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地震学建立在物理学及地震观测数据的基础之上。地震观测数据的获得及初步处理、基本震相的识别与分析、利用地震数据进行地震定位、基本震相与地球内部结构的关联性等应该是地震学实习的最基本内容。本书共分5章,第1章简要介绍IRIS地震数据系统及中国地震台网;第2章介绍地震数据的基本格式;第3章介绍地震数据处理软件SAC2000及其常用命令的用法;第4章系统地介绍地震数据分析及地震图解释;第5章简要介绍UNIX/Linux操作系统的基本知识及常用命令。本书内容丰富,讲解通俗易懂,具有很强的可读性和实用性。
内容简介
《地震学实习教程》为高等学校固体地球物理专业地震学实习教材。全书共分5章,第1章简要介绍IRIs地震数据系统及中国地震台网;第2章介绍地震数据的基本格式;第3章介绍地震数据处理软件SAC2000及其常用命令的用法;第4章是《地震学实习教程》的重点,系统地介绍地震数据分析及地震图解释;第5章简要介绍UNIX/Linux操作系统的基本知识及常用命令。
内页插图
目录
第1章 IRIS系统及中国地震台网简介
§1.1 IRIs简介
§1.2 IRIs数据源
1.2.1 常设台网主要是三大常设台网
1.2.2 临时台网和实验数据
§1.3 IRISDMC数据中心的数据类型
1.3.1 波形数据
1.3.2 地震事件数据
§1.4 IRIS的数据访问请求工具
§1.5 IRIs数据下载实例
1.5.1 基于网页交互的lRIs数据申请(wILBERII)
1.5.2 用JwEED申请IRIS数据
1.5.3 用VASE请求IRIS数据实例
§1.6 中国地震台网
§1.7 中国数字地震台网数据管理与服务
§1.8 中国数字地震台网数据处理软件
1.8.1 数据处理软件
1.8.2 数据类型
第2章 地震数据的基本格式
§2.1 数字波形数据
2.1.1 参数格式
2.1.2 数字波形数据
§2.2 常用数据格式
§2.3 格式转换
第3章 地震分析软件SAC2000
§3.1 SAc2000简介
§3.2 sAC2000新用户指南
3.2.1 SAC2000起步
3.2.2 SAC数据文件
3.2.3 数据文件的读和写
3.2.4 结果显示
3.2.5 其他功能
§3.3 sAc2000的分析功能
3.3.1 执行功能模块
3.3.2 数据文件模块
3.3.3 谱分析模块
3.3.4 一元运算模块
3.3.5 二元运算模块
3.3.6 信号校正模块
3.3.7 事件分析模块
3.3.8 信号测量模块
3.3.9 仪器校正模块
3.3.10 三维数据处理模块
3.3.11 频·波谱分析模块
3.3.12 子过程
§3.4 SAC2000的绘图功能
3.4.1 图形设备
3.4.2 图形控制模块
3.4.3 图形绘制模块
3.4.4 图形环境模块
§3.5 SAC2000宏命令
3.5.1 宏的参数
3.5.2 暂存块变量和头段变量
3.5.3 宏的嵌套、暂停与恢复
3.5.4 条件语句和循环语句
3.5.5 宏搜索路径
§3.6 内嵌函数
3.6.1 内部算术函数
3.6.2 常规算术运算函数
3.6.3 字符串函数
§3.7 SAC数据文件格式
3.7.1 二进制格式
3.7.2 字母数字码格式
3.7.3 头段变量的含义
附SAc2000命令一览
2.1 命令功能表
2.2 字母顺序表
第4章 数据分析与地震图解释
§4.1 引言
§4.2 常规地震图分析的判据与参数
4.2.1 记录持续时间和频散
4.2.2 关键的参数:初动时间、振幅、周期和极性
