108 高普考普通考試 地震測報 觀測地震學概要 考古題詳解

核心觀念

地震預警是在地震發生後，利用傳播較快、破壞性通常較低的 P 波，搶在較慢、通常造成較大搖動的 S 波及表面波抵達前，估計地震影響並發布警報。它不是在地震發生前預測地震。

題目比較的是兩種預警方法的資料來源與估算方式：

• 區域型預警：整合多個測站的觀測資料，先估算震源位置與規模，再推估各地可能受到的震度。
• 現地型預警：利用預警地點附近測站記錄到的初期 P 波特性，直接估計該地後續地震動。

解題方法

判斷兩種方法時，抓住「用哪些測站資料、先估什麼、預警給誰」三點即可。兩者都利用 P 波較早抵達的時間差爭取反應時間，差別在於區域型先判斷整個地震事件，再推估遠處影響；現地型則直接根據所在地的初期訊號推估當地後續搖動。

區域型預警的原理

地震發生後，分布於不同地點的地震測站依序記錄到 P 波。系統快速彙整多站的到時、振幅等資料，估算地震的震央、深度與規模，再用地震動衰減關係等方法，推估各地可能到達的震度或地震動。

若震源至預警地點的距離為 $R$，P 波與 S 波的平均速度分別為 $v_P$ 與 $v_S$，理想的波速差可提供約

核心觀念

本題考查地震災害的分類，以及震源、傳播路徑與場址條件如何共同影響地表地動，進而造成不同型態的損失。回答時可先區分直接災害與間接災害，再說明地動特性如何控制災害的發生機率與嚴重程度。

地震災害程度不是只由規模決定。規模反映地震釋放的能量；某地實際受到的地動強度，則還受到震源距離、震源深度、破裂方向、地質構造與場址條件等因素影響。災損也與人口、建物耐震能力及防災準備有關。

解題方法

可用「地動—地盤與建物反應—災害—損失」的因果順序作答：

1. 先列出地震直接造成的地表破壞與次生地質災害。
2. 再列出直接破壞引發的火災、交通中斷、停電、供水與通訊中斷等間接災害。
3. 最後將各類災害對應到地動參數，例如振幅、頻率、持續時間、永久位移及地盤加速度。

（一）地震發生後可能造成的直接與間接災害

直接災害

直接災害是地震地動或地殼變形直接造成的危害，主要包括：

• 建物與工程設施破壞：房屋、橋梁、道路、堤防、隧道及水庫等受損或倒塌，造成人員傷亡與財產損失。
• 地表破裂與地盤變形：活動斷層錯動造成地表破裂、地盤隆起或下陷，可能直接破壞跨越斷層的建築、道路與管線。
• 地震誘發地質災害：山崩、落石、土石流及邊坡滑動，可能掩埋聚落、道路或阻斷交通。
• 液化與地盤沉陷：飽和鬆散砂土在強烈地動下孔隙水壓上升、有效應力下降，導致土壤強度降低，出現噴砂、沉陷、建物傾斜或管線上浮。
• 海嘯：海底地震若造成大範圍垂直地盤變動，可引發海嘯，淹沒沿岸地區並造成重大傷亡與財損。

間接災害

間接災害是由直接破壞進一步引發，或由社會與經濟系統受影響而形成的災害，例如：

• 火災、爆炸與危險物質外洩：建物倒塌或管線破裂造成瓦斯、化學品外洩，遇火源後可能引發火災或爆炸。
• 交通與救災受阻：道路、橋梁、鐵路或港口受損，妨礙疏散、救援與物資運送。
• 生命維生系統中斷：電力、供水、瓦斯、通訊及醫療服務受損，影響居民生活與救災。
• 堰塞湖與後續洪水：山崩堵塞河道形成堰塞湖，若潰決可能引發洪水。
• 社會與經濟衝擊：工廠停工、商業活動中斷、住宅無法居住，並可能造成長期的復原成本與心理創傷。

（二）災害與地動特性之關係

1. 地動振幅與強度

地表加速度、速度與位移越大，通常對建物及設施造成的慣性力或變形需求越高。建物承受的地震力與地表加速度有關；當需求超過結構強度或變形能力時，就可能出現損壞或倒塌。

核心觀念

本題考查體波與表面波的形成條件，以及如何利用不同波種的傳播特性，推論地下介質的速度、分層與不連續面。

• 體波在地球內部傳播，主要包括縱波（$P$ 波）與橫波（$S$ 波）。
• 表面波沿地表或自由表面附近傳播，振幅通常隨深度增加而衰減，主要包括雷利波（Rayleigh wave）與勒夫波（Love wave）。

