觀測地震學概要　申論題歷屆試題與參考架構

參考架構・破題

本題考臺灣震度分級制度的改制。先說明震度是地表某地點的搖晃程度，再比較新舊制在級數與判定指標上的差異，最後對比震度與規模的本質區別。

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參考架構・破題

地震定位是利用多個測站記錄到的波相到時，反推震源位置與發震時刻。本題分理論方法與海底電纜的助益兩部分作答。

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參考架構・破題

井下地震儀把感應器安裝在鑽井底部，離開地表干擾。本題以與地表站比較的方式，說明其在資料品質與應用上的優勢。

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參考架構・破題

海嘯是水體受到瞬間擾動所產生的長波，可由海底地震、海底山崩或火山活動引起。本題先說明機制，再舉臺灣歷史事件。

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參考架構・破題

地震定位要解的是四個未知數：震源的經度、緯度、深度與發震時間。做法是比對各測站觀測到的震波到時與速度模型算出的理論到時，找出讓兩者差距最小的震源。作答先講清楚「到時差＋速度模型＋反演」這條主軸，再依時間順序交代方法怎麼演進。

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參考架構・破題

震波紀錄上的波可分為穿過地球內部的體波（P 波、S 波）與沿地表傳播的表面波（洛夫波、雷利波）。作答依「種類→產生原因與特性→如何探測地球內部」三段寫，第三段要把震波速度變化連到地殼、地函、地核的分層。

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參考架構・破題

芮氏規模是用特定地震儀上的最大振幅經距離校正得出的經驗量，震矩規模則由斷層物理參數（震矩）定義。兩者差異的根源在於「量的是哪個頻率的振幅」，大地震時芮氏規模會飽和。最後用規模與能量的經驗式說明規模每增加 1 能量約增 32 倍。

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參考架構・破題

震度是某地點地表搖晃與災害的程度，同一地震不同地點震度不同；這點要和代表地震大小的規模分開。古代震度靠人的感受與建物損害描述，近代改用強震儀量到的地動加速度、速度來分級。作答依定義、觀測、利用三段做古今對照。

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參考架構・破題

集集地震是車籠埔斷層錯動造成的逆衝型地震，破裂由南向北傳播、北段滑移量最大並產生長距離地表破裂。作答依「結果是什麼→怎麼求→代表什麼地質意義」三段寫，第二段要分清楚震源機制（初動、矩張量）與破裂過程（有限斷層反演）。

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參考架構・破題

地震預警不是預測地震，而是利用 P 波比破壞性 S 波和表面波快、電訊比震波快的時間差，在強烈搖晃到達前發出警報。區域型靠測站網路快速定位與估規模，再推算各地震度；現地型靠單一測站的前幾秒 P 波直接判斷本地會不會強震。作答兩者分開說明原理，最後比較優缺點與盲區。

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參考架構・破題

地震災害可分為地動與斷層錯動直接造成的破壞，以及隨後引發的連鎖災害。第二小題要把災害連到地動特性：振幅（PGA、PGV、PGD）、頻率內容、延時，以及場址效應與近斷層效應。

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參考架構・破題

體波由震源直接輻射、穿過地球內部傳播；表面波是體波在自由表面或層狀構造中干涉產生、沿地表傳播。研究地下構造時，體波主要靠走時（折射、反射、層析成像），表面波主要靠頻散。作答先比較成因，再分別說明兩種方法。

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參考架構・破題

地震可依成因分為構造地震、火山地震、塌陷地震、人為誘發地震等，其中絕大多數是板塊運動累積應力、斷層錯動所造成的構造地震。臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界，東北部隱沒、東部碰撞、西部褶皺逆衝，各區地震成因不同，作答第二部分依區域分述。

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參考架構・破題

本題作答時（民國 108 年）臺灣震度採 0～7 共 8 級，以地表最大加速度（PGA）分級。缺點在於單一 PGA 不能完整反映建物損害，尤其高震度區；中央氣象署已於 2020 年改制，引進 PGV 並細分 5、6 級。作答依「舊制定義→缺點→改進方向（含現行新制）」三段寫。

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參考架構・破題

集集地震與美濃地震都屬於臺灣西部褶皺逆衝帶的逆斷層型地震，但集集地震震源淺、破裂延伸到地表，形成沿車籠埔斷層的長距離地表破裂；美濃地震震源較深、為盲斷層，沒有對應的地表破裂。作答依三小題逐一對照，最好用表格。

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參考架構・破題

Pg、PmP、Pn 是地殼內地震常見的三種 P 波波相：Pg 在地殼內直接傳播，PmP 是在莫荷面反射，Pn 是沿莫荷面下方上部地函傳播的首波（折射波）。由走時幾何可知，PmP 的路徑一定比 Pg 或 Pn 長、時間也較晚，因此不論震央距多少都不可能是最早到達的波相。

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參考架構・破題

土壤液化是飽和疏鬆砂土受地震反覆剪力作用，孔隙水來不及排出、超額孔隙水壓上升，使有效應力趨近於零而喪失剪力強度的現象。作答應從「土壤本身」「地下水」「地震作用」「地質環境」四個面向說明發生條件，最後補評估方法。

