109 高普考普通考試 地震測報 地震學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查臺灣近代災害地震的代表案例，以及地震如何由活動斷層錯動所造成。臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界的碰撞帶，板塊持續聚合，使地殼累積應變；當斷層上的剪應力超過摩擦阻力，便會突然滑動並釋放能量，形成地震。

描述地震構造機制時，應說明震例、相關斷層，以及主要錯動型態，例如走向滑移、逆衝滑移或複合型破裂。逆斷層是上盤相對上升的斷層；若斷層面傾角較低，常稱逆衝斷層。走向滑移則以斷層兩側的水平相對位移為主，並可分為右移與左移。

解題方法

題目要求列舉三個災害地震，並說明其構造機制。作答時可挑選具有明確震例與斷層紀錄的地震，逐一交代發生地點與時間、地表破裂或主要斷層，以及推測的錯動機制。以下以梅山地震、新竹—臺中地震與集集地震為例。

1. 1906 年嘉義梅山地震

梅山地震發生於嘉義地區，與梅山斷層錯動有關。主要地表變形顯示，梅山斷層以右移走向滑移為主，並伴隨垂直位移。震時出現地裂、噴泥等現象，顯示淺部地層也受到破裂影響。

其構造背景是臺灣西部造山帶受板塊聚合擠壓，區域應力透過不同方位的活動斷層調節；梅山斷層沿走向的右移錯動，反映了其中的水平剪切變形。

2. 1935 年新竹—臺中地震

新竹—臺中地震是複合型破裂事件，主要涉及獅潭斷層與屯子腳斷層。獅潭斷層以逆斷層錯動為主，屯子腳斷層則以右移走向滑移為主。兩種不同錯動型態同時出現在一個地震序列中，說明震源破裂並非只沿單一斷層、以單一方式進行。

核心觀念

本題考查臺灣位於板塊聚合邊界的地體構造背景，以及板塊碰撞、隱沒與島弧作用如何造成臺灣地震活動的空間差異。作答時應交代兩個主題：一是臺灣周邊板塊的相對運動與構造型態；二是地震帶的分布、震源深度與活動特性。

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的交界。兩板塊以每年數公分的速度相對移動，菲律賓海板塊大致向西北方向運動，使臺灣附近長期承受擠壓與剪切作用。此一板塊聚合作用形成造山帶、活動斷層、隱沒帶及島弧，也使臺灣成為地震頻繁的地區。

解題方法

可按「板塊運動 → 地體構造 → 地震分布」的順序作答：

1. 先說明歐亞板塊與菲律賓海板塊的相對運動，指出臺灣位於聚合型板塊邊界。
2. 再說明臺灣南北兩側的構造轉變：南部以隱沒作用為主，中部發育弧陸碰撞與造山作用，北部則有隱沒作用及沖繩海槽張裂。
3. 最後將地震活動分成西部、東部與東北部地震帶，分別說明成因、震源深度及活動特性。

板塊地體構造特性

臺灣地體構造不是單一、筆直的板塊邊界，而是板塊交界由南向北逐漸轉換的複合構造。

• 南部：隱沒與島弧作用。 在屏東西南方，歐亞板塊的南海海洋地殼沿馬尼拉海溝向東隱沒至菲律賓海板塊之下，並與呂宋島弧等構造相連。
• 中部：弧陸碰撞與造山作用。 菲律賓海板塊上的呂宋島弧向西北移動，與歐亞板塊大陸邊緣碰撞，形成臺灣造山帶。碰撞擠壓造成地殼縮短、褶皺、逆衝斷層及抬升，中央山脈、海岸山脈與花東縱谷均與此構造演化相關。
• 北部：隱沒及弧後張裂。 花蓮以北至宜蘭、琉球一帶，菲律賓海板塊沿琉球海溝向北隱沒至歐亞板塊之下；隱沒帶西側的沖繩海槽則呈現弧後張裂特徵。

