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由于实际地球介质中广泛存在断裂、微裂隙、晶粒节理等，地下介质的应力-应变曲线在一定条件下不符合虎克定律而表现出非线性特征。通过岩石物理模拟实验，Johnson 等人发现岩石中的非线性响应特别强烈，比大多数的固体介质都高。当考虑介质的非线性属性时，可能会出现一种有限振幅、且只有一个波峰或波谷的波，称为孤立波。Sharon等人通过岩石物理实验证实了岩石的张性破裂可以产生一种特殊的前驱波，它有着类似孤立波的性质。通过研究这一类非线性地震波的传播特征，有助于在理论上解释实际中观测到的一些特殊地震现象。