地震波的传播原理及检测共20页文档

菲涅尔体和透射波摘要在地震成像实验中，通常使用基于波动方程高频渐进解的几何射线理论，因此，通常假设地震波沿着空间中一条连接激发点和接受点的无限窄的线传播，称为射线。

事实上，地震记录有非常多的频率成分。

地震波频率的带限性就表明波的传播应该扩展到几何射线周围的有限空间。

这一空间范围就成为菲涅尔体。

在这片教案中，我们讲介绍关于菲涅尔体的物理理论，展示适用于带限地震波的波动方程的解。

波动方程的有限频理论通过敏感核函数精确地描述了带限透射波和反射波的旅行时与振幅和地球介质中慢度扰动之间的线性关系。

菲涅尔体和有限频敏感核函数可以通过地震波相长干涉的概念联系起来。

波动方程的有限频理论引出了一个反直觉的结论- 在三维几何射线上的点状速度扰动不会不会造成波长的相位扰动。

因此，这说明在射线理论下的菲涅尔体理论是波动方程有限频理论在有限频下的一个特例。

最后，我们还澄清了关于菲涅尔体宽度限制成像实验分辨率的误解。

引言在地震成像技术中，射线理论通常在正演和反演中被用有构建正反演波长算子。

射线理论之所以收到欢迎部分是由于计算机速度和内存的限制，因为射线理论具有较高的计算效率并且对于各种地震成像方法的应用也比较容易。

而另一方面，地震成像实验清晰的表明，射线理论，由于他对波场传播的近似描述，对于散射效应严重的波场的成像是不完备的。

Cerveny 给出了对于地震波射线理论的一个全面的理解。

在地震成像实验中，记录到的透射波和反射波信号都是由一个主要由低频信号组成的宽带震源激发产生的，因为地震波的高频信号在地层中很容易衰减。

但是射线理论是基于高频近似的，这表明基于射线理论的成像技术和和测量波场这件之能会存在方法上的冲突。

这个围绕射线且对带限地震波的传播起主要影响的空间范围就被叫做菲涅尔体。

射线理论在地下构造尺度大于记录波场的第一菲涅尔带的介质中能够取得较好的效果。

对于低频反射波（频率成分在10-70Hz 之间）和透射波（频率成分在300-800Hz 之间），第一菲涅尔体的宽度可以分别达到500m 和50m 的量级。

地震波传播原理与应用摘要:地震波是通向地球内部的一条捷径，通过研究地震波我们可以解决在寻找矿产资源、了解地质构造及地球内部结构等方面出现的一系列问题。

关键词：地震波波动方程地震波勘探一:地震波传播原理。

1：地震波的分类。

地震波是机械波的一种，可分为体波和面波，其中体波又可分为纵波（P波）和横波（S波）。

纵波(pressure wave/primary wave)：质点振动方向与波的传播方向平行，引起物体拉伸或压缩，在固、气、液体中都可以传播，其特点是波速快振幅小（能量小）周期短，波速表达式为V P=横波(shear wave/secondary wave)：质点振动方向与波的传播方向垂直，引起物体切变，又因为液体的切变模量为零，故其不能在液体中传播。

其特点是波速较快振幅较大周期长，波速表达式为V s=面波：只能在地球表面或沿分界面传播，其特点有衰减慢，振幅大速度小传播远，它还可分为R波、L波等。

2：地震波传播中应遵守的规律。

A:费马原理(Fermat’s principle)。

在介质中波动从一点到另一点的传播时间总是沿传播时间最小的路径传播，这些路径就是射线，再均匀介质中射线是直线。

B:惠更斯原理（Hygens’principle）。

在波的传播过程中波阵面（波面）上的每一点都可看作是发射子波的波源，在其后的任意时刻这些子波的包迹就成为新的波阵面。

如下图所示C：斯奈尔原理（Snell’s Law）。

入射线反射线透射线在同一平面内且满足下面公式：sinι/V1=sin β/V1=sinγ/v2。

入射波在经过弹性分界面时，产生反射波的条件与上下介质的弹性参数ρV=Z有关，我们称之为波阻抗。

故反射波形成的条件是界面上下介质必须存在波阻抗。

3：波动方程的推导。

相关量的说明：X y表示在与轴垂直的面上沿轴的作用力，▽2为拉普拉斯算子，∂u、∂υ、∂ω分别表示元体在X、Y、Z轴上分量的增量，μ为切变模量，E为杨氏模量，ρ为物体密度。

