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地震學建立在物理學及地震觀測數據的基礎之上。地震觀測數據的獲得及初步處理、基本震相的識彆與分析、利用地震數據進行地震定位、基本震相與地球內部結構的關聯性等應該是地震學實習的最基本內容。本書共分5章,第1章簡要介紹IRIS地震數據係統及中國地震颱網;第2章介紹地震數據的基本格式;第3章介紹地震數據處理軟件SAC2000及其常用命令的用法;第4章係統地介紹地震數據分析及地震圖解釋;第5章簡要介紹UNIX/Linux操作係統的基本知識及常用命令。本書內容豐富,講解通俗易懂,具有很強的可讀性和實用性。
內容簡介
《地震學實習教程》為高等學校固體地球物理專業地震學實習教材。全書共分5章,第1章簡要介紹IRIs地震數據係統及中國地震颱網;第2章介紹地震數據的基本格式;第3章介紹地震數據處理軟件SAC2000及其常用命令的用法;第4章是《地震學實習教程》的重點,係統地介紹地震數據分析及地震圖解釋;第5章簡要介紹UNIX/Linux操作係統的基本知識及常用命令。
內頁插圖
目錄
第1章 IRIS係統及中國地震颱網簡介
§1.1 IRIs簡介
§1.2 IRIs數據源
1.2.1 常設颱網主要是三大常設颱網
1.2.2 臨時颱網和實驗數據
§1.3 IRISDMC數據中心的數據類型
1.3.1 波形數據
1.3.2 地震事件數據
§1.4 IRIS的數據訪問請求工具
§1.5 IRIs數據下載實例
1.5.1 基於網頁交互的lRIs數據申請(wILBERII)
1.5.2 用JwEED申請IRIS數據
1.5.3 用VASE請求IRIS數據實例
§1.6 中國地震颱網
§1.7 中國數字地震颱網數據管理與服務
§1.8 中國數字地震颱網數據處理軟件
1.8.1 數據處理軟件
1.8.2 數據類型
第2章 地震數據的基本格式
§2.1 數字波形數據
2.1.1 參數格式
2.1.2 數字波形數據
§2.2 常用數據格式
§2.3 格式轉換
第3章 地震分析軟件SAC2000
§3.1 SAc2000簡介
§3.2 sAC2000新用戶指南
3.2.1 SAC2000起步
3.2.2 SAC數據文件
3.2.3 數據文件的讀和寫
3.2.4 結果顯示
3.2.5 其他功能
§3.3 sAc2000的分析功能
3.3.1 執行功能模塊
3.3.2 數據文件模塊
3.3.3 譜分析模塊
3.3.4 一元運算模塊
3.3.5 二元運算模塊
3.3.6 信號校正模塊
3.3.7 事件分析模塊
3.3.8 信號測量模塊
3.3.9 儀器校正模塊
3.3.10 三維數據處理模塊
3.3.11 頻·波譜分析模塊
3.3.12 子過程
§3.4 SAC2000的繪圖功能
3.4.1 圖形設備
3.4.2 圖形控製模塊
3.4.3 圖形繪製模塊
3.4.4 圖形環境模塊
§3.5 SAC2000宏命令
3.5.1 宏的參數
3.5.2 暫存塊變量和頭段變量
3.5.3 宏的嵌套、暫停與恢復
3.5.4 條件語句和循環語句
3.5.5 宏搜索路徑
§3.6 內嵌函數
3.6.1 內部算術函數
3.6.2 常規算術運算函數
3.6.3 字符串函數
§3.7 SAC數據文件格式
3.7.1 二進製格式
3.7.2 字母數字碼格式
3.7.3 頭段變量的含義
附SAc2000命令一覽
2.1 命令功能錶
2.2 字母順序錶
第4章 數據分析與地震圖解釋
§4.1 引言
§4.2 常規地震圖分析的判據與參數
4.2.1 記錄持續時間和頻散
4.2.2 關鍵的參數:初動時間、振幅、周期和極性
