地震波

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地震波:纵波(P波)和横波(S波)

  地震波汉语拼音:Dizhenbo;英语:seismic wave),由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时,震源区的介质发生急速的破裂和运动,这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性,这种波动就向地球内部及表层各处传播开去,形成了连续介质中的弹性波。

  地球介质,包括表层的岩石和地球深部物质,都不是完全弹性体,但因地球内部有很高的压力,地震波的传播速度很大,波动给介质带来的应力和应变是瞬时的,能量的消耗很小,因此可以近似地把地震波看作弹性波。

  从震源发出的波动有两种成分: 一种代表介质体积的涨缩,称为涨缩波,其质点振动方向与传播方向一致,所以又称纵波。另一种成分代表介质的变形,称为畸变波,其质点振动方向与传播方向垂直,所以又称横波。纵波的传播速度较快,在远离震源的地方这两种波动就分开,纵波先到,横波次之。因此纵波又称P波,横波又称S波。在没有边界的均匀无限介质中,只能有P波和S波存在,它们可以在三维空间中向任何方向传播,所以叫做体波。但地球是有限的,有边界的。在界面附近,体波衍生出另一种形式的波,它们只能沿着界面传播,只要离开界面即很快衰减,这种波称为面波。面波有许多类型,它们的传播速度比体波慢,因此常比体波晚到,但振幅往往很大,振动周期较长。如果地震的震源较深,震级较小,则面波就不太发育。

  波速随频率或波长而变化,这种现象叫做频散。在完全弹性的平行层介质中,由于各种类型的波的叠加,在地表观察到的面波频散是几何原因造成的。在地球内部,由于介质的不均匀性和非完全弹性,会导致体波的频散,这是物理原因造成的。由于频散,波形在传播过程中会发生变化。例如在震源处发出的一个脉冲,在远处就可以散成一个波列。

  将地球介质看成完全弹性体只是一种近似。精密的观测表明,地震波在传播中的能量消耗有时是不能忽略的。在一定观测点,波的振幅A随时间t衰减可用A=Aoe-rx表示,r为时间衰减系数,Ao 为初始振幅。波传播x 距离后,因能量损耗而导致振幅的减小,可用表示,a 为距离衰减系数。表示能量消耗的另一个重要参数Q称为品质因子,其定义是

  E是一定体积的介质在一个周期的时间内所存储的最大应变能,△E是同一时间内所消耗的能量。因为Q值对频率的依赖关系比r 或a弱得多,所以被普遍采用。由于波的散射也会引起地震波的能量消耗。

  地震波在通过不同介质的界面时也能发生折射和反射现象,只是它的折射和反射比光波的折射和反射更加复杂。例如在P 波入射的情况下,不但有折射P波和反射P波,同时还会出现折射的S波成分和反射的S波成分。