地震波

维基百科，自由的百科全书

地震波在地球內部的部分傳遞方式。

地震波意指在地球內部傳遞的波。一般而言，地震波是由構造地震所產生，其它自然現象也能生成地震波，例如風。人為的活動也能造成地震波，例如爆炸。對於地球內部構造的瞭解，地震波扮演了一個不可缺的角色。

[编辑] 地震波的產生

根據彈性回跳理論，造成地震的原因是斷層破裂。斷層破裂時，兩側的岩體會相對移動，並釋放出累積的能量。大部分的能量在克服摩擦力中損失，並以熱能呈現，另一部分能量則造成岩體快速的位移，形成彈性波，釋放到附近的地殼中。當岩體快速位移時，所產生的推力會形成壓縮波，即所謂的P波，沿著斷層面的相對位移則形成剪力波，即所謂的S波。

由斯涅爾定律得知，波在穿越不同物質時，會產生折射、反射以及極端狀況下的全反射，並且偏向低速介質的法線。當地震波由地殼內往近地表的風化層傳遞時，由於波速降低，造成地震波折射時容易進入近地表。這種現象在地震波來源靠近地表時，會更加明顯。而地震波進入近地表的低速層之後，只要產生全反射，震波便會被侷限在低速層中，形成陷波（Trapped Wave）。不同的陷波會互相干涉，造成地層共振並形成駐波（Standing Wave）在地表傳遞，也就是表面波。

[编辑] 地震波的觀測

地震、地球物理學家和工程師使用地震儀、地耳（Geophone）來紀錄地震波，早期的儀器使用鐘擺原理和類比信號紀錄地震波，近代的儀器則使用壓電晶體和數位信號處理地震波。地震波在介質改變時會有不同的傳遞速度，並在交界面上產生折射、反射等行為，這些特性被用來瞭解地球的內部構造。

[编辑] 地震波的種類

體波	P波
	S波
表面波	洛夫波
	雷利波

地震波主要分為兩種，一種是表面波，一種是體波。表面波只在地表傳遞，體波能穿越地球內部。

體波(Body Wave)：在地球內部傳遞，又分成P波和S波兩種。
- P波：P代表主要（Primary）或壓縮（Pressure），為一種縱波，粒子振動方向和波前進方平行，在所有地震波中，前進速度最快，也最早抵達。P波能在固體、液體或氣體中傳遞。
- S波：S意指次要（Secondary）或剪力（Shear），前進速度僅次於P波，粒子振動方向垂直於波的前進方向，是一種橫波。S波只能在固體中傳遞，無法穿過液態外地核。

利用P波和S波的傳遞速度不同，利用兩者之間的走時差，可作簡單的地震定位。

表面波（Surface Wave）：淺源地震所引起的表面波最明顯。表面波有低頻率、高震幅和具頻散(Dispersion)的特性，只在近地表傳遞，是最有威力的地震波。
- 洛夫波（Love Wave）：粒子振動方向和波前進方向垂直，但振動只發生在水平方向上，沒有垂直分量。
- 雷利波（Rayleigh wave）：又稱為地滾波，粒子運動方式類似海浪，在垂直面上，粒子呈逆時針橢圓形振動。

[编辑] 地震定位

地震儀紀錄下的地震波，可以辨識出P波和S波的抵達時間。

S-P波走時差

地震發生後，P波和S波會以不同的速度向外傳遞，隨著距離的不同，P波和S波抵達的時間差也會不同。我們已知P波和S波波速，利用下列公式即可求出測站距離震央距離。

$\frac{V_p}{r}V_s \over r}=t$

$V p = P$ 波速度
$V s = S$ 波速度
$r =$ 震央和測站距離
$t =$ 走時差

將每個測站的結果，以離震央距離為半徑，測站為圓心畫圓，當測站數目足夠時，這些圓會交為同一點，即可求得震央。

P波抵達時間

S-P波走時曲線的定位原理非常淺顯易懂，但是在實際狀況中，要精確的判定P波的抵達時間遠比S波容易。在一般情況下，P波信號的強度遠大於背景雜訊，能輕易的判定，而S波的波速低於P波，造成判斷S波的抵達時間會受到P波的干擾而出現誤差。

使用P波抵達時間定位時，會採用多個測站的P波抵達時間，配合地殼的P波波速模型，利用逆推原理來判定震央。在這種情況下，地殼的速度模型就扮演重要的角色，然而地殼的組成複雜，地質構造也會影響波速，地震定位的精確性仍有很大的進步空間。

$T_i-T_0=\sqrt{(X_i-X_0)^2+(Y_i-Y_0)^2+(Z_i-Z_0)^2}/V_p$

$X i, Y i, Z i =$ 測站座標
$X 0, Y 0, Z 0 =$ 震源座標
$T i = P$ 波抵達測站時間
$T 0 = P$ 地震發生時間
$V p = P$ 波速度

雙差分定位

理論上，如果兩個地震的震源靠近，震源機制解相同，兩個地震抵達同一測站的地震波會有相似的波形。根據這個原理，比較震源相近的地震波波型，求得兩個地震的走時差，並利用這個數值修正地震之間的相對位置，可以獲得地震的精確位置。

[编辑] 參考資料

Susan Elizabeth Hough (2002). Earthshaking Science: What We Know (and Don't Know) about Earthquakes (in English). Princeton University Press.

Felix Waldhauser and William L. Ellsworth (Dec,2000). A Double-Difference Earthquake Location Algorithm: Method and Application to the Northern Hayward Fault, California (in English). Bulletin of the Seismological Society of America.