S波S-wavesecondary wave)是二種體波(體波的命名是因為此波穿越地球內部,相對於體波的是表面波)中之一。它是因地震而產生的,被地震儀記錄下來。命名為S波(二次波,secondary wave)是因為它的速度僅次於P波(最快的地震波)。S波也可以代表剪切波shear wave),因為S波是一種橫波,地球內部粒子的震動方向與震波能量傳遞方向是垂直的。S波與P波不同的是,S波無法穿越外地核。所以S波的陰影區正對著地震的震源

平面剪切波
二維網格中球面S波的傳播(經驗模型)

S波移動時是剪切波或橫波,因此其運動方向與波的傳播方向是垂直的,若要形象地描述S波,可以認為S波是揮動繩子時,繩子上傳播的波,這與P波是不同的。P波是一種縱波,縱波就如振動的彈簧上傳播的波,其形態就像蠕蟲一樣。S波通過彈性介質移動,而主要的恢復力來自於剪切效應。這些波是不發散的,遵守不可壓縮介質的連續性方程:

原理

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P波陰影區。S波不會穿過外核,因此在遠離震中超過104°的全部區域S波都處在陰影區中(來源:USGS

S波預測來自於1800年代的理論,最初來自於各向同性固體的應力應變關係:

 

其中 是應力,  拉梅參數 剪切模量), 克羅內克函數,而應變張量定義為

 

其中u是應變位移。將後式代入前式得到

 

這種情況下的牛頓第二定律給出了地震波傳播的運動齊次方程:

 

其中 是質量密度。代入上面的應力張量得到:

 

利用向量恆等式並取一定的近似可得到均勻介質中的地震波方程:

 

其中牛頓標記英語Newton's notation用於表示時間導數。取方程的旋度並利用向量恆等式最終得到:

 

這一方程是一個只包含了u的旋度和速度 波動方程,其中 滿足

 

這一公式描述了S波的傳播。若用均勻介質中的地震波方程的散度代替旋度,則會得到描述P波傳播的方程。

參見

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參考文獻

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