[科普中國]-面波

簡介

【面波】surface wave是地震波中一種特殊類型的波，它只存在于界面附近，振幅隨著離開界面深度的增加而按指數(shù)減弱，因此稱為面波。它包括瑞雷波、拉夫波、水力波、斯通利爾波等。面波是地震勘探中的一種干擾，它的速度小(接近于橫波)，頻率較低，可用組合法、濾波或間隔觀測系統(tǒng)加以消除。又因它有顯著的彌散現(xiàn)象，在天然地震中可利用它來計算表層的厚度。1

特征當(dāng)體波到達地表或介質(zhì)分界面時，在一定的條件下又會激發(fā)沿地面或分界面?zhèn)鞑サ牡卣鸩?，這就是面波。面波實際上是干涉波，在地震記錄圖上其波形與地球介質(zhì)的均勻性有很大關(guān)系，其能量主要集中在界面附近或薄層內(nèi)且隨著穿透深度的增加衰減很快。面波具有頻帶范圍寬、能量強、幅度大、傳播距離遠的特點。

主要的面波有瑞利(Rayleigh)波和勒夫(Love)波，分別以它們的發(fā)現(xiàn)人瑞利和勒夫的名字命名，由于瑞利波和勒夫波的產(chǎn)生方式不同，其性質(zhì)也有所不同，它們出現(xiàn)在體波群后面，一般是大振幅長周期的較規(guī)則的正弦波列，周期可由幾秒至幾百秒。在地震圖上也會經(jīng)常見到一些短周期面波，如Lg、Rg、Li和πg(shù)等。2

分類勒夫波當(dāng)SH波進人薄層，且以大于臨界角的角度人射到自由表面時，產(chǎn)生全反射并發(fā)生相互間的干涉，在自由表面附近形成干涉波，該波的質(zhì)點僅在水平方向運動，波的振幅隨著離開自由表面距離的增加，按指數(shù)規(guī)律衰減，這種波就是勒夫波。其傳播速度大于層中橫波速度，小于層下橫波波速，不同頻率的勒夫波其波速一般也不同。

物理上稱這種同性質(zhì)波的傳播速度隨頻率改變而改變的現(xiàn)象為頻散現(xiàn)象。若頻率低的波速快，頻率高的波速度慢，則為正頻散，反之則為反頻散。勒夫波通常具有反頻散現(xiàn)象。

瑞利波當(dāng)P、SV波以大于臨界角的角度人射到薄層或自由表面時，產(chǎn)生全反射并發(fā)生相互間的干涉，在自由表面附近形成不均勻波，這種不均勻波的特點是波的振幅隨著離開自由表面距離的增加，按指數(shù)規(guī)律衰減，這種波就是瑞利波。理論上可以證明，瑞利波的質(zhì)點運動軌跡為人射面內(nèi)的逆進橢圓。其短軸的走向與波的前進方向一致，長軸則垂直于地面，因此，瑞利波在水平、垂直分向均有能量分配，通常垂直分量能量約為水平分量能量的1.47倍(中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2007)。

其他面波在記錄圖上經(jīng)常見到一些短周期面波，如Lg、Rg、Li和πg(shù)等。其中最主要的是Lg波和Rg波，短周期面波是大陸型地売結(jié)構(gòu)所特有的地震波，當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^的路徑上有150km以上的海洋型地売時，短周期面波便受阻而不能通過，當(dāng)它們通過山脈地區(qū)時也受到強烈的衰減，因此Lg波和Rg波能否順利通過成為區(qū)別地殼結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)的重要標(biāo)志。在我國各地震臺站都能清晰地記錄到我國臺灣地區(qū)地震的Lg和Rg波列，說明臺灣海峽是大陸型地売。2