Seismic Ray Theory

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出版者:Cambridge University Press
作者:V. Cerveny
出品人:
页数:724
译者:
出版时间:2005-09-29
价格:USD 130.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780521018227
丛书系列:
图书标签:
  • 地球物理
  • 地震勘探
  • Geophysics
  • 地震波
  • 射线理论
  • 地球物理学
  • 地震学
  • 数值模拟
  • 波动传播
  • 地球内部结构
  • 反演
  • 计算方法
  • 地壳
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具体描述

Seismic Ray Theory presents the most comprehensive treatment of the seismic ray method available. This method plays an important role in seismology, seismic exploration, and in the interpretation of seismic measurements. Many new concepts which extend the possibilities and increase the efficiency of the seismic ray method are included. The book has a tutorial character: derivations start with a relatively simple problem, in which the main ideas are easier to explain, and then advance to more complex problems. Most of the derived equations in the book are expressed in algorithmic form and may be used directly for computer programming. This book will prove to be an invaluable advanced textbook and reference volume in all academic institutions in which seismology is taught or researched. It will also be an invaluable resource in the research and exploration departments of the petroleum industry and in geological surveys.

理论地球物理学的疆域:穿越地壳的声波回响 一部聚焦于地球内部结构、地震波传播机制及其应用的地质学专著 本书并非聚焦于特定的地震射线理论模型或计算方法,而是旨在为读者构建一个全面、深入的地球物理学基础框架,重点阐述如何通过分析地震波在地球介质中的传播特性,来揭示地球深部结构的复杂性、物质组成以及动力学过程。我们将探寻地震波场在不同介质中的响应,理解其在深部地幔、地核边界以及地壳中的复杂路径,最终将这些观测数据转化为对地球演化历史的深刻洞察。 --- 第一章:地球物理学的基石——波的本质与介质响应 本章从物理学的基本原理出发,详细阐述了弹性波在均匀和非均匀介质中传播的数学描述。我们关注的是波在岩石圈、软流圈乃至更深层物质中的本构关系与运动方程。 1.1 弹性波场的波动方程与基本解: 深入探讨P波(纵波)和S波(横波)的产生机理,以及它们在理想弹性介质中的解析解。重点分析波速的各向异性对传播路径的影响,尤其是在具有特定晶体结构的岩石中。 1.2 介质参数的地球物理意义: 详细剖析密度($ ho$)、纵波速度($V_p$)、横波速度($V_s$)以及拉梅参数($lambda$ 和 $mu$)如何共同决定地震波的传播特性。通过对岩石学样本的实验数据,建立宏观参数与微观晶格结构之间的联系。我们尤其关注在高温高压条件下,这些参数如何发生显著变化,这对于理解地幔转变带的物理状态至关重要。 1.3 边界反射与折射的经典理论回顾: 详细阐述波在界面上(如地壳与地幔的莫霍面、古登堡界面)的传播行为,包括斯内尔定律在地球科学中的应用,以及反射系数和透射系数的计算方法。这部分内容为后续章节中对地震记录进行解释奠定了必要的数学基础。 --- 第二章:地震波场在复杂介质中的传播现象 地球的内部并非均匀的球壳,而是充满了断层、岩浆房、沉积盆地和地幔柱等复杂结构。