这本地震学教科书能否如作者所愿：让你产生兴趣，学有所值，学有所成

科学研究的价值之一就在于其无穷的乐趣。因此，教科书的目标是使学生对某一学科产生兴趣，使他们觉得学有所值，并帮助他们学有所成。《地震学、震源及地球结构概论》将会努力去实现这三点。

对于地震学来说，做到这三点应该很简单。很难想象有什么事情会比地震更加引人注目，也很难想象有什么话题会比地球的结构和演化更引人入胜。我们希望在介绍地震学知识的过程中来达到这些目标。

地震学作为现代地球科学的基石之一，它聚焦于对地震及其相关现象，以及在地球内部传播的弹性波的研究。通过综合物理、数学和地质学的技术和数据，地震学已经对地球内部刻画得非常清晰，而这是研究类地行星形成和演化的主要资料。地震学家已经对地震的本质以及引起地震的构造过程有了深入认识。这些研究有时也并不仅仅是单纯的学术兴趣，毕竟地震学也是地震危险性评估、油气勘探的主要工具，并且有着监测核试验，维护和平的功能。

因此，我们认为地震学应该成为固体地球科学领域的每一位科学家培养环节的一部分，而不仅仅是地震学或其他地球物理学分支学科的专设课程。对研究地球内部组成的矿物学家或岩石学家，对岩石圈过程感兴趣的构造学专业学生，对地壳的性质和演化感兴趣的地质学家，对地震灾害感兴趣的工程师，以及对类地行星的演化感兴趣的行星学家，该门课程也大有裨益。随着地球科学的研究越来越综合化，涉及越来越多的学科交叉，懂得地震学将会有越来越明显的优势。

许多学生曾对这门课程望而却步，因为这往往是学生第一次面对连续介质和波的传播这两个物理过程。但是我们认为这些担忧是不必要的。事实上，地震学反而是介绍这些知识的一个非常好的方法，因为它本身就应用了这些抽象的概念。我们会阐述地震波的反射、折射、衍射和频散等效应，并用以研究地球。地震也展示了诸如刚性构造板块、应力和应变以及黏稠性地幔流动等概念。因此，地震学正是讨论这些基本物理过程的一种方法。

我们的目标是介绍一些重要的概念及其在当代研究中的应用。这两个目标给书中的内容带来了一些局限性。首先，时间和篇幅的限制要求在主题的广度和深度之间进行权衡，这样的选择必然是主观的；第二，有些内容确实非常吸引人，但考虑到这些内容更适合于高级别课程或相关专业领域的课程，我们也就没有展开进一步描述；第三，由于这些局限性，我们省略了对这门学科的历史发展的介绍，也省略了对一些思想和成果贡献者的系统性总结；第四，在介绍当前正在研究的主题时，我们仅仅给出了我们对问题的认识，但其他研究者可能持有不同的观点。在书中呈现“最前沿的知识”的不妥之处在于，该领域的变化是如此之快，以至于这些知识可能很快就会过时。因此，我们试着将关注点从“知识本身”转移至“如何获取知识”，并在研究我们感兴趣的问题时突出当前的发现。

鉴于这些局限性，我们提供了更进一步的阅读建议。如果可能的话，尽量去阅读一些教材和综述性文章，而不是专业的研究性论文。在很多情况下，用以阐述某个概念的图片的参考文献就可以提供额外的重要信息。我们也提供了一些世界各地的网站作为参考，但是要知道到网络的信息虽然丰富，但同时也是不稳定的，因为网站可能会改变网址或失效。

本书是为高年级的本科生和一年级研究生设计的，要求读者熟悉常微分方程和了解基础的物理学知识。如果有更深厚的背景知识对学习本书是有帮助的，如有地球科学的基础课程知识。当然，如果没有这些知识也不会对学习本书造成影响。超出这一水平的内容会根据需要进行推导。同时，对于数学公式我们会在纯粹展示和详尽推导之间寻求平衡，使它们不会“像魔术一样从帽子里变出来”。然而，公式推导也不能过多，否则会导致核心知识的推进被打乱。所以，我们在本书附录部分会回顾一些常用的数学知识以供参考。对于其他未收录但仍需使用到的数学概念，尤其是傅里叶分析的一些知识，我们会在适当的时候进行更深入地介绍。