地震波传播路径与速度分析地震是地球上最常见的自然灾害之一，它的发生往往给人们的生命和财产带来极大的损失。

地震波是地震能量在地球内部传播过程中的结果，了解地震波的传播路径与速度对于地震研究和防灾减灾工作至关重要。

地震波的传播路径通常可以分为P波、S波和表面波三种类型。

P波是最快到达的波动，也是影响地震带来的第一种波动。

P波是一种纵波，它的传播速度相对较快，可以在固体、液体和气体介质中传播。

在地震发生时，当P波到达地表时，人们感受到的是一种像是快速到来的冲击。

S波是次于P波到达的波动，它是一种横波，只能在固体介质中传播，传播速度比P波稍慢。

S波的传播路径沿着地球内部的垂直方向传播，给地表带来的影响相对较小，但仍然会引起明显的振动。

S波振动的方向与地震波传播路径的垂直方向相同，使得人们在地震发生时会感到一种从上下来回晃动的感觉。

表面波是沿着地表传播的波动，它的传播路径相对较长，速度较慢。

表面波包括Rayleigh波和Love波两种类型。

Rayleigh波主要是由地球表面摩擦引起的，它的振动方式呈现出类似水波的滚滚效应。

Love波则是通过地球表面的剪切力传播，它的振动方式呈现出沿水平方向振动的特点。

地震波的传播速度与地球内部的密度、硬度有着密切的关系。

在地球内部，介质的密度和硬度随着深度的增加而逐渐增大，因此地震波的传播速度也会随之增加。

此外，不同类型的地震波在不同的介质中传播速度也会有所不同。

由于地震波传播速度的差异，地震台网可以通过监测到的到时差来确定地震的震源位置和震级大小。

地震波的传播路径与速度分析在地震研究和防灾减灾工作中具有重要意义。

通过分析地震波的传播路径，可以了解地壳和地幔的物理特性，深入研究地球内部的结构和变化。

通过对地震波速度的测量，可以了解地下介质的性质，为地质勘探和矿产资源的开发提供重要参考。

此外，地震波传播路径与速度的分析还可以为地震灾害的预测和防范提供帮助。

通过对地震波的传播路径进行模拟和预测，可以预测地震的传播范围和强度，为地震预警系统的建立和地震风险评估提供科学依据。

地震波传播和地震监测技术地震是一种地球内部释放的能量，它会产生地震波并通过地球的各个部分传播出去。

地震波传播是地震研究的核心内容之一，而地震监测技术是用于监测和研究地震的重要工具。

一、地震波传播地震波传播是指地震波从地震发生的震源处沿着地球内部的传播路径向外传播的过程。

地震波通常可以分为三种类型：纵波、横波和面波。

1. 纵波：纵波是一种沿着地震传播路径向前传导的压缩性波动，它的震源产生在地震发生的震源处，通过地球内部的各种介质传播。

纵波的传播速度要大于其他两种波动，它在地震监测中较为常见。

2. 横波：横波是一种沿着地震传播路径来回振动的波动，相对于纵波，横波的传播速度较慢。

横波通常在地震波传播的早期出现，其振幅较小，但对建筑物等结构的破坏性较大。

3. 面波：面波是地震波传播的最后一种波动形式，它是纵波和横波在地表面上相互干涉而形成的。

面波在地震监测中常常引起较大的摇晃，对建筑物的破坏性也相对较大。

二、地震监测技术为了准确地监测和研究地震现象，科学家和地震学家们开发出了各种地震监测技术。

这些技术的主要目的是追踪和记录地震波的传播过程，从而提供给地震学家们研究和分析的数据。

1. 地震仪：地震仪是最常见的地震监测仪器之一，它用于测量和记录地震波的震动。

地震仪的基本工作原理是通过感应器感应地震波的振动并将其转换为电信号，然后将这些信号记录下来。

地震学家们可以通过分析这些记录到的地震波数据来了解地震的震源、规模和传播路径。

2. 地震台网：地震台网是由多个地震台站组成的监测网络，它们分布在全球各地。

地震台网通过将不同地区的地震台站数据进行综合分析，可以有效地定位地震震源位置、判断地震规模和传播方向。

3. GPS监测技术：全球定位系统（GPS）可以提供高精度的地震监测数据。

通过在地震发生地点附近放置GPS接收器，科学家们可以测量地震引起的地壳变形，并进一步分析和研究地震过程。

4. 地震预警系统：地震预警系统是一种用于提前发现地震并预测地震发生时间和强度的技术。

地球科学中的地震波传播地震是地球科学中一项重要的研究领域，通过研究地震波的传播，我们可以了解地球内部的结构和性质。

地震波是由地震源产生的能量在地球内部传播而形成的波动。

它们可以分为体波和面波两种类型，体波包括纵波和横波，而面波则包括Rayleigh波和Love波。

地震波的传播路径和速度与地球的物理性质有关，因此研究地震波传播可以帮助我们更好地了解地球的内部结构和动力学过程。

地震波的传播路径是由地震源向外辐射的。

当地震发生时，能量从震源处释放，沿着地球内部的路径向外传播。

这些路径包括从震源到地球表面的直接路径，以及经过地球内部不同介质的反射和折射路径。

地震波传播路径的复杂性取决于地球内部的物理性质和地震源的特征。

通过记录地震波在不同地点的到达时间和振幅，我们可以推断地震波的传播路径和速度，从而对地球内部的结构和性质进行研究。

地震波的传播速度是地球内部物理性质的重要指标之一。