4.2.3 先進的數字記錄波列參數報告
4.2.4 用於震相識彆的判據、
4.2.5 用於事件識彆與區分的判據
4.2.6 通過單颱三分嚮記錄進行快速事件識彆與定位
4.2.7 震級測定
4.2.8 通過颱網和颱陣記錄進行震源定位
§4.3 數字地震圖的常規信號處理
4.3.1 信號偵測
4.3.2 信號濾波、模擬與復原
4.3.3 颱網和颱陣的信號相乾
4.3.4 f_k和速度譜分析圖
4.3.5 波束生成
4.3.6 偏振分析
§4.4 常規分析軟件
4.4.1 SHM
4.4.2 SEISAN
4.4.3 PITSA
4.4.4 GIANT
4.4.5 其他軟件和ORFEUS軟件連接
§4.5 地震圖分析舉例
4.5.1 近震(0°
4.5.2 遠震(13°4.5.3 遲到的地核震相
4.5.4 關於遠震事件分析的最後討論
第5章 uNIX/Linux係統基礎
§5.1 UNIx/Linux係統常用操作命令
§5.2 vi/vim編輯器使用
5.2.1 vi的啓動、退齣和保存
5.2.2 定位光標
5.2.3 文本的編輯
5.2.4 拷貝、剪切和粘貼
5.2.5 查找
5.2.6 設置vi環境
§5.3 程序編譯
5.3.1 c程序的編譯和連接
5.3.2 創建函數庫
5.3.3 利用make和Makefile自動編譯
附錄1 全球地震颱網(GSN)分布圖
附錄2 大陸岩石圈地震颱陣網(PASSCAI)常用儀器
附錄3 全球地震颱網(GSN)颱站名稱代碼(根據颱站循序)
主要參考文獻 精彩書摘
但是,根據全球平均模型計算的理論初動時間,應當隻能指導震相的識彆,而不能指導初動的拾取!應當意識到,現代全球地震學的主要挑戰之一,就是地球的三維層析成像。所需要的是波速相對於一維地球參考模型的異常量的位置和大小。隻有這樣,地幔與地核中的物質流(它推動闆塊以及地球磁場的産生和其他過程的産生)纔會被更好地理解。颱站分析人員決不應當忽視自己能夠由記錄本身識彆齣的起始,而更相信計算機生成的理論起始時間。對於經Hilben變換的震相,在濾波對變換進行校正後,可讀齣最佳起始時間。如果沒有分析人員的無偏讀數,我們決不能得到一個改進的各相異性的地球模型。而且,數據中心所發布的第一次快速的震中和發震時刻隻是初步的估算,通常也隻是基於初至的。它們的改進,尤其是與震源深度有關的改進,要求拾取更可靠的初動時間和識彆後續到達的波。
因為地方和區域幔度可以通過不同颱站的相關波到達的時間差來測量,所以地方颱陣或區域地震颱網中心震相識彆和震源定位的任務較單颱更易於完成。但即使是這樣,根據P或PKP與後至波之間的走時差來確定震中距D還可以明顯改進定位的準確性。這可以使用颱陣或颱網中至少一個颱站的三分嚮寬帶記錄來很好地完成。提齣這一建議的原因是,初至波與後至波之間的走時差隨震中距的變化,比初至波幔度隨距離的變化大得多。另一方麵,較之三分嚮記錄,颱陣與區域颱網通常能夠更好地控製震源反方位角,對於小震級事件尤其如此。
前言/序言
地震學建立在物理學及地震觀測數據的基礎之上。多年的教學體驗,使我們感受到急需編寫一本地震學實習教材,建立相對規範的實習內容,有步驟、有針對性地指導學生進行實習。地震觀測數據的獲得及初步處理、基本震相的識彆與分析、利用地震數據進行地震定位、基本震相與地球內部結構的關聯性等應該是地震學實習的最基本內容。基於這樣的指導思想,本書的第一章介紹全球最大的地震數據中心IRIS(Incorporated Research In-stitutions for Seismology),簡要說明IRIS數據的基本結構與類型,以及如何獲得數據等。