我们的目标是介绍地震学的一些概念及其在地球结构和震源研究中的应用。为此需要建立一些波在连续固体介质中传播的基本理论，因此不得不舍弃一些更偏地质学专业的读者最关心的内容。我们希望读者能对弹性和波传播的内容心向往之，而不是望而生畏。最后，他们往往会发现，这些内容是如此吸引人，进而继续学习了更高级别的课程。

地球科学的一大乐趣在于，它们不同于一些其他学科有着固定结构。本书没有哪一主题可以以反应教师和学生兴趣的特定课程形式来呈现。完整地学习本书所有的章节内容大约需要一学年的课时，所以我们将全书分为了不同的课程。很多同学可能只选择了其中一门课程。我们尝试了多种不同的专题组合，每一种组合都达到了不错的学习效果。同时，我们一般不会在课堂上讨论附录的内容，而是通过相应的练习题确定需要学习或复习的内容。

同时，课后作业能够帮助同学们理解相关知识。鉴于现代地球科学的特质，许多问题都是通过计算机来解决的。所以在教学中，我们期望同学们通过编写程序来完成大部分工作，这就要求大家具有一定的编程能力。首先从解决附录中的简单问题开始，然后逐步解决在各章节中更复杂的问题。这样做的另一个好处是，可以确保学生学习到一些在计算机课程中被忽视的编程技能。书中的一部分编程问题可以使用电子表格来完成，但大多数需要使用专门的数学软件来完成。

有些行文风格需要格外说明。我们通常会采用前引和后引其他部分的内容来说明章节之间的联系。脚注会呈现一些在课堂上可能会提到，但是并非核心的内容。在文中我们既使用到了SI 单位制［以米(m)、千克(kg)和秒(m)为基础的单位］，也使用了CGS 单位制［以厘米(cm)、克(g)和秒(s)为基础的单位］，因为这两种单位制在文献中都很常见，尽管SI 单位制正在逐步取代CGS 单位制。通常我们也会使用一些其他的常用单位，如地震波速度会以“km/s”表示，而板块运动速度会以更直观的“mm/a”表示(如使用48mm/a 代替1.5×10-9m/s)，正如爱默生(Emerson)的格言所说：“墨守成规的做法是愚蠢的”。

撰写这本书的过程是一种享受。总结这门多样而有趣的学科令我们“美不胜收”。我们希望读者能和我们一样从中获得乐趣，希望我们的讨论能促使他们在学习知识的同时提出更多有意义甚至有争议的问题。我们也希望一些读者能有继续学习和研究这些问题的动力，因为还有很多关于地球以及地震发震过程的问题需要进一步的研究。对于那些有精力和想法的人来说，为人类做出超越现有知识和观点的贡献的机会是巨大的。

三百年前艾萨克·牛顿(Isaac Newton)在力学和光学方面的成就成为现代地震学发展的基石。三百年后的今天，让我们再次回顾他的感悟之语：“我好像是一个在海边玩耍的孩子，不时为拾到比通常更光滑的石子或美丽的贝壳而欢欣鼓舞，而展现在我面前的是一片尚未探明的真理之海。”

《地震学、震源及地球结构概论》

《地震学、震源及地球结构概论》（Introduction to Seismology，Earthquakes，and Earth Structure ）一书提供了比较详细的公式推导，丰富的图形实例，完善的课后练习题和编程习题，完整的基础理论介绍。更重要的是，该书对不同的构造环境下对应的震源机制、震源深度、震级数量、地震大小以及地震矩的大小进行了深入浅出的分析，实现了地震学理论和板块构造学说的完美结合。基于这些优势，我们选择将该书翻译为中文，用作高年级本科地震学教材，同时也可作为相关领域科研人员的参考书籍。

本书的主要内容包括：

• 第1 章详细地介绍了地震学基本研究范畴，以及其对人类社会的重要意义。本章描述了地震导致的直接破坏和次生灾害；探讨了地震预报和预警的发展现状；介绍了地震学在核爆监测中的重要作用。

• 第2 章介绍了地震学的基本理论。本章首先以简单的弦波为例，介绍了波传播相关的一些基本概念，如波动方程、反射系数、透射系数以及在有限介质尺度下的简正振型等；然后基于应力、应变和本构方程，推导出地震波的波动方程，并基于边界条件，推导出地震波在界面上的反射、透射以及斯涅尔定律；最后介绍了面波以及地球的简正振型。

