福建省地震局

10-27 14:52 来自 微博 weibo.com

#微科普#【#地震专业知识九讲#第二讲 地震波(9)地震波的波序】
由于不同地震波类型的速度不同，它们到达时间也就先后不同，从而形成一组序列，它解释了地震时地面开始摇晃后我们经历的感觉。记录仪器则可以让我们实际看到地面运动的状态，如图1 所示。
从震源首先到达某地的第一波是“推和拉”的 P 波。它们一般以陡倾角出射地面，因此造成铅垂方向的地面运动，垂直摇动一般比水平摇晃容易经受住，因此一般它们不是最具破坏性的波。因为 S 波的传播速度约为 P 波的一半，相对强的 S 波稍晚才到达。它包括 SH 和 SV 波动：前者在水平平面上，后者在垂直平面上振动。S 波比 P 波持续时间长些。地震主要通过 P 波的作用使建筑物上下摇动，通过 S 波的作用侧向晃动。
正好是 S 波之后或与 S 波同时，勒夫波开始到达。地面开始垂直于波动传播方向横向摇动。尽管目击者往往声称根据摇动方向可以判定震源方向，但勒夫波使得凭地面摇动的感觉判断震源方向发生困难。下一个是横过地球表面传播的瑞利波，它使地面在纵向和垂直方向都产生摇动。这些波可能持续许多旋回，引起大地震时熟知的描述为“摇滚运动”。因为它们随着距离衰减的速率比 P 波或 S 波慢，在距震源距离大时感知的或长时间记录下来的主要是面波。图1所示的地震记录，勒夫波和瑞利波比 P 波和 S 波持续的时间长 5 倍多。
类似于音乐乐曲最后一节，面波波列之后构成地震记录的重要部分，称之为地震尾波。地震波的尾部事实上包含着沿散射的路径穿过复杂岩石构造的 P 波、S 波、勒夫波和瑞利波的混合波。尾波中继续的波动旋回对于建筑物的破坏可能起到落井下石的作用，促使已被早期到达的较强 S 波削弱的建筑物倒塌。面波扩展成为长长的尾波是波的频散一例。各种类型的波通过物理性质或尺度变化的介质时都会发生这一效应。细看水塘中的水波显示，具短波长的波纹传播在较长波长的波纹前面。波峰的速度不是常数而取决于波的波长。当一块石头打到水中之后，随时间的发展，原来的波开始按波长不同被区分开来，后来较短的波脊和波槽越来越传播到长波的前面，地震面波传播中也有类似现象。
不同地震波的波长变化很大，长至数千米，短至几十米，这样地震波很可能发生频散。图 2显示一典型面波从地面到较深处岩石质点运动随深度的变化。既然为面波，绝大部分波的能量被捕获在近地表处，到一定深度后岩石实际已不受面波传过的影响，这一深度取决于波长，波长越长，波动穿入地球越深。一般地讲，地球中的岩石越深，穿行其中的地震波速越快，所以长周期(长波长)面波一般比短周期(短波长)的传播快些。这种波速度的差异，使面波发生频散，拉开成长长的波列。但与水波相反，较长的面波是首先到达的。
我们还需要理解波的另一种性质，才能完成对地震波运动奇妙世界的全部了解，这就是波的衍射(绕射)现象（图3）。当一列水波遇到一障碍，如一突出水面的垂直管子，波能的大部分能量反射走了，但有些波将绕着管子进入阴影，因而管子后面的水并不完全平静。事实上所有类型的波的衍射——无论是水、声或地震波都引起它们从直线路径偏移，暗淡地照亮障碍物后面的区域。
理论和观察一致得出：长波比较短的波向平静带偏折更多。就是说，像频散一样绕射是波长的函数。对地质解释最重要的一点是 P 波和 S 波及面波没有被异常的岩石包体完全阻止，一些地震能量绕过地质构造绕射，另一些通过它们折射。