花東縱谷及鄰近海域是板塊交界與構造變形集中的區域。由於南北兩側隱沒方向與構造型態不同，臺灣附近地震的震源深度、震源機制及分布也呈現明顯變化。

臺灣地震活動特性

臺灣地震活動頻繁，主要震源包括板塊邊界、隱沒板塊內部，以及島內活動斷層。依地震帶分布，可概分為以下三區：

核心觀念

「地震危害潛勢分析」是評估特定地點在指定期間內，可能遭遇何種程度地震動或地表變形的分析。它描述的是地震造成物理作用的可能性與強度，尚未直接納入人口、建物脆弱度及損失；後者屬於地震風險評估。

分析通常分成兩種：

• 定值式地震危害度分析（DSHA）：設定控制性地震情境，例如最大可信地震，估算特定地點可能遭受的地動。
• 機率式地震危害度分析（PSHA）：納入不同震源、規模、距離及地動的不確定性，計算特定期間內超越某一地動水準的機率。

PSHA 的基本架構可寫成：

其中，$\lambda(Y>y)$ 是地動指標 $Y$ 超過門檻 $y$ 的年超越率；$\nu_i(m,r)$ 表示第 $i$ 個震源中，規模與距離組合的地震發生率；條件機率則由地動預測式及場址條件估算。若假設地震發生符合卜瓦松過程，時間 $T$ 內至少超越一次的機率為：

解題方法與考量因子

作答時可依「震源—傳播路徑—場址—地動成果」整理，再補充分析期間與不確定性。主要因子如下：

1. 地震活動與震源模型：歷史及儀器地震目錄、地震規模分布、地震發生率、地震深度、活動斷層位置與幾何、斷層分段及潛在破裂方式。對地震目錄不足的區域，還須參考地質、古地震及大地測量資料。
2. 地震規模與震源距離：可能發生的地震規模、震源至評估地點的距離，以及震源深度；這些因素影響地動強度與頻率特性。
3. 地動預測關係：使用適用於該區域、震源類型及地動指標的地動預測式（GMPE），估算如最大地表加速度、反應譜加速度等地動量。
4. 地震波傳播路徑：地殼構造及速度、衰減特性、盆地結構與波傳效應。不同地質構造會改變地震波的衰減與放大情形。
5. 場址條件：近地表土層、剪力波速度、基盤深度、盆地效應與非線性土壤反應。相同震源條件下，不同場址可能出現不同地動。

核心觀念

地震波由震源傳至地震站的記錄，不只提供「地震發生了」這項資訊，也保留震源、傳播路徑與場址效應的綜合訊息。地震學常以卷積模型表示：

其中 $u(t)$ 是地震站記錄，$s(t)$ 代表震源時間函數，$g(t)$ 代表地震波在傳播路徑中的效應，$i(t)$ 代表測站儀器響應；實際記錄也會受測站場址與雜訊影響。這表示地震波形是多種因素共同作用的結果，分析時須盡量分辨各來源。

解題方法：依資訊來源分層說明

可沿著「震源—傳播路徑—地震站」的順序，整理地震波攜帶的重要資訊：

1. 震源資訊

• 發震時間與位置：不同震相抵達時間及其走時，可用來估算發震時間、震央位置與震源深度。
• 地震規模與能量：振幅、頻率內容及持續時間反映震源釋放能量的大小；計算規模時須校正震源距離、儀器響應等影響。
• 震源機制與破裂特徵：初動極性、振幅輻射型態、波形及頻譜，可用來推估斷層型態、滑移方向、破裂過程與破裂尺度。

核心觀念

地震預警（Earthquake Early Warning, EEW）是地震已經發生後，利用不同地震波到達時間的差異，在較強震動抵達前發出警報。它是即時偵測與短時預警，不是地震發生前的預測。