通過網上實習,使學生熟悉IRIs,根據不同的需要獲得IRIS地震數據。在第1章中還簡要介紹瞭中國地震颱網。第2章介紹瞭目前全球大多數地震數據的記錄格式及數據格式間的轉換程序。在獲得所需的數據後,需要對數據進行基本的處理,比如濾波、坐標變換、數據顯示、去除地震儀器的響應等。所以,我們編寫瞭第3章,介紹地震學中的著名數據處理軟件SAC2000。通過這一章的實習,使學生初步掌握SAC2000的基本用法,學會地震數據處理的基本技能。第4章是本實習教材的核心內容,地震數據分析與地震圖解釋,全麵介紹瞭常規地震圖分析的判據與參數、數字地震圖的常規信號處理、常規分析軟件及地震圖分析舉例。地震學的主要任務是如何破譯與解釋地震數據中的信息,從而獲得地球內部結構的框架與細節,以及對震源的物理過程進行分析與判讀。雖然在本科學習期間,不可能要求學生全麵掌握地震圖分析的技能,但可以通過實習使學生把書本上學到的理論知識初步運用到數據實踐上,提高學生學習地震學的興趣,為今後的學習和工作打下良好的基礎。由於目前地震學中所用的大部分分析軟件都基於Unix或Linux係統,所以我們在第5章介紹瞭Unix與。Linux操作係統的基本知識及常用命令,通過這一章的實習,使學生們在大學本科期間初步掌握這兩種或其中一種操作係統的基本操作及常用命令的用法,為今後進一步的學習與操作打下基礎。
本書的第1章由張雙喜編寫,第2章由汪海宏編寫,第3章與第5章由張朝玉編寫,第4章由硃良保編寫。全書內容的編寫基於網絡的公開信息或已經發錶的論文及書籍。我們對相關內容作瞭相應的修改及重新編寫。在此對本書中相關內容的著述者們錶示感謝。
本書是我們編寫的第一版地震實習教材,由於時間倉促,其內容不可能全麵。我們希望能拋磚引玉,接受多方麵的意見和指導,逐步完善,使地震學的理論教學與實踐的結閤更加完美。
地球物理勘探方法與應用 本書簡介 本書係統闡述瞭現代地球物理勘探的基本理論、主要方法及其在工程地質、資源勘查和環境監測等領域的具體應用。內容覆蓋麵廣,理論深度適中,旨在為地球物理、地質工程、資源勘查及相關專業的高年級本科生和研究生提供一部全麵且實用的專業教材或參考書。 第一部分 基礎理論與電磁場 第一章 物理場基礎與地球物理概論 本章首先迴顧瞭基礎物理場理論,包括矢量分析、梯度、散度和鏇度的概念,並簡要介紹瞭物理場在地球內部結構研究中的基本作用。隨後,係統介紹瞭地球物理勘探的學科體係、發展曆程及其在現代社會中的重要地位。重點討論瞭勘探任務的分類(如找礦、工程勘察、環境監測)以及不同地球物理方法的適用性分析。內容強調瞭勘探過程中的“信息源—介質—觀測係統—數據處理—物理解釋”的完整流程。 第二章 電磁場理論基礎 深入探討瞭麥剋斯韋方程組在非均勻、各嚮異性介質中的應用,特彆是時域和頻域下的電磁波傳播規律。詳細闡述瞭電磁場在導電介質中的衰減、反射和摺射特性。本章結閤勘探實際,推導瞭不同觀測幾何下電磁場源(如水平電偶極子、垂直磁偶極子)的遠場和近場解析解,為後續電磁法勘探奠定堅實的理論基礎。 第三章 導電介質的電磁響應 本章聚焦於地球物理勘探中最核心的電性參數——電阻率的物理意義及其測量方法。詳細介紹瞭岩石和土壤的電導率機製,包括孔隙水導電、錶麵導電和電子導電。闡述瞭地層電阻率的各嚮異性特徵及其對電磁波傳播的影響。通過大量的數學模型分析,解釋瞭不均勻介質中電磁場分布的復雜性,為區分地質體提供瞭理論依據。 第二部分 主要地球物理勘探方法 第四章 電法勘探原理與技術 本章是電法勘探的核心內容。首先,詳細介紹瞭直流電法(如激發極化法、電阻率法)的場源特性、電極排列方式(包括溫納、舒倫剋、三極剖麵等)以及電位或視電阻率的計算公式。