入射波作为地震波传播的初始阶段,其路径由震源位置和介质波速共同决定。在均匀介质中,入射波以球面波或平面波形式传播[4] ,遇到界面时遵循斯奈尔定律$\sinθ_1/V_1=\sinθ_2/V_2$($θ$为入射角,$V$为波速)。垂直入射时,反射波和透射波与入射波类型保持一致,不会产生转换波。
入射波到达界面时,能量分配遵循诺特方程,反射系数$R_d=(ρ2V{P2}-ρ1V{P1})/(ρ2V{P2}+ρ1V{P1})$($ρ$为密度,$V_P$为纵波波速)。透射系数$T_d=2ρ1V{P1}/(ρ2V{P2}+ρ1V{P1})$,两者共同决定反射波与透射波的振幅比例。当入射波为P波且非垂直入射时,反射波与透射波中会出现SV波成分[2] 。
SH波入射时不会产生转换波,而P波或SV波斜入射时会发生波型转换[2] 。转换波的产生与入射角密切相关,例如P波入射角增大时,反射SV波的振幅随之增加[5] 。截至2024年,研究证实斜入射条件下的波型转换对结构动力响应分析具有不可忽略的影响[2] [4] 。
当入射波满足$\sinθ_c=V_1/V_2$($V_2>V_1$)时,透射波沿界面滑行形成滑行波,此时入射角称为临界角[2] 。滑行波的能量传递会激发折射波,其传播路径受控于地层波速梯度。在临界角条件下,透射系数计算需引入复数形式以表征能量衰减特性[5] 。
三维数值模拟采用谱元法与多次透射边界结合的方式,可精确计算SH波、SV波和P波斜入射时的自由场位移。研究表明,施加0.001-0.01量级的消飘因子可有效抑制低频失稳现象[1] [4] 。
在地震勘探中,入射波的路径对称原理成为虚震源模型构建的基础[4] 。台站记录分析需通过自由界面校正消除入射波传播路径差异的影响[3] 。斜入射波时程分析显示,P波入射角增大导致水平位移增幅显著,SV波则影响竖向分量[5] [2] 。2024年研究表明,斜入射导致自由面各点运动存在时间差,需采用非一致激励模型进行结构响应分析[2] [4] 。