content ch1 ch2 ch3 ch4 ch5 ch6 ch7 ch8 ch9 download 地球物理概論

第二章 地震學與地球內部構造

一、 試說明地震發生的原因?(p37)(中正)
主要以板塊運動構造所造成得構造性地震為主,以地層錯動的方式表現,其它可能為火山活動地震、撞擊性地震(如隕石撞擊)……等。


二、 試描述地震波的種類與特性?(中正)
1. 體波:在地球內部傳遞的波,特性類似諧和波,振輻(a)與距離(x)的關係為a=x -1。
P波:壓縮波,質點運動方向與波傳遞方向一致,速度最快, ,其中K表示體積係數,μ表示剛性係數,ρ表示密度。。
S波:剪力波,質點運動方向與波傳遞方向垂直,速度次之, ,其中μ表示剛性係數,ρ表示密度。
2. 表面波:沿著地球表層或地球內部界面傳播,特性類似頻散波,振輻(a)與距離(x)的關係為a=x -1/2。
洛夫波:質點沿著水平面產生和波傳遞方向垂直的運動。
雷利波:質點在平行於震波傳遞的垂直面上沿著橢圓形軌跡震動。


三、 請描述地球的內部構造與地震波的證據?(中正)
1. 地殼:0~40km左右。
2. 地函:P波和S波在420km與670km深處有兩個明顯的波速不連續變化,因此在420km以上為上部地函,420km~670km為過渡帶,670km以下為下部地函。
3. 地核:因為在2900km左右P波和S波都急遽下降,為下部地函與地核的分界,外地核的S波波速為零,外地核依照推測為液態,在5100km深處,波速不連續變化極為明顯,因此2900km~5100km為外地核,5100km~6371km為內部地核。

四、 何謂震源、震央、震源深度、震央距離?(p30)
1. 震源:在地底下發生地層錯動引起地震的地點。
2. 震央:震源對地表的垂直投影點稱為震央。
3. 震源深度:震源與震央的距離稱為震源深度。
4. 震央距離:從目標物到震央稱為震央距離(水平距離)。

五、 何謂地震規模?(p33~p36)
地震規模:用以描述地震大小的尺度,係依其所釋放的能量而定,以一無單位的實數表示,目前世界所通用的地震規模為芮氏規模(ML)。規模計算共有三種,芮氏規模(ML)、體波規模(mb)、表面波規模(Ms),方法如下所示。
1. 芮氏規模:ML=logA-logA0,式中A表示標準扭力式地震儀,在某觀測站所記錄之最大振幅(以μ為單位),A0表示距離修正量,當標準扭力式地震儀於標準地震(ML= 0 )所記錄之最大振幅。
2. 體波規模:mb=log(A/T)+Q(△),式中A表示體波振幅,T表示週期,Q(△)表示距離修正量(另一種公式:Body-wave magnitude mb( 25°< △ < 90°), mb = ㏒A-㏒T+0.01△+5.9)。
3. 表面波規模:Ms=log (A/T)+alog△+b,式中A表示表面波振幅,T表示週期,△為距離,a、b為區域性常數(另一種公式:Surface-wave magnitude Ms ( 25°< △ <90°),Ms = ㏒A +1.66㏒△+2.0。
六、 何謂地震強度?(p33~p36)
地震強度又稱震度,震度(EQ Intensity)計算為I=1.22+logα,其中I表示地震強度,α表示最大地表加速度(PGA, Peak Ground Acceleration ),單位是gal(cm/s2),通常指地震時,地面上人們感受到震動的激烈程度,或物體遭受到破壞的程度,現已可利用地震儀器所測出的資訊,加以描述地震時加速度的大小,並以加速度的大小來區分震度,之前台灣地震的分級是六級,不過在歷經九二一集集大地震後,更細分出第七級。。

七、 何謂地震震矩?(p33~p36)
地震震矩又稱震矩,Mo=μAu,其中μ表示shear modulus剪力係數, A表示area of fault斷層的面積,u表示displacement on fault在斷層面上的位移量。


八、 地震強度和地震規模有何不同?(中正)
地震強度為以描述地震時加速度的大小,並以加速度的大小來區分震度,而地震規模以描述地震能量大小的尺度,依所釋放的能量而定。

九、 何謂主震、前震、餘震、群震?(p36)
1. 主震:在描素地震空間分佈時,某一個較大的地震稱為主震。
2. 前震:與主震相關而發生在主震之前的地震稱為前震。
3. 餘震:與主震相關而發生在主震之後的地震稱為前震。
4. 群震:如果在短時間發生的地震無法區分出主震、前震和餘震,則這些地震稱為群震。

十、 何謂初達波?(p39)
首先為地震儀所記錄的第一個震波為初達波,通常為P波,且有起始波形為上動(波峰)與下動(波谷)不同特性之分,若地層向前滑動,則瞬間滑動使向前傳播的P波在記錄上之起始波形為上動,若使向後傳播的P波在記錄上之起始波形為下動。

十一、 有何驗證地核存在的證據?(中正)
因為在2900km左右P波和S波都急遽下降,為下部地函與地核的分界,外地核的S波波速為零,外地核依照推測為液態,在5100km深處,波速不連續變化極為明顯,因此2900km~5100km為外地核,5100km~6371km為內部地核。


