◆几个主要震相的特征：

① P：在震中距为100度的范围内，P将作为地震记录的第一个震相清晰地显示出来。一超过103度，其振幅就变小，这是因为进入地核的阴影区所致。当看到弱小的波时，一般认为那是在核幔边界上由于衍射而产生的，这类似于莫霍面衍射的Pn波。 ② S：在震中距最大为100度的范围内，S往往以比P还大的振幅在地震记录上显示出来。超过100度时，虽然开始进入了地核隐区。

③ PP、SS（地面反射波）：这两个震相在震中距超过20度是就开始与P或S分离。 ④ pP、sS：当发生深震时，在30-100度附近，在P、S之后可以清晰的显示出来。pP和P的到时差，以及sS和S的到时差，往往随着震源深度不同而差别很大，因此对确定震源深度非常有用。

⑤ PcP、ScS、pPcP、sScS（外核反射波）：PcP、ScS或者是PcS、ScP常在震中距在30-40度左右显示出来。

◆地震走时表：

·地震走时表：地震波在不同震中距上传播的时间表。 ·走时：地震波从震源到达观测点所需的时间。 ·走时表是分析地震图、识别不同震相的主要依据。 ·走时表中各种震相的走时，根据地震图(地震波形的记录)中各种震相的到时来编制。

·为了准确地编制走时表，需要汇集大量地震图，并对各种震相做出正确的识别和鉴定。

·最早的走时表：19世纪末，英国地震学家奥尔德姆，它包括P波、S波以及面波的走时表，精度较低，仅给到走时值的零点几分。

·从右图1中可以得到如下推论：

① P波、S波和所有其他相关体波的走时曲线，斜率随着震中距的增大而减小?地震波的速度随着地球深度而增加。

② Love波和Rayayleigh波的走时曲线为直线，斜率不变?它们在传播的过程中，速度是恒定的。我们可以得出“这些波是沿着某些地层传播的，这种层只能是表面层，否则不可能被仪器接收到。

③ S-P波的走时差较多依赖于震中距而非震源深度； pP-P波的走时差较多依赖于震源深度而非震中距。 我们可以根据这些资料，方便地得出震源深度和震中距。 ④ 一般来说，任何体波的走时都是震中距和震源深度的函数。

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图1.杰弗里斯及其学生布伦根据许多地震记录于1939年绘成的著名的走时曲线

第四章 地球内部的结构 第一节 地球内部结构的发现 第二节 地球内部的圈层结构 第三节 反演问题

第四节 反演地震层析成像与地球内部三维结构

4.1地球内部结构的发现 ◆探索的历史：

① 在古代，地心被神化地描绘成地狱之火。

② 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。

③ 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。 ④ 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。

⑤ 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。

⑥ 另外一个有关地球内部状态的重要线索是由日月引力造成的海洋潮汐提供的。如果地球内部差不多都是液体的话，地球的岩石表面将像大洋潮汐一样涨落，其结果是在海岸边会看不到潮的涨落。1887年一个优秀的地球物理学家乔治·达尔文从主要海港的潮的高度得出结论：“认为地球内部是流体的假说不可取”。他推理地球深部的总体刚度虽然不像钢那样大，但仍是相当可观的。

⑦ 经过进一步精心推敲，地球物理学家们作出了简单曲线，估计从地表到地心巨增的压力对密度的影响。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。

⑧在20世纪地震仪广泛使用确认了层状结构并发现了意想不到的构造。例如19世纪地球物理学家推断地核为液体，但20世纪发现在液体的核中还存在一个固态内核。 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。

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◆地壳的探究： ① 一个误区：

·过去人们普遍认为地球内部是液体,地壳是表面凝固着一层硬壳。而现在很多人形象地把地球比作一个鸡蛋，当然地壳就比作蛋壳，所以，地壳总给人一个内软外坚的印象，这样理解显然错误，因为现代地震学观测表明地球内部大多数深度的介质一般比钢还硬，地壳下面并不软。

·然而地壳一词已沿用许多年，地学界也不打算再改。但请大家记住，它仅仅是指地球的最外固体层，并不是刚度较强的硬壳的含义。 ② 地壳底部的发现：

·1909年，莫霍洛维奇发现莫霍界面——地壳、地幔的分界面，深6~30km不等。 1999年10月8日，克罗地亚地震的地震仪记录的P波和S波，有些波似乎比设想的沿地球表面传播的波到达得晚一些。为了解释这个延迟，他假定朝下走的P波和S波沿着深约54千米一个界面被折射上来。以后的研究表明，这个被称为莫霍洛维奇不连续面(或简称莫霍面或M界面)的界面是全球现象，虽然它的平均深度一般比54千米小而且并不总是一个急剧过渡。这个界面把地壳和其下的地幔分开。

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，如我国青藏高原下面的地壳厚度达60～80公里，而华北地区有些地方，还不到30公里。海洋地壳的厚度只有5～8公里。

在大陆的稳定地区，地壳厚度约为35～45公里，一般分为两层。上层的P波速度

由5.8～6.4 km/s随深度增加到下层的6.5～7.6 km/s。但增加的情况存在很大的地区差异。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。由地壳下部到地幔，波速增加一般是很快的，P波速度由7 km/s在几公里的深度内很快增加到8.0～8.2 km/s。M-界面的细结构现在仍然是地球科学研究的热点问题。

地幔的上半部分比地壳的下半部分还硬。 ③ 大洋和大陆地壳的区别：

·地震观测表明，大洋和大陆下面的地壳的厚度不同。

图1.1983年4月3日哥斯达黎加地震在德国贝尔恩台记录的运动垂直分量

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◆地幔结构：

·从地壳底部到地幔顶部，地震波速跳跃很大，说明地幔顶部的物质和地壳不同。 ·以410公里和670公里为分界面， 地幔分为上地幔（410km以上）、过渡层（410~670km）及下地幔（670km以下）。

·重力均衡现象要求上地幔要有可以沿水平方向流动的物质层，我们称其为软流层。 ·软流层以上至地面（包括地壳在内）称为岩石层，岩石层内的物质不能沿水平方向流动。

·地震学中，通常认为地幔是固体。

1909年，莫霍洛维奇，M面

1914年，古登堡，G面 1906年，奥尔德姆

液态 L面 1936年，英格·莱曼

◆地球外核的发现：

·1906年，奥尔德姆发现地球外核（最早走时表）。

·1914年，古登堡发现古登堡界面（深度为2891km，利用核幔界面的反射波真相）。 ·在核幔界面，P波速度由13.72km/s下降为8.06km/s，S波速度由7.26km/s下降为0。 ·外核为液态，内核为固态。 ◆地球内核的发现：

·1936年，英格·莱曼发现地球内核

4.2地球内部的圈层结构

◆根据地震波速度的不同，地球可分为地壳、上下地幔和内外地核等几个大构造单元。其中，壳幔界面、幔核界面、内外核界面和上下地幔之间的过渡层,是十分明显的。 （1）壳幔界面

·在地下30—60km深度处,纵波速度从6-7km/s,跳到8km/s以上,它是地壳与地幔的分界面。这个界面是莫霍洛维奇在1909年研究Pn震相时提出来的,因此, 该界面又称为莫霍面(M面)。

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