第一章地震学的研究范围和历史全球每年发生500万次地震，人们可以感觉的仅占1%，造成严重破坏的7级以上的大地震约有18次，8级以上的特大地震1~2次。

全世界有6亿多人生活在强震带上，上个世纪约有200万人死于地震，预计二十一世纪将有约1500万人死于地震。

我国是个多地震国家，20世纪以来，我国发生了800多次6级以上的地震，平均每年约8次；历史记载全球死亡超过20万人的地震有6次，其中在中国就有4次。

第一节什么是地震学？地震学包括：一、地震的科学以及地球内部物理学，后者主要研究地震波的传播，从而得出地球内部结构的结论；二、弹性波（地震波）的科学，主要研究地震、爆炸等激发的弹性波的产生、在地球内部的传播、记录以及记录的解释；三、应用：地震勘探、工程地震学、识别核爆。

固体地球物理学则是通过观测地球表面上的物理效应来研究地球内部的物质的性质第二节地震学的研究范围和主要的研究方面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。

第三节地震学的基本名词和概念2）按震源深度划分：✧浅源地震：震源深度小于60km的天然地震；✧中源地震：震源深度在60-300km之间的地震称为中源地震；✧深源地震：震源深度大于300km的地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。

（3）按震中距划分：✧地方震：震中距小于100km的地震；✧近震：震中距小雨1000km的地震；✧远震：震中距大于1000km的地震；（4）按震级划分：✧弱震：M<3的地震；✧有感地震：3<M<4.5的地震；✧中强震：4.5<M<6的地震；✧强震：M 6的地震；地震波波长：数百米至数千米第三节古代人类对地震的认识一、地震学前史在科学不发达的过去，人们对地震发生的原因，常常借助于神灵的力量来解释。

•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”。

二、我国丰富的地震史料• 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。

• 秦汉起，加强了历史资料工作，此间对地震等自然灾害也开始有了比较连续的记载。

中国方志开始的年代很早。

地震史录甚至可以达到6级以上地震基本不漏的程度。

• 阳嘉元年（公元132年）张衡创制候风地动仪，这是世界上第一架地震仪。

候风地动仪的出现标志着一种思想的成熟：地震是由远处一定方向传来的地面震动。

这表明张衡早于西方学者一千多年就知道地震影响是从震源向各个方向传播的。

第五节 地震学发展简史• 19和20世纪之交是地震学的创业年代，其作为一门独立的学科登上现代科学的舞台，地震仪出现并且广泛使用。

• 地震学是一门相对年轻的科学，其定量研究只有100年左右的时间。

• 弹性回跳理论(Elastic Rebound Theory)：美国地震学家里德(H.F.Reid), 1910年第二章 地震波第一节 波的性质简述机械波产生的条件：波源和弹性介质 频率和周期只决定于波源，和介质种类无关。

我们可以用波前来描述波的传播。

在高频近似的情况下第二节 地震波第三节地震波的类型在无限、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。

• 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。

• 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。

第四节 地震波的波序Sp V V 3第三章地震波传播理论第一节地震波传播的基本概念1、地球介质和弹性波地球介质可以做为各向同性的完全弹性体来对待2、首波（或侧面波）若介质是分层的，当地震波由低速的一方向高速的一方入射时，还存在一种波，叫做侧面波。

P波和S波都会有相应的首波。

3、地震波的吸收和衰减4、震中距震中距就是震中到观测台站之间的距离，单位是千米震中距（度）=（震中距（千米）×180）/（地球半径×π）1度约为110km第二节地震波传播的基本理论通常把地球介质当作均匀、各向同性和完全弹性介质来处理我们介绍的是第二种方法：运动学方法，就是将波动方程的求解简化成波传播的射线理论地震学中的Fermat定理不是永远成立，是高频情况下地震波波动方程的渐近解。

