亲身经历过地震的人有这样的感受:当地震发生后,首先感觉到的是上下颠簸,过一会再感觉到左右晃动。这种现象实质上是由不同类型的地震波引起的。当地震发生后,有两种先后从震中到达观测点的地震波:最先到达的波和稍后到达的波。起初地震学家还不了解这两种波的性质,于是简单地将最先到达的波称为初波(Primarywave,简称P波),将稍后到达的波称为次波(Secondwave,简称S波),英文中的P波和S波等术语就是这么来的。至于后来将P波视为压力波(Pressurewave)的缩写,将S波视为剪力波(Shearwave)的缩写,那是对它们的性质有了更深入的认识以后才发生的事情。
经过深入研究发现,初波的质点振动表现为“推”和“拉”,质点运动方向与波的传播方向平行。在地震发生时,初波一般以陡倾角出射地面,因此造成铅垂方向的地面运动,故又被称为纵波。纵波的传播是由于介质中各质点发生压缩和拉伸的变形,并产生使介质中的质点恢复原状的纵向弹性力而实现的,因此纵波只能在可拉伸压缩的弹性介质中传播。一般的固体、液体、气体都具有拉伸和压缩弹性,所以它们都能传递纵波。
与初波不同,次波的质点振动表现为“起”和“伏”,质点运动方向与波的传播方向垂直。在地震发生时,这种波多沿地面传播,一般表现为左右摇晃,故次波又被称为横波。从本质上来说,横波的传播是由于介质内部发生剪切变形,即介质各层之间发生平行于这些层的相对位移,并产生使介质中的质点恢复原状的剪切弹性力而实现的。横波的传播速度比纵波低(大致为纵波的一半),故横波比纵波晚一些到达观测点,这就是为什么地震时先感觉到上下颠簸再感觉到左右晃动的主要原因。
由于纵波和横波能够在地球内部的各个部位和方向传播,故称为体波(Bodywave)。除了体波,还有一类特殊的波只能在地球表面或某些特殊的地层界面上传播,这就是面波(Surfacewave)。面波具有频带范围宽、能量强、幅度大、传播距离远等特征。面波实际上是体波在地表衍生而
成的次生波,其传播机理较为复杂,既可以引起地表上下起伏,也可以引起横向剪切。面波最大的特点是,它只存在于地面或地层界面附近,其振幅随着离开地层界面深度的增加而迅速衰减,这也是为什么如果将耳朵紧贴在天坛回音壁的墙面上能听到远处传来的声音,而一旦与墙面隔开一段距离声音就消失的原因。
不同类型的波在地震勘探中有不同的作用。因纵波、横波等体波可以在地球内部传播,故目前地震勘探以体波勘探为主,如纵波地震勘探、横波地震勘探及多波多分量地震勘探等。此时的面波相当于噪声和干扰波。但随着地震勘探技术的发展,近年来也出现了一些成功利用主动源或被动源面波开展近地表调查和工程勘查的面波勘探应用实例,证明面波在地震勘探中也是能够发挥作用的。