大多數(shù)巖石,如果不強(qiáng)迫它以太大的振幅振動(dòng),具有線性彈性,即由于作用力而產(chǎn)生的變形隨作用力線性變化。這種線性彈性表現(xiàn)稱為服從虎克定律,是以與牛頓同時(shí)代的英國(guó)數(shù)學(xué)家羅伯特·虎克(1635~1703年)而命名的。相似的,地震時(shí)巖石將對(duì)增大的力按比例地增加變形。在大多數(shù)情況下,變形將保持在線彈性范圍,在搖動(dòng)結(jié)束時(shí)巖石將回到原來位置。然而在地震事件中有時(shí)發(fā)生重要的例外表現(xiàn),例如當(dāng)強(qiáng)搖動(dòng)發(fā)生于軟土壤時(shí),會(huì)殘留永久的變形,波動(dòng)變形后并不總能使土壤回到原位,在這種情況下,地震烈度較難預(yù)測(cè)。
彈性的運(yùn)動(dòng)提供了極好的啟示,說明當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^巖石時(shí)能量是如何變化的。與彈簧壓縮或伸張有關(guān)的能量為彈性勢(shì),與彈簧部件運(yùn)動(dòng)有關(guān)的能量是動(dòng)能。任何時(shí)間的總能量都是彈性能量和運(yùn)動(dòng)能量二者之和。對(duì)于理想的彈性介質(zhì)來說,總能量是一個(gè)常數(shù)。在最大波幅的位置,能量全部為彈性勢(shì)能;當(dāng)彈簧振蕩到中間平衡位置時(shí),能量全部為動(dòng)能。我們?cè)俣]有摩擦或耗散力存在,所以一旦往復(fù)彈性振動(dòng)開始,它將以同樣幅度持續(xù)下去。這當(dāng)然是一個(gè)理想的情況。在地震時(shí),運(yùn)動(dòng)的巖石間的摩擦逐漸生熱而耗散一些波動(dòng)的能量,除非有新的能源加進(jìn)來,像振動(dòng)的彈簧一樣,地球的震動(dòng)將逐漸停息。對(duì)地震波能量耗散的測(cè)量提供了地球內(nèi)部非彈性特性的重要信息,然而除摩擦耗散之外,地震震動(dòng)隨傳播距離增加而逐漸減弱現(xiàn)象的形成還有其他因素。
由于聲波傳播時(shí)其波前面為一擴(kuò)張的球面,攜帶的聲音隨著距離增加而減弱。與池塘外擴(kuò)的水波相似,我們觀察到水波的高度或振幅,向外也逐漸減小。波幅減小是因?yàn)槌跏寄芰總鞑ピ絹碓綇V而產(chǎn)生衰減,這叫幾何擴(kuò)散。這種類型的擴(kuò)散也使通過地球巖石的地震波減弱。除非有特殊情況,否則地震波從震源向外傳播得越遠(yuǎn),它們的能量就衰減得越多。
上一頁(yè) [1] [2] |