地震概论第二章 (2)优秀PPT.ppt
地震概论第二章第1页，本讲稿共26页弹性力学初步牛顿定律是关于“质点”的运动规律。弹性力学的研究对象是有大量“质点”构成的“质点系”，是典型的“多体问题”。理论上这类“多体问题”可以通过求解大量的、联立的常微分方程组获得解答。但求解多体问题的极端困难性，即使在计算机飞速发展的今天，直接求解这些方程仍然不现实。因此，作为一种宏观分析方法的“连续介质力学”便应运而生。弹性力学是“连续介质力学”的重要分支。物理背景物理背景 弹性力学的物理基础:牛顿定律在多体问题中的应用。第2页，本讲稿共26页2.1 地震波传播理论地震波传播理论 地震波与其它波动现象（如，光波、电磁波）一样，有反射、透射、衍射、散射等现象；也满足：惠更斯原理惠更斯原理（Huygens Principle)和费尔马和费尔马原理原理（Fermats Principle)。但控制地震波传播的最基本原理仍是牛顿定律牛顿定律，即：牛顿定律在连续介质力学中的表达形式第3页，本讲稿共26页费尔马原理（Fermats Principle）光学中的Fermat定理：“光光在介质中传播的路径为走时走时（travel-time)最小的路径”地震学中的Fermat定理：地震波波在介质中传播的路径为走时最小的路径.第4页，本讲稿共26页 地震学中的地震学中的Fermat定理不是永远成立，是高定理不是永远成立，是高频情况下地震波波动方程的渐近解。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。定理是地震波的高频近似解。高频近似：地震波的特征波长远小于所研究问题的 特征尺度。注：当高频近似条件不满足时，地震波的传播不能够用Fermat定理来描述，必须严格求解原始的波动方程。第5页，本讲稿共26页地震射线地震射线(Seismic Ray)能量束，能量分布呈高斯分布（Gaussian Beam)能量束的宽度（d）反比于频率（f）：d当时，能量束成为“线”（射线）第6页，本讲稿共26页 射线（射线（Ray)非均匀介质中的地震射线第7页，本讲稿共26页2.2.地震横波和纵波地震横波和纵波在无界无界无界无界弹性介质中，存在两种基本类型的弹性波：(1)纵波纵波（Longitudinal wave,or Compressional wave)-质点振动方向与振动（能量）传播方向一致一致一致一致 -传播速度为：(2)横波横波横波横波（Transverse wave,or Shear wave)-质点振动方向与振动（能量）传播方向垂直垂直垂直垂直 -传播速度为：纵波速度比横波速度大（一般为：）因此，在地震记录上纵波总是首先到达。所以，纵波也被称为P波（Primary wave）横波也被称为S波（Secondary wave）第8页，本讲稿共26页纵波横波第9页，本讲稿共26页纵波横波第10页，本讲稿共26页 在一定的边界条件下，弹性波动方程还给出面波面波和自由振荡自由振荡解。第11页，本讲稿共26页2.3 2.3 面波面波(Surface waves)频率频率相速度相速度S1S2S3S2S1S3Time面波的性质：面波的性质：面波的性质：面波的性质：(1)能量分布（简正振型）；(2)频散特征。z简正振型简正振型第12页，本讲稿共26页面波的类型面波的类型 Rayleigh 波波Rayleigh 波波Love 波波Rayleigh 波波第13页，本讲稿共26页面波的类型面波的类型 Love 波波Rayleigh 波波第14页，本讲稿共26页面波在研究地球内部结构问题上的应用 观测（地震图）fc(f)理论计算fc(f)比较地球内部结构第15页，本讲稿共26页 类似的方法也可以用于研究其它问题，例如：纳米材料的力纳米材料的力学性质学性质。第16页，本讲稿共26页2.4 2.4 地球的自由振荡地球的自由振荡(Free Oscillation of the Earth)环型振荡球型振荡第17页，本讲稿共26页地球自由振荡地球自由振荡(Free Oscillation of the Earth)0S0:balloonorbreathing:radialonly(20.5minutes)0S2:footballmode(Fundamental,53.9minutes)0S3:(25.7minutes)0S29:(4.5minutes).Rem:0S1=translation.第18页，本讲稿共26页地球自由振荡地球自由振荡(Free Oscillation of the Earth)1T2(12.6minutes)0T2:twistingmode(44.2minutes,observedin1989withanextensometer)0T3(28.4minutes)Rem:0T1=rotation0T0=notexisting第19页，本讲稿共26页自由振荡的频散特征自由振荡的频散特征影响自由振荡周期的因素影响自由振荡周期的因素：（1）自转（2）横向非均匀性第20页，本讲稿共26页自由振荡在研究地球内部结构问题上的应用 观测（地震图）理论计算比较地球内部结构地球内部结构地球内部结构地球内部结构第21页，本讲稿共26页地球内部结构地球内部结构第22页，本讲稿共26页用面波研究地震震源用面波研究地震震源20042004年年年年1212月月月月2626日，印尼西亚苏门答蜡岛附近日，印尼西亚苏门答蜡岛附近日，印尼西亚苏门答蜡岛附近日，印尼西亚苏门答蜡岛附近海域里氏海域里氏海域里氏海域里氏7.97.9级强烈地震级强烈地震级强烈地震级强烈地震第23页，本讲稿共26页 自由振荡方法也被用于研究其它问题，例如：天体物理学问题，行星科学问题.第24页，本讲稿共26页2.5 地震波的波序P波、S波和面波第25页，本讲稿共26页第26页，本讲稿共26页