Fermat 定理是地震波的高频近似解。

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)。

地震波入射到层之间的界面上时, 会产生折射、反射和波型转换等现象。

以观测点的震中距为横坐标,地震波到达时间为纵坐标,绘成的曲线称为走时曲线。

地震波到达时间与震中距关系的方程称为走时方程。

1.水平层状介质（1）单层地壳介质模型中地震波震相与走时曲线Ⅰ、震源在地表（h=0）Ⅱ、震源不在地表（h≠0）直达P波和直达S波震相，分别记为Pg和Sg地壳底面反射波震相，分别记为PmP和SmS首波震相，分别记为Pn和Sn震中距超过一定临界值时，Pn将是地震图上记录的第一个震相，从而可以清楚的识别出Pn 震相，这个临界距离称为首波的第二临界震中距介质存在高速层时地震射线的时距曲线（横轴x纵轴t斜率减小）介质存在低速层时地震射线的时距曲线北美地盾模型：高速层第三节体波各种震相和走时表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。

一、近震体波震相对于近震，最主要的速度间断面就是莫霍面了。

以Pg、Sg表示地壳内由震源发出直接到达地面的纵波和横波。

P、S波到达莫霍面后的反射波有可能产生转换波，因此经莫霍面的反射波表示为PmP、PmS、SmP、SmS。

而经莫霍面的首波则表示为Pn、Sn。

二、远震体波震相P S p s K I J c i地震走时表地震波在不同震中距上传播的时间表走时表是分析地震图、识别不同震相的主要依据第四章地球内部的结构第一节地球内部结构的发现在古代，地心被神化地描绘成地狱之火。

古希腊时，毕达哥拉斯和亚里士多德都提出过球形大地的观点，埃拉托色尼则第一个用几何方法给出了地球赤道的长度。

1522年9月6日，麦哲伦完成了第一次环球航行，地球是圆的这个概念才宣告确立。

1666年，牛顿发现了万有引力定律，标志着对地球认识的新阶段的开始。

牛顿和惠更斯同时得出地球是一个两极扁平赤道隆起的椭圆的理论，牛顿的重力原理也提供了测定地球密度的一种途径。

把整个地球内部的平均性质与已知岩石的密度比较，可以得到对地球组成情况的初步近似估计。

1798年，英国的卡文迪什勋爵确定地球的平均密度为5.45，比普通岩石的密度大一倍。

差异如此之大，表明在地球内部决没有空洞，那里的物质必定是非常致密的。

1897年维歇特通过理论计算发现，地球内部可能由围绕着一个铁核的硅酸盐地幔组成。

1902年在柏林发表的一张地球内部略图这个地球的早期模型具有固体地壳、弹性地幔和固态核✧1909年：莫霍面的发现(Mohorovicic）克罗地亚✧地壳的厚度在全球各处是不同的。

大陆地区，地壳平均厚度为35公里，但横向很不均匀。

在大陆的稳定地区，地壳厚度约为35～45公里，一般分为两层。

有些地区，上下层中间存在一个速度间断面，叫康拉德（Conrad）面，或C界面。

但在另一些地区，观测不到来自C界面的震相。

海洋地壳的厚度只有5～8公里。

✧1906年：外核的发现(Oldham）✧英国地质学家奥尔德姆（Oldham）发现地球的核。

✧1914年：古登堡古面的发现原因：德国✧ 1 广泛的地震波反射波观察，拥有更丰富的地震记录✧2首次估计出地核深度为2900公里，现代观测对地核深度的估计值2891公里与这一数值仅有几公里的误差。

✧1936年：内核的发现(Inge Lehmann）✧丹麦地震学家英格·莱曼（Inge Lehmann）于1936年首次发表证据说，在外核之内有一月亮大小的内核如果知道深部地球介质的性质，我们就能从理论上预测相应观测到的面波的波形。

在实际工作中往往是倒过来的，我们先观测到某种波形，然后试图从波形推断出沿漫长传播路线所经过的岩石性质的平均状态。

面波通过地球表面的路径通常既穿过大洋，又穿过大陆。

但在特殊情形下，有些地震台能记录到仅通过大陆地壳或海洋地壳的纯路径面波。

力学上的软流层与地震学发现在上地幔内部存在的低速层，其含义和位置不一定符合，这是因为虽然软流层是地质时间尺度的物质力学性质的描述，但在地震波测量的时间响应尺度内仍然可以表现为弹性响应地震波的速度是由介质的物质组成和温度共同决定的。

关于410公里和670公里速度间断面的探测与研究，近年来已成为地震学与地球动力学研究的一个专题。

全球地震活动图像显示，在700公里以下，地球内部没有发现地震活动。