地震学、震源及地球结构概论

目录
第1章 简介 1
1.1 引言 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 地震学模型 5
1.2 地震学与人类社会 9
1.2.1 地震灾害与危险性 9
1.2.2 工程地震学和地震工程学 12
1.2.3 高速公路、桥梁、水坝和输油管 18
1.2.4 海啸、滑坡和土壤液化 19
1.2.5 地震预报(earthquake forecasting) 20
1.2.6 地震预测 25
1.2.7 实时地震预警(real-time warning) 26
1.2.8 核试验监测和条约验证 26
延伸阅读 28
第2章 地震学基本理论 30
2.1 引言 30
2.2 弦上传播的波 30
2.2.1 理论基础 30
2.2.2 谐波解 31
2.2.3 反射和透射(transmission) 33
2.2.4 谐波的能量 35
2.2.5 弦的简正振型 36
2.3 应力和应变 38
2.3.1 简介 38
2.3.2 应力 38
2.3.3 应力张量 41
2.3.4 主应力 42
2.3.5 大剪切应力和断层滑动 43
2.3.6 偏应力(deviatoric stress) 45
2.3.7 运动方程 45
2.3.8 应变 46
2.3.9 本构方程 48
2.3.10 边界条件 50
2.3.11 应变能 51
2.4 地震波 51
2.4.1 地震波方程 51
2.4.2 平面波 53
2.4.3 球面波 54
2.4.4 P波和S波 54
2.4.5 平面波的能量 58
2.5 斯涅尔(Snell)定律 59
2.5.1 层状介质近似 59
2.5.2 层状介质中的平面波势函数 60
2.5.3 入射角和视速度 62
2.5.4 斯涅尔定律 63
2.5.5 临界角 65
2.5.6 SH波的斯涅尔定律 65
2.5.7 射线参数和慢度 66
2.5.8 导波(waveguide) 67
2.5.9 费马原理(Fermat’s principle)和几何射线理论(geometrical ray theory) 68
2.5.10 惠更斯原理(Huyges’ principle)和散射(diffraction) 69
2.6 平面波反射和透射系数 72
2.6.1 简介 72
2.6.2 SH波的反射和透射系数 72
2.6.3 反射和透射SH波的能量通量(energy flux) 74
2.6.4 超临界入射的SH波 74
2.6.5 自由界面上的P-SV波 75
2.6.6 固-固和固-液界面 77
2.6.7 实例 80
2.7 面波 82
2.7.1 简介 82
2.7.2 均匀半空间介质中的瑞利波 82
2.7.3 半空间之上一水平层中的勒夫波 85
2.7.4 勒夫波频散 86
2.8 频散 89
2.8.1 相速度和群速度 89
2.8.2 频散信号 89
2.8.3 面波频散研究 91
2.8.4 海啸频散 94
2.9 地球的简正振型 96
2.9.1 研究目的 96
2.9.2 球谐模式 96
2.9.3 球谐函数 97
2.9.4 扭振振型 99
2.9.5 球振振型 100
2.9.6 简正振型和波传播 100
2.9.7 观测简正振型 102
2.9.8 简正振型合成地震图 105
2.9.9 振型衰减、分裂和耦合 108
延伸阅读 109
问题 110
编程 112
第3章 地震学和地球结构 113
3.1 引言 113
3.2 折射地震法 114
3.2.1 水平层 114
3.2.2 倾斜地层 119
3.2.3 深入分析 120
3.2.4 地壳结构 122
3.2.5 岩石和矿物 126
3.3 反射地震法 127
3.3.1 反射波走时曲线 128
3.3.2 走时的截距-慢度公式 131
3.3.3 多通道数据 134
3.3.4 共中心点叠加 135
3.3.5 信号增强 138
3.3.6 反卷积 140
3.3.7 偏移 145
3.3.8 数据处理流程 149
3.4 球状地球中的地震波 149
3.4.1 射线路径和走时 149
3.4.2 速度分布 151
3.4.3 走时曲线反演 153
3.5 体波走时研究 153
3.5.1 体波震相 155
3.5.2 地核震相 158
3.5.3 上地幔结构 162
3.5.4 下地幔结构 163
3.5.5 可视化体波 166
3.6 地球内的各向异性 168
3.6.1 概述 168
3.6.2 横向各向同性和方位各向异性 169
3.6.3 矿物和岩石的各向异性 171
3.6.4 结构组成导致的各向异性 171
3.6.5 岩石圈及软流圈各向异性 172
3.6.6 地幔和地核中的各向异性 175
3.7 衰减与滞弹性分析 177
3.7.1 地震波的衰减 177
3.7.2 几何扩散 177
3.7.3 多重路径 179
3.7.4 散射 180
3.7.5 固有衰减 181
