第二章-地震波ppt课件

1、在第二章地震波中，断层破裂激发地震波并引起地面运动。地震波是地震学和工程地震学中的一种基本现象。基于对地震波的观察和分析，人类了解地球的内部结构，并确定地震的位置和震级；通过对强地震动的观测和研究，可以确定工程结构的地震动输入。第二章地震波性质简述第一节地震波第二节地震波第三节地震波的类型第四节地震波的波序列是振动的传播过程。机械波：机械振动在介质中的传播过程。电磁波：在空间中改变电场和磁场的传播过程。第一部分是对波的性质的简要描述。1。机械波产生的条件，弹性介质，注：波是波源的振动状态或振动能量在介质中的传播，介质的粒子不跟随波。2.横波和纵波。横波：粒子的振动方向垂直于波的传播方向。注：横

2、波或纵波可以在固体中传播，但只有纵波可以在液体和气体中传播(因为没有剪切效应)。纵波粒子的振动方向与波的传播方向平行。当波源作简谐振动时，介质中的每个粒子也作简谐振动，此时的波动称为简谐振动(正弦波或余弦波)。纵波和横波的传播过程：3。波前和波射线、波线：沿波传播方向的一些箭头线。波浪线的方向表示波的传播方向。波前：波过程中振动相位相同的平面连接点(简称波前)。波前：在任何时刻，都有无数的波前，而波前就是波前。只有一个波前。平面波：波面为平面，球面波：波面为球面，柱面波：波面为柱面，波前和波射线、平面波、球面波、1。在各向同性介质中传播时，波线和波阵面是垂直的。注：球面上远离波源的任何小部分都

3、可视为平面波。球面波和柱面波的形成过程：波前和波射线；4.波长和频率、频率和周期只决定阿波罗的来源，与介质的类型无关。频率：周期的倒数。周期：传播一个波长距离需要时间。波长：同一波线上相位差为0的粒子之间的距离。波速、周期和波长之间的关系是：波长、频率和波速之间的关系，当波长大于介质分子之间的距离时，宏观上可以认为介质是连续的；如果波长小于分子间距，介质将不再具有连续性，弹性波将无法传播。波数k也是描述波动的常用参数，它被定义为包含在长度2中的波长数。练习1。曾经在太平洋形成的海浪的速度为每小时740公里，波长为300公里。这个海浪的频率是多少？波数是多少？2.据报道，在1976年的唐山大地震

4、中，一名当地居民被抛到了2米高的地方。假设地震横波是频率为1Hz、波速为3千米/秒的简谐波，它的波长和振幅是多少？我们看到的波动很少是单一频率的，它们通常是不同频率波动的混合。在更多的情况下，虽然一个特定的波不是单一的频率，但在这个波的频谱中有一个或几个主频。对于光波，不同的主频决定不同的颜色，而对于声波，不同的主频决定不同的音调。谈到频率或周期，我们通常指的是这个主导频率或主导周期。我们可以用波的到达来描述波的传播。在高频近似的情况下，我们也可以用波射线来描述波的传播。这种情况类似于在光学中看到的，我们可以用光来描述光波的传播。光不仅可以描述光的传播，还可以描述光的反射和折射波的基本性质，波

5、能在传播介质的界面产生反射和折射。弹性波叠加时，遵循波叠加原理。当两个或多个相同频率的波叠加时，会发生干扰。弹性波在传播过程中，当遇到障碍物的边缘或孔洞时，能量聚集形成的驻波会发生弯曲，这种现象称为波衍射。一些波具有极化，即传播介质粒子的振动发生在垂直于传播方向的平面上，并且波的振幅在传播期间将被衰减。波干扰。波衍射。主要简化和基础理论，1。地震波的复杂性地震激发的机械波大多在固体地球中传播，因此既有纵波也有横波，它们比声波和电磁波更复杂。地球是一个有边界的物体，内部和外部物质的力学性质大不相同。对于地震波的传播，地球表面是一个尖锐的界面。化学成分和机械性能(密度、弹性参数等)在地球上是不均匀

