震相

震相

地震學的任務之一.在地震圖上顯示的性質不同或傳播路徑不同的地震波組。各種震相在到時、波形、振幅、周期和質點運動方式等方面都各有它們自己的特徵。震相特徵取決於震源、傳播介質和接收儀器的特性。由於這些波組都有一定的持續時間,所以不同震相的波形互相重疊,產生干涉,使地震圖呈現出一幅複雜圖形,以致在一般情況下,只能識別震相的起始。

震相

正文

在地震圖上顯示的性質不同或傳播路徑不同的地震波組。各種震相在到時、波形、振幅、周期和質點運動方式等方面都各有它們自己的特徵。震相特徵取決於震源、傳播介質和接收儀器的特性。由於這些波組都有一定的持續時間,所以不同震相的波形互相重疊,產生干涉,使地震圖呈現出一幅複雜圖形,以致在一般情況下,只能識別震相的起始。地震學的任務之一就是分析、解釋各種震相的起因和物理意義,並利用各種震相特徵測定地震的基本參數,研究震源的力學性質和探討地球內部構造等。
P震相和S震相 分別代表來自震源的兩種體波。在P震相中,質點沿著波的傳播方向運動。在震中距為105°的範圍以內,P震相是地震圖上的初至震相。其後是S震相,它的振幅、周期都比P震相大,質點運動垂直於傳播方向。S波可分為 SV和SH兩種成分。SV的質點振動限定在豎直的入射面內,而SH的質點振動則在水平方向。

對於淺源近地震,從震源經過地殼上層(花崗岩層)傳播到地表的直達波,用圶(或Pg)和(或Sg)表示(圖1a)。在地殼上下層分界面(康拉德界面C)上傳播的首波用P*和S*表示。莫霍界面M上的首波用Pn、Sn表示,該面上的反射波用P11、S11表示。
當震源位於花崗岩中時,在一定距離內可以觀測到圶、埅、Pn、Sn、P*、S*、P11、S11等震相。
體波傳至地球表面可發生一次或多次反射。在反射時如不改變其波的性質,則反射後的震相分別用PP、PPP、SS、SSS等表示(圖1b)。反射後,波的性質也可以發生轉換,如SP、PPS等,SP震相表示入射到地表面時為S波,經過反射後轉換為P波。
在地核-地幔界面上反射的波用PcP、ScS、PcS、ScP等表示。這類震相可以在近震的地震圖上出現,在震中距為30°~40°時甚為顯著。它們是研究地核界面的重要震相,如圖1b中ScS。
核震相 穿過地核又回到地面的體波稱為地核穿透波,相應的震相稱為核震相。外核只能傳播縱波,以K表示在外核中傳播的那部分縱波。PKP (簡寫為P')、SKS(簡寫為S′)、PKS、SKP分別表示4種不同的地核穿透波(如圖1b中SKS、SKP兩種)。當地核穿透波在地核界面內反射時用KK表示,於是有SKKS、SKKP。SKPPKP表示 SKP在地球表面的一次反射。這些核震相在地震圖上已經被觀測到。PKP出現在大於142°的距離上,SKS在震中距大於84°時,出現在S之前,容易與S震相混淆。
地球的核心既能傳播縱波,也能傳播橫波。在核心內部的縱波用I表示,地球內部的橫波用 J表示。PKIKP是穿過核心,在傳播中沒有改變性質而入射到地球表面的P波,PKJKP則表示地震波是以橫波的形式穿過核心的(圖1b)。
深震相 當震源較深時,從震源發出的體波可以先在震中附近地表反射,然後才到達觀測點,並形成另一震相,稱為深震相。以小寫字母表示在震中附近反射前的波程,如pP、sP、sPS等(圖1b)。pP、sP等與P、S的到時差,對震源深度的變化有顯著反應,因此這些震相是測定深震震源深度的主要依據。
波動可以限定在表面或空間的一定區域(稱為波導)中傳播。這類波既存在於地殼中,也存在於地幔中。相應於面波的震相,一般用L表示,LR、Lq分別表示瑞利波和洛夫波。在LR中,質點只在入射面內運動,其運動軌跡為逆進橢圓,既有垂直分量也有水平分量。在Lq中質點運動垂直於入射面,本質上屬SH型,它們的速度比S波小。LR波的速度又比Lq小。它們一般是大振幅,長周期,近於正弦波的波列,周期由幾秒至幾百秒。LR與Lq都具有頻散性,頻散性主要取決於地殼構造和傳播介質的物理參數。大陸地殼和海洋地殼面波的頻散性存在較大的差異。
地殼面波不僅是研究大面積內地殼構造的主要依據,而且對解決地震學中的其他問題,如測定震級,計算震源動力學參數等也很有用。
高階振型面波 除了上述基階振型面波外,還有高階振型面波,又稱短周期面波,其中主要有M2波和Lg波。M2波是一階瑞利波,其周期為8~15秒,群速度為3.5~4.5公里/秒。Lg波周期較短(一般為1~6秒),振幅較大。
對Lg波的形成機制有兩種假設,一種認為是洛夫波的二次諧波,因為其群速度頻散特徵符合於高諧勒夫波;另一種認為它是地殼低速層中的導波,這是因為所有記錄到的 Lg震相的振幅都比較大,反映其能量極強,而這是導波的特徵。Lg波按速度分為Lg1和Lg2,Lg1的速度3.54公里/秒,Lg2的速度為3.38公里/秒。Lg波只能在大陸性地殼中傳播。
面波 在大地震的地震記錄圖上常常觀測到繞地球若干圈的面波,它們的周期一般在幾分鐘到十分鐘之間,相當于波長在1000公里以上,其傳播速度和頻散受地幔結構的控制。這種波稱為地幔波。Rm和 Qm分別表示地幔瑞利波和地幔洛夫波。腳標n為整數,它表示所觀測到的地震波繞地球傳播的圈數。1960年5月智利大地震,瑞典的烏普薩拉地震台記錄到了繞地球20圈的R20和Q20。
此外,還有一些不常見的震相,如漏能式面波PL,導波震相 Pa、Sa、T震相等。它們對研究地球內部構造都有一定用處。
典型地震圖上的震相如圖2。

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