地震作为地球内部经常发生的一种运动，对人类的生产生活有着深远的影响。地震发生时，伴随而来的是一系列的波动，也就是地震波。地震波是人类已知的唯一一种能够穿透地球介质内部的物理波。今天，我们来了解一下地震波。
地震波的类型和特征
地震发生时，震中介质发生快速破裂和旋转地震波横波纵波图示，这种扰动形成波源。由于地球介质的连续性以及物质的相互作用，地震波会向地球内部、表面等各个方向传播，形成连续介质中的弹性波。
若按传播介质对地震波进行分类，在地球内部传播的地震波称为体波，沿地球表面传播的地震波称为面波。
地震波从震源产生后，根据传播介质中质点的运动规律，分为膨胀波、收缩波和剪切波。膨胀波和收缩波代表介质体积的膨胀和收缩。在地球介质中的传播速度约为4.0-7.0公里/秒。其质点的振动方向与波的传播方向一致，因此又称纵波或P波。
剪切波表示介质的变形，在地球介质中传播的速度约为2.0-4.0公里/秒，质点的振动方向与波的传播方向垂直，所以又称为横波或S波。S波又可根据振动的偏振方向分为SV波和SH波。
在地表附近，体波会产生一种特殊的波，即表面波，它兼具纵波和横波的一些特性。介质中的粒子会上下左右移动，波长更长，振幅和能量更强。当自然地震发生时，表面波对建筑物和设施的破坏力最大。
表面波相对于体波的一个显著传播特点是，它只沿地球表面传播，离开地球表面时迅速向下衰减，传播速度比体波慢得多。
地震波虽然种类繁多，但用来描述地震波的物理量主要有四个地震波横波纵波图示，即波速、波长、周期和频率。
地震波的速度是所有地震波特性中最重要的。地震波的传播能力和速度取决于传播介质的弹性特性。P波反映了地球介质的体积应变，因此它们可以在固体、液体和气体状态下传播。
横波与纵波不同，横波反映的是介质的剪切应变。由于流体和气体之间的分子距离太大，无法承受剪切变形，因此横波无法在液体和气体中传播。
从传播速度上看，纵波最快，横波比纵波慢贝语网校，表面波最慢。波的传播速度并不是恒定的，而是随着振动频率的变化而变化的，这种现象叫波的弥散。
正是由于这种色散效应，波在传播过程中会发生改变，特别是在经过不同介质的界面时，会发生透射、折射和反射。我们利用这些物理原理，利用地震波来了解地球内部的结构和界面，从而为人类认识地球内部点亮一盏明灯。
地震波与地球内部层的分裂
1. 莫霍面的发现
在浪漫的地球物理学史上，地球内部最重要的界面之一——莫霍面（地壳与地幔的分界面）的发现是科学史上的里程碑。
1909年，奥地利地震学家莫霍罗维奇在一次地震研究中偶然发现，欧洲大陆地下近35公里处的地震波传播速度突然改变，纵波速度由7.0km/s突然变为8.1km/s；横波速度也由4.2km/s突然增大到4.4km/s。
莫霍罗维奇敏锐地意识到在这个深度物质的成分和性质应该发生了变化，可能存在不连续的界面。经过科学分析，他于1910年提出了地球内部分层理论，即地球内部存在一个界面，将地球分为内外两层。
内层和外层就是我们今天所知道的地幔和地壳，而这个分界界面后来为了纪念这位奥地利科学家，被命名为“莫霍面”（Moho），这标志着人类利用地震波认识地球内部的开始。
2. 准确测定古腾堡不连续面并发现液核
地震发生时，从震中发射出的地震波会通过地球介质向四面八方传播，其中体波分量包括P波和S波，可以从较小的角距离范围到较大的角距离范围被连续跟踪和观测到，并能被世界各地地震台站的仪器记录下来。
然而地震学家从地震资料中发现，大地震发生后，在距震中103度至143度范围内，没有记录到地震纵波信号，出现了“P波阴影区”，他们推测这是因为地球内部存在其他层状结构，扭曲了地震波场。
1914年，德国地震学家古腾堡根据这个阴影区的存在，证实了地球核心的存在，并确定了地幔与地核之间的不连续界面，后来被称为“古腾堡不连续面”，并将其深度定位在约2900公里处。
这个数据今天仍然很精确，在这个界面上，体波的剪切波分量突然消失，纵波分量发生折射，速度明显下降，从剪切波不能在液体介质中传播的特性可以推断出地球的核心是液体。
地球核心的分层结构后来被另一位女科学家莱曼通过地震观测数据发现，至此，地球内部最重要的界面都被确定下来，而这些都借助地震波观测记录推断出来。
地震波检测的多尺度应用
人类对于自然地震的发生机制和预报方法还知之甚少，但自然地震产生的地震波却是我们从宏观尺度了解地球内部结构的最有力工具。
地震学家从医学CT成像中汲取灵感，发明了地震层析成像技术。这是一项地球物理方法，通过分析观测到的地震波各相的运动学（走时、射线路径）和动态（波形、振幅、相位、频率）数据，反演被大量射线覆盖的地下介质的结构、速度分布、弹性参数等重要信息。
成像可以让我们清楚地了解地震的内部结构和主要界面，这是地震波最大规模的应用。
地震波除了能帮助我们在全球范围内更好地认识地球内部结构外，在浅层地壳中小规模能源、矿产资源勘探中也发挥着无可比拟的作用，因为与其他地球物理方法相比，地震勘探方法具有最高的精度和成像分辨率。
天然地震时，由于地球内部运动而引起地壳的振动，通常称为被动震源。地震勘探是利用人工的方法引起地壳振动，如引爆埋在井中的炸药、气枪、人工机械震源等，这通常称为主动震源勘探。
然后利用精密仪器记录下振动激发后地面各点的振动情况，产生地震记录数据，结合各种数据处理方法对记录的数据进行处理，形成地下构造的图像，从而推断地下的地质结构、埋深、形态等，有助于寻找石油、天然气及矿产资源。
我国的大庆、胜利、长庆、辽河、塔里木等大油田都是通过地震勘探发现的，近年来在新型替代能源勘探中，也通过地震勘探手段探明了可燃冰、干热岩等新能源的分布情况。
随着非常规能源、干热岩等新能源的开发利用，地震波探测重新焕发出新的生机。地下矿山深部开采、水力压裂等作业过程中，都会发生岩石破裂和地震活动。由开发活动诱发的微震活动，即被改造的岩体中应力场发生变化，引起岩石破坏而产生的地震事件，称为微震事件。
通过观测这些微小的地震信号，对其进行定位并分析震源机制，确定新的地下裂缝的延伸方向，从而推断地下一定深度处的地应力方向，评估裂缝的空间分布情况。
这也可以帮助油藏工程师评估油藏改造，这是地震波检测的经典微尺度应用。
此外，地震波还有许多其他应用，例如火山爆发监测、水库诱发地震监测、地下核爆炸监测等等。地震波与地震学这门源于牛顿力学的古典学科，正不断迸发出新的活力，迅速成为前沿科学之一。