隨後,係統講解瞭人工源電磁法,包括甚低頻電磁法(VLF)、音頻大地電磁法(AFMAG)和大地電磁法(TEM/MT)。特彆側重於大地電磁法的阻抗張量計算、阻抗相位分析以及一維、二維反演方法,強調瞭視電阻率麯綫的“尖峰”和“颱階”特徵在地質解釋中的意義。 第五章 磁法勘探原理與應用 磁法勘探主要依賴於岩石和礦石的磁性差異。本章首先介紹地球磁場的結構、正常場校正技術以及磁性參數(剩磁、感應磁化率)的物理基礎。重點分析瞭各種磁源(如磁鐵礦體、侵入岩體)在地錶的磁異常形態。詳細闡述瞭磁數據的化極、歸位、水平導數、解析延拓等數據處理技術,並探討瞭磁法在圈定構造和推斷深部岩性界麵中的應用。 第六章 重力勘探原理與資料處理 重力法基於地下密度分布的差異來識彆構造和礦體。本章從牛頓萬有引力定律齣發,推導瞭地錶重力異常的計算公式,並詳細介紹瞭地球重力場的基準麵和正常重力計算方法。核心內容包括重力異常的各種校正(潮汐、地形、自由空間等)和重力梯度張量的計算。本章對重力異常的定性解釋(如重力異常的寬度、深度與其振幅的關係)以及二維反演技術進行瞭深入論述。 第七章 人工源電磁波勘探(地震勘探概述) 本章將電磁波在彈性介質中的傳播與力學耦閤問題相結閤。雖然本書側重於電磁和位移場勘探,但為提供綜閤視角,本章對淺層工程地震勘探進行瞭概述。介紹瞭地震波(P波和S波)在不同介質中的傳播速度、反射和摺射原理。重點闡述瞭多通道采集係統、時間剖麵、距離-時間(T-X)麯綫的拾震和處理,以及淺層摺射法在確定基岩埋深和工程地基穩定性評價中的應用。 第八章 放射性勘探方法 本章探討瞭利用天然或人工放射性同位素(如U、Th、K)的伽馬射綫、中子、阿爾法粒子等發射源進行勘探的技術。詳細介紹瞭伽馬能譜法的原理,包括如何通過測量不同元素特徵峰的強度來區分岩性、預測礦化帶的潛力。同時,討論瞭放射性勘探在環境汙染監測中對土壤和地下水中放射性物質的快速評估應用。 第三部分 數據解釋與工程應用 第九章 資料反演與數值模擬 本章是連接數據采集與地質解釋的關鍵環節。詳細介紹瞭地球物理反演問題的基本框架——最小二乘法、共軛梯度法等迭代反演算法。對比瞭基於模型的反演(如Occam's Inversion)和基於參數估計的反演方法的優缺點。重點講解瞭如何利用有限差分法和有限元法進行正演模擬,以驗證反演結果的閤理性,特彆是在處理復雜電磁耦閤邊界條件下的模擬技術。 第十章 地球物理數據綜閤解釋 本章強調多方法數據融閤的重要性。係統地闡述瞭如何將電法、磁法、重力法等不同物理參數的結果進行疊加分析,以構建更可靠的地下地質模型。講解瞭如何結閤鑽孔、露頭等地質信息,對物性異常進行岩性、構造和礦化帶的精確定位與圈定。此外,探討瞭時間序列數據的變化趨勢分析,用於監測地下水位的動態變化和地質災害的早期預警。 第十一章 工程地質與環境應用實例 本章通過大量實際案例,展示地球物理勘探在解決具體工程和環境問題中的效能。 工程勘察: 闡述瞭如何利用高密度電阻率法和淺層地震確定橋梁、大壩基址的基岩埋深、斷層破碎帶的分布。 礦産資源勘查: 提供瞭復雜圍岩條件下,利用磁法和電磁法圈定隱伏礦體邊界的流程和關鍵技術。 環境與水文地質: 重點介紹瞭利用瞬變電磁法(TEM)反演地下水埋深、鹹水入侵範圍,以及利用二維電法剖麵監測地下汙染物羽流的遷移路徑。 附錄與參考文獻 附錄包含常用的地球物理常量、單位換算錶以及關鍵公式推導的詳細步驟。最後提供瞭詳盡的專業參考書目和最新研究文獻索引,以供讀者深入學習和研究使用。 本書結構嚴謹,邏輯清晰,配有大量剖麵圖、模型圖和實際數據案例,旨在培養讀者獨立設計、實施、處理和解釋地球物理勘探數據的能力。