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P波和S波的速度

来源(作者):中国地震信息网    发布时间:2007-12-24 14:00:27


P波和S波的实际传播速度取决于岩石的密度和内在的弹性。对线弹性物质而言,当波与运行方向无关时,波速仅取决于两个弹性性质,称为弹性模量:岩石的体积模量k和剪切模量?。

当向岩石立方块表面施加一均匀压力时,其体积将减小,其单位体积的体积变化作为所需压力大小的度量,称为体积模量。当P波穿过地球内部传播时发生的就是这种类型的变形;因为它只因其体积变化,所以在流体中也可以发生,与在固体中一样。通常体积模量越大,P波的速度就越大。

第二种变形类型是,在向岩石立方块体两相对的面上施加方向相反的切向力时,这体积方块将受剪切而变形,而没有体积变化。同样,圆柱状岩心两头受大小相等方向相反力扭曲时也发生这种变形。岩石对剪切或扭曲应力的抵抗越大,其刚性就越大。S波通过剪切岩石而传播,剪切模量给出其速度的量度。通常是剪切模量越大,S波速度就越大。

因为地球内部的强大压力,岩石的密度随深度增大。由于密度在P波和S波速度公式中的分母项上,表面看来,波速度应随其在地球的深度增加而减小。然而体积模量和剪切模量随深度而增加,而且比岩石密度增加得更快(但当岩石熔融时,其剪切模量下降至0)。这样,在我们的地球内部P和S地震波速一般随深度而增加的。

虽然某一给定岩石弹性模量是常数,但在一些地质环境里岩石不同方向上的性质可以显著变化。这种情况叫各向异性,这时,P波和S波向不同方位传播时具有不同速度。通过这种各向异性性质的探测,可以提供有关地球内部地质状况的信息,这是当今广泛研究的问