6、的，因此形成了许多界面(地震学上称为不连续面)或梯度区域。P波和S波在这些不连续面上的反射、折射、模式转换、散射和衍射使得叠加形成的总波场非常复杂。同时，地球介质不是完全弹性的，它可以吸收和分散机械波，这不仅衰减了弹性波的振幅，而且改变了波形。此外，天然地震本身的震源过程相当复杂，因此辐射的弹性波场也非常复杂。这些都使得我们在研究地震波传播时遇到的问题非常复杂。如果我们不适当地简化它们，我们就根本不能做深入的研究。在分析地震波时，主要的简化假设忽略了次要因素，而突出了主要因素，这样问题就简化了，容易处理，从而得到了地震波在地球中传播的基本规律。我们可以把地球的介质简化成具有完全线性弹性的均匀分

7、层的各向同性连续介质。(1)小变形和完全弹性假说(2)绝热假说(3)各向同性假说(4)重力的影响(5)地球各种界面几何形状的近似。3)地震波理论的主要内容是针对简化的地球介质模型。一般来说，研究地震波在地球中传播的方法主要有两种：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，研究平面界面上平面波的反射和折射，均匀半空间和平行层状空间中的地震面波，以及球对称模型中自重地球的自由振荡。运动学方法进一步将波动方程的求解简化为波传播的射线理论。利用“地震射线”的概念，研究了地震波在地球中传播的运动学特征，并在此基础上获得了相关的地球结构信息。第二节地震波地震波是由震源在地球上传

8、播的一种波。到目前为止，人们对地球内部的认识主要来自地震学，因为人们不能直接到达地球内部，只能通过地震激发的地震波来研究它。当地震发生时，各种类型的波从震源辐射出来，其中一些穿过地球内部传播，而另一些沿着地表传播。根据这些波的传播时间、频率和振幅特征或频散特性，可以确定波速和地球深度之间的关系。1.弹性介质和弹性常数1。弹性介质，岩石或地层的连续性不好，岩石的化学成分和物理性质经常发生变化。然而，我们正在讨论的地震波的波长一般超过几百米甚至几千米，因此地球介质可以被认为是均匀和连续的。对于自然地震和人工爆破，除了震源附近，作用在介质上的力一般很小，持续时间很短，因此介质通常可以视为一个完整的弹

9、性体。介质的弹性性质：应变：e=dl/l，应力：s=f/a，s=ee，胡克定律33366加载、卸载、介质的塑性性能为：、卸载、加载、卸载、卸载不能完全恢复原始状态，并且存在“永久残余变形”。应力-应变关系(基于实验结果)，线性范围(胡克定律)，弹性范围，失效，塑性变形，永久应变，0，应变(e)，应力(s)，失效(脆性)，应力，应变和广义胡克定律，h，Dh，A，F，横截面积：作用在物体上的拉力，胡克定律：内力当物体被切开时，作用在横截面两侧的力(合力和合成力矩)称为内力。应力截面上某一点单位截面面积的内力值。(尺寸)(表示)沿平面的法向应力和沿平面的切向应力。(符号)应力成对出现，坐标平面上的应

10、力为正和负。正应变，伸长为正。形状的变化。它是由通过沿坐标正微分线的点的线段的正应变和剪切应变表示的。剪切应变，直角递减为正，以弧度表示。弹性常数杨氏模量。在线性应变(纯伸长或纯压缩)条件下，应力和应变满足公式，其中L为纵向应力引起的长度变化，E为杨氏模量。泊松比()，当试样受到纵向拉伸时，它将在纵向伸长，在横向缩短，相反，纵向压缩将伴随着横向膨胀。如果样品的横截面线性度为d，其变化量为d，则横向线性度的相对变化率d/d与纵向长度的相对变化率L/L的比值为常数，称为泊松比。实验表明，对于所有介质，它在0和1/2之间，金属在1/4和1/3之间。对于地球介质，1/4通常被认为是地幔的大部分，对于地