3.7.6 品质因子Q 182
3.7.7 频谱共振峰值 184
3.7.8 滞弹性引起的物理频散 185
3.7.9 非弹性物理模型 186
3.7.10 地壳到内核的Q值 187
3.8 地幔和地核的组成成分 188
3.8.1 地球内部的密度 188
3.8.2 地球内部温度 193
3.8.3 地幔的组成成分 194
3.8.4 D''的组成成分 197
3.8.5 地核的成分 198
3.8.6 地震学和行星演化 198
延伸阅读 201
问题 201
编程 203
第4章 震源理论 204
4.1 引言 204
4.2 震源机制 206
4.2.1 断层几何形状 206
4.2.2 初动 207
4.2.3 体波辐射花样 208
4.2.4 立体投影(stereographic)断层面表示法 211
4.2.5 断层几何形状的解析表达 215
4.3 波形模拟 216
4.3.1 基本模型 216
4.3.2 震源时间函数 217
4.3.3 体波模拟 219
4.3.4 面波震源机制 222
4.3.5 历史和未来的地震 225
4.4 矩张量 225
4.4.1 等效体力 225
4.4.2 单力 226
4.4.3 力偶 226
4.4.4 双力偶 228
4.4.5 地震矩张量 228
4.4.6 各向同性和CLVD矩张量 230
4.4.7 矩张量反演 231
4.4.8 矩张量解释 235
4.5 地震大地测量学 236
4.5.1 测量地面形变 236
4.5.2 同震形变 239
4.5.3 大地测量学和地震学的接合 241
4.5.4 震间形变与地震周期 242
4.6 震源参数 246
4.6.1 震级和矩震级 246
4.6.2 震源谱和标定律 249
4.6.3 应力降和地震能量 251
4.7 地震统计 256
4.7.1 频度-震级关系 257
4.7.2 余震 260
4.7.3 地震概率 260
延伸阅读 264
问题 265
编程 267
第5章 地震学与板块构造 269
5.1 引言 269
5.2 板块运动学 271
5.2.1 板块相对运动 271
5.2.2 全球板块运动 275
5.2.3 空间大地测量学 278
5.2.4 绝对板块运动 279
5.3 扩张中心 280
5.3.1 洋脊和转换断层的几何形状 281
5.3.2 海洋岩石圈的演化 282
5.3.3 洋中脊和转换断层地震的产生过程 286
5.4 俯冲带 290
5.4.1 俯冲热模型 290
5.4.2 俯冲板块中的地震 295
5.4.3 板块间的海沟地震 303
5.5 大洋板块内部地震与构造运动 307
5.5.1 大洋板块内部地震活动性 307
5.5.2 海洋岩石圈的力和应力 310
5.5.3 地幔黏滞度约束 314
5.6 大陆地震与构造 314
5.6.1 大陆板块边界区域 316
5.6.2 地震、无震、暂时和永久形变 321
5.6.3 大陆板内地震 324
5.7 地球内部的断层作用与形变 329
5.7.1 流变学 330
5.7.2 岩石破裂与摩擦力 332
5.7.3 塑性流动 336
5.7.4 岩石圈的强度 338
5.7.5 地震与岩石摩擦 339
5.7.6 地震与区域形变 345
延伸阅读 347
问题 347
编程 349
第6章 地震图和信号 350
6.1 引言 350
6.2 傅里叶分析 350
6.2.1 傅里叶级数 350
6.2.2 傅里叶复级数 352
6.2.3 傅里叶变换 352
6.2.4 傅里叶变换的性质 353
6.2.5 δ函数(delta function) 354
6.3 线性系统 356
6.3.1 基本模型 356
6.3.2 卷积和反卷积 358
6.3.3 有限长信号 360
6.3.4 相关 362
6.4 离散时间序列及其傅里叶变换 363
6.4.1 连续数据采样 364
6.4.2 离散傅里叶变换 365
6.4.3 离散傅里叶变换的性质 367
6.4.4 快速傅里叶变换 367
6.4.5 数字卷积 368
6.5 叠加 369
6.5.1 随机误差 370
6.5.2 叠加实例 372
6.6 地震仪和地震台网 374
6.6.1 简介 374
6.6.2 阻尼谐波振荡器 376
6.6.3 地球噪声 377
6.6.4 地震计和测震系统 377
6.6.5 数字记录 382
6.6.6 地震台网类型 385
6.6.7 全球台网 385
6.6.8 地方台阵 387
6.6.9 区域台网 388
延伸阅读 390
问题 390
编程 391
第7章 反演问题 393
7.1 引言 393
7.2 地震定位 394
7.2.1 理论 394
7.2.2 均匀介质中的地震定位 396
7.2.3 误差 398
7.2.4 复杂几何模型的地震定位 400
7.3 走时层析成像 401
7.3.1 理论 402
7.3.2 广义逆 403
7.3.3 广义逆反演方法的特性 404
7.3.4 方法的改进 4