文档介绍：[论文]
潮汐波的特征兼与地震波的比较
刘序俨洪星
(福建省地震局,福州,350003)
摘要
潮汐波、地震波、声波、水波、电磁波等都是自然界常见的一些波动现象。它们既有相似之处,又有不同之点。本文着重于对潮汐波与地震波二者进行比较,并对潮汐波的主要特征进行讨论。
关键词:潮汐波地震波简谐运动 潮汐波的特征
引言
图1 地面振动的周期范围
地壳形变是地壳对地壳介质内的构造应力和地外天体起潮力以及地表荷载力作用下发生的一种变形的表现形式。随着作用力的频率不同,地壳会产生如图1[1]所示的不同周期的振动。从图中可以看出,固体潮和地震是地面振动周期的两种极端情况,它们分别称为固体潮和地壳地震。固体潮包括重力、倾斜和应变潮汐波,以下统称为潮汐波。根据文献[2]:“波亦称波动,振动传播的过程,是能量传播的一种形式”,而振动又是“物体经过平衡位置而往复变化的过程”[2] 。既然潮汐波与地震波皆称为波,它们就具有振动传播过程的一些共同特点,但由于产生这两种波的力源不同,因此也具有许多不同的方面。
潮汐波与地震波的相似之处
固体地球对不同激励力的一种振动响应
图3 安装在阿尔伯克基台的地震仪记录到的发生在1980年1月1日亚速尔群岛附近的大西洋中脊上的地震的地面垂直位移
图2 鹤壁台钻孔应变仪理论曲线及其观测曲线
潮汐波与地震波皆为固体地球对起潮力和震源激励的一种地面响应,其响应形式表现为一种振动。图2为鹤壁台钻孔应变仪观测曲线及其理论曲线。图3为安装在阿尔伯克基台地震仪记录到的发生在1980年1月1日亚速尔群岛附近的大西洋中脊上的一次地震所引起的地面垂直位移[4]。从图2和图3可看出,固体地球对起潮力和震源的响应都表现为地面随时间的一种振动。
地球弹性行为的一种表现
由于地球介质介于流体和刚体之间,因此一般说来,地壳形变的大小或形式与作用力的作用时间的长短有关,如果变形力的作用时间很短,或变形力变化速率很快,那么地球表现为弹性。对固体潮分析表明,在历时长一些应力循环作用下,构造圈对(微弱的)应力改变基本上是弹性的[5]。而对于传播速度很大,对施加给岩石的应力为短暂的能量消失又是很小的地震波来说,更可接受岩石为完全弹性的假设[6]。
简谐运动的不同振动形式
根据文献[7],“简谐运动是一个质点或物体相对于中心点以周期运动的形式沿一条直线所作的一种振动”,其普适表达式一般可表示成随时间变化的余弦函数的形式[8]。由文献[9],潮汐形变波可由下式表示
(1)
由此可见,潮汐波是由一系列形如的以角频率为表征的时间周期性的一种简谐振动的叠加。
按文献[7],地震波是由地震或爆破所引起的在地球内部或沿地球表面传播的一种振动。对于地震波中的P波和S波而言,它们除了有时间上的周期性外,还有空间上的相位延迟。设它们在原点的运动函数为
(2)
则沿X正向传播的简谐波的波函数为
(3)
因此地震波是以角频率为表征的时间周期性和以波长为表征的空间周期性的一种二象性的简谐振动。
由(1)和(3)式可见,不管是潮汐波或地震波,它们所代表的都是简谐运动的一种不同的振动方式。地震面波也不例外,也是一种简谐运动。
三、潮汐波与地震波的不同之处
1、力源不同
潮汐波的力源为起潮力。起潮力为天体对地球某点的万有引力与对地心的万有引力之差[