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2017/07/27
離奇消失的小鎮—如何決定震央

Ashley小農村位於美國的堪薩斯州,在堪薩斯州數以千計的村莊中,它的總人口只有679人,村民主要以農業為生,整條村子只有一條高速公路通住村外,四周被高山和荒地包圍。1952年8月16日的晚間,Ashley小農村突然在一夜之間整個都不見了,當員警來到這個小鎮郊區時,只見到地面出現個裂縫,因悶燒而冒出陣陣白煙……

根據紀載,1952年8月16日凌晨3時28分,美國發生了一起芮氏規模7.9大地震,地震之大影響整個美國中西部區域,而當時的推測,震央應是位於Ashley小農村的正下方,才導致農村整個不見。但地震影響範圍之大,我們要如何找出震央在哪裡呢?

何謂震央

我們知道地震是由於斷層錯動而產生震動,從震源(地震錯動的起始點)以波的形式向四面八方傳遞,稱為地震波,其中震源垂直向上的投影點即是震央。而地震震度則是以近似同心圓向外遞減,越靠近震央的地方震度越大,距離震央越遠的地方震度越小。

從震源垂直向上的投影點即是震央

震源與震央的相對位置

 

P波、S波與震央的關係

地震發生時,P波與S波同時從震源向外傳播,在地震紀錄中,速度最快的P波最先抵達,爾後速度較慢的S波才抵達;P波與S波到達某一測站的時間差與震央至測站的距離成正比,也就是說距離震央越近的測站,兩波到達的時間差越短。利用P波與S波抵達時間差以及測站位置,可以繪製出震波走時曲線圖,在震波走時曲線圖中,以P波與S波的時間差可找出測站與震央的距離。假設某一測站S波到達的時間為13.7分鐘,P波為7.4分鐘,兩者的時間差為6.3分鐘,對照震波走時曲線圖可得知測站與震央距離為4000公里。

在震波走時曲線圖中,P波與S波到達某一測站的時間差與震央至測站的距離成正比,以P波與S波的時間差可找出測站與震央的距離。

震波走時曲線圖

 

如何決定震央位置?

目前有三種方法可決定震央位置:

  • 單一測站紀錄法:
    從單一測站之紀錄決定震央位置,但由於地震時各地的觀測站都會記錄到地震波資訊,單一測站紀錄無法精準地知道地震從哪個方向而來,因此這方法較少人使用。
  • 簡易多站定位法(以3站為例):
    由於單一測站只能知道震央與測站的距離,無法精準得知震央方向與位置,所以必須使用三個或多個測站的紀錄,在地圖上以測站為圓心,計算後的震央距離為半徑畫圓。若有三個測站的資料時,可以利用每一個測站與震央的距離畫出三個圓,三個圓的交點即為震央位置。

若有ABC三個測站,利用每一個測站與震央的距離畫出三個圓,三個圓的交點即為震央位置。

簡易多站定位法示意圖
  • 多站定位法:
    綜合各測站地震儀所記錄的第一個震波時間(又稱初達波),通常為P波,再利用最小平方法來計算地震發生的時間、位置及深度。

隨著地震測報技術的進步,各種地震觀測資料日漸增多,地震災害的預估變為可能,能準確測量地震發生時間、位置及大小。除了地震監測,中央氣象局持續與國內外專家學者合作,積極蒐集地震前兆資料,仔細分析異常訊號,以便進行地震預測技術之研發工作,包括監測全球衛星定位系統(GPS)之地殼形變、電離層電子濃度、地下水水位、地磁變化、地層應變、地震波速度與地震活動異常等研究方法,期盼未來某一天,地震預測成為可能!

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