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不才做过一段时间的手机协议开发，在这里根据自己所知的回答一下LZ的问题，不对的地方请明白人指正。
其实你的问题实际上是手机如何搜网选网的过程。
在手机启动的时候，首先会进行搜网的过程，这一点无论是在有SIM或者无SIM（包含了无效/欠费/其他运营商SIM等情况）都是一样的。
在搜网的过程中（广义，包含注册过程），要进行扫描频点，读取系统消息，进行身份验证等操作。通过扫描频点和读取系统消息的过程，可以获取到当前具体有哪些运营商的网络，以及网络的频段和制式的信息。比如在国内不插卡开机，那么一个W+G的手机会搜到的网络有联通3G、联通2G、移动2G的网络。
在随后发起的注册过程中，UE会根据SIM和自身存储的优先级去挨个尝试注册，如果注册不成功，则会转去尝试下一个网络，直到把所有搜索到的网络都尝试完成，或者注册成功获取服务为止。
在你所说的情况下下，不会有注册成功的情况，那么此时UE会根据预制的规则选取一个最合适的网络进行附着（一般而言是信号最好的那个网络），并在这个网络上获取受限服务（Limited Service）。在受限服务的情况下，用户在通常情况下不能使用网络资源，但在进行紧急呼叫的情况下网络会给提供资源。这时候，手机的界面上会显示“仅限紧急呼叫”，或者有的手机也会显示“无服务”——根据不同手机制造商的规则而不同，这一点不用太纠结。
在获取到受限服务后，UE便可以拨打紧急呼叫了。这时候在手机界面上拨打紧急号码，如112、911等（紧急号码是可以被定制的，不同国家和运营商的紧急号码不同。中国大陆是不支持紧急呼叫的，拨打911等紧急号码会被转接到一个语音回放，提示“匪警请播110……”等），这些号码是会在当前所附着的网络上去发起呼叫，NAS信令为EMERGENCY_SETUP，区别于普通的CM_SERVICE_REQUEST。举个例子，通常情况下，大陆的GSM信号都是移动的比较好，那么手机在不插卡开机的时候会附着在移动的GSM网络上获取到受限服务，那么这个时候打出去的112等紧急呼叫也是在移动的网络上拨出去的。