文與圖／陳慧慈

地震波從斷層錯動處向四面八方傳播出去，在長距離的傳播過程中，會有什麼變化呢？請準備一條長約兩公尺的繩子，並將一條細塑膠線綁在正中央。邀請兩位家人或同學（代號甲和乙）和你進行以下的實驗。

請甲和乙拉緊繩子，你則用手壓繩子（給繩子能量），然後突然放開（釋放能量），會發現波（稱為機械波，因為是外力施加在物體上而造成的）沿著繩子向甲和乙的方向傳過去，而細塑膠線只是在原來的位置振動。這個實驗說明機械波的傳播必須透過物體（稱為介質），而細塑膠線的位置（稱為介質的質點）在波經過時會產生振動，但是當振動結束後，沒有偏離原來的位置。

地震波在還有沒有抵達地表前，主要有P 波和S 波。P 波的質點振動方向與波的方向相同，造成了我們感受到的上下振動；S 波的質點振動方向與波的方向垂直，造成了我們感受到的左右振動。

我們將紙對折，如圖一所示，S 波又可分為質點，在紙面上振動的SV波和質點在垂直於紙面上振動的SH波。可是做為地震波的介質的地殼（包含岩石和土壤），並不是均勻的，而是層狀的。當這三種波抵達土層的交界面時，會發生什麼樣的變化呢？

圖二的圓心代表震源，圓弧線為抵達該處的波，稱為波前和波面；在三度空間，波面是一個球面。請仔細觀察A 、B 兩條線之間及其附近的圓弧線，你的感覺是什麼？是不是離震源越遠，看起來像是一條直線的範圍也比較大？這表示地震波在離開震源很遠後，可以被看成是平面波，它的好處是可以降低理論分析的困難度。

波動學理論說明了三種平面波在交界面上會產生如圖二所顯示的狀況：入射的P 波和SV波都會產生反射和折射的P 波和SV波，而入射的SH波所產生的反射和折射的波卻仍然是SH波。很神奇，不是嗎？更神奇的是，當三種波的入射角（）為度，也就是垂直入射時，這三種波的反射和折射波都是原來的波型，不會產生其他型式的波，因此垂直入射波的狀況讓理論分析又變得更容易！

垂直入射的平面波看起來好像跟實際狀況有些不同，但是這一個簡化模式對於我們了解土層在地震時的行為（受震反應）有很大的幫助，可說是小兵立大功。