4.2.3 先进的数字记录波列参数报告
4.2.4 用于震相识别的判据、
4.2.5 用于事件识别与区分的判据
4.2.6 通过单台三分向记录进行快速事件识别与定位
4.2.7 震级测定
4.2.8 通过台网和台阵记录进行震源定位
§4.3 数字地震图的常规信号处理
4.3.1 信号侦测
4.3.2 信号滤波、模拟与复原
4.3.3 台网和台阵的信号相干
4.3.4 f_k和速度谱分析图
4.3.5 波束生成
4.3.6 偏振分析
§4.4 常规分析软件
4.4.1 SHM
4.4.2 SEISAN
4.4.3 PITSA
4.4.4 GIANT
4.4.5 其他软件和ORFEUS软件连接
§4.5 地震图分析举例
4.5.1 近震(0°
4.5.2 远震(13°4.5.3 迟到的地核震相
4.5.4 关于远震事件分析的最后讨论
第5章 uNIX/Linux系统基础
§5.1 UNIx/Linux系统常用操作命令
§5.2 vi/vim编辑器使用
5.2.1 vi的启动、退出和保存
5.2.2 定位光标
5.2.3 文本的编辑
5.2.4 拷贝、剪切和粘贴
5.2.5 查找
5.2.6 设置vi环境
§5.3 程序编译
5.3.1 c程序的编译和连接
5.3.2 创建函数库
5.3.3 利用make和Makefile自动编译
附录1 全球地震台网(GSN)分布图
附录2 大陆岩石圈地震台阵网(PASSCAI)常用仪器
附录3 全球地震台网(GSN)台站名称代码(根据台站循序)
主要参考文献 精彩书摘
但是,根据全球平均模型计算的理论初动时间,应当只能指导震相的识别,而不能指导初动的拾取!应当意识到,现代全球地震学的主要挑战之一,就是地球的三维层析成像。所需要的是波速相对于一维地球参考模型的异常量的位置和大小。只有这样,地幔与地核中的物质流(它推动板块以及地球磁场的产生和其他过程的产生)才会被更好地理解。台站分析人员决不应当忽视自己能够由记录本身识别出的起始,而更相信计算机生成的理论起始时间。对于经Hilben变换的震相,在滤波对变换进行校正后,可读出最佳起始时间。如果没有分析人员的无偏读数,我们决不能得到一个改进的各相异性的地球模型。而且,数据中心所发布的第一次快速的震中和发震时刻只是初步的估算,通常也只是基于初至的。它们的改进,尤其是与震源深度有关的改进,要求拾取更可靠的初动时间和识别后续到达的波。
因为地方和区域幔度可以通过不同台站的相关波到达的时间差来测量,所以地方台阵或区域地震台网中心震相识别和震源定位的任务较单台更易于完成。但即使是这样,根据P或PKP与后至波之间的走时差来确定震中距D还可以明显改进定位的准确性。这可以使用台阵或台网中至少一个台站的三分向宽带记录来很好地完成。提出这一建议的原因是,初至波与后至波之间的走时差随震中距的变化,比初至波幔度随距离的变化大得多。另一方面,较之三分向记录,台阵与区域台网通常能够更好地控制震源反方位角,对于小震级事件尤其如此。
前言/序言
地震学建立在物理学及地震观测数据的基础之上。多年的教学体验,使我们感受到急需编写一本地震学实习教材,建立相对规范的实习内容,有步骤、有针对性地指导学生进行实习。地震观测数据的获得及初步处理、基本震相的识别与分析、利用地震数据进行地震定位、基本震相与地球内部结构的关联性等应该是地震学实习的最基本内容。基于这样的指导思想,本书的第一章介绍全球最大的地震数据中心IRIS(Incorporated Research In-stitutions for Seismology),简要说明IRIS数据的基本结构与类型,以及如何获得数据等。