[科普中國]-地震波衰減

地震波在介質中傳播時，其能量不斷地衰減，能量損失的程度是震源和介質物理性質的函數(shù)。此外，地震波在傳播過程中波前的擴散也引起地震波的衰減。1

簡介地震波按傳播方式分為三種類型：縱波、橫波和面波?？v波是推進波，地殼中傳播速度為5．5~7千米/秒，最先到達震中，又稱P波，它使地面發(fā)生上下振動，破壞性較弱。橫波是剪切波：在地殼中的傳播速度為3.2～4.0千米/秒，第二個到達震中，又稱S波，它使地面發(fā)生前后、左右抖動，破壞性較強。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。其波長大、振幅強，只能沿地表面?zhèn)鞑?，是造成建筑物強烈破壞的主要因素?/p>

地震縱波和橫波我們最熟悉的波動是觀察到的水波。當向池塘里扔一塊石頭時水面被擾亂，以石頭入水處為中心有波紋向外擴展。這個波列是水波附近的水的顆粒運動造成的。然而水并沒有朝著水波傳播的方向流；如果水面浮著一個軟木塞，它將上下跳動，但并不會從原來位置移走。這個擾動由水粒的簡單前后運動連續(xù)地傳下去，從一個顆粒把運動傳給更前面的顆粒。這樣，水波攜帶石擊打破的水面的能量向池邊運移并在岸邊激起浪花。地震運動與此相當類似。我們感受到的搖動就是由地震波的能量產(chǎn)生的彈性巖石的震動。

假設一彈性體，如巖石，受到打擊，會產(chǎn)生兩類彈性波從源向外傳播。第一類波的物理特性恰如聲波。聲波，乃至超聲波，都是在空氣里由交替的擠壓(推)和擴張(拉)而傳遞。因為液體、氣體和固體巖石一樣能夠被壓縮，同樣類型的波能在水體如海洋和湖泊及固體地球中穿過。在地震時，這種類型的波從斷裂處以同等速度向所有方向外傳，交替地擠壓和拉張它們穿過的巖石，其顆粒在這些波傳播的方向上向前和向后運動，換句話說，這些顆粒的運動是垂直于波前的。向前和向后的位移量稱為振幅。在地震學中，這種類型的波叫P波，即縱波。

彈性巖石與空氣有所不同，空氣可受壓縮但不能剪切，而彈性物質通過使物體剪切和扭動，可以允許第二類波傳播。地震產(chǎn)生這種第二個到達的波叫S波，即橫波。在S波通過時，巖石的表現(xiàn)與在P波傳播過程中的表現(xiàn)相當不同。因為S波涉及剪切而不是擠壓，使巖石顆粒的運動橫過運移方向，這些巖石運動可在一垂直向或水平面里，它們與光波的橫向運動相似。P和S波同時存在使地震波列成為具有獨特的性質組合，使之不同于光波或聲波的物理表現(xiàn)。因為液體或氣體內不可能發(fā)生剪切運動，S波不能在它們中傳播。P和S波這種截然不同的性質可被用來探測地球深部流體帶的存在。

利用互相關函數(shù)求地震波衰減與傳統(tǒng)利用單事件波形求介質衰減 的方法不同，我們提出一種以一系列事件為源，以源與遠處記錄波形的互相關函數(shù)為基礎計算介質品質因子的方法。依據(jù)野外現(xiàn)場實驗的數(shù)據(jù)，我們分別以單次和多次激發(fā)為源，討論了事件波形和互相關函數(shù)波形的振幅變化及相應的介質品質因子，結果發(fā)現(xiàn)，與事件波形一樣，互相關函數(shù)波形也可以用于計算介質的衰減系數(shù)。計算結果表明：(1)實驗場地淺層介質在原場條件下的品質因子Q值在40左右；(2)互相關函數(shù)的最大幅度與事件波形的振幅隨距離具有相同的衰減規(guī)律。

本詞條內容貢獻者為:

趙陽國 - 副教授 - 中國海洋大學