解題方法

作答分成兩步：先比較波的形成位置與傳播介質，再說明各波種對地下構造的不同敏感度，以及可用的觀測方法。

（一）發生原因上的差異

體波：由震源擾動向地球內部傳播。 地震發生時，震源破裂造成周圍介質受力與位移，擾動以彈性波形式向各方向傳播；能穿過地球內部的波稱為體波。

• $P$ 波（縱波）：粒子運動方向平行於波的傳播方向，介質交替壓縮與膨脹；固體、液體及氣體皆可傳播。
• $S$ 波（橫波）：粒子運動方向垂直於波的傳播方向，屬剪切變形；液體無法承受靜態剪切，因此不能傳播 $S$ 波。

表面波：由體波在自由表面附近的作用形成。 當體波抵達地表等自由表面時，因邊界條件與介質界面的反射、折射及干涉，形成能量集中在表面附近、沿地表傳播的波。表面波並非只在幾何上的地表傳播；其振動會伸入地下，但通常隨深度迅速衰減。

• 雷利波：粒子在垂直於地表的平面內作橢圓運動，含垂直與徑向分量。
• 勒夫波：粒子主要作水平且垂直於傳播方向的運動，常見於表層低速層覆蓋較高速介質的構造中。

（二）利用兩種波研究地下構造

利用體波：分析走時、波速與振幅。

1. 走時與速度構造：量測不同震中距的 $P$、$S$ 波到時，建立走時曲線，進而求取地下波速隨深度的變化。波速轉折、走時曲線斜率改變及波的折射、反射，可用來推估地殼與地函的分層及界面深度。

核心觀念

本題考查地震的成因，以及臺灣各地的地體構造與地震分布。地震是地球內部能量突然釋放，使岩層破裂或沿既有斷層錯動，並以地震波向外傳播的現象。按成因可概分為：

• 構造性地震：板塊運動使岩層累積應力，超過岩石強度後沿斷層破裂，是臺灣地震的主要類型。
• 火山性地震：岩漿移動、火山活動或火山氣體壓力變化所引起。
• 陷落性地震：地下洞穴、礦坑或岩層空隙崩塌所引起，規模通常較小、影響範圍較局部。
• 人為誘發地震：水庫蓄水、地下流體注入或抽取、礦業開採、爆破等活動改變地下應力或孔隙壓力所引起。

解題方法

作答時先分類地震成因，再依臺灣不同地區的板塊位置、活動構造與火山環境說明其可能成因。臺灣位於菲律賓海板塊與歐亞板塊的聚合交界帶，板塊碰撞、隱沒與造山作用使地殼持續變形，因此全臺以構造性地震為主；各地的差異在於活動構造及板塊交界的位置不同。

臺灣不同地區的地震成因

• 東部地區：位於菲律賓海板塊與歐亞板塊交界附近，板塊碰撞、隱沒及花東縱谷一帶的活動斷層作用明顯，是臺灣地震最頻繁的地區之一。地震多屬構造性地震，亦可發生較深的隱沒帶地震。

核心觀念

震度（Intensity）描述的是某一地點實際感受到的地震搖晃程度及其影響；同一次地震的規模只有一個，震度則會因地點、震源距離、地質條件等因素而不同。

以命題當年民國 108 年的制度為準，臺灣震度分為 0 至 7 級，共 8 個等級。震度以強震儀記錄的地動為基礎，主要依最大地表加速度（PGA，單位 gal；$1\ \text{gal}=1\ \text{cm/s}^2$）分級，並搭配人的感受、屋內及屋外影響說明。當年分級的 PGA 範圍如下：

震度是地點上的搖晃與影響指標，不等同於地震規模，也不是建築物損害程度的直接保證。

解題方法

作答可依「定義與舊制 → 缺點 → 改進方向」三段組織。先指出民國 108 年採用的儀器分級及 PGA 範圍，再說明單一峰值參數的限制，最後提出納入速度、持續時間及細化高震度級距等改進方式。

舊制利用 PGA 作為主要判定依據，優點是儀器可直接記錄、計算迅速，適合即時發布。但 PGA 只代表加速度紀錄中的最大峰值，無法完整描述地震動的頻率特性、速度、位移及持續時間。

缺點與改進

1. 只看最大加速度，無法完整反映結構反應。 PGA 相同的兩筆地震紀錄，若頻率成分或持續時間不同，對不同週期的建築物及設施造成的影響可能相差很大。改進時應把最大地表速度（PGV）等地動參數納入判定，並考量地震動持續時間與建物受震反應。