地震波的基本类型

由前面的讨论可知，地震波的传播实质上是岩层中弹性形变的传递。任何复杂的弹性形变都可以分解为两种基本形变——体变和切变。其中，体变反映了岩石质点之间的膨胀或压缩，切变反映了岩石质点间的相互滑动。质点具体产生什么形变，取决于受外力情况，不同形变的传递就会形成不同类型地震波。

（一）体波

体波是能够在整个弹性体内传播的地震波。按照弹性形变的基本类型或岩石质点振动的不同形式，体波又可以分为纵波（用P表示）和横波（用S表示）两种。

（1）纵波。当弹性介质中某一部分受到外力作用发生体积形变时，由于体变与法向应力的相互作用，使质点发生振动。这种振动表现为各质点之间的膨胀与压缩，并使这种振动沿整个弹性介质传播出去，即形成膨胀与压缩互相交替着的纵波，如图1-2-2（a）所示。纵波的特点是质点的振动方向与波传播方向一致（平行）。

图1-2-2 纵波和横波的特点

（2）横波。当弹性介质中某一部分受到外力作用发生切变时，由于切变和切向应力的相互作用，也会使质点发生振动。这种振动表现在不同平面上各质点来回的滑动，并使这种振动沿着整个弹性介质传播出去。如图1-2-2（b）所示。横波的特点是质点的振动方向与波传播方向垂直，而且横波只在固体弹性介质中传播。

在地震勘探中，不论用炸药震源还是非炸药震源，一般都是向外产生均匀对称的压缩力。因此，使质点发生体变，故主要产生纵波。由于地层的不均匀性和激发作用不完全具有球形对称性质，所以也同时产生横波。地层不均匀性和激发作用的不对称性越明显，越容易产生明显的横波。另外，对于同一岩层来说，横波和纵波的传播速度总是不相同的，一般纵波的速度总是大于横波的速度。故在某一点进行观测时，首先接收到纵波。由于在相同介质中纵波传播速度大于横波传播的速度，因而纵波的能量散失比横波能量散失少，所以纵波能量比横波能量强，故可以接收到较清晰的纵波记录。目前，在地震勘探中主要是利用纵波。

（二）面波

面波是一种较复杂形变形成的弹性波，它只存在于岩层的分界面附近，并沿着岩层分界面传播，故称为面波。在垂直于岩层分界面的方向上，其强度随着离开分界面距离的增大而迅速衰减。因此，在地面上接收不到深部岩层分界面上的面波。下面简单介绍陆地上地震勘探中遇到的两种面波的特点。

（1）瑞利面波（R）。瑞利面波是只存在于自由表面（地面）附近，并沿着地面传播的弹性波。它的特点是地面质点在平行于波传播方向的垂直面内作振动，振动轨迹是一个逆进椭圆，椭圆轨迹的长轴是铅垂的，短轴为水平的，长轴为短轴的一倍半，如图1-2-3（a）所示。纵波和横波的质点振动轨迹是直线。

瑞利面波质点振动的振幅随着深度加大而迅速衰减，根据理论计算可知，波长越小衰减越快，穿透能力越低。反之波长越大衰减慢，穿透越深。

瑞利面波的传播速度，近似等于横波在同一介质中的传播速度的0.9倍。因此，面波的传播速度低于同一介质传播的其他弹性波的速度，即有低频低速特点。

瑞利面波是影响陆上地震勘探最主要的面波，即为主要的干扰波之一。

（2）勒夫波（L）。勒夫波产生的条件是当上层介质中横波速度 小于下层介质中横波速度 时，则在这种界面附近会产生勒夫波。它的特点是界面上质点振动方向与波的传播方向相垂直，如图1-2-3（b）所示。其速度介于上、下层介质中横波波速之间即 ＜vL＜ 。

图1-2-3

如果工作地区的表层厚度不大，而且又满足上述条件时（ ＜ ），则在地面上会接收到这种干扰面波。在海上地震勘探中常遇到的所谓底波，就是属于这类面波，它成为海上地震勘探中的一种干扰波。

另外，采用炸药震源激发地震波时，除了产生纵波、横波与面波之外，还会产生声波。声波是一种纵波，它是从空气中传播到检波器上的，它的速度是340m/s，特点是频率较高。

反射波地震勘探主要采用纵波勘探，所以一般把纵波称为有效波，而横波、面波、声波都看做是干扰波。当然在采用横波勘探时，除水平偏振横波之外，纵波和其他波都是干扰波。因此，干扰波与有效波是一个相对概念。在以后的各章中除特别说明外，讨论的都是纵波勘探。

以下是横波和纵波的区别：

1、类型不同介质中质点的振动方向与波的传播方向相互平行的波，称为纵波。

2、介质中质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，称为横波。

3、特点不同纵波其特点是：介质的质点受到交变拉压应力作用并产生伸缩形变，可以在固体、液体、气体传播。

4、横波其特点是：介质的质点收到交变的剪切应力作用并产生切变形变，只能在固体传播。

5、传播速度不同纵波每秒钟传播速度5~6千米，能引起地面上下跳动。

6、横波传播速度较慢，每秒3~4千米，能引起地面水平晃动。

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