一、瑞利波

瑞利波，又称为地滚波，于1885年首次由瑞利（Rayleigh）描述，是地震波中最近似水波的。沿着波的传播方向作一垂直平面，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。地震学中称其为R波或L波。

在地震波发射模型中，瑞利波与P波和S波一样，都是按照相同模式形成的，具体表述如下：

在理想状态下，设定舌岩体倾角θ=0°，即垂直于地壳岩石层。震源体脱落时，舌岩体向上弹起，其顶端作用于地壳岩石层。这时，岩石层发生弹性振动，发射出三种地震波：

（1）在垂直地面方向上，发射出P波。

（2）在平行地面的水平方向，发射出S波。

（3）在其他方向，发射出复合波。复合波能够发生分解，在垂直方向分解为P波，在水平方向分解为S波。

三种地震波在传播过程中，呈三维立体分布。P波是一种柱形波，穿过震中区，垂直向上传播。S波是一种平面波，与波源G点处在同一平面内，平行于地面沿着水平方向传播。如果舌岩体不发生倾斜，S波则无法到达地面。复合波（R波）出现在震中的外围区域，以环形波的形式向周围扩散传播。

舌岩体脱落说认为，瑞利波就是第三种波，没有分解的复合波；也可以理解为，瑞利波是由P波和S波组成的复合波。换句话说，瑞利波与P波和S波一样，都由波源G点发出来的振动波，只不过传播方向不同而已。瑞利波只能出现在震中的周边地区，在震中区不会出现瑞利波。

需要说明的是，组成瑞利波的P波，与穿过震中的P波波形略有不同。这是因为地壳岩石层密度是不均匀的，随着深度增加，密度不断增大。而纵波的传播速度又与岩石层的密度成正比，岩石层密度越大，纵波的传播速度越快。因此，P波在岩石层中的传播速度是不同步的，出现了上慢下快的情形。P波是一种推进波，通过挤压或拉伸作用形成的是一种条状波纹。垂直向上传播的P波，其波形是一列平行条纹。而组成瑞利波的P波，既不垂直于地面，也不平行于地面，而是向其他方向传播；因此，它的波形是一列旋转形条纹，像自行车轮上的辐条一样，在垂直面上发生转动。在组成复合波时，P波的这种波纹结构，使瑞利波表现出了滚波的特征。

瑞利波的形成过程，相当于对波源G点发出的球面波做了一个水平切面，属于一种切面波。这种切面波的传播特点是，只沿着地表面传播，不会向地球内部折射，这也是瑞利波被称为面波的原因。由P波和S波组合而成的瑞利波，兼有P波和S波的双重属性；其波形特点是，当波从左向右行进时，质点在垂直面上逆时针旋转（纵波效应），像波浪一样上下起伏前进（横波效应）。

十九世纪末，英国物理学家瑞利(Rayleigh)研究发现，在半空间上部，接触大气层的地表面，存在着一种类似于在液体表面上形成的波。这种波是由自由介面半空间内传播的纵波与横波相互迭加，形成的一种特殊的振动，振动的方向是以逆时针方向转动,呈椭圆轨迹传播,此椭圆水准轴与垂直轴之比为2/3。人们为了纪念这位物理学家就把这种波定名为瑞利面波,简称瑞利波。[25]

既然瑞利波是一种复合性质的波，那么，这种波就会发生分解，分解为P波和S波。实验证明，当瑞利波向地下传播到两种物质的分界面时，如土层和岩石层，它就会分解为P波和S波，这种散射现象称为频散，是瑞利波的重要特征之一。瑞利波的存在还证明了这样一种事实，从波源G点发出的P波和S波传播速度是相等的，否则就不会同时达到地面，形成瑞利波。

在理想状态下，即舌岩体倾角θ=0°时，在地面只形成一个震中，柱形P波垂直插在环形瑞利波之中。当舌岩体倾角θ≠0°时，在地面形成两个震中，与此相对应的是，P波以倾角θ斜插在环形的瑞利波之中。在A震区，与P0波组合在一起的瑞利波（R0），是震源体脱落时,弹性作用力F2产生的作用效应。在B震区，与P1波组合在一起的瑞利波（R1），是力矩M1产生的作用效应。在A、B两震中的连线上，R0波和R1波可以发生干涉现象。

地震过程中，将以地震波的形式释放出巨大的能量。资料显示，在一系列地震波中，以瑞利波释放出来的能量最高，占震动总能量的67%，而P波只占总能量的7%，S波占总能量的26%。而瑞利波又沿着地表面传播，能量损失相对较少；因此，大地震产生的瑞利波可以覆盖整个地球表面，使地球像铃一样振动起来。[26]

1911年英国数学家勒夫（Love）曾预计，一个像地球同样大的钢球，将具有周期约一小时的基本振动，并将有周期更小的泛音。1960年5月智利大地震时，世界当时仅有的少数特长周期的地震仪上，清楚地记录到极长周期的地震波动持续了许多天，测得的振动最长周期是53分钟，与勒夫预计的60分钟相差不多。