应。
32.已知在均匀弹性无限空间中，纵波的标量势在直角坐标系（x,y,z）中的表示式为：
。
求纵波的位移场
，并指出它的传播方向，传播速度，振动频率，相位和振幅。
35.地球自由振荡可以分为哪几类？
分析每一类的特点。
两种本征振荡：
（1）球型振荡（S振型，spheroidalossillation）——质点位移既有径向分量，也有水平分量。
（2）环型振荡（T振型，torsionalossillation或Toroidalossillation）——各质点只在以地心为球心的同心球面上振动，位移无径向分量，地球介质只产生剪切形变，无体积变化.
S振型的性质类似于瑞利面波，其质点的位移既有半径方向的分量，也有水平分量。
T型振动的性质类似于勒夫波，各质点只在以地心为球心的同心球面上振动，位移无径向分量，地球介质只产生剪切形变，无体积变化。
36.地球自由振荡与地震面波有什么关系？
地球自由振荡可以看成是长周期面波的推广，球形振型相当于瑞利面波的推广，扭振型相当于勒夫波的推广，长周期地震仪可以记录数百秒以内的面波，而数百秒至1小时左右的周期则用地球振荡的数据来补充。
37.震中距为68和153处分别接收到表面源发出的、射线参数相同的PcP和PKP震相，它们的走时分别为11'30"和20'10"。
请问这时接收到同样射线参数的PKKP震相的震中距和走时分别是多少？
38.设地球为均匀各向同性的弹性球体，其半径为R，P波速度为VP。
请写出表面源的PP和P震相走时差tPP-P的公式。
40.以下震相可能存在吗？
如果存在，请画出一条该震相的射线：
①PcPPKP，SKSKP，PPPKP，PKPcP；
②pPKP，sPcP，pKP；
③同一台站记录到的，同一表面源发出的PcS和ScP。
41.莫霍洛维奇发现地壳的地震学证据是什么？
答：
还是仅供参考。
莫霍洛维奇在研究1909年的一次地震时发现。
某些地震波到达观测站比预计的快。
在该界面附近，纵波的速度从7.0km/s左右突然增加到8.1km/s左右；横波的速度也从4.2km/s突然增至4.4km/s。
其出现的深度在大陆之下平均为33km。
在大洋之下平均为7km，平均深度为17km。
根据分析，1910年莫霍洛维奇提出地球有内外层之分。
他指的内外层就是我们所说的地幔和地壳。
而地壳与地幔的分界面也就被称之为莫霍洛维奇不连续面（莫霍面）。
43.请画下列地震断层所对应的断层面解的吴尔夫网投影图。
WEWE
45
45.为什么可以把在地球内部传播的波用射线来近似？
这一近似对适用范围有什么限制？
答:
程函方程（eikonalequation）
它具有重要的物理意义：
如果介质的参数c（x,y,z）已知，利用边界条件或初始条件，就可求得时间场t（x,y,z），从而可知任意时刻波前在空间的位置，也就求得地震波传播的全部情况，而用不着求波动方程的解。
因此，它是几何地震学中最基本的公式。
从波动地震学过渡到几何地震学的两个根本条件
（1）l较小，或趋于零，即只对高频适用；
（2）▽2j0不是很大，即不能趋于无限。
意味着不是源也不是聚焦点。
程函方程及射线方程仅在高频条件下近似成立。
与应用的地震资料的频率范围有关，也与具体问题对解的精度要求有关。
一般认为，当应用的地震波资料的最大波长较需要考虑的介质空间不均匀尺度小1个数量级，可以用高频近似。
47.目前对学术界地震预测预报有什么看法？
地震预测需要解决哪些问题？
答：
开放性题目，不考！
48.什么是走时曲线？
走时曲线有什么主要用途？
答：
走时曲线又称时距曲线，是表示地震波传播的距离与传播所需要的时间之间的关系曲线。
（1）走时曲线是识别震相的重要依据
（2）走时曲线是确定震源基本参数的重要工具。
（3）走时曲线可以计算视速度和出射角（本多夫定律）。
（4）研究地球构造
49.波场在自由表面、固－固界面、固－液界面分别满足什么样的边界条件？
答：
在自由表面上没有任何约束，可以自由变形，正应力与切应力均为零，即在z=0的平面上有：
固-固：
应力连续，位移连续
固-液：
界面上正应力和法向位移连续，剪应力为0
50．当SV波入射到自由表面时，在什么条件下会产生非均匀波，非均匀波有什么特征？
答：
产生超临界入射
超临界入射的反射波，发生了相移，相位超前了2ε。
且
折射波的振幅和相位都发生变化，变成了不均匀平面波，沿界面传播，振幅随深度指数衰减。
51.地震学主要研究内容是什么？
为什么说地震学是地球物理学中最重要的研究领域？
答：
52．在利用H-W积分法求解地球内部速度分布时需要有什么基本假设？
答：
条件：
①速度连续；
②射线出射地表dc/dr③h＝0，表面源。
54.里克特（Richter）引入震级的概念，并定义里氏震级公式：
，请问里克特对零级地震是如何规定的？
答：
用伍德—安德森式（Wood-Anderson）标准地震仪（放大倍数2800，周期0.8s，阻尼0.8）记录地震，在震中距△＝100km处的地图上，记录到两水平分量最大振幅的平均值为1mm的地震定义为零级地震。
55.什么是高速层？
球内若存在高速层，这种速度的变化对射线形状和走时曲线有什么影响？
答：
若在地球内部r1至r2的范围内，速度随深度的增加比这个范围上下的介质中的速度都快，即速度的变化率的值相对地大，此层称为高速层。
第一种情况：
◆EB与高速层的顶面相切,E-B走时顺进;
◆EC与高速层的底面相切,B-C走时逆进，随入射角减小，震中距反而缩小，即穿透较深的射线反在近距离处出射，相应走时曲线出现回折现象;
◆ED一部分射线进入r高速层射线特征:
通过高速层的射线弯曲得厉害（曲率比较大），在地球内部出现射线交叉现象，穿透较深的射线反而在穿透较浅的射线之间出射，相应的走时曲线出现回折（圆环）现象。
第二种情况：
高速层层薄且速度的梯度跳跃不大
A点相应于与高速层上界面相切的射线之出射点；进入高速薄层的射线曲率比FA射线的曲率大，曲率半径小，射线回折，在点附近辐射强度高，这就是地震的“聚焦”现象。
走时曲线在A点出现角点（拐点）。
A点之后的曲线的斜率小意味着速度快。
走时曲线出现角点说明下面存在高速的区域。
56.什么是群速度和相速度？
写出两者之间的关系式
答：
单色简谐波（一个频率）在传播的过程中，波的同相面（波阵面）传播的速度称为相速度。
复合平面波（多个频率）在传播过程中会相互干涉,合成振动的振幅的极大值的传播速度称为波的群速度。
群速度U和相速度c的关系:
或：
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