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

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

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。

扩展阅读¶

• IASPEI 标准地震震相列表: http://www.isc.ac.uk/standards/phases/