通过网上实习,使学生熟悉IRIs,根据不同的需要获得IRIS地震数据。在第1章中还简要介绍了中国地震台网。第2章介绍了目前全球大多数地震数据的记录格式及数据格式间的转换程序。在获得所需的数据后,需要对数据进行基本的处理,比如滤波、坐标变换、数据显示、去除地震仪器的响应等。所以,我们编写了第3章,介绍地震学中的著名数据处理软件SAC2000。通过这一章的实习,使学生初步掌握SAC2000的基本用法,学会地震数据处理的基本技能。第4章是本实习教材的核心内容,地震数据分析与地震图解释,全面介绍了常规地震图分析的判据与参数、数字地震图的常规信号处理、常规分析软件及地震图分析举例。地震学的主要任务是如何破译与解释地震数据中的信息,从而获得地球内部结构的框架与细节,以及对震源的物理过程进行分析与判读。虽然在本科学习期间,不可能要求学生全面掌握地震图分析的技能,但可以通过实习使学生把书本上学到的理论知识初步运用到数据实践上,提高学生学习地震学的兴趣,为今后的学习和工作打下良好的基础。由于目前地震学中所用的大部分分析软件都基于Unix或Linux系统,所以我们在第5章介绍了Unix与。Linux操作系统的基本知识及常用命令,通过这一章的实习,使学生们在大学本科期间初步掌握这两种或其中一种操作系统的基本操作及常用命令的用法,为今后进一步的学习与操作打下基础。
本书的第1章由张双喜编写,第2章由汪海宏编写,第3章与第5章由张朝玉编写,第4章由朱良保编写。全书内容的编写基于网络的公开信息或已经发表的论文及书籍。我们对相关内容作了相应的修改及重新编写。在此对本书中相关内容的著述者们表示感谢。
本书是我们编写的第一版地震实习教材,由于时间仓促,其内容不可能全面。我们希望能抛砖引玉,接受多方面的意见和指导,逐步完善,使地震学的理论教学与实践的结合更加完美。
地球物理勘探方法与应用 本书简介 本书系统阐述了现代地球物理勘探的基本理论、主要方法及其在工程地质、资源勘查和环境监测等领域的具体应用。内容覆盖面广,理论深度适中,旨在为地球物理、地质工程、资源勘查及相关专业的高年级本科生和研究生提供一部全面且实用的专业教材或参考书。 第一部分 基础理论与电磁场 第一章 物理场基础与地球物理概论 本章首先回顾了基础物理场理论,包括矢量分析、梯度、散度和旋度的概念,并简要介绍了物理场在地球内部结构研究中的基本作用。随后,系统介绍了地球物理勘探的学科体系、发展历程及其在现代社会中的重要地位。重点讨论了勘探任务的分类(如找矿、工程勘察、环境监测)以及不同地球物理方法的适用性分析。内容强调了勘探过程中的“信息源—介质—观测系统—数据处理—物理解释”的完整流程。 第二章 电磁场理论基础 深入探讨了麦克斯韦方程组在非均匀、各向异性介质中的应用,特别是时域和频域下的电磁波传播规律。详细阐述了电磁场在导电介质中的衰减、反射和折射特性。本章结合勘探实际,推导了不同观测几何下电磁场源(如水平电偶极子、垂直磁偶极子)的远场和近场解析解,为后续电磁法勘探奠定坚实的理论基础。 第三章 导电介质的电磁响应 本章聚焦于地球物理勘探中最核心的电性参数——电阻率的物理意义及其测量方法。详细介绍了岩石和土壤的电导率机制,包括孔隙水导电、表面导电和电子导电。阐述了地层电阻率的各向异性特征及其对电磁波传播的影响。通过大量的数学模型分析,解释了不均匀介质中电磁场分布的复杂性,为区分地质体提供了理论依据。 第二部分 主要地球物理勘探方法 第四章 电法勘探原理与技术 本章是电法勘探的核心内容。首先,详细介绍了直流电法(如激发极化法、电阻率法)的场源特性、电极排列方式(包括温纳、舒伦克、三极剖面等)以及电位或视电阻率的计算公式。