地震震相#
本节贡献者: 姚家园、田冬冬
最近更新日期: 2023-03-01
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地震体波是在地球内部传播的机械波。与光类似，地震波在遇到介质界面时也会出现反射、
折射和衍射等现象。与光不同的是，地震波既有横波（S 波）又有纵波（P 波），
地震波在介质界面发生反射或折射时还会发生波的转换，即横波可以转换为纵波，纵波也
可以转换为横波。地震波在地球内部传播时，会遇到地球内部的多个界面，并在界面处
发生反射、折射以及横波/纵波的互相转换。因而，震源激发的地震波在地球内部传播时
会有很多可能的传播路径，沿着不同路径传播的地震波走时也不同，在观测记录上表现为
不同特征的信号，称之为地震震相（seismic phase）。
地球圈层结构#
在介绍地震震相之间，有必要先介绍地球的分层结构。
固体地球的半径约为 6371 公里，具有明显的圈层结构。地球从外到内可以分为如下几个圈层：
地壳（crust）：地球的最表层，大陆地壳的平均厚度为 30-50 km，大洋地壳的平均厚度约为 6 km
地幔（mantle）：地壳以下的固态岩石层，最大深度为 2891 km
外核（outer core）：液态铁合金层，深度范围为 2891 到 5150 km
内核（inner core）：固态铁合金层，半径约 1221 km
各个圈层之间的分界面为：
地壳与地幔的界面：莫霍洛维奇间断面（Mohorovičić discontinuity），或简称莫霍面（Moho discontinuity）
地幔和外核的界面：核幔边界（core-mantle boundary，简写 CMB）
外核与内核的界面：内核边界（inner-core boundary，简写 ICB）
不同圈层中，介质的 P 波和 S 波速度以及密度也随着深度而变化：
在 Moho 面附近，地震波速度猛然增加
在地幔中，410 公里和 660 公里附近存在两个速度间断面，地震波速度在间断面附近突然增加。
这两个间断面分别称为 410 间断面（410-km discontinuity）和 660 间断面（660-km discontinuity），
二者之间的区域称为地幔转换带（mantle transition zone）
在 660 公里至地幔底部的深部区域，地震波速度平缓增加
在核幔边界，P 波速度从大约 14 km/s 骤降至大约 8 km/s，S 波速度从大约 7 km/s 降为零，
这是因为外核是液态的
在外核中，P 波速度再次随着深度逐渐增加
在内核边界，P 波速度突然增加，内核中 S 波速度也不为零了
Fig. 10 地球内部 P 波速度、S 波速度和密度（来自 Preliminary Reference Earth Model (PREM) 2）。
引自《Introduction to Seismology》（第三版）图 1.1。#
地震震相#
地震波在地球内部传播时会穿过不同的地球内部结构，相应的地震波射线路径和走时也会不同，
在观测记录上也显示出不同的波形特征，称之为地震震相（seismic phase）。
为了区分不同的地震震相，地震学领域制定了一套标准地震震相命名规则。每条射线路径
都可以对应一个震相名；同样的，每个震相名都可以对应特定的射线路径。
在标准地震震相命名规则中，规定了用以下简写符号分别表示在地壳、地幔、外核以及内核中
传播的 P 波和 S 波：
P：从震源出发向下在地壳和地幔中传播的 P 波
p：从震源出发向上在地壳和地幔中传播的 P 波
K：外核中传播的 P 波
I：内核中传播的 P 波
S：地壳和地幔中传播的 S 波
J：内核中传播的 S 波
c：核幔边界处的反射波
i：内核边界处的反射波
地震波从震源出发，穿过地球内部，并被位于地表的地震仪器记录到。地球内部主要分界面
将地震波走过的射线分割成多个小段，将射线路径里每段对应的简写符号拼接起来，
即得到了射线对应的震相名。以下图中的几个地震震相为例：
PcP 震相表示震源激发的 P 波从震源向下出发在地壳/地幔中传播（P），
并在核幔边界处反射（c），反射 P 波在地幔中向上传播至台站（P）
SKS 震相表示震源激发的 S 波从震源向下出发在地壳/地幔中传播（S），
在核幔边界处转换为 P 波并在外核中传播（K），然后再次在核幔边界处转换成
S 波并在地幔中传播（S），最终传播回台站
Fig. 11 全球震相的射线路径及其震相名。实线表示 P 波路径，摆动线表示 S 波路径。
引自《Introduction to Seismology》（第三版）图 4.16。#
Note
除了上图展示的全球尺度的震相外，在小震中距范围内沿地壳、上地幔传播的地震震相更为复杂，
且部分震相的命名并未统一。因此，本教程不做介绍，读者可以参考
地壳震相 学习相关震相定义。
我们以地震与台站之间的距离为 X 轴，以台站观测到的地震震相走时为 Y 轴，将全球地震的震相走时
画出来，便得到了走时曲线。这是我们认识和研究地球深部的速度结构最简单和根本的资料。
Fig. 12 不同体波震相的走时曲线，数据来至 Kennett and Engdahl (1991)。
引自《An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure》
图 3.5-3。#
扩展阅读#
IASPEI 标准地震震相列表: http://www.isc.ac.uk/standards/phases/