目錄
第1章 簡介 1
1.1 引言 1
1.1.1 概述 1
1.1.2 地震學模型 5
1.2 地震學與人類社會 9
1.2.1 地震災害與危險性 9
1.2.2 工程地震學和地震工程學 12
1.2.3 高速公路、橋梁、水壩和輸油管 18
1.2.4 海嘯、滑坡和土壤液化 19
1.2.5 地震預報(earthquake forecasting) 20
1.2.6 地震預測 25
1.2.7 實時地震預警(real-time warning) 26
1.2.8 核試驗監測和條約驗證 26
延伸閱讀 28
第2章 地震學基本理論 30
2.1 引言 30
2.2 弦上傳播的波 30
2.2.1 理論基礎 30
2.2.2 諧波解 31
2.2.3 反射和透射(transmission) 33
2.2.4 諧波的能量 35
2.2.5 弦的簡正振型 36
2.3 應力和應變 38
2.3.1 簡介 38
2.3.2 應力 38
2.3.3 應力張量 41
2.3.4 主應力 42
2.3.5 最大剪切應力和斷層滑動 43
2.3.6 偏應力(deviatoric stress) 45
2.3.7 運動方程 45
2.3.8 應變 46
2.3.9 本構方程 48
2.3.10 邊界條件 50
2.3.11 應變能 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 斯涅爾(Snell)定律 59
2.5.1 層狀介質近似 59
2.5.2 層狀介質中的平面波勢函數 60
2.5.3 入射角和視速度 62
2.5.4 斯涅爾定律 63
2.5.5 臨界角 65
2.5.6 SH波的斯涅爾定律 65
2.5.7 射線參數和慢度 66
2.5.8 導波(waveguide) 67
2.5.9 費馬原理(Fermat’s principle)和幾何射線理論(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數 72
2.6.1 簡介 72
2.6.2 SH波的反射和透射系數 72
2.6.3 反射和透射SH波的能量通量(energy flux) 74
2.6.4 超臨界入射的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 實例 80
2.7 面波 82
2.7.1 簡介 82
2.7.2 均勻半空間介質中的瑞利波 82
2.7.3 半空間之上一水平層中的勒夫波 85
2.7.4 勒夫波頻散 86
2.8 頻散 89
2.8.1 相速度和群速度 89
2.8.2 頻散信號 89
2.8.3 面波頻散研究 91
2.8.4 海嘯頻散 94
2.9 地球的簡正振型 96
2.9.1 研究目的 96
2.9.2 球諧模式 96
2.9.3 球諧函數 97
2.9.4 扭振振型 99
2.9.5 球振振型 100
2.9.6 簡正振型和波傳播 100
2.9.7 觀測簡正振型 102
2.9.8 簡正振型合成地震圖 105
2.9.9 振型衰減、分裂和耦合 108
延伸閱讀 109
問題 110
編程 112
第3章 地震學和地球結構 113
3.1 引言 113
3.2 折射地震法 114
3.2.1 水平層 114
3.2.2 傾斜地層 119
3.2.3 深入分析 120
3.2.4 地殼結構 122
3.2.5 巖石和礦物 126
3.3 反射地震法 127
3.3.1 反射波走時曲線 128
3.3.2 走時的截距-慢度公式 131
3.3.3 多通道數據 134
3.3.4 共中心點疊加 135
3.3.5 信號增強 138
3.3.6 反卷積 140
3.3.7 偏移 145
3.3.8 數據處理流程 149
3.4 球狀地球中的地震波 149
3.4.1 射線路徑和走時 149
3.4.2 速度分布 151
3.4.3 走時曲線反演 153
3.5 體波走時研究 153
3.5.1 體波震相 155
3.5.2 地核震相 158
3.5.3 上地幔結構 162
3.5.4 下地幔結構 163
3.5.5 可視化體波 166
3.6 地球內的各向異性 168
3.6.1 概述 168
3.6.2 橫向各向同性和方位各向異性 169
3.6.3 礦物和巖石的各向異性 171
3.6.4 結構組成導致的各向異性 171
3.6.5 巖石圈及軟流圈各向異性 172
3.6.6 地幔和地核中的各向異性 175
3.7 衰減與滯彈性分析 177
3.7.1 地震波的衰減 177
3.7.2 幾何擴散 177
3.7.3 多重路徑 179
3.7.4 散射 180
3.7.5 固有衰減 181
3.7.6 品質因子Q 182
3.7.7 頻譜共振峰值 184
3.7.8 滯彈性引起的物理頻散 185
3.7.9 非彈性物理模型 186
3.7.10 地殼到內核的Q值 187
