Transcript ch3_1(981118).

第三章 固體地球
王光正
地球淺層岩石的化學成分
目前人類挖掘不到15公里深，只能確定地球表層的元素
地球內部層圈構造
地球內部可分為地殼、地函、地核三層
地殼又分成大陸地殼與海洋地殼
大陸地殼厚約 20～70 km，主要為花岡
岩質岩石
海洋地殼厚約 7～10 km，主要為玄武岩
質岩石
地球內部層圈構造
在海洋地區地下深約 75～225 km 及大陸地
區地下深約 120～225 km 處，岩石部分融熔，
稱為軟流圈
軟流圈以上較堅硬的固體部分稱為岩石圈
外地核為液態，內地核為固態，地核（外地
核 + 內地核）的主要成分為鐵與少量的鎳
怎知地球內部的成分及構造?
最直接的方式─鑽井
–但目前最深不超過10公里
利用地震波
其他推測地球內部的方法…
– 地熱流、重力探測、地磁變化、地球
轉速、比較隕石、地球密度的測量…
地震波
震源
– 岩層斷裂處，產生震波的起點，通常在地底下。
震央
– 震源垂直投影至地表處的一點。
地震強度
– 地面搖晃或受破壞的程度。
地震規模
– 震源釋放能量的多寡
– 規模8.2的地震威力，如果以轟炸日本廣島的原子
彈作為比較的標準來看，它的能量相當於1,000個
同類型原子彈的能量。
資料來源：中央氣象局
http://www.cwb.gov.tw/V6/images/earthquake_FAQ/KEQ12.gif
地動加速度
震度分級 (cm/s2,Gal)
人的感受
屋內情形
屋外情形
0
無感 0.8以下
人無感覺。
1
微震 0.8~2.5
人靜止時可感覺微
小搖晃。
輕震 2.5~8.0
大多數的人可感到
搖晃，睡眠中的人
有部分會醒來。
電燈等懸掛物有小
搖晃。
靜止的汽車輕輕搖晃，類
似卡車經過，但歷時很短。
弱震 8~25
幾乎所有的人都感
覺搖晃，有的人會
有恐懼感。
房屋震動，碗盤門窗發出
聲音，懸掛物搖擺。
靜止的汽車明顯搖動，電
線略有搖晃。
4
中震 25~80
有相當程度的恐懼
感，部分的人會尋
求躲避的地方，睡
眠中的人幾乎都會
驚醒。
房屋搖動甚烈，底座
不穩物品傾倒，較重
傢俱移動，可能有輕
微災害。
汽車駕駛人略微有感，電
線明顯搖晃，步行中的人
也感到搖晃。
5
強震 80~250
大多數人會感到驚
嚇恐慌。
部分牆壁產生裂痕，重傢
俱可能翻倒。
汽車駕駛人明顯感覺地震，
有些牌坊煙囪傾倒。
6
烈震 250~400
搖晃劇烈以致站立
困難。
部分建築物受損，重傢俱
翻倒，門窗扭曲變形。
汽車駕駛人開車困難，出
現噴沙噴泥現象。
劇震 400以上
搖晃劇烈以致無法
依意志行動。
部分建築物受損嚴重或倒
塌，幾乎所有傢俱都大幅
移位或摔落地面。
山崩地裂，鐵軌彎曲，地
下管線破壞。
2
3
7
地震觀測網站
中央氣象局:
http://www.cwb.gov.tw/V5/seismic/quake.htm
美國地質調查中心
http://earthquake.usgs.gov/eqcenter/
P波比S波的傳遞快
地震波的型式
 P波
– 質點振動方向與波形前進方向一致(平行)
– 可在液體、氣體及固體中傳遞
 S波
– 質點振動方向與波形前進方向垂直
– 只能在固體中傳遞
地震波的型式
古
氏
不
連
續
面
Ｐ波和Ｓ波的特性
從圖中應該可以看出
– 相似點：不同深度的波速變化類似
• P波波速增加時，S波波速亦增加。
• 在約2900公里深時兩者波速皆突減。
– 相異點：P波波速較S波快。
• 同一深度的P波速皆比S波快。
• S波在約2900公里深時的速度降為零。
震波速度的改變可推知地球內部的狀況。
– P波可在固、液、氣體中傳遞，但S波只能在
固體中傳遞。
– 震波在固體中的傳遞速度比在液體中快。
– 震波在物質密度愈大時，傳遞速度會愈快。
利用地震波為地球分層
綠色細線的部分
速度（公里 / 秒）
軟流圈
深
度
（
公
里
）
岩石圈
軟 上
流 部
圈 地
函
最
上
層
地殼
地函
地核
利用S波波速分層
地殼
地
函
莫
岩石圈 氏
不
連
續
軟流圈 面
地函(地幔)的特性
就時間來看，地函具有流動性，而軟流圈的流動性更大
由地震波的速度分布推知地球的構造
板塊運動的動力
地函的熱對流提供板塊運動的動力
水的熱對流
地函的熱對流造成板塊運動
臺灣1993至1995年地震
震央分布
震
源
在
那
裡
?
如何得知震源的位置？
 利用震接收到P波與S波到達測站的時間差
可以得知震源的可能位置
– 例:假若P波波速為5 km/s，S波波速為3 km/s，
某測站於7:00:00收到P波，7:00:10收到S波，則
震源在何處?
解:
假設震源位於X公里處，則P波與S波到達測站的時
間差可列成下列等式─
x x
  10
3 5
可解得X=75 即震源約位於75 km處，換句話說，
以測站為圓心，75 km為半徑所畫出來的球面皆
可能為震源所在。
若僅有兩測站的資料，仍無法確定震源位置
測站
測站
震源的位置可能為此線段地底下的弧線
兩個半球面的交集(圖中紫色弧線)皆可能為震源所在
震源的位置可協助判斷板塊在地底下可能的構造
補
充
規模如何計算?
 目前世界所通用的地震規模為芮氏規模(ＭL)，乃美
國地震學家芮氏於1935年所創。
 其定義為：一標準扭力式伍德－安德森地震儀
(Wood-Anderson torsion seismometer)（自由週期0.8
秒，倍率2,800倍，阻尼常數0.8）在距震央100公里處
所記錄的最大振幅以微米(10-6 ｍ)計的對數值。
 其計算公式為：
ML = logＡ - logＡ0
式中Ａ = 標準扭力式地震儀，在某觀測站所記錄之最大振幅
(以μm為單位，1μm = 10-6ｍ)。Ａ0 = 距離修正量；當標準扭
力式地震儀於標準地震(ＭL = 0 )所記錄之最大振幅。
補
充
規模差1，能量差?
根據地震學家古騰堡(Gutenberg)之公式：
logＥ = 11.8 + 1.5ＭL
可知規模每增加一個單位，其所釋放的
能量約增大30倍。