地震波理論研究

地震波理論概述摘要本文主要論述了我國(guó)的地震波理論研究,對(duì)地震波理論基礎(chǔ)做了一個(gè)系統(tǒng)性的介紹。包括地震波及其分類(lèi)，地震波的傳播速度和在傳播過(guò)程中的反射、折射和轉(zhuǎn)換以及傳播過(guò)程中的能量變化。關(guān)鍵詞地震波分類(lèi)地震波傳播波速衰減地震波動(dòng)力學(xué)TheoreticalOverviewofseismicwaveAbstractThisarticlediscussesthetheoreticalstudyoftheseismicwaves,thetheoreticalbasisofseismicwavesmadeasystematicintroduction.Includingseismicwavepropagationvelocityandclassificationofseismicwavepropagationandreflectionintheprocessofrefractionandtheconversionprocessandthedisseminationofenergychange.Keywordsseismicclassificationofseismicwavepropagationvelocityofseismicwaveattenuationkinetics引言地球每天都在發(fā)生著地震，給人類(lèi)帶來(lái)很多的災(zāi)難。但是，在給人類(lèi)帶來(lái)無(wú)窮災(zāi)難的同時(shí)，地震也為人類(lèi)認(rèn)識(shí)地球提供了豐富的信息。地震波可以穿透地球深部，并能把地球內(nèi)部的信息帶回地面。目前，關(guān)于地球深部的結(jié)構(gòu)、組成、過(guò)程和狀態(tài)燈知識(shí)大多來(lái)自天然地震所產(chǎn)生的地震波的信息。同時(shí)，天然地震產(chǎn)生的地震波信號(hào)能量強(qiáng)，是研究整個(gè)地球內(nèi)部的有力工具。科學(xué)家們根據(jù)地震波所攜帶的有關(guān)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，揭示了地球內(nèi)部的許多秘密。因此地震波理論研究有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。一、地震波及其分類(lèi)地震波是由地震震源發(fā)出向四外輻射的在地球介質(zhì)中傳播的彈性波。地震波分為體波和面波。體波有分為兩種：一種是壓縮波或膨脹波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向一致，稱為縱波。另一種是剪切波，其質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向垂直，稱為橫波。縱波是推進(jìn)波，地殼中傳播速度為5.5～7千米/秒，最先到達(dá)震中，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動(dòng)，破壞性較弱。縱波的物理特征恰如聲波，能在流體（如海洋和湖泊）及固體地球中穿過(guò)。橫波是剪切波,在地殼中的傳播速度為3.2～4.0千米/秒，第二個(gè)到達(dá)震中，又稱S波，它使地面發(fā)生前后、左右抖動(dòng)，破壞性較強(qiáng)。因流體不能產(chǎn)生剪切，故橫波只能在固體地球中傳播，而不能在流體中傳播。面波又稱L波，是由縱波與橫波在地表相遇后激發(fā)產(chǎn)生的混合波。這些波沿界面?zhèn)鞑?，而且質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)振幅隨深度的增加而急劇衰減。根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)特征，分為勒夫波和瑞利波。瑞利波介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)既有垂直向振動(dòng)，又有水平向振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為一個(gè)逆進(jìn)的的橢圓，而勒夫波只有水平方向的振動(dòng)。面波波長(zhǎng)大、振幅強(qiáng)，只能沿地表面?zhèn)鞑?，是造成建筑物?qiáng)烈破壞的主要因素。二、地震波的傳播1地球介質(zhì)的變化特征和地震波速地震波的傳播主要取決于地震波的速度，地震波的速度與地球介質(zhì)有關(guān)。地球內(nèi)部介質(zhì)性質(zhì)的變化，主要有以下情形：上下介質(zhì)的性質(zhì)、狀態(tài)迥然不同，出現(xiàn)明顯的分界面，地震波速度出現(xiàn)階梯狀跳躍，如地殼與地幔、地幔與地核之間。地殼是固體，外核是液體，地幔介于固態(tài)與液態(tài)之間。地震波通過(guò)殼幔分界面時(shí)P波速度從7.8千米/秒突增到8.4千米/秒，S波速度從3.7千米/秒突增到4.7千米/秒，地震波通過(guò)核幔分界面時(shí)P波速度從13.6千米/秒突降至8.0千米/秒，S波速度從7.2千米/秒降至0。上下介質(zhì)的狀態(tài)基本相同，但性質(zhì)變化顯著，呈現(xiàn)明顯的分界面。地震波在分界面上的速度也有顯著的變化。在同一層內(nèi)，地球介質(zhì)也不是均勻分布的。一般來(lái)講，由于地球介質(zhì)是分層均勻、各向同性的，地球介質(zhì)的密度、彈性參數(shù)等隨深度增加而增加，地震波速度也隨深度的增加而增加。但有兩種特殊情形：一種是速度隨深度增加而減?。ǚQ為低速層）；另一種是隨著深度增加速度異常增加（稱為高速層）。2、地震波的折射、反射和轉(zhuǎn)換地震波在地球內(nèi)部的傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到一些介質(zhì)分界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射和折射和波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，通過(guò)這些反射和折射波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征及振幅等就可以推斷這些界面的位置和性質(zhì)。為了找出復(fù)雜的地震波在地球介質(zhì)里傳播的基本規(guī)律，需做一些簡(jiǎn)化處理。在地震波理論中，通常把地球介質(zhì)當(dāng)做均勻、各向同性和完全彈性介質(zhì)來(lái)處理，只是一種簡(jiǎn)化的假定。實(shí)踐證明，這種假定可以使分析大大簡(jiǎn)化，并且在多數(shù)情況下可以得到與觀測(cè)結(jié)果頗為符合科學(xué)出版社,1976.[26]胡聿賢.1988.地震工程學(xué)[M].北京:地震出版社:211-216.[27]SherifRE,GeldartLP.著.勘探地震學(xué)[M].初英,李承楚,等譯.北京:石油工業(yè)出版社,1999.[28]杜啟振,楊慧珠.線性黏彈性各向異性介質(zhì)速度頻散和衰減特征研究.物理學(xué)報(bào),2002,51(9):2