地震發生後，地震波由震源向外傳播。一般而言，$P$ 波速度較快、較早抵達，但造成的地表搖晃通常較弱；$S$ 波及表面波速度較慢，常帶來較強、較具破壞性的震動。地震儀先記錄到 $P$ 波後，系統即時分析波形，估計地震的位置、規模及各地可能的震度，再將警報傳送至預估將受影響的地區。

預警時間來自地震波與通訊訊號的傳播速度差異：通訊訊號遠快於地震波，因此較遠處的目標地區有機會在強震波抵達前收到警報。理想化地，震源距離為 $R$、$P$ 波及強震波速度分別為 $V_P$、$V_S$，則震源發震至兩波抵達的時間差約為：

實際可用的預警時間還須扣除偵測、資料傳輸、演算及警報發布所需時間，因此不等於完整的 $P$、$S$ 波到時差。

解題方法

作答可分成兩部分：先說明預警的物理基礎與系統流程，再指出學理上由「地震正在發生、資訊尚未完整」所造成的限制。

系統通常以密集地震觀測網取得即時波形。當一個或多個測站偵測到 $P$ 波後，演算法利用初期波形及測站資料，快速判定地震事件，估計震源位置、規模或地震矩，並推估不同地點的地表震動。當預估震動達到警報門檻時，即向可能受影響的地區發布警報。部分系統也會採用強震儀或地表位移等資料，改善大地震的規模與震動估計。

學理挑戰

1. 近震區的預警時間短，存在盲區 震源附近的地區距離短，強震波很快抵達；系統仍需時間偵測、定位、估規模、計算震度並傳送警報。

核心觀念

本題考查臺灣地震觀測從早期機械式地震儀，逐步發展為數位化、即時化、多類型儀器並行的觀測系統；並要求說明不同觀測網各自記錄什麼地動，以及資料能支援哪些防災工作與學術研究。

各類地震儀的特性不同：短週期及寬頻地震儀主要記錄地動速度，適合觀察微弱地震波形；強震儀記錄地動加速度，可在強震時保留不致飽和的地動資料。不同觀測網彼此互補，才能兼顧地震定位、速報、工程防災與震源研究。

解題方法

作答可依「歷史沿革—觀測網舉例—資訊與分析用途」三段鋪陳。歷史沿革抓住幾個重要轉折：早期儀器觀測、現代化即時觀測網、強震觀測與速報系統、寬頻觀測網。介紹觀測網時，則將「觀測資料」與「可進行的分析」一一對應，避免只列網名而未回答用途。

臺灣地震觀測網發展史

• 早期儀器觀測：​1897 年，臺北測候所設置格雷－米爾恩式地震儀，開啟臺灣儀器地震觀測。其後逐漸在各地測候所設置機械式地震儀，累積地震波形與地震目錄資料。
• 現代觀測網建立：​1989 年成立地震測報中心，推動地震觀測網建置。自 1991 年起，原有測站陸續升級，並整合中央研究院地球科學研究所的臺灣遙計式地震觀測網（TTSN）部分測站，形成較完整的即時地震觀測系統。1994 年改採連續記錄，提升地震偵測能力並建立更完整的地震目錄。
• 強震觀測與速報：​1990 年代起推動強地動觀測計畫，在都會區及重要工程設施設置強震儀與結構物監測設備。1990 年代後期建立即時強震觀測系統，將測站資料傳回處理中心，用於地震速報及震度掌握。
• 寬頻觀測發展：​1999 年集集地震後，逐步增設高解析度寬頻地震儀，以記錄較完整頻段的地震波形，補足短週期儀器與強震儀的觀測限制，並支援震源機制、震矩規模及區域構造研究。
• 觀測內容擴展：​後續觀測系統納入海底地震、全球衛星定位與地球物理觀測等資料，使地震監測從地表地動擴展至海域地震、地殼形變及相關地球物理現象。

兩種觀測網及其資訊與學術分析

一、臺灣強地動觀測網（TSMIP）