民國115年 普通考試 地震測報 地震學概要考古題
民國115年 普通考試 地震測報 地震學概要收錄考選部官方試題，共 5 題可線上瀏覽，考選部未公告本科目答案。
題目與答案
從2000 年起，臺灣地區即時地震觀測網建置寬頻地震儀與電纜式海底
地震儀。請說明上述兩種地震儀對臺灣地震觀測的重要性。（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、寬頻地震儀（broadband seismometer）是在寬廣週期範圍內具有平坦速度響應、且動態範圍大的地震儀，常見可記錄約120秒至50赫茲的地動速度；電纜式海底地震儀（cabled ocean-bottom seismometer, cabled OBS）則以海底電纜供電，將海床寬頻、強震及壓力資料即時回傳。自2000年起，臺灣位處板塊碰撞帶，陸上測站密集但東部外海為觀測盲區，兩者可形成互補。
- 二、寬頻地震儀的重要性在於低頻段可保留長週期訊號，利於反演地震矩、矩規模、震源機制、破裂歷時與滑移分布；高頻段可掌握近場強地動，配合大動態範圍可同時記錄小震與大震。即時波形可提升地震預警、震度速報與海嘯研判，亦可供深部地殼、上部地函及板塊界面構造研究。
- 三、電纜式海底地震儀可填補海域觀測空白，對東部外海、琉球海溝與馬尼拉海溝之隱沒帶地震尤為關鍵；即時回傳可縮短外海地震之預警時間，並監測海底斷層、海底山崩及海嘯源。長期供電與寬頻觀測亦能改善外海地震定位、深度、規模與震源機制，支援海域防災與海洋地質研究。
- 四、兩類儀器仍有限制：寬頻站分布不均、場址效應與儀器雜訊會影響低頻資料；海底纜線成本高、維護困難，且有生物附著、漁撈破壞與海流噪音等問題。建議持續擴充纜線觀測網、結合離岸風場光纖與分散式聲波感測（DAS）、強化資料品質控制與跨單位共享，以提升臺灣地震監測韌性。
受到地震震源破裂面與輔助面的區隔，如何將震源機制解的震源區分
成四個區域？此四區有何不同？（10 分）
以圖形說明，為何走向斷層的震源機制解會受到其破裂面或輔助面的
影響，而區分為左移斷層或右移斷層。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、震源機制解（focal mechanism solution）用以描述斷層之走向（strike）、傾角（dip）與滑移方向（rake），通常以震源球投影之沙灘球圖呈現。地震波由震源向四面八方輻射，P波初動在各方向可能為壓縮（away）或膨脹（toward）；兩個通過震源且互相正交的節面（nodal planes）即破裂面與輔助面，將震源球分割。
- 二、兩節面將震源球分為四個象限，相鄰象限之P波初動極性相反，對角象限則相同，因此形成兩個壓縮區與兩個膨脹區。四區的差異主要是射線離開震源時之擠壓或疏鬆方向，以及投影圖上黑、白區塊之分布；並非代表四個獨立斷層，而是同一雙力偶（double couple）震源之幾何表現。
- 三、繪圖時畫一圓代表震源球水平投影，通過圓心畫兩條互相垂直直徑（如N-S與E-W），分為NE、NW、SW、SE四象限；NE與SW塗黑表示壓縮，NW與SE留白表示膨脹，圓周標N、E、S、W，兩直徑標節面。走向斷層之兩節面近垂直，四象限呈棋盤狀交替，考生應依此繪製並標明壓縮、膨脹與節面。
- 四、同一沙灘球僅決定P軸與T軸，不能直接指出哪一個節面是破裂面；若以N-S面為破裂面，依兩側塊體相對運動可判定為右移，改以E-W輔助面解釋，同一相對運動則呈左移。故左移、右移之判定須先確認破裂面，並配合餘震分布、地表破裂、GPS、InSAR或破裂方向性，避免僅憑輔助面誤判。
若地震體波為彈性波，則其P 波與S 波速度分別為
ܸ= ට
ାସ/ଷఓ
ఘ
與ܸௌ= ට
ఓ
ఘ
ߢ為體積彈性係數，ߤ為剪切彈性係數，ߩ為密度。
說明為何P 波速度大於S 波速度。（5 分）
為何S 波不能在流體中傳播？（10 分）
空氣與海水的P 波速度為何？（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、題給Vp=√[(κ+4μ/3)/ρ]、Vs=√(μ/ρ)，其中κ為體積彈性係數（bulk modulus）、μ為剪切彈性係數（shear modulus）、ρ為密度。P波為縱波，質點運動平行於傳播方向，伴隨體積脹縮；S波為橫波，質點運動垂直於傳播方向，僅涉及剪切變形。