不同类型的地震波在地球内部的传播速度不同，这是由于地球内部的物质性质不均匀导致的。

例如，纵波是一种沿着传播方向振动的波动，它可以在固体、液体和气体介质中传播。

而横波则是一种垂直于传播方向振动的波动，只能在固体介质中传播。

由于地球内部的物质分布不均匀，地震波在传播过程中会发生折射和反射，从而导致传播速度的变化。

地震波传播速度的变化可以提供关于地球内部物质性质的信息。

例如，地震波在穿过地球内核和外核之间的边界时会发生速度突变，这被称为"核-外核不连续面"。

通过研究这种速度突变，地球科学家可以推断出地球内核和外核的物质性质和边界特征。

类似地，地震波在穿过地壳和地幔之间的边界时也会发生速度突变，这被称为"地壳-地幔不连续面"。

通过研究这种速度突变，我们可以了解地球地壳和地幔的物质性质和边界特征。

除了速度变化，地震波的传播路径也可以提供关于地球内部结构的信息。

例如，地震波在穿过地球内部时会发生折射和反射，这些过程可以形成地震波的传播路径。

地球的地震与地震波传播地震是地球上发生的一种自然现象，是由于地球内部的构造和地壳板块的运动引起的地表震动。

地震波传播是地震释放的能量在地球内部传播的过程。

在本文中，我们将讨论地球的地震以及地震波传播的相关知识。

一、地震的定义与原因地震是地球内部构造变动引起的地表震动。

地震一般由地球内部能量的释放导致，这些能量主要来源于地球内部的自然放射性元素的衰变和地球内部的热量。

地震的原因主要有地球板块运动及地壳构造变动、岩石断裂和破裂等。

二、地震波的类型地震波是地震释放的能量沿着地球内部传播的波动。

根据传播的介质不同，地震波可分为P波、S波、L波等多种类型。

P波是最快传播的波，它以压缩和膨胀的方式传播。

S波是次快传播的波，它以横向振动的方式传播。

L波是最慢传播的波，它以地表振动的方式传播。

三、地震波传播的路径当地震发生时，地震波会从震源处向四周传播。

地震波的传播路径可以分为直达路径和折射路径。

直达路径是波直接从震源沿着直线传播到达地表；折射路径是波在传播过程中受到地球内部不同介质的影响而改变传播方向。

四、地震波传播速度的影响因素地震波的传播速度受多种因素的影响，包括地壳厚度、岩石密度、介质性质等。

一般来说，速度较快的P波能够穿透更深的地下，而速度较慢的S波则不能穿透液态的介质。

五、地震波的研究意义地震波的研究对于地球内部结构的了解具有重要意义。

通过观测地震波的传播路径和速度变化，科学家可以推断出地球深处的结构和属性。

此外，地震波的传播路径和速度也是地震监测和预测的重要依据。

六、地震波的利用地震波不仅在地球科学领域有重要应用，还被广泛利用于其他领域。

地震波传播的规律被应用在地震勘探中，可以帮助勘探人员找到地下矿藏和石油资源。

此外，地震波在工程领域的应用也非常广泛，可以用于地质灾害监测、土地沉降观测等。

七、地震波传播的研究方法地震波的传播规律可以通过地震仪的观测来研究。

地震仪是一种用于检测地震波的仪器，它可以记录地震波的振幅、到达时间等参数。

地震波传播原理与应用摘要:地震波是通向地球内部的一条捷径，通过研究地震波我们可以解决在寻找矿产资源、了解地质构造及地球内部结构等方面出现的一系列问题。

关键词：地震波波动方程地震波勘探一:地震波传播原理。

1：地震波的分类。

地震波是机械波的一种，可分为体波和面波，其中体波又可分为纵波（P波）和横波（S波）。

纵波(pressure wave/primary wave)：质点振动方向与波的传播方向平行，引起物体拉伸或压缩，在固、气、液体中都可以传播，其特点是波速快振幅小（能量小）周期短，波速表达式为V P=横波(shear wave/secondary wave)：质点振动方向与波的传播方向垂直，引起物体切变，又因为液体的切变模量为零，故其不能在液体中传播。

其特点是波速较快振幅较大周期长，波速表达式为V s=面波：只能在地球表面或沿分界面传播，其特点有衰减慢，振幅大速度小传播远，它还可分为R波、L波等。

2：地震波传播中应遵守的规律。

A:费马原理(Fermat’s principle)。

在介质中波动从一点到另一点的传播时间总是沿传播时间最小的路径传播，这些路径就是射线，再均匀介质中射线是直线。

B:惠更斯原理（Hygens’principle）。

在波的传播过程中波阵面（波面）上的每一点都可看作是发射子波的波源，在其后的任意时刻这些子波的包迹就成为新的波阵面。

如下图所示C：斯奈尔原理（Snell’s Law）。

入射线反射线透射线在同一平面内且满足下面公式：sinι/V1=sin β/V1=sinγ/v2。

入射波在经过弹性分界面时，产生反射波的条件与上下介质的弹性参数ρV=Z有关，我们称之为波阻抗。

故反射波形成的条件是界面上下介质必须存在波阻抗。

3：波动方程的推导。

相关量的说明：X y表示在与轴垂直的面上沿轴的作用力，▽2为拉普拉斯算子，∂u、∂υ、∂ω分别表示元体在X、Y、Z轴上分量的增量，μ为切变模量，E为杨氏模量，ρ为物体密度。