انتشار امواج لرزه‌ای

یک اختلال کشسان در زمین به صورت امواج حجمی P و S در داخل و به صورت امواج رایلی و لاو در امتداد سطح منتشر می‌شود و در مرزهایی که توسط ساختار سرعت تعیین شده‌اند، دچار شکست و بازتاب می‌گردد.

Definition

انتشار موج لرزه‌ای، انتقال انرژی کشسان از طریق زمین است که توسط معادله موج کنترل می‌شود و امواج حجمی را که از طریق داخل زمین حرکت می‌کنند و امواج سطحی را که در امتداد سطح آزاد حرکت می‌کنند، تولید می‌کند؛ هر یک از این امواج بر اساس مدول‌های کشسان و چگالی محیط، شکسته، بازتابیده و تضعیف می‌شوند.

Scope

این موضوع معادله موج الاستودینامیک و انواع امواجی را که پشتیبانی می‌کند، پوشش می‌دهد: امواج فشاری P، امواج برشی S، و امواج سطحی پاشنده رایلی و لاو. این مبحث به بازتاب، شکست، و تبدیل مُد در فصل مشترک‌ها، قانون اسنل و نظریه پرتو، تشکیل فازهای لرزه‌ای و منحنی‌های زمان سیر، تضعیف و گسترش هندسی، و پاشش امواج سطحی می‌پردازد. تمرکز بر این است که چگونه خواص کشسان محیط، سرعت، مسیر و دامنه انرژی لرزه‌ای را کنترل می‌کنند.

Core questions

• چه چیزی امواج P، S، رایلی و لاو را از نظر سرعت، حرکت و مسیر متمایز می‌کند؟
• چگونه بازتاب، شکست و تبدیل مُد در فصل مشترک‌های سرعت ایجاد می‌شوند؟
• چرا امواج سطحی پاشنده هستند و پاشش چه چیزی را در مورد ساختار آشکار می‌کند؟
• چگونه تضعیف و گسترش هندسی دامنه موج را با فاصله کاهش می‌دهند؟

Key concepts

• امواج حجمی فشاری (P) و برشی (S)
• امواج سطحی رایلی و لاو و پاشش آن‌ها
• قانون اسنل، مسیرهای پرتو و منحنی‌های زمان سیر
• بازتاب، شکست و تبدیل مُد در فصل مشترک‌ها
• تضعیف لرزه‌ای (Q) و گسترش هندسی

Key theories

معادله موج کشسان و نظریه پرتو

الاستودینامیک خطی منجر به یک معادله موج می‌شود که راه‌حل‌های آن به امواج حجمی P و S تقسیم می‌شوند؛ در حد فرکانس بالا، انرژی آن‌ها از پرتوهایی پیروی می‌کند که از قانون اسنل تبعیت می‌کنند و امکان پیش‌بینی زمان‌های سیر را از یک مدل سرعت فراهم می‌آورد.

پاشش موج سطحی

از آنجا که امواج رایلی و لاو عمق را تابعی از فرکانس نمونه‌برداری می‌کنند، مؤلفه‌های با دوره تناوب طولانی‌تر سریع‌تر حرکت می‌کنند و پاشش مشخصی را تولید می‌کنند که وارون‌سازی آن، پروفایل عمقی سرعت لرزه‌ای را محدود می‌کند.

Mechanisms

تنش اعمال شده به یک جامد کشسان، کرنش‌های حجمی و برشی تولید می‌کند که به ترتیب به صورت امواج P و S منتشر می‌شوند؛ در مرزی که امپدانس تغییر می‌کند، انرژی به امواج بازتابیده و عبوری، که احتمالاً مُد آن‌ها تغییر کرده است، تقسیم می‌شود، در حالی که سطح آزاد و لایه‌بندی، انرژی را در امواج سطحی هدایت‌شده به دام می‌اندازند که سرعت فاز و گروه آن‌ها به دوره تناوب بستگی دارد.

Clinical relevance

درک انتشار موج برای مکان‌یابی زمین‌لرزه‌ها، پیش‌بینی چگونگی تغییر لرزش در یک منطقه، و طراحی بررسی‌های لرزه‌ای مورد استفاده برای تصویربرداری زیرسطحی برای مطالعات آب، انرژی و مهندسی ضروری است.

History

رایلی در سال ۱۸۸۵ امواج سطحی را بر روی یک نیم‌فضای کشسان پیش‌بینی کرد و لاو در سال ۱۹۱۱ امواج سطحی با قطبش افقی را توضیح داد؛ ابزار دقیق قرن بیستم و چارچوب کمی که توسط آکی و ریچاردز تدوین شد، انتشار موج را به ابزاری دقیق برای مطالعات منبع و ساختار تبدیل کرد.

Key figures

• Lord Rayleigh
• Augustus Edward Hough Love
• Keiiti Aki

Seminal works

• akirichards2002
• shearer2009
• steinwysession2003

Frequently asked questions

چرا امواج P همیشه قبل از امواج S می‌رسند؟

امواج P فشاری هستند و در یک ماده مشابه سریع‌تر از امواج برشی S حرکت می‌کنند، بنابراین ابتدا به لرزه‌نگار می‌رسند؛ شکاف فزاینده بین رسیدن امواج P و S با فاصله برای تخمین فاصله وقوع زمین‌لرزه استفاده می‌شود.

چرا امواج سطحی معمولاً مخرب‌ترین امواج هستند؟

امواج سطحی در نزدیکی سطح محدود می‌شوند، بنابراین انرژی آن‌ها به جای سه بعد، در دو بعد منتشر می‌شود و با فاصله کندتر تضعیف می‌گردد؛ این ویژگی، همراه با دوره‌های تناوب طولانی آن‌ها، اغلب باعث می‌شود که آن‌ها بزرگترین دامنه‌های رسیدن به زمین را داشته باشند.