• 第3 章介绍了基于地震波传播获取地下结构的基本方法，包括折射波法和反射波法，以及基于深部体波震相研究地幔和地核的基本方法。除了速度以外，本章也讨论了地球内部地震波各向异性和衰减等属性的基本理论和方法。

• 第4 章从两个角度介绍了地震震源的研究。首先将地震视为断裂面两边的两个块体的相对滑动，得到剪切震源的震源机制的数学和图形表示方式，以及相关的应力环境分析。然后基于力偶的概念引出了对震源更完整的表达形式—地震矩。除此以外，本章还专门介绍了大地测量在地震周期研究中的应用，同时也介绍了地震震级、震源谱、应力降以及地震统计规律等相对更深入的知识点。

• 第5 章以丰富的实例详细介绍了不同的构造环境(如扩张中心、俯冲带、转换带以及板内地震带等) 中地震的空间分布、震源机制、地震数量以及震级大小的变化规律，同时也展示了如何利用地震学研究构造运动的基本方法。

• 第6 章介绍了和地震波形处理相关的信号处理方法；第7 章以震源定位和走时反演为例，简明扼要地介绍了地球物理学中至关重要的反演问题；而附录部分则简单回顾了地震学中经常会遇到的基本数学知识。对我国的学生来说，地球物理学的本科专业教学大纲一般都包含了这三个方面的知识。但是对于其他专业的学生来说，这三个章节是非常有益的补充。

图片是最强大的科学语言。本书采用了大量的图片对相关概念进行介绍，更加直观且易懂。同时，本书将不同的波动现象进行了多方位的类比。除了第2 章中以简单的弦波传播引出地震波动相关概念外，书中多处以脚注的形式将地震波动现象与日常生活中常见的光波、声波和水波等波动现象结合起来，使得抽象的概念变得更加形象，且易于理解。

基于以上特点，本书可以作为地球物理学专业本科课程“地震学”的主要教材，同时也可以作为研究生课程“高等地震学”等课程的重要参考资料。该书的翻译初稿曾先后应用于成都理工大学2013～2017 级本科地震学课程的教学。在教学实践中，我们发现第2 章的面波、简正振型，第3 章的物质组成、各向异性以及衰减，第4章的应力降、波形合成，第5 章的板块动力学分析以及地球内断层作用等知识点对于本科学生来说较难掌握，在教学过程中可做适当取舍。

本书在不同章节介绍了美国重要地震带的地质背景和地震活动性研究，此外还包括对全球板块运动研究比较完整的总结以及常见的地震学方法的介绍(如接收函数、横波分裂、走时反演、地震定位以及地幔和地核的研究方法等)。对于科研工作者来说，本书是了解美国地震研究、全球板块运动以及常规地震学方法的窗口，同时也是认识地震孕育和触发机制，开展地震灾害评估等方面研究的重要参考资料。

本书的翻译自2015 年启动以来，历时5 年，在来自四所高校的七位老师们的共同努力下，才最终与读者见面。本书历经翻译初稿的交叉校定，第一次全文校定、专家校定，出版社编辑校对，第二、三、四次校定，以及出版社终审等多次修订过程。

由于译者水平所限，错误在所难免，恳请批评指正。

成都理工大学：梁春涛

2020年3月

本文摘编自《地震学、震源及地球结构概论》[(美)塞思·斯坦(Seth Stein)，(美)迈克尔·维瑟逊(Michael Wysession)著；梁春涛等译. 北京：科学出版社，2020.4]一书“原版前言”“中文版前言”，有删减，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-064644-6

责任编辑：冯 铂 黄 桥

本书是一本理论基础全面、应用方向广泛且应用实例丰富的地震学专业书籍。本书既包括地震学的基础理论(第1、2 章)、地震学在地球探测中的应用(第3 章)，也包括震源机制和震源物理等方面的内容(第4 章)。本书第5 章讨论了不同构造环境下的地震分布、震源机制以及震源物理特征；第6 章讨论了地震图的基本处理方法和原理；第7 章结合实例讨论了地球物理反演基本原理和方法。此外，本书附录汇总了专业所需的数学和计算方法等方面的基础知识，以供缺乏相关基础的读者自学补充。本书适合作为地球物理学等专业的本科生或研究生教材，也可作为相关专业领域的科研人员的参考书籍。

（本文编辑：刘四旦）