为什么介质密度越大,地震波传播的越快

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地震波的传播速度与土壤密度的关系~

地震波与声波一样都是机械波,介质密度越大传播速度越快

影响地震波速度的因素很多,主要有岩土介质的密度、介质的孔隙度和充填物性质、地质的埋深和地质年代。
(一)岩土介质的密度
一般情况下,岩土越致密,波速越高,速度v与岩石密度的关系,满足以下方程:

环境与工程地球物理勘探

对于大多数沉积岩石而言,a=0.31,n=0.25。显然,该参数对于浅层松散的岩土介质是不适应的,苏联曾有人研究了浅层松散岩土介质的速度vP与密度ρ之间的关系,得出了较有意义的结果,详见图3-7,该图所描述的岩性以及关系的数学模型等结果见表3-7。由表可见,由于不同性质、不同时代的松散岩土介质所对应的a、n参数相差较大,故浅层松散介质的密度变化较大,从而使得速度的变化率也较大。

图3-7 松散土纵波速度vP与密度ρ的关系


表3-7 各种土中密度ρ与纵波速度vP的关系

(二)岩土介质的孔隙度
大部分岩土介质是由呈颗粒状的各种矿物组成的,这种岩土可以看作是由许多不同性质的小球堆积而成,小球与小球之间具有空隙。一般粗颗粒结构的岩土其孔隙度相对大些,如砂岩;而细粒结构的岩土的孔隙相对小些,如灰岩。因此,一切固体岩土介质从结构上说,基本上由两部分组成,一部分是矿物颗粒本身,称岩石骨架(或基质);另一部分是由各种气体或液体充填的孔隙(双相介质)。显然地震波在这种结构的岩土中传播时,实际上相当于波在骨架本身和孔隙两种介质中传播。尽管孔隙中充填了各种气体和液体,根据一般常识,波在气体或液体中传播的速度要低于岩石骨架固体中的传播速度。因而,波在双相介质中传播的速度与孔隙度成反比,即同样岩性的岩土介质,当孔隙度大时,其速度值相对变小。1956年威利(Wylie)等人提出了一个较简便地计算速度与孔隙度之间关系的公式,称为时间平均方程(图3-8):

环境与工程地球物理勘探

式中:φ为孔隙度;v为岩石的速度;vm为岩石骨架中波传播的速度;v1为孔隙中充填介质的速度。
根据该公式绘出了某些岩石的理论关系曲线。综合这些研究后认为,当孔隙度由3%提高到30%,速度变化可达90%,这说明孔隙度是影响速度的重要因素。
显然孔隙度的变化意味着岩石密度变化,孔隙度变大,密度相对减小。可见速度的变化实际上随岩石密度的增大而增大。
孔隙度与密度一般呈线性关系,它们之间有如下的经验关系式:
P=ρ1φ+(1-φ)ρm(3-12)
式中ρm和ρ1分别表示岩石骨架和充填物的密度。图3-9表示孔隙度与密度之间的关系。

图3-8 时间平均方程曲线


图3-9 孔隙度与密度关系曲线

表3-8给出了部分实际岩土介质的φ、ρ和vP参考值,可明显看出三者之间的变化关系。

表3-8 岩土介质φ、ρ和vP参数表

(三)地层埋深和地质年代
一般情况下岩石埋藏得越深,反映它们的年代越老,承受上覆地层压力的时间长、强度大,这就是所谓的压实作用。因此,同样岩性的岩石,波在埋藏深、时代老的岩石中的传播速度要比在埋藏浅、时代新的岩石中的波传播速度大。福斯特(Faust)对大量的地震测井和电测井资料进行估算后,提出如下经验关系式:

环境与工程地球物理勘探

式中:z为深度;T为地质年代(单位:年);a为系数,若上式中深度用米表示,则a=46.5;R为地层的电阻率。
加斯曼(Gassman)1951年给出了速度和深度、孔隙度之间的经验公式为

环境与工程地球物理勘探

式中:v0为z=0时的速度值;z小于或等于300m;φ为孔隙度。
图3-10给出了v0=1400m/s、不同岩石孔隙度时,速度和深度的关系曲线,当埋藏深度大于0.7km后,速度随深度大致呈线性增加。

图3-10 速度与深度关系

……其实这跟波和实物的差别应该没啥关系……

波在给定介质中的传播速度等于=根号下(Y/p),其中Y称为杨氏模量(或者切变模量,要看你是横波还是纵波),是反应介质弹性的材料常数,p表示密度(希腊字母‘柔’打不出来……)。所以直接说“密度越大越……”是不严格的。

但是就公式来看,p在分母上所以要比较也是密度越大速度越小。你的想象是差不多正确的。不过纠正一下:密度大并不是你说的“受到的阻碍越大”,而是它“惯性越大”,于是震动起来就“比较懒”了,当然传的慢。= =

另外从百度百科《地震波》里摘录了一段,证明我说的没错:
“因为地球内部的强大压力,岩石的密度随深度增大。由于密度在P波和S波速度公式中的分母项上,表面看来,波速度应随其在地球的深度增加而减小。”

不是啊,密度越大传播速度越大,不是阻碍越大

...因为是波。。。不是实物


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铜仁地区13964429115: 地震学中的p波问题~p波的传播速度与介质的密度有什么关系?为什么? -
当涂肤五味:[答案] P波,即纵波.传播速度与介质密度成正比. 介质密度越大,纵波传播的越快.

铜仁地区13964429115: ...波(P波),传播速度较______,可以通过______、______、______传播.(2)横波(______波),传播速度较______,只能通过______体传播.(3... -
当涂肤五味:[答案](1)、(2)地震波分横波(通过固体)传播速度慢、纵波(通过固体、液体和气体)传播速度快,根据这一特点可判断出S波(速度慢)为横波,P波(速度快)为纵波. (3)因为地震波与声波等一样都属于机械波,故物质密度越大,传播速度越快. 故答案...

铜仁地区13964429115: 地震波的传播速度与土壤密度的关系 -
当涂肤五味: 地震波与声波一样都是机械波,介质密度越大传播速度越快

铜仁地区13964429115: 地震波在固页气中的传播速度,哪个快? -
当涂肤五味: 地震波的传播速度与物质的分子密度成正相关关系,即密度越大的物质地震波的传播速度越快.也就是地震波在固体的传播速度是最快的,其次是液态,最慢是气态.

铜仁地区13964429115: 为什么地震波传播速度会发生变化? -
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铜仁地区13964429115: 为什么介质密度越大声音传播速度越快 -
当涂肤五味: 声音的传播是物体的震动,密度小了原子间空隙就越大,密度大了空隙就越小,传播得越快

铜仁地区13964429115: 波在介质中传播与介质的密度有关吗? -
当涂肤五味: 波的振幅决定于波起始点的能量大小,与介质密度无关.波长与频率和介质有关

铜仁地区13964429115: 介质的密度越高传播的速度越大;温度越高传播的速度越大.这两句话虽然都对,但是也是对立的.当物体发生液化或者气化时,温度提升传播速度加快,但固... -
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