3.8 地幔和地核的組成成分 188
3.8.1 地球內部的密度 188
3.8.2 地球內部溫度 193
3.8.3 地幔的組成成分 194
3.8.4 D'的組成成分 197
3.8.5 地核的成分 198
3.8.6 地震學和行星演化 198
延伸閱讀 201
問題 201
編程 203
第4章 震源理論 204
4.1 引言 204
4.2 震源機制 206
4.2.1 斷層幾何形狀 206
4.2.2 初動 207
4.2.3 體波輻射花樣 208
4.2.4 立體投影(stereographic)斷層面表示法 211
4.2.5 斷層幾何形狀的解析表達 215
4.3 波形模擬 216
4.3.1 基本模型 216
4.3.2 震源時間函數 217
4.3.3 體波模擬 219
4.3.4 面波震源機制 222
4.3.5 歷史和未來的地震 225
4.4 矩張量 225
4.4.1 等效體力 225
4.4.2 單力 226
4.4.3 力偶 226
4.4.4 雙力偶 228
4.4.5 地震矩張量 228
4.4.6 各向同性和CLVD矩張量 230
4.4.7 矩張量反演 231
4.4.8 矩張量解釋 235
4.5 地震大地測量學 236
4.5.1 測量地面形變 236
4.5.2 同震形變 239
4.5.3 大地測量學和地震學的接合 241
4.5.4 震間形變與地震周期 242
4.6 震源參數 246
4.6.1 震級和矩震級 246
4.6.2 震源譜和標定律 249
4.6.3 應力降和地震能量 251
4.7 地震統計 256
4.7.1 頻度-震級關系 257
4.7.2 余震 260
4.7.3 地震概率 260
延伸閱讀 264
問題 265
編程 267
第5章 地震學與板塊構造 269
5.1 引言 269
5.2 板塊運動學 271
5.2.1 板塊相對運動 271
5.2.2 全球板塊運動 275
5.2.3 空間大地測量學 278
5.2.4 絕對板塊運動 279
5.3 擴張中心 280
5.3.1 洋脊和轉換斷層的幾何形狀 281
5.3.2 海洋巖石圈的演化 282
5.3.3 洋中脊和轉換斷層地震的產生過程 286
5.4 俯沖帶 290
5.4.1 俯沖熱模型 290
5.4.2 俯沖板塊中的地震 295
5.4.3 板塊間的海溝地震 303
5.5 大洋板塊內部地震與構造運動 307
5.5.1 大洋板塊內部地震活動性 307
5.5.2 海洋巖石圈的力和應力 310
5.5.3 地幔黏滯度約束 314
5.6 大陸地震與構造 314
5.6.1 大陸板塊邊界區域 316
5.6.2 地震、無震、暫時和永久形變 321
5.6.3 大陸板內地震 324
5.7 地球內部的斷層作用與形變 329
5.7.1 流變學 330
5.7.2 巖石破裂與摩擦力 332
5.7.3 塑性流動 336
5.7.4 巖石圈的強度 338
5.7.5 地震與巖石摩擦 339
5.7.6 地震與區域形變 345
延伸閱讀 347
問題 347
編程 349
第6章 地震圖和信號 350
6.1 引言 350
6.2 傅里葉分析 350
6.2.1 傅里葉級數 350
6.2.2 傅里葉復級數 352
6.2.3 傅里葉變換 352
6.2.4 傅里葉變換的性質 353
6.2.5 δ函數(delta function) 354
6.3 線性系統 356
6.3.1 基本模型 356
6.3.2 卷積和反卷積 358
6.3.3 有限長信號 360
6.3.4 相關 362
6.4 離散時間序列及其傅里葉變換 363
6.4.1 連續數據采樣 364
6.4.2 離散傅里葉變換 365
6.4.3 離散傅里葉變換的性質 367
6.4.4 快速傅里葉變換 367
6.4.5 數字卷積 368
6.5 疊加 369
6.5.1 隨機誤差 370
6.5.2 疊加實例 372
6.6 地震儀和地震臺網 374
6.6.1 簡介 374
6.6.2 阻尼諧波振蕩器 376
6.6.3 地球噪聲 377
6.6.4 地震計和測震系統 377
6.6.5 數字記錄 382
6.6.6 地震臺網類型 385
6.6.7 全球臺網 385
6.6.8 地方臺陣 387
6.6.9 區域臺網 388
延伸閱讀 390
問題 390
編程 391
第7章 反演問題 393
7.1 引言 393
7.2 地震定位 394
7.2.1 理論 394
7.2.2 均勻介質中的地震定位 396
7.2.3 誤差 398
7.2.4 復雜幾何模型的地震定位 400
7.3 走時層析成像 401
7.3.1 理論 402
7.3.2 廣義逆 403
7.3.3 廣義逆反演方法的特性 404
7.3.4 方法的改進 4
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