地震横波

地震横波（Transverse Waves）又称剪切波，S波，是地震时从震源传出的一种弹性波，传播它的介质质点振动方向与波的前进方向垂直，故称地震横波。^[2]

横波经过时，介质的体积不变，但形状要改变，产生切变方式的变形。在地壳中横波传播的速度较慢。到达地面时人感觉摇晃，物体为摆动，对地面破坏很大。^[2]

地震波的传播方式有三种：纵波、横波和面波三种，纵波质点位移的方向与波的传播方向平行。纵波是推进波,最先到达震中，它使地面发生上下振动，破坏力较弱。横波的质点位移方向与波的传播方向垂直，横波是剪切波，它是第二个到达震中，它使地面发生前后、左右的抖动，破坏力强。面波是纵波和横波在地面相遇后激发产生的混合波，它是沿着地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。^[3]

横波传播速度较慢，每秒3~4千米，能引起地面水平晃动。横波振动方向与波前进方向垂直，然而纵波振动方向与传播方向一致。在震中区，地震波直接入射地面，横波表现为左右摇晃，纵波表现为上下跳动，纵波传播速度比横波快。另外，横波振幅比纵波大，破坏力大，横波的水平晃动力是造成建筑物破坏的主要原因。流体的刚性模量等于0，因此横波不能在没有固定形状的液体和气体中通过，只能在地球的固体部分中传波。^[4]

地震产生这种第二个到达的波叫S波。在S波通过时，岩石的表现与在P波传播过程中的表现相当不同。因为S波涉及剪切而不是挤压，使岩石颗粒的运动横过运移方向。这些岩石运动可在一垂直向或水平面里，它们与光波的横向运动相似。P和S波同时存在使地震波列成为具有独特的性质组合，使之不同于光波或声波的物理表现。因为液体或气体内不可能发生剪切运动，S波不能在它们中传播。P和S波这种截然不同的性质可被用来探测地球深部流体带的存在。S波具有偏振现象，只有那些在某个特定平面里横向振动的那些光波能穿过偏光透镜。穿过的光波称之为平面偏振光。太阳光穿过大气是没有偏振的，即没有光波振动的优选的横方向。然而晶体的折射或通过特殊制造的塑料如偏光眼睛，可使非偏振光成为平面偏振光。当S波穿过地球时，它们遇到构造不连续界面时会发生折射或反射，并使其振动方向发生偏振。当发生偏振的S波的岩石颗粒仅在水平面中运动时，称为SH波。当岩石颗粒在含波传播方向的垂直平面里运动时，这种S波称为SV波。^[1]

对于理想的弹性介质来说，总能量是一个常数。在最大波幅的位置，能量全部为弹性势能；当弹簧振荡到中间平衡位置时，能量全部为动能。我们曾假定没有摩擦或耗散力存在，所以一旦往复弹性振动开始，它将以同样幅度持续下去。这当然是一个理想的情况。在地震时，运动的岩石间的摩擦逐渐生热而耗散一些波动的能量，除非有新的能源加进来，像振动的弹簧一样，地球的震动将逐渐停息。对地震波能量耗散的测量提供了地球内部非弹性特性的重要信息，然而除摩擦耗散之外，地震震动随传播距离增加而逐渐减弱现象的形成还有其他因素。^[4]

横波速度公式可以用以下形式表示：Vs=v(μ/p)。^[5]

其中，Vs为横波速度，μ为岩石的剪切模量，p为岩石的密度。横波速度公式中的剪切模量和密度是岩石物理性质的重要参数，它们描述了岩石的抵抗剪切变形的能力。^[5]

横波地震勘察是工程物探的一种新技术。但由于理论上存在一些误区，在工程实践中给地质解释带来一定困难。正确理解和计算横波波速是解决这个问题的首要任务，利用多次叠加时动校正的速度能量团计算横波速度比较可靠，该技术的应用已成功地解决了一些疑难复杂地质问题。利用横波地震勘测技术手段，可以进行滑坡探测、活化断层判定、岩溶勘察、大坝渗透捡漏等。准确的横波波速计算可使横波勘探得到更好地推广和应用，为工程设计和建设提供可靠的地质资料。^[6]

将叩板震源引入探碉diāo，并将叩板牢固地压于碉壁或碉底的“定向支撑器”是解决探碉内定向激发地震横波的关键。定向支撑器已实现：能随探碉的碉径变化加长或缩短；能架设于岩石凸凹不平的碉底或碉壁;能显示施加于叩板上的压力。定向支撑器由两端可转动约30°角的转向器、能装卸的支撑杆、用螺纹加压的加压手柄、显示支撑压力的传感器、压力表组成。为了在低矮碉段能对叩板产生竖直激发，研制了一个“激震器”。激震器是一个利用弹簧的反弹力制成的长28cm、宽5.4cm、高30cm的铁盒，其内由两根弹簧、锤头、压缩弹簧和释放弹簧的开关组成。“定向支撑器”和“激震器”的研制成功，为在不同碉径和低矮段激发横波提供了有效的激震器具。^[7]

为了提高波速测试精度，应用和研究了多道地震仪接收的小相遇观测系统，以及压制干扰波、突出横波的一整套工作方法。^[7]

为了提高成果质量，采用数字记录代替模拟记录，编写了专用程序，实现了探碉地震波测试数字处理和资料整理的微机化。程序由5个模块组成：格式转换模块、原始数据显示模块、频谱分析模块、滤波模块、多功能数字处理主程序模块(波形调整、读时、绘图、计算参数、存盘、显示、标注文字、打印)。该成果成功地研究了一整套易于推广的探地震横波测试的技术方法。经过不同地区，不同地质条件的十多项水电工程的探地震横波测试，均获得了可靠的岩体原位横波速度，横波记录获得率达90%以上，提高了原位测定横波的可靠性和准确性。^[1]

受到震动后，会产生两类弹性波从源向外传播。第一类波的物理特性恰如声波。声波，乃至超声波，都是在空气里由交替的挤压(推)和扩张(拉)而传递。因为液体、气体和固体岩石一样能够被压缩，同样类型的波能在水体如海洋和湖泊及固体地球中穿过。地震时，这种类型的波从断裂处以同等速度向所有方向外传，交替地挤压和拉张它们穿过的岩石，其颗粒在这些波传播的方向上向前和向后运动，换句话说，这些颗粒的运动是垂直于波前的。向前和向后的位移量称为振幅。在地震学中，这种类型的波叫P波，即纵波，它是首先到达的波。弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，可以允许第二类波传播。^[4]