11、外核心(液体)，它被认为是1/2。公式中的负号表示d和l的变化方向相反。体积模量(k)，在地球介质中，静水压力是最常见的，也就是说，所有方向都承受着大小相等的压力。在这种情况下，体积模量代表应力与应变之比，也就是说，k称为体积模量，v是静压引起的体积变化。剪切模量()，当只出现剪切应力时(力的方向平行于应力平面)，应力与应变之比称为剪切模量。剪切应变发生时，没有体积变化，只有形状变化。它可以表示为剪切下的偏转角，即剪切模量或刚度系数。在无界弹性介质中，弹性波有两种基本类型：纵波(或压缩波)质点振动的方向与振动(能量)的方向一致传播速度为：(2)横波(或剪切波)质点振动的方向与振动(能量)的传播

12、方向垂直传播速度为：纵波速度大于横波速度(一般为：)，所以纵波总是在地震记录中最先到达。因此，纵波也称为一次波，横波也称为二次波。如果剪切模量为0，横波速度Vs=0。这表明剪切波不能通过零剪切模量的介质(液体)。因为没有横波穿过地核，所以它应该是液体。许多固体，尤其是靠近地表的岩石，其泊松比接近1/4。这时=，所以有。这种关系称为泊松关系，满足这种关系的介质称为泊松介质。纵波速度：横波速度：其中k为介质的体积模量、剪切模量和密度。表2.1.1-1花岗岩和水的弹性模量，其中弹性波的波速，以及地球内部的速度如何随深度而变化？第三节地震波的类型在无限和各向同性的均匀弹性介质中，弹性波传播只有两种类型

13、，即纵波和横波。然而，在半无限各向同性均匀弹性介质或层状介质中，可能会出现弹性波。这种波的特征是，扰动的振幅随着离界面距离的增加而迅速衰减，或者扰动被限制在界面附近。这种波通常被称为表面波。由于地球具有边界和内部层状结构，地震波不仅包括纵波和横波，还包括面波和地球的自由振荡。体波是指在地球内部三维空间中可以向任何方向传播的波，包括纵波和横波。弹性波的传播实际上是弹性变形在介质中的传播。任何复杂的弹性应变都可以分解为两种基本应变：体积变形和剪切。纵波对应于体积变形，横波对应于剪切变形。体波和纵波也称为初波、纵波或伸缩波，它们的质点运动沿波的传播方向呈直线。s波，又称二次波、横波、旋转波或扭曲波，

14、是一种极化波，其质点运动发生在垂直于传播方向的平面上；当质点运动在水平面上时，称为SH波，当质点运动在垂直面上时，称为SV波。纵波和横波统称为体波。纵波、横波、纵波、横波、横波可以分解成两个分量。平行于界面的横波位移分量为横波，横波在入射光线与界面法线形成的平面(称为入射平面)上的位移分量是横波的主要区别。纵波和横波。(1)在地震图上，纵波传播速度比横波快，比横波快。(2)纵波和横波的粒子振动(极化)方向相互垂直。(3)在三分量地震图上，纵波的垂直分量一般比较强，横波的水平分量一般比较强。(4)横波的低频成分比纵波丰富。(5)天然地震的震源破裂通常以剪切破裂和剪切位错为主，震源辐射的横波能量大

15、于纵波能量。(6)当P波通过时，质量元素没有旋转运动，但有体积变化，P波是非旋转波。当横波通过时，质量元素旋转而体积不变，横波是一种无色散的等体积波。波入射到界面上，会有更复杂的转换现象。例如，当折射波或反射波的速度大于入射波的速度时，折射角或反射角将大于入射角，与90的折射角或反射角对应的入射角称为临界入射角。当入射角大于临界入射角时，沿界面传播的能量集中在界面附近的非均匀平面波称为界面波，在地震学和地震工程中称为面波。地震面波包括瑞利波和拉尔夫波。2.面波、瑞利波、瑞利波是纵波和横波干涉的结果。理论上，瑞利波沿着半无限弹性介质的自由表面传播。在远离震源的地方，它们的破坏力远远大于在空间各个方向延伸的纵波和横波，是地震工程的主要研究对象。低速、低频、强振幅的瑞利波通常被称为地滚波。勒夫波和勒夫波是水平层状介质界面上产生的SH型面波。