多层介质中弹性波的传播特征

Question

如题所述

Answer 1

弹性波在多层介质中传播时，除了保持上面单界面所讨论的基本特点以外，还涉及许多其他的新情况。

设地下介质有n+1层，各层波的传播速度和密度分别为V_P1、V_S1、ρ₁，V_P2、V_S2、ρ₂，……，V_Pn+1、V_Sn+1、ρ_n+1，则有n个弹性分界面R_i，i=1，2，…，n。当在地表有一个弹性纵波P₁频斜向下入射时，弹性波在如上给出的多层介质中传播，要在这一套物理界面上形成反射波系、透射波系、折射波系和面波系，而且波形图要比上面讨论的单层介质中的波形图复杂得多。

1.5.2.1 反射和透射波系

设n个界面均为波阻抗界面，当P₁入射到第一个弹性分界面R₁时，按斯奈尔定理和弹性界面上波的反射和透射规律，便可以在该界面上分裂为两个反射波即P₁₁、P_1S1和两个透射波P₁₂和P_1S2。两个透射波继续入射到R₂，会产生4个反射波P₁₂₂、P_12S2、P_1S22、P_1S2P2和4个透射波P₁₂₃、P_12S3、P_1S23、P_1S2P3。依次类推，每一个波到任一界面均要分裂为4个波，两个反射和两个透射，直到第n次界面反射和透射波的个数为2ⁿ⁺¹。我们把这些在界面上第一次反射的波称为一次反射波。

此外，在一个层内反射上去的波遇上层界面，就相当于该界面的入射波，同样要在该界面产生向下的反射波和向上的透射波，向下的反射波遇到下层界面又要反射、透射，我们把在某界面二次以上的反射波称为多次波。这样在多层介质中就形成了复杂的反射波系和透射波系，最后地表接收到的反射波为所有反射波的叠加。

1.5.2.2 折射和面波系

当多层介质的速度模型满足产生折射波条件时，同样会产生折射波系。还有可能形成折射 反射、反射 折射等综合波系。

当瑞雷面波、斯通利面波和勒夫面波均存在时，也会形成面波系。