- 二、因Vp^2−Vs^2=(κ+μ/3)/ρ，而κ與μ均為正值，故Vp^2>Vs^2，Vp必大於Vs。物理上，P波同時承受體積變形與剪切變形，S波僅承受剪切變形；在常見的包松固體（Poisson solid，λ=μ）中，κ=5μ/3，可得Vp/Vs=√3≈1.73。
- 三、理想流體不能承受剪應力，μ=0，故Vs=√(μ/ρ)=0，S波無法傳播。S波靠剪切恢復力維持，流體缺乏此種剛性，質點無法產生橫向振動；實際海水雖有極小黏滯性，在震動頻率下之剪應力可忽略，僅能傳遞聲波（P波），S波僅可能以衰減極快的界面波或漏波存在。
- 四、空氣之P波速度約343 m/s（20°C、1大氣壓），可以Vp=√(K/ρ)估算，K約1.4×10^5 Pa、ρ約1.2 kg/m3；速度隨溫度、濕度與氣壓略變，一般約330至350 m/s。
- 五、海水之P波速度約1500 m/s（常見1450至1550 m/s），以K約2.2 GPa、ρ約1025 kg/m3估算；速度隨溫度、鹽度與壓力而變。海水速度遠高於空氣，但仍遠低於地殼岩石之5至7 km/s，故海底地震儀可記錄水中聲波與海床地動。
臺灣地震震度與地動加速度之關係如何？（10 分）
為何有此關係？（5 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、震度（seismic intensity）是依地表震動對人體感受、器物反應及結構損害所劃分之巨觀分級；最大地動加速度（peak ground acceleration, PGA）則是強地動紀錄中加速度絕對值之最大值，常用單位為gal（cm/s2）。臺灣現行震度分為0至7級，其中5級與6級各分弱、強，共十個等級。
- 二、臺灣之震度與PGA呈單調增大之經驗關係，近似對數或分段線性，常以I=2 log10(PGA)+0.7（PGA單位gal）作為連續指標；級界約為0.8、2.5、8、25、80、140、250、440、800 gal，分別對應0/1、1/2、2/3、3/4、4/5弱、5弱/5強、5強/6弱、6弱/6強、6強/7之門檻。
- 三、此關係源於PGA可直接反映地震時結構所受之慣性力，加速度越大，人體感受、器物位移與結構損壞通常越明顯；但震度是綜合災害分級，尚受振動頻率、持續時間、場址放大、土壤液化、建築物耐震能力影響，故同一PGA可能對應不同震度，同一震度亦可能有不同PGA。
- 四、實務上以PGA門檻快速估算震度，應用於地震預警、震度速報、耐震設計與風險溝通；惟PGA僅為單一振幅參數，近斷層高頻脈衝、長週期盆地效應與建築共振可能造成低估或高估。使用時應結合場址修正、頻譜與延時資訊，並以實際震災調查校正，不能單憑PGA判定災損。
如何利用地震波得到地球地殼與上部地函構造？（20 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、地震波攜帶震源至測站之路徑資訊，可利用走時、振幅、波形、頻散與轉換波反演介質速度、密度、衰減及界面深度。主動震源（爆炸、震盪震源）解析度高但深度有限；被動震源（天然地震、背景噪音）穿透深、涵蓋廣，兩者常整合使用。
- 二、走時層析（travel-time tomography）讀取P波與S波到時，經射線追蹤與反演得三維Vp、Vs及Vp/Vs模型，可辨識地殼厚度、低速帶、隱沒板塊與岩漿庫；地震定位本身亦需速度模型，兩者常聯合迭代。臺灣密集測站適合以區域地震與遠震資料解析地殼與上部地函。
- 三、折射與反射探測以人工震源或天然地震觀測寬角反射、折射，可測定沉積層、基底、Moho面及地殼層速度；接收函數（receiver function）則利用遠震P波在測站下方轉換為S波之時間差，配合H-κ疊加求Moho深度與Vp/Vs，適合測站下方之一維構造。
- 四、表面波頻散（surface-wave dispersion）利用Rayleigh波與Love波之頻散曲線，反演Vs隨深度變化；雙站法、多重濾波法及背景噪音層析（ambient noise tomography）可填補地震分布不足，解析上部地函低速帶、岩石圈厚度與沉積層。全波形反演可進一步利用振幅與相位提高解析度。
- 五、各方法解析度受射線覆蓋、頻帶、測站間距與反演非唯一性限制；淺部可由主動震源與高頻接收函數解析，深部則依賴長週期表面波與遠震。臺灣可結合海底地震儀、纜線觀測、DAS與主動震源，並以交叉驗證、誤差分析及地質約束降低不確定性。