随后,系统讲解了人工源电磁法,包括甚低频电磁法(VLF)、音频大地电磁法(AFMAG)和大地电磁法(TEM/MT)。特别侧重于大地电磁法的阻抗张量计算、阻抗相位分析以及一维、二维反演方法,强调了视电阻率曲线的“尖峰”和“台阶”特征在地质解释中的意义。 第五章 磁法勘探原理与应用 磁法勘探主要依赖于岩石和矿石的磁性差异。本章首先介绍地球磁场的结构、正常场校正技术以及磁性参数(剩磁、感应磁化率)的物理基础。重点分析了各种磁源(如磁铁矿体、侵入岩体)在地表的磁异常形态。详细阐述了磁数据的化极、归位、水平导数、解析延拓等数据处理技术,并探讨了磁法在圈定构造和推断深部岩性界面中的应用。 第六章 重力勘探原理与资料处理 重力法基于地下密度分布的差异来识别构造和矿体。本章从牛顿万有引力定律出发,推导了地表重力异常的计算公式,并详细介绍了地球重力场的基准面和正常重力计算方法。核心内容包括重力异常的各种校正(潮汐、地形、自由空间等)和重力梯度张量的计算。本章对重力异常的定性解释(如重力异常的宽度、深度与其振幅的关系)以及二维反演技术进行了深入论述。 第七章 人工源电磁波勘探(地震勘探概述) 本章将电磁波在弹性介质中的传播与力学耦合问题相结合。虽然本书侧重于电磁和位移场勘探,但为提供综合视角,本章对浅层工程地震勘探进行了概述。介绍了地震波(P波和S波)在不同介质中的传播速度、反射和折射原理。重点阐述了多通道采集系统、时间剖面、距离-时间(T-X)曲线的拾震和处理,以及浅层折射法在确定基岩埋深和工程地基稳定性评价中的应用。 第八章 放射性勘探方法 本章探讨了利用天然或人工放射性同位素(如U、Th、K)的伽马射线、中子、阿尔法粒子等发射源进行勘探的技术。详细介绍了伽马能谱法的原理,包括如何通过测量不同元素特征峰的强度来区分岩性、预测矿化带的潜力。同时,讨论了放射性勘探在环境污染监测中对土壤和地下水中放射性物质的快速评估应用。 第三部分 数据解释与工程应用 第九章 资料反演与数值模拟 本章是连接数据采集与地质解释的关键环节。详细介绍了地球物理反演问题的基本框架——最小二乘法、共轭梯度法等迭代反演算法。对比了基于模型的反演(如Occam's Inversion)和基于参数估计的反演方法的优缺点。重点讲解了如何利用有限差分法和有限元法进行正演模拟,以验证反演结果的合理性,特别是在处理复杂电磁耦合边界条件下的模拟技术。 第十章 地球物理数据综合解释 本章强调多方法数据融合的重要性。系统地阐述了如何将电法、磁法、重力法等不同物理参数的结果进行叠加分析,以构建更可靠的地下地质模型。讲解了如何结合钻孔、露头等地质信息,对物性异常进行岩性、构造和矿化带的精确定位与圈定。此外,探讨了时间序列数据的变化趋势分析,用于监测地下水位的动态变化和地质灾害的早期预警。 第十一章 工程地质与环境应用实例 本章通过大量实际案例,展示地球物理勘探在解决具体工程和环境问题中的效能。 工程勘察: 阐述了如何利用高密度电阻率法和浅层地震确定桥梁、大坝基址的基岩埋深、断层破碎带的分布。 矿产资源勘查: 提供了复杂围岩条件下,利用磁法和电磁法圈定隐伏矿体边界的流程和关键技术。 环境与水文地质: 重点介绍了利用瞬变电磁法(TEM)反演地下水埋深、咸水入侵范围,以及利用二维电法剖面监测地下污染物羽流的迁移路径。 附录与参考文献 附录包含常用的地球物理常量、单位换算表以及关键公式推导的详细步骤。最后提供了详尽的专业参考书目和最新研究文献索引,以供读者深入学习和研究使用。 本书结构严谨,逻辑清晰,配有大量剖面图、模型图和实际数据案例,旨在培养读者独立设计、实施、处理和解释地球物理勘探数据的能力。