第一节 P波和S波的形成机理

根据地震形成机制推演，震源体脱落时，下潜板块将发生重力反弹现象。这时，舌岩体将向上弹起，其顶端作用于地壳岩石层，使岩石层产生弹性振动，发射出弹性波振动波。这种弹性波在地壳岩石层中传导，转换为两种性质的波，一种波的传播方向与振动方向相同，它就是纵波，用字母P表示。另一种波的传播方向与振动方向相垂直，它就是横波，用字母S表示。

弹性波的波源位于岩石层内部，是由舌岩体与岩石层结合部位的着力点发射出来的，与传统理论定义的浅源地震的震源位置相对应，用G点表示。舌岩体撞击岩石层产生的弹性波，是一种球面波，像膨胀的气球一样，向各个方向传播。各个方向的弹性波振动方向相同，与舌岩体作用力的方向保持一致。

弹性波是如何转换成P波和S波的呢？要想直观地解答这一问题，需要建立一个地震波发射模型。

参照地震波发射模型，舌岩体撞击岩石层产生的弹性波，按传播方向将分解为以下三种波形：

（1）射向地面的弹性波，其传播方向与振动方向相同，表现为纵波，用P(+)表示。射向地球内部的弹性波，其传播方向与振动方向相反，也表现为纵波，只不过初动方向相反，用P(-)表示。也就是说，P波是由垂直方向传播的弹性波转换而来的，是一维线性波；上下两个方向传播的P波，初动方向正好相反，呈二象限分布。

（2）沿水平方向传播的弹性波，其传播方向与振动方向相垂直，表现为横波，即S波。也就是说，S波是由水平方向传播的弹性波转换而来的，它的传播轨迹是一个平面，是二维性质的平面波。

在日常生活中，平面波最为常见，水面上向外扩展的环形波纹，就是一种平面波，它的形成机理与S波相同。从广义的角度讲，平面波是一种面波，不仅能在平面内传播，也能在曲面内传播。如敲钟的时候，钟体震颤发出声音，振动波沿着钟表层传播，振动方向与钟表面相垂直，它就是一种曲面横波。

横波是一种剪切波，一般认为，横波只能在固体中传播，不能在液体和气体中传播。其实，这种说法是不准确的，如果说横波不能在液体中传播，那么，水波是如何传播的呢？准确地说法是，横波不能由一种形态的介质向另一种形态的介质传播。例如，S波不能由固态的岩石层向液态的岩浆流传播，这也是S波不能通过地球软流圈岩浆流的原因。

（3）当弹性波向其他方向传播时，它就是一种复合性质的波，可以分解为两部分：水平分量和垂直分量。水平分量的振动波，其传播方向与振动方向相垂直，表现为横波（S波）。垂直分量的振动波，其传播方向与振动方向相同，表现为纵波（P波）。就是说，其他方向传播的弹性波，分解成了两种地震波——P波和S波。

简言之，在弹性波的传播过程中，由于传播方向不同，分别转换成了不同性质的地震波。垂直地面传播的弹性波，转换为P波。水平方向传播的弹性波，转换为S波。其他方向传播的弹性波发生分解，转换为P波和S波。

在地震波发射模型中，在垂直地面方向和水平方向，弹性波的转换具有唯一性，只能转换为一种地震波。根据这一原理推断，如果震中区出现了垂直于地面传播的P波，那么，就不会出现S波。反过来说，如果震中区出现了S波，那么，P波就不是垂直于地面传播，必然是以一定的倾角射出地面。这是一条普适性原则，即使在舌岩体不垂直于地表板块平面的情况下，也同样适用。

地震观测资料显示，在发生地震的地方，既能检测到P波，也能检测到S波，说明P波是一定倾角射出地面的。P波的传播方向是由舌岩体作用力方向决定的，上述现象表明，舌岩体不垂直于地表板块平面。这一推论与舌岩体的真实存在状况相符，软流圈中的舌岩体就是一定倾角斜插在岩浆流之中，处在倾斜状态。

总之，按照地震结构模型推演，P波和S波的形成与舌岩体的作用有关，是通过舌岩体作用于地壳岩石层，产生的弹性波转换而来的。P波是一维线性波，S波是二维平面波，这两种波振动方向相同，传播方向相互垂直。P波传播方向始终与舌岩体作用力方向保持一致。这就是P波和S波的形成机理及传播特征。