勒夫波(Love wave),亦称“Q波”。沿均质弹性介质(岩体)表面传播的一种地震波。由英国地球物理学家和数学家勒夫(Augustus Edward Hough Love,1863~1940)在1911年首先发现,故名。质点在与波传播方向相垂直的水平方向运动,即地面水平运动,具有蛇形运动的形式,产生剪切位移,类似于横波。但振幅比横波大,地震危害性也大,其波速近似等于横波波速。
简介
勒夫波(Love Wave)又称Q波。在半无限介质之上出现低速层的情况下,一种垂直于传播方向的在水平面内振动的波。在垂直面上,粒子呈逆时针椭圆形振动,震动振幅一样会随深度增加而减少。
在弹性动力学中,以奥古斯都爱德华霍夫爱命名的勒夫波是水平极化的表面波。勒夫波是由弹性层引导的许多剪切波(S波)的干涉的结果,在一侧的
弹性半空间上,而在另一侧接近真空。 在地震学中,勒夫波是在地震期间引起地球水平移动的地震波。 奥古斯都爱德华霍夫爱在1911年数学地预测了勒夫波的存在。它们形成了一个独特的类,与其他类型的地震波不同,例如P波和S波(两个体波)或
瑞利波(另一种类型的表面波)。勒夫波以比P波或S波更低的速度行进,但比瑞利波快。 仅当存在覆盖高速层/子层的低速层时才观察到这些波。
说明
勒夫波的粒子运动形成垂直于传播方向的水平线(即横波)。移动更深入材料,运动可以减少到“节点”,然后交替增加和减少,因为一个检查更深层的颗粒。幅度或最大粒子运动通常随深度而迅速减小。
由于勒夫波在地球表面上行进,波浪的强度(或振幅)随地震深度呈指数下降。然而,鉴于它们对表面的限制,它们的幅度仅以的形式衰减,其中r表示波浪从地震中走过的距离。因此,表面波的衰减比距离比三维运动的体波慢。大地震可能会在散发之前产生几次绕地球传播的勒夫波。
由于它们衰落得如此缓慢,勒夫波是地震焦点或震中最近的最具破坏性的区域。他们是大多数人在地震期间直接感受到的。
过去,往往认为像猫和狗这样的动物可以预测地震发生之前。然而,它们比人类对地面振动更敏感,能够检测勒夫波之前的微妙的身体波,如P波和S波。
基本理论
线性弹性材料的线性动量守恒可以写成:
其中u是位移向量,C是刚度张量。勒夫波是满足这个方程组的特殊解(u)。我们通常使用
笛卡尔坐标系来描述勒夫波。
考虑一种各向同性线性弹性介质,其中弹性属性仅为 z坐标的函数,即勒夫参数和质量密度可表示为。由勒夫波作为时间函数(t)产生的位移(u,v,w)。
因此,这些是垂直于(x,z)平面的反平面剪切波。函数v(x,z,t)可以表示为具有变化波数的谐波的叠加(k)和频率(w)。
勒夫波的边界条件是在自由表面(z = 0)处的表面牵引必须为零。另一个要求是层介质中的应力分量在层的接口处必须是连续的。为了将V中的
二阶微分方程转换为两个一阶方程,我们以形式表达这种应力分量
得到动量方程的一阶守恒
上述等式描述了一个特征值问题,其解本征函数可以通过多个数值方法来发现。另一个常见的,功能强大的方法是传播矩阵法(也称为粗糙法)。