本章将聚焦于这些不均匀性如何散射、衰减和扭曲传播中的地震波。 2.1 散射理论与非均匀性对波形的影响: 介绍小扰动近似、Born近似以及多重散射理论,用以描述波场在随机起伏的介质中传播时的能量损失和波形展宽。我们将分析地壳下方的非均匀体(如岩浆房)如何导致地震记录中出现明显的台站间走时差异和波形畸变。 2.2 衰减(吸收)机制: 探讨地震波能量在介质中传播时被吸收的物理过程,包括黏弹性阻尼、流体对孔隙的填充以及岩石的热弛豫效应。通过分析地震波振幅的随距离衰减率,来反演介质的品质因子(Q值),并将其与地幔的粘滞性和温度分布联系起来。 2.3 极化与体波/面波的转换: 深入分析当地震波遇到倾斜界面或裂隙分布的介质时,P波如何转化为S波,反之亦然,以及这种转换如何影响地震记录中的能量分配。对地壳浅层裂隙网络对S波偏振的影响进行详细讨论。 --- 第三章:从地表观测到深部结构成像 本章的核心是将采集到的地震数据转化为地球内部的三维(3D)图像,这是现代地球物理勘探的核心任务。 3.1 地震记录的处理与分析技术: 涵盖从野外数据采集到数据预处理的完整流程。重点介绍波场分离技术,如何从三分量记录中准确分离出直达波、反射波、折射波和体波到时。 3.2 走时反演与层析成像(Tomography): 阐述如何利用大量地震事件的到时数据,通过迭代算法(如有限差分或共轭梯度法)来建立地球内部速度的3D模型。我们讨论了分辨率的限制因素、模型参数化以及如何评估速度模型的准确性,特别关注对地幔热柱和俯冲板片的成像结果解读。 3.3 波动方程成像方法(Migration): 详细介绍偏移成像技术(如深度扫描偏移),它能够精确地将反射信号归位到其在地下结构中的真实位置,极大地提高了地壳浅层结构图像的清晰度,这对于寻找地下水资源和评估工程地质风险至关重要。 --- 第四章:地震波在地球核心与地幔深处的行为 本章将视角投向地球内部最神秘的区域——地幔过渡带、下地幔以及液态外核与固态内核。 4.1 地幔转变带的地震波异常: 探讨410公里和660公里深度附近物质相变对地震波速和密度的突变效应。分析这些高速异常体在地震波到达时的表现,以及它们如何指示地幔对流的边界和物质的循环模式。 4.2 外核-内核边界的复杂性: 详细讨论PKP波(穿过内核的P波)在穿过液态外核和固态内核时发生的传播异常。分析由内外界物质性质差异导致的波形振幅变化,以及这种变化如何帮助我们推断内核的各向异性结构和晶体生长方向。 4.3 地震波在低速带中的穿行: 专题讨论地幔深处的超低速带(ULVZs)的地震波响应。这些低速、高吸收的区域被认为可能代表了地幔与外核物质的混合区,对其波场特征的研究是理解地球热演化的关键。 --- 第五章:地球物理方法在资源勘探与工程安全中的应用 本章将理论与实际应用相结合,展示地球物理波场分析技术如何服务于人类社会的需求。 5.1 浅层地球物理勘探: 介绍高分辨率浅层地震勘探技术(如勘探地震),重点讨论如何通过精确的近地表速度模型来识别地下沉积层、断层构造,用于油气田、地热能的勘探以及大型工程(如水坝、隧道)的基础地质勘察。 5.2 监测地球动力学过程: 分析利用天然地震和人工震源监测构造应力场的变化。通过分析断层带两侧的波速变化(双站分析或时间之差分析),间接评估区域构造应力的积累速率和流变学特性。 5.3 结构评估与地球风险: 探讨利用场地效应分析(Site Effect Analysis)来评估特定地点的地震风险。通过分析地震波在松散沉积物上的放大效应,为城市规划和抗震设计提供重要的速度信息支撑。 --- 总结: 本书旨在提供一个基于物理学原理、涵盖从理论基础到前沿应用的地球物理波场分析的综合视图。它强调的是理解地震波作为一种地球内部的“探针”,如何通过其速度、振幅和偏振的变化,为我们揭示地球深部物质的组成、运动状态及其演化历史。读者将获得一套强大的工具箱,用以解析复杂的地球物理数据,并对我们脚下的这颗行星形成更为精确的认识。

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这本书给我最大的启发在于其对历史脉络的梳理。它不仅仅是关于当代最先进的数值方法,而是花了相当的篇幅回顾了射线理论从早期光学类比到现代波动场分解的整个发展历程。通过这种回顾,你能清晰地看到,当前我们使用的每一个近似方法,都是前人为了解决特定问题而做出的权衡与妥协的结果。例如,书中对比了费马原理在不同假设下的适用范围,这让我对“最短时间”这个概念有了更辩证的认识。它不是一个绝对真理,而是在特定物理条件下成立的优化结果。这种历史的厚重感,让这本书读起来有一种“站在巨人肩膀上”的感觉。它没有急于展示华丽的成果,而是扎实地夯实了地基。对于那些希望不满足于停留在“会用”层面,而是想探究“为什么是这样”的深度学习者来说,这本书提供的知识背景是无价的,它构建了一种深刻的、批判性的学术思维框架。

