一文读懂地震波，值得收藏！

 

原创：姜小白 转载自微信公众号：非解构 ID：non-structure

前段时间四川宜宾发生6.0级地震，我们被四川成都高新减灾研究所的“地震预警”系统刷屏，原来我国的地震科技工作者们已经在跑赢地震波的战役中取得了不俗的战绩。小编最近恶补了一下关于地震预警的一些知识，分享给大家。这一篇先给大家科普一下地震波到底是什么，理解了地震波的特性，地震预警的基本原理也就不难接受了。

地球内部构造

首先，我们先了解一下地球的内部构造，根据地震波在地下不同深度传播速度的变化，一般将地球内部分为三个同心球层：地核、地幔和地壳。中心层是地核；中间是地幔；外层是地壳。地壳与地幔之间由莫霍面界开，地幔与地核之间由古登堡面界开。

地震一般发生在地壳之中。

由于地质构造活动引发的地震叫构造地震；

由于火山活动造成的地震叫火山地震；

由于固岩层塌陷引起的地震叫塌陷地震；

绝大部分（90%以上）地震都是构造地震。

由于地壳构造的复杂性和震源区的不可直观性，关于构造地震，它是怎样孕育和发生的，其成因和机制是什么的问题，至今尚无完满的解答，但目前科学家比较公认的解释是构造地震是由地壳板块构造运动造成的。

全球地震分布图

板块构造运动

板块构造学说认为地球的岩石圈不是整体一块，而是分割成许多构造单元，这些构造单元叫做板块。这些板块漂浮在“软流层”之上，处于不断运动之中。一般说来，板块内部的地壳比较稳定，板块与板块之间的交界处，是地壳活动比较活跃的地带，地壳不稳定。

板块构造运动使得地壳岩石中长期积累的变形在瞬时转化为动能引发地震，形成地震波，向四面八方传播出去。

地震波类型

地震波主要分为两种，一种是面波，一种是体波。

面波只在地表传递，体波能穿越地球内部。

地震体波（Body Wave）

在地球内部传播的地震波称为地震体波，分为纵波（P波）和横波（S波）。

纵波（P波）：P代表主要（Primary）或压缩（Pressure），为一种纵波，粒子振动方向和波前进方平行，在所有地震波中，前进速度最快，也最早抵达。P波能在固体、液体或气体中传递。来自地下的纵波引起地面上下颠簸振动。

横波（S波）：S意指次要（Secondary）或剪力（Shear），前进速度仅次于P波，粒子振动方向垂直于波的前进方向，是一种横波。S波只能在固体中传递，无法穿过液态外地核。来自地下的横波能引起地面的水平晃动。

由于纵波在地球内部传播速度大于横波，所以地震时，纵波总是先到达地表，而横波总落后一步。这样，发生较大的近震时，一般人们先感到上下颠簸，过数秒到十几秒后才感到有很强的水平晃动。

横波（S波）是造成建筑破坏的主要原因。

地震面波（Surface Wave）

沿地面传播的地震波称为地震面波，分为勒夫波（Love Wave）和瑞利波（Rayleigh wave）。

当P波和S波到达地球的自由面或位于层状地质构造的界面时，在一定条件下会产生其他类型地震波。这些波中最重要的是勒夫波和瑞利波。

勒夫波（Love Wave）：粒子振动方向和波前进方向垂直，但振动只发生在水平方向上，没有垂直分量，类似于S波，差别是侧向震动振幅会随深度增加而减少。这个类型的波使岩石质点运动类似SH波，运动没有垂向位移。岩石运动在一垂直于传播方向上在水平面内从一边到另一边。虽然勒夫波不包括垂直地面运动的波，但它们在地震中可以成为最具破坏性的，因为它们常具有很大的水平振幅。

瑞利波（Rayleigh wave）：又称为地滚波，粒子运动方式类似海浪，在垂直面上，粒子呈逆时针椭圆形振动，震动振幅一样会随深度增加而减少。

大家仔细看看下图，区分一下不同类型波的特点。

地震波序

地震发生后，首先出现的是体波，其中纵波（P波）的传播速度比横波（S波）快，而面波由于是纵波与横波在地表相遇后激发产生的次生波，所以相对体波产生稍次，而在面波之后紧接着是一串地震尾波。

由于不同类型地震波产生的时间和速度不同，它们到达同一场地的时间也就有先后，从而形成一组地震波序列，它解释了地震时地面开始摇晃后我们所经历的不同感觉。

首先 从震源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。

其次 当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。

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——“摇滚运动”。因为面波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。

最后 在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波和面波削弱的建筑物进一步破坏以至于倒塌。

本文暂且先介绍一些地震波的形成和传播特性，如有错误或描述不当的地方请大家指正。我们下一篇“地震预警”见。

未完待续

参考文献：《地震工程学》胡聿贤、百度百科

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