地震波理论研究
地震波理论概述
摘要本文主要论述了我国的地震波理论研究,对地震波理论基础做了一个系统性的介绍。包括地震波及其分类，地震波的传播速度和在传播过程中的反射、折射和转换以及传播过程中的能量变化。
关键词地震波分类地震波传播波速衰减地震波动力学
Theoretical Overview of seismic wave
Abstract This article discusses the theoretical study of the seismic waves,the theoretical basisof seismic wavesmade asystematic introduction.Including seismic wave propagation velocityand classification of seismic wave propagation and reflection in the process of refraction and the conversion process and the dissemination of energy change.
Keywords seismic classificationof seismic wave propagation velocity of seismic wave attenuation kinetics
引言地球每天都在发生着地震，给人类带来很多的灾难。但是，在给人类带来无穷灾难的同时，地震也为人类认识地球提供了丰富的信息。地震波可以穿透地球深部，并能把地球内部的信息带回地面。目前，关于地球深部的结构、组成、过程和状态灯知识大多来自天然地震所产生的地震波的信息。同时，天然地震产生的地震波信号能量强，是研究整个地球内部的有力工具。科学家们根据地震波所携带的有关地球内部结构的信息，揭示了地球内部的许多秘密。因此地震波理论研究有着非常重要的现实意义。
一、地震波及其分类
地震波是由地震震源发出向四外辐射的在地球介质中传播的弹性波。地震波分为体波和面波。体波有分为两种：一种是压缩波或膨胀波，其质点振动方向与传播方向一致，称为纵波。另一种是剪切波，其质点振动方向与传播方向垂直，称为横波。纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5～7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。纵波的物理特征恰如声波，能在流体（如海洋和湖泊）及固体地球中穿过。横波是剪切波,在地壳中的传播速
度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。因流体不能产生剪切，故横波只能在固体地球中传播，而不能在流体中传播。
面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。这些波沿界面传播，而且质点的振动振幅随深度的增加而急剧衰减。根据质点振动特征，分为勒夫波和瑞利波。瑞利波介质质点既有垂直向振动，又有水平向振动，质点运动轨迹为一个逆进的的椭圆，而勒夫波只有水平方向的振动。面波波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。
二、地震波的传播
1地球介质的变化特征和地震波速
地震波的传播主要取决于地震波的速度，地震波的速度与地球介质有关。地球内部介质性质的变化，主要有以下情形：（1）上下介质的性质、状态迥然不同，出现明显的分界面，地震波速度出现阶梯状跳跃，如地壳与地幔、地幔与地核之间。地壳是固体，外核是液体，地幔介于固态与液态之间。地震波通过壳幔分界面时P波速度从7.8千米/秒突增到8.4千米/秒，S波速度从3.7千米/秒突增到4.7千米/秒，地震波通过核幔分界面时P波速度从13.6千米/秒突降至8.0千米/秒，S波速度从7.2千米/秒降至0。
（2）上下介质的状态基本相同，但性质变化显著，呈现明显的分界面。地震波在分界面上的速度也有显著的变化。
（3）在同一层内，地球介质也不是均匀分布的。一般来讲，由于地球介质是分层均匀、各向同性的，地球介质的密度、弹性参数等随深度增加而增加，地震波速度也随深度的增加而增加。但有两种特殊情形：一种是速度随深度增加而减小（称为低速层）；另一种是随着深度增加速度异常增加（称为高速层）。
2、地震波的折射、反射和转换
地震波在地球内部的传播过程中，当遇到一些介质分界面时会发生反射和折射和波型转换等现象，通过这些反射和折射波的运动学特征及振幅等就可以推断这些界面的位置和性质。
为了找出复杂的地震波在地球介质里传播的基本规律，需做一些简化处理。在地震波理论中，通常把地球介质当做均匀、各向同性和完全弹性介质来处理，只是一种简化的假定。实践证明，这种假定可以使分析大大简化，并且在多数情况下可以得到与观测结果颇为符合
的结果。地壳及地球内部可以简化成分层结构，内部有不少分层面，地表也可看作是一个界面。震源产生的地震波波阵面在各向同性的均匀介质中是成球形的一层层向外传播，称为球面波。但当距离震源足够远时，也就是当震源到接收点的距离比波长大得多时，可以把它看做平面波来处理。
如图1所示，取自由表面xz平面，z轴垂直向下，入射面为垂直面xz。L为P波传播方向，N垂直于L。S波分解为SV波和SH波，SV波为入射面内的横波分量，沿N方向，SH为垂直入射面的横波分量。
x
SV N
SH
L
P z
图1 P波和S波振动分量图
对于近震而言，地球的分层界面可以视为水平的。P波入射时，界面上会产生P波、折射P 波，反射转换SV波和折射SV；SV波入射时与P波类似；SH波入射时只有反射SH波和折射SH波产生，没有转换波出现。因为水平面内振动的SH波不可能引起垂直面内振动的P 波和SV波（见图2）。
SV′
P P′ SH SH′
ⅠⅠ
ⅡⅡ
SV" P"
SH"
图2 P波和SH波入射时的折射和反射