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坦率地说,当我合上这本书的最后一页时,我感到了一种混合着满足和轻微挫败的情绪。满足感来自于我对波传播机制的理解得到了显著提升,挫败感则源于我意识到,这本书的深度远远超出了我目前掌握的数学工具箱所能完全消化的范畴。它显然是为那些已经对波动方程和偏微分方程有扎实基础的读者量身定制的。书中关于高阶微分为基础的分析方法,虽然严谨到无可挑剔,但对我这样更偏向应用层面的读者来说,理解起来需要反复查阅参考资料,阅读的流畅度因此大打折扣。我佩服作者在处理复杂边界条件时的数学功力,每一个推导步骤都像是外科手术般精准。然而,对于那些期望快速掌握实用数值模拟技巧的人来说,这本书可能显得有些“过于理论化”了。它更像是一份对“精确解”的深度探索报告,而不是一本即插即用的工具指南。如果你想深入钻研理论的根源,并与那些经典文献进行对话,这本书是不可或缺的基石,但请准备好迎接一场严峻的智力挑战。

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这本关于地震波传播的书简直是入门者的福音!我原本以为涉及到“射线理论”这个词,内容会是那种晦涩难懂的物理推导和复杂的数学公式堆砌,结果完全出乎我的意料。作者似乎非常擅长将抽象的物理概念转化为生动易懂的语言。尤其是讲解地震波在不同介质界面发生反射和折射时,那些复杂的几何光学类比,读起来就像在看一本优秀的科幻小说,而非教科书。书中大量的图示,每一张都恰到好处地补充了文字描述的不足,让我能清晰地“看到”波前是如何弯曲、如何绕过障碍物的。虽然我不是专业的地球物理学家,但在阅读过程中,我对地下结构探测的基本原理有了前所未有的清晰认识。它没有陷入过度深奥的理论细节,而是将重点放在了“如何用射线追踪来理解地震信号的路径”这一核心思想上。如果你正在寻找一本能让你对地震勘探的底层逻辑建立起坚实直观理解的书籍,这本绝对是值得你翻开的。我特别喜欢它对各向异性介质中射线行为的讨论,那部分的处理非常精妙,既严谨又不失趣味性。

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这本书的编辑和排版质量,说实话,是顶级的。在如今这个充斥着大量扫描版和低质量电子书的时代,能够拥有一本实体书拥有如此清晰的字体、合理的行距和高质量的插图印刷,本身就是一种享受。对于涉及大量希腊字母和上下标的物理公式,清晰度至关重要,而这本精装版做到了这一点。让我印象深刻的是,作者在章节安排上体现出的极强的逻辑性。它似乎遵循着一个从简单到复杂的递进路线图:先是理想均匀介质中的基本原理,然后逐步引入速度梯度、不连续面,最后才触及更为复杂的各向异性或衰减效应。这种循序渐进的方式,极大地降低了学习曲线的陡峭程度。不像有些专业书籍,上来就扔给你一个混合了所有复杂因素的方程组,让人无从下手。这本书的结构设计,体现了作者对教学艺术的深刻理解,让学习过程本身变成了一种享受,而不是纯粹的忍耐。

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我之所以推荐给所有从事地球物理数据处理领域的朋友,是因为它提供了一种对“数据噪声”和“各向异性噪声”的全新视角。在实际工作中,我们经常会遇到速度模型与实际地质构造不符导致的正演模拟误差,这本书从理论源头解释了这些误差是如何产生的——它们往往源于射线路径计算中的微小假设偏差被累积放大了。作者用非常深入的笔墨探讨了射线追踪算法在面对复杂高曲率界面时的局限性,这直接关联到我们在处理深层结构成像时经常遇到的“鬼波”和“假象”问题。它教会我的不是如何写出更快的代码,而是理解为什么某些算法在特定地质条件下会失效。这种对理论缺陷的诚实揭示,比那些只强调自身方法优越性的书籍更有价值。它促使我重新审视我们日常依赖的那些简化假设,并思考如何通过更精细的理论框架来改进我们的逆时偏移或速度分析流程。

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