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為什麼有時候離震央近,震度卻較小?

上個月底發生了今年全台「最有感覺」的一起地震,雖然並非今年度規模最大的地震,但對於大台北地區的振動仍是十分強烈的,無論是在泛科學的天天問,或者是BBS平台上的PTT地球科學板,都有人對於震央與震度的分布感到類似的疑惑:怎麼有些較遠的地方搖的特別大?

10/31瑞穗地震等震度圖,來自中央氣象局

10/31瑞穗地震等震度圖,來自中央氣象局

平常我們對地震震央和各地震度的認知,多半是「越接近震央,震度越大,或搖晃的感覺越加明顯」,偶爾在台北或是西部平原帶感到十分強烈的晃動時,經常會有專家,或是記者引用專家的專有名詞:「盆地效應」或是「沖積層效應」,而這類效應最明顯處就是在台北盆地與西部平原區,而這個效應說穿了就是物理上的「共振」現象,共振現象就是指波在特定頻率下的波動會因介質的不同而讓波動放大。因此地震從堅硬的岩盤經過鬆軟的沖積層中,部分的頻率因共振而放大,而在台北盆地中,這個效應還因為盆地內的沉積物呈碗盆狀,因而有部分的地震波頻段被限制在盆地之中,使得震動更為劇烈。

圖片來自中央氣象局

圖片來自中央氣象局

好吧,或許這可以解釋,在這次地震來臨時,台北、桃園有比鄰近區域更大的震度,但還是有個奇妙的地方:我們看中央氣象局地震報告時,為什麼鄰近震央的台東並沒有太大的振動,甚至緊臨瑞穗南方的玉里的震度也只有3,比起更遠的花蓮市、太魯閣都小得多,是觀測儀器有問題,還是不為人知的神秘現象?

這真的很難解釋(誤)

這真的很難解釋(誤)

其實,這又是一個進階問題…又得從地震到底怎麼來的談起。

921集集地震等震度圖(中央氣象局)

921集集地震等震度圖(中央氣象局)

就是將震源視為「地震錯動的起始點」,而震央則是震源在地面上的投影。所以我們如果將震源視為地震能量釋放最強烈的地方的話,那其實是「錯誤的」!雖然大多數的情況是如此,但是規模越大的地震越非如此,當然,等震度圖的分布,自然也就非同心圓式的分布,而是與「斷層的破裂方向」有關

我們舉兩個例子來談,其一是集集地震,從上面的等震度圖來看,地震的能量分布是以中間為主,然後分別向南向北延伸,造成這樣的分布原因有二:其一是車籠埔斷層分別從震源向北向南破裂,往北的多,往南的少,換個方式來說,就是拿兩串長短不同的鞭炮,長的向北,短的向南,能量就隨著破裂的方向同時釋放,當然也同時產生了地震波。第二則是斷層上下盤的搖晃程度會有不同(斷層上下盤解釋在此),集集地震為逆斷層,東邊是上盤,晃動的程度也較大。

2004/12/26蘇門答臘強震的震度分布(取自USGS網頁)

2004/12/26蘇門答臘強震的震度分布(取自USGS網頁)

那麼,有沒有只從震央往其中一個方向破裂的例子呢?有的,就是發生在2004年蘇門答臘的世紀強震,上方是當時的震度分布,黑色框框處是當時地震發生時,伴隨著破裂的斷層。破裂面只有從震央向北延伸,所以震度較大的是北側而非南側,附帶一提,這次的破裂帶長達1200公里,整條的破裂時間長達500秒以上,可想而知造成的晃動有多可怕了!

10/31瑞穗地震地表加速度分布情形,台大地質系吳逸民教授提供

10/31瑞穗地震地表加速度分布情形,台大地質系吳逸民教授提供

回過頭來看這次1031地震的最大地表加速度分布圖(感謝台大地質吳逸民教授提供,觀測儀器來自氣象局與吳老師團隊的p-alert觀測網),較大的震度一樣只有向北延伸,並且是西側大於東側,而根據氣象局發布的資料,斷層面解為向西傾的斷層,也就是說上盤是在西邊這側。而在11月7日,台灣地震科學中心與中央氣象局針對本次地震舉辦的討論會中,多數的學者也是傾向這樣的解釋,只是在學術方面,還有待一些時間待觀測與資料的整合研究。筆者在此僅利用初步的結果,解釋給好學不倦的朋友,至於斷層有無出露地表,我也是持保留的態度,主要是地震的規模不算大(多數規模6左右的地震少有地表露頭),加上深度超過10公里,大部分的錯動量難以傳遞至地表,或許又是一個盲斷層?

最後,來回顧一下10/31地震波怎麼傳遞的:(地震參數參考中央氣象局地震報告,有中央研究院地球科學所即時線上模擬地震服務製作展示)

地震參數參考中央氣象局地震報告,有中央研究院地球科學所即時線上模擬地震服務製作展示

地震參數參考中央氣象局地震報告,有中央研究院地球科學所即時線上模擬地震服務製作展示

本文同時發布於作者部落格地球故事書

1031瑞穗地震學術討論會投影片下載(請注意尊重版權)

延伸閱讀與網路資源:

關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。