转换波分析

在地震学与地球物理学中，转换波分析^[1]（英语：Converted-wave Analysis）是指分析地震波波相转换的科学。当地震波入射到介质界面时，会同时产生反射横波、反射纵波、透射横波、透射纵波等不同的波相，这些波就称为转换波，也就是C波（英语：Converted-wave），转换波分析就是探讨此间的过程、分析转换结果，并应用于地球物理学或地球物理探勘的科学^[2][3]。

地震波波速随著深度的变化，注意在外地核，因为几乎没有S波，故波速为0。

当地震发生时，地震波会被向外发射进入地球深处。当地震波的行进遇到介质不连续的地方，例如固液介面或任何岩石密度有显著改变的地方时，震波造成的质点的振动方式就有可能发生改变。在地球中许多不连续特别明显的地域（例如地函与外地核的边界），振动方式的改变甚至明显到让一部分的纵波变成横波、让一部份的横波变成纵波^[2]。

地核的P波—S波转换分析

转换波分析理论最出现于各教科书的应用就是他对于地核中P波—S波转换的解释。地球上，地质不连续最显著的地方就是地函（固体）—外地核（液体）及外地核（液体）—内地核（固体）的边界。这是因为地震波中包含的S波是横波，无法存在于液体的外地核，故地震波若欲向下传播，在这两种介面上，要先让S波从有到无，再由无到有。而这之中，所有能量移转都要以C波先将S波能量“寄放”于P波中来呈现。^[2]关于C波转换的原因，以下是目前通行理论的解释：

当P波行进，遇到不同介质的交介面时，如果不是以90度角直射，都会一定程度上造成介面质点垂直和平行两种方向的运动。这种复合式的运动的震动对从正上方的观察者来看，等价于垂直介面方向的“S_V波”和平行介面方向的“S_H波”两种“S波”的叠合。S_H波的质点运动在通过介面后不会有任何的变化，但倘若S_V波再遇到一次介面，则其造成的质点运动会是垂直的，所以又可以等价为P波。因此，地震波在地下行进时，会出现P波变成S波、S波变成P波的现象。^[4]

地震波的这种互相转换特性在地球物理上具有重大意义。因为地球的外地核是液态的，从地函进入的S波无法在其中活动，罔论穿越这层障碍，但是科学家却又在地球的内地核中检测出了S波活动的迹象^[5]。目前通行的解释是这种S波是由P波在内外地核的交界上转换形成的，P波得以穿过外地核。然而从P转为S_V再转回P波的能量衰减非常大，如何去量度与证明理论的正确性，仍然是地震学家们争论的议题^[4]。

应用

关于转换波分析的研究，虽然资料采集和资料分析虽然比一般的地球物理转性方法困难，但是研究C波也能为人类的科学带来许多贡献。以下列举一些常见的转换波分析的应用：

1. 借由分析转换介面的位置，踏查沉积盆地中十几公里内的地下结构，检查是否出现能蓄积油气的屏蔽层，并作为石油开采的参考。或者也可以借由了解岩石密度的变化方式，研究地下的矿物分布，协助采矿工程^[6]。
2. 借由分析转换介面的位置，推知一地的岩石孔隙率^[7]。
3. 借由分析一个地区的地震波波速在地下的变化，地质学家可以利用转换波法探测地壳与断层构造，调查地震活动区的孕震环境，推动对地震学研究。事实上，利用地震转换波探测法研究地震具有方便和廉价的特性，其费用仅为一般人工地震测深法和深地震反射波法的三分之一至五分之一^[6]。
4. 借由分析地震波波速比例的变化，预测地震^[8]。
5. 在土木工程上，可以利用转换波分析建筑预定地的地层稳地度，作为掘地基与建筑物防地震设计的参考^[6]。
6. 借由分析固—液特性，转换波分析可用于分析火山、地热地区岩浆库的分布特征，也可对深部活断层和岩浆活动情况做动态监测^[6]。
7. 借由分析地震波在地球深处的转换，在地球物理学上可以用来研究板块构造和地球动力学^[6]。