انتشار الموجات الزلزالية

ينتشر الاضطراب المرن في الأرض كموجات جسمية P و S عبر باطن الأرض، وكموجات ريليه ولاف على طول السطح، وتنكسر وتنعكس عند الحدود التي يحددها هيكل السرعة.

Definition

انتشار الموجات الزلزالية هو انتقال الطاقة المرنة عبر الأرض الذي تحكمه معادلة الموجة، مما ينتج عنه موجات جسمية تنتقل عبر الباطن وموجات سطحية تنتقل على طول السطح الحر، وكل منها ينكسر وينعكس ويتوهن وفقًا لمعاملات المرونة وكثافة الوسط.

Scope

يغطي هذا الموضوع معادلة الموجة المرنة الديناميكية وأنواع الموجات التي تدعمها: موجات P الانضغاطية، وموجات S القصية، وموجات ريليه ولاف السطحية التشتتية. ويتناول الانعكاس والانكسار وتحويل النمط عند الواجهات، وقانون سنيل ونظرية الأشعة، وتكوين الأطوار الزلزالية ومنحنيات زمن الوصول، والتوهين والانتشار الهندسي، وتشتت الموجات السطحية. وينصب التركيز على كيفية تحكم الخصائص المرنة للوسط في سرعة وطريق وسعة الطاقة الزلزالية.

Core questions

• ما الذي يميز موجات P و S و ريليه و لاف من حيث السرعة والحركة والمسار؟
• كيف ينشأ الانعكاس والانكسار وتحويل النمط عند واجهات السرعة؟
• لماذا تتشتت الموجات السطحية، وماذا يكشف التشتت عن البنية؟
• كيف يقلل التوهين والانتشار الهندسي من سعة الموجة مع المسافة؟

Key concepts

• الموجات الجسمية الانضغاطية (P) والقصية (S)
• موجات ريليه ولاف السطحية وتشتتها
• قانون سنيل، مسارات الأشعة، ومنحنيات زمن الوصول
• الانعكاس والانكسار وتحويل النمط عند الواجهات
• التوهين الزلزالي (Q) والانتشار الهندسي

Key theories

معادلة الموجة المرنة ونظرية الأشعة

تنتج الديناميكا المرنة الخطية معادلة موجة تنفصل حلولها إلى موجات جسمية P و S؛ وفي حد التردد العالي، تتبع طاقتها أشعة تخضع لقانون سنيل، مما يسمح بالتنبؤ بأوقات الوصول من نموذج السرعة.

تشتت الموجات السطحية

نظرًا لأن موجات ريليه ولاف تستكشف العمق كدالة للتردد، فإن مكونات الفترة الأطول تنتقل بشكل أسرع، مما ينتج تشتتًا مميزًا يحدد انعكاسه ملف تعريف العمق للسرعة الزلزالية.

Mechanisms

ينتج الإجهاد المطبق على مادة صلبة مرنة إجهادات حجمية وقصية تنتشر كموجات P و S على التوالي؛ وعند حد تتغير فيه الممانعة، تتوزع الطاقة إلى موجات منعكسة ومنتقلة، وربما متحولة النمط، بينما يحبس السطح الحر والطبقات الطاقة في موجات سطحية موجهة تعتمد سرعات طورها ومجموعتها على الفترة.

Clinical relevance

يعد فهم انتشار الموجات ضروريًا لتحديد مواقع الزلازل، والتنبؤ بكيفية اختلاف الاهتزاز عبر المنطقة، وتصميم المسوحات الزلزالية المستخدمة لتصوير باطن الأرض لأغراض دراسات المياه والطاقة والهندسة.

History

تنبأ ريليه بالموجات السطحية على نصف فضاء مرن في عام 1885، وشرح لاف الموجات السطحية المستقطبة أفقيًا في عام 1911؛ وقد حولت الأجهزة في القرن العشرين والإطار الكمي الذي وضعه أكي وريتشاردز انتشار الموجات إلى أداة دقيقة لدراسات المصدر والبنية على حد سواء.

Key figures

• Lord Rayleigh
• Augustus Edward Hough Love
• Keiiti Aki

Seminal works

• akirichards2002
• shearer2009
• steinwysession2003

Frequently asked questions

لماذا تصل موجات P دائمًا قبل موجات S؟

موجات P انضغاطية وتنتقل أسرع من موجات S القصية في نفس المادة، لذا تصل إلى مقياس الزلازل أولاً؛ وتستخدم الفجوة المتزايدة بين وصول موجات P و S مع المسافة لتقدير مدى بعد الزلزال.

لماذا تكون الموجات السطحية عادة الأكثر تدميراً؟

تقتصر الموجات السطحية بالقرب من السطح، لذا تنتشر طاقتها في بعدين بدلاً من ثلاثة وتتوهن ببطء أكبر مع المسافة؛ وهذا، بالإضافة إلى فتراتها الطويلة، غالبًا ما يجعلها أكبر الموجات الواصلة من حيث السعة على الأرض.