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參考架構・破題

雙差分（double-difference）定位利用兩個鄰近地震在同一測站的到時差，扣除理論到時差後反推兩震間的相對位置，藉此抵消速度模型與路徑造成的共同誤差。作答先講原理與數學式，再與絕對定位、傳統相對定位比較。

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參考架構・破題

地震引發海嘯的關鍵是震源在海底並使海床產生大範圍、垂直方向的突然錯動，把上方整個水柱抬升或下陷。作答依題目要求分「規模」「深度」「震源機制」三段說明，再補充特殊情形。

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參考架構・破題

P 波較 S 波快，兩者自震源同時出發，到達測站的時間差（S－P 時間）隨距離增加而變大，因此可由 S－P 時間換算震源距離，再以三站以上畫圓交會定出震央。作答依「原理推導、作圖方法、假設條件」三段寫。

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參考架構・破題

會。雙力偶震源的 P 波與 S 波初動振幅隨出射方向呈規律變化（輻射型態），P 波呈四象限分布，節面即斷層面與輔助面；這正是用初動解斷層面解的物理基礎。

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參考架構・破題

地震規模是能量的對數尺度，規模每增加 1，能量約增加 10 的 1.5 次方倍（約 32 倍）。本題先寫出古登堡－芮克特能量關係式，再代入計算倍數。

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參考架構・破題

強地動儀要在近震源強烈搖晃中不飽和、完整記錄，且工程設計需要的正是加速度；由單自由度擺錘的頻率響應可知，自然頻率高於訊號頻率的儀器其輸出自然正比於地動加速度，所以強震儀設計為加速度型。作答從儀器物理、量測需求、工程應用三方面說明。

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參考架構・破題

有效的海嘯警報系統是一條「偵測、研判、發布、應變」的完整鏈，任一環節失效警報就沒有用。作答可依監測、分析模擬、警報發布、社區防災、國際合作與檢討六個層面說明。

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參考架構・破題

解釋名詞每題 5 分，應寫出「定義＋物理意義或計算方式＋應用或例子」三層，各約 100～150 字，避免只翻譯中文。

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參考架構・破題

背景噪聲（ambient noise）並非全無資訊：長時間記錄的兩測站噪聲互相關（cross-correlation）後，可得近似兩站間的經驗格林函數，等同把一站當作虛擬震源，進而取得面波頻散並做構造成像。作答分「方法」「意義」兩部分。

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參考架構・破題

早期地震儀靠機械擺錘直接放大、記錄地動，要量長週期訊號就得長擺、大質量，體積自然龐大；現代地震儀以電子回授（力平衡）、電容換能與數位記錄取代機械放大，小質量也能有寬頻與高靈敏度，因此可做得很小。

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參考架構・破題

大地震因板塊持續加載、斷層累積應力再瞬間釋放，具有「準週期性」的復發特性，但受摩擦性質、鄰近斷層互動等影響，間隔並不固定；餘震則是主震後應力重新分配引起的調整過程，與主震復發週期屬於不同時間尺度。作答分三段：有無週期、物理意義、與餘震的關聯。

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參考架構・破題

震度是描述某地點地表搖晃程度與可能災害的指標，早期靠人體感受與災害調查，現代多以強震儀記錄的地動參數換算。作答先列各國採用的參數，再逐一比較其優缺點，最後歸結「單一參數難以完整代表破壞潛勢」。

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參考架構・破題

嘉南平原屬厚層沉積盆地，地震波進入盆地邊緣時會轉換、生成局部的盆地誘發表面波，與遠距離（數百公里以上）沿地殼上部傳播、頻散發育的表面波在成因、週期與用途上都不同。作答依「差異→用途→防災特性」三段鋪陳。

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參考架構・破題

儀器問世前的地震屬歷史地震，位置與大小只能從文獻記載、災情與感受分布反推，核心方法是震度調查與等震度圖，輔以地質證據。作答分「資料來源→定位方法→定大小方法→限制」。

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參考架構・破題

芮氏規模是以單站最大振幅經距離修正而得，但單站振幅除了震源大小外，還受輻射型態、方向性、傳播路徑與場址影響。從震央各象限取多站平均，可抵銷這些與方位有關的系統偏差與隨機誤差。

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參考架構・破題

震度圖不能只靠「規模＋距離」畫同心圓，精細的震度分布同時受震源、傳播路徑與場址三大效應控制，再加上測站密度與內插方法。作答依「震源—路徑—場址—資料處理」分類，最後描述等震度圖的各種形態。

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參考架構・破題

盲斷層是斷層面未延伸到地表、上端終止於地下或被沉積物覆蓋的斷層。這個名詞源自數次地震發生在沒有已知地表斷層之處，突顯其隱藏性；它在地表沒有斷層錯動線，但常以褶皺與地形變形等間接特徵表現。

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參考架構・破題

地震是斷層剪切錯動，震源可用雙力偶表示；爆炸是瞬間體積膨脹，震源近似等向膨脹源。震源機制、深度、延時與能量分配的差異，使兩者的波形與頻譜特性不同，也是核爆偵測辨別的基礎。爆炸紀錄上仍可能出現 S 波，但較弱且來自次生機制。

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