地球内部地震体波的震相与走时曲线
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发布时间：2022-05-01 02:10
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时间：2022-06-22 07:11
地球内部最为突出的一个间断面是地核与地幔之间的分界面，即核-幔边界。由于地球的惯量矩为I=0.3333Ma2（M表示地球的质量，a为地球的半径）。若地球内部介质的密度分布是均匀的，则I/Ma2=0.4而不是0.3333。这个差异说明靠近地心的那一部分地球介质的密度较其余部分的密度高。1906年，奥尔登姆（Oldham）根据穿过地球内部到达接收点的P波走时比预期的延迟，首先提出了地球内部有一个速度比其外部低的地核的看法，并预言会出现波的阴影区。1912年古登堡证实，P波在震中距∆=105°和∆=143°之间确实有一个阴影区；在∆＞143°处存在一个由地震波的“焦散”现象引起的相当强的震相（图4-4）。杰福瑞斯与布伦利用他们的走时表确定该界面的深度为（2898±4）km。莱曼指出，地球有一个内核，深度为5120km，通过外核的波可能在该界面发生反射或折射，且为在进入内核后出现阴影区。
图4-4 地球内部地震体波震相与射线示意图
由图4-4可见，地球内部各圈层中的地震体波十分复杂，它们以不同的符号表示来自不同界面的波。
（一）震相标识
（1）图4-4表示某些震相的射线路径（Jeffreys et al.，1967）。随着深度的增大，地幔中的正常折射波以P表示。在地面反射一次者称为PP，反射两次者为PPP，相应横波为S、SS、SSS。SP为转换波。图4-5为实际地震记录。
（2）来自核幔边界的各类波，均以“c”为标志，如PcP为来自核幔边界的P波，ScP为来自核幔边界的转换波。
（3）在讨论深源地震时，常用小写的p（或s）表示自震源射向附近地面的P波（或S波）。如震相pP为自震源入射到地表的P波，反射后仍为P波。又如sPcP为自震源入射到地表的S波，在地面反射之后转换为P波，然后自核幔边界又反射到地面。
（4）来自地核的各类波。以K表示通过外核的P波（不存在通过外核的S波），P波可能在外核界面上反射，并以K表示。通常以P＇表示PKP，它表示P波通过外核后折回地面。类似的波还有PKS、SKS和SKP。P＇P＇（即PKPPKP）、P＇P＇P＇、P＇P＇P＇P＇表示P＇波在地球表面反射；而PKPP、PKKS、SKKS表示在核边界内部的反射。PcPP＇是PcP进一步在地球表面反射成P＇后形成的。P＇大约出现在142°处，SKS在84°以后，出现在S波之前，故易与S波相混淆。
（5）通过内核的P波和S波通常以I和J表征。PKIKP表示贯穿内核，但波形不变的P波，小写字母表示在内核界面上的反射。
图4-5 实际地震记录图
（二）地球内部地震波走时曲线
以横轴表示震中距，以纵轴表示走时，这样给出的曲线为走时曲线（图4-6）。依据走时曲线，则可利用由地震台站记录的地震震相S和P的时差（S—P）确定震源位置、震中距，并可由三个以上地震台站的震中距在球面上采用这种投影方式进行圆弧交切求得震中位置。
（1）震中距10°以内的走时曲线主要表征在地壳内传播的波。依据核爆炸观测结果得出，20°以内各地区走时曲线很不一致，说明在400～500km以内的地幔介质中存在较大的横向变化与不均匀性。20°以外，全球各处走时变化较小。
（2）10°～80°范围内主要记录的是在地幔介质中传播的P波和S波，以及在地面反射的一次波和两次波PP、PPP、SS、SSS等。还可以记录到不太明显的PcP、ScS等核幔边界的反射波。高灵敏度短周期地震仪器还可记录到P＇P波。此外，还可记录到PS、SP转换波。在震中距较大时，震相清晰。
（3）在80°～140°内范围内，P波和S波受到地核的影响。100°附近，P波和S波开始在地核界面上产生衍射波。由图4-6可见，通过地核的波，其走时不在正常P波走时曲线的延线上，而是滞后数分钟，这是存在低速度地核的有力证据。P波在103°～142°之间为影区。
图4-6 杰福瑞斯-布伦走时曲线图
纵轴为时间（单位：min）；横轴为震中距（单位：°）