十二、 用來描述物質受力後抵抗變形的彈性係數有那些?其定義為何?(p45~p46)
1. 體積係數 K (Bulk modulus):正壓力P與其作用於物體上所產生的體積變化θ之比值, ,式中P為正壓力大小,θ為體積壓縮應變,- (負號)表示物體受壓力時體積縮小,另有壓縮係數 (compressibility) 為1/K。
2. 楊氏係數 E (Young's modulus):作用於物體上拉應力與產生之長度應變的比值, ,E值愈大,表示物體受到應力時變形愈小。
3. 剛性係數或切變係數μ (Rigidity or shearing modulus):作用於物體上剪應力與產生剪應變Φ的比值, ,液體之剛性係數為0。
4. 柏松比σ (Poisson's Ratio):物體受到拉力作用,在拉力方向上產生應變( ),在徑向上產生縮短應變( ),此橫應變與縱應變的比值稱為柏松比, 。

十三、 何謂自由震蕩?(p54)
大地震發生所造成的全球共振,稱為自由振盪。


十四、 請問地球震盪有那幾種形態?如何驗證去它們呢?(P54)(中正)
1. 扭震盪:扭動的,只有剪切量,能在儀器水平分量紀錄的地振動觀測到,非常類似表面波中的洛夫波。
2. 球震盪:以帳縮為主,兼具徑向和切向的共振成份,最簡易的為徑向震盪非常類似表面波的雷利波。

十五、 何謂走時曲線?其功能為何?(p55)
在不同位置佈置地震觀測站,在地震發生時,震波經由內向外傳播,震波信號為地震觀測站所記錄,距離震源愈近之測站愈早收到信號,愈遠愈慢收到信號,利用不同距離所對應的不同時間,建立出來的曲線稱為走時曲線。

走時曲線蘊藏震波經過地球內部時的經歷情形,利用此區線的處理與分析可以將地球內部的構造一層一層的剝開推測開來。

P:在地函的P波。
S:在地函的S波。
K:經過外核的P波。
I:經過內核的P波。
J:經過內核的S波。
c:在C/M反射的波。
i:在I/O反射的波。
p:從地表到震源的P波。
s:從地表到震源的S波。
LR:雷利波。
LQ:洛夫波。


十六、 何謂陰影帶?(p60)
陰影帶又稱為隱蔽區,因為地球內部複雜且有地殼、地函、地核的存在,使得各層的地震波傳遞速度不同,會造成波的折射,影響地震波的傳播。以P波為例,震央距離從發震地至1分、2分……103度,仍可直接記錄到P波,但從103度起則因經過地核而產生折射,加上入射角的關係,折射的P波會出現在142度以外,因此在103度~142度之間,只有微弱地在核心表面繞射的P波可被記錄到,此以區段稱為陰影帶。

十七、 假設地球是球形均勻對稱的,請描述以下的射線軌跡特徵並畫出,如:Pp、PP、PcP、PKP、PKIKP。(中正)
P:在地函的P波。 S:在地函的S波。 K:經過外核的P波。
I:經過內核的P波。 J:經過內核的S波。 c:在C/M反射的波。
i:在I/O反射的波。 p:從地表到震源的P波。 s:從地表到震源的S波。
LR:雷利波。 LQ:洛夫波。


十八、 全球主要地震帶為何?(p43)
1. 環太平洋地震帶:在太平洋周圍沿著大陸的邊緣,西起阿留申群島,經日本、硫球、臺灣、菲律賓、印|尼至紐西蘭,東起至阿拉斯加,經北美和中南美洲西海岸,到安地斯山南端。
2. 歐亞地震帶:又稱地中海地震帶,自地中海北岸開始,經義大利半島、土耳其、伊朗、巴基斯坦、印尼北部,至中國康藏邊境。
3. 中洋脊地震帶:在各大洋洋脊處,如大西洋、印度洋、東太平洋、北極海等洋脊、海嶺處。

十九、 何謂Benioff zone?請以板塊構造概念說明之。(中正)
Benioff zone即為斑氏帶,在聚合性板塊邊界,有一板塊須隱沒於另一板塊,此板塊通常為海洋板塊,在隱沒處的海底形成海溝,地震發生在隱沒帶,在此隱沒帶所行成的向下傾斜之地震帶稱為斑氏帶。



二十、 請問地球內部為三態中的那一種,並敘述利用何種方法以茲証實?(海洋)
P波為壓力波,S波為剪力波,在流體中,剪力波無法通過,由波速-地球深度變化圖得知,在約略2900 km處,P波和S波都急劇下降,為內部地函與地核分界,且外核S波之波速為零,因此推測為液體。


二十一、 地震波在地球內部速度變化為何?試簡述各區間速度變化的特徵與意義?(海洋)
1. 無論P波或S波,在約2900公里深處,速度急劇下降,此為內部地函和地核的分界,在外地核的S波速度為零,表示外地核為液體。
2. 在外地核和內地核,速度的不連續性十分明顯,表示內部地核是固態的。
3. 在地函方面,約420 km 和670 km 處,有兩個明顯的波速不連續變化,因此推測在420 km 以上為上部地函,在670 km 以下為下部地函,而在420~670 km 便是過渡帶。
地球內部概貌:
(1) 地殼crust:平均約35 km,大陸地殼較海洋地殼厚,如在西藏高原為70~80km,在海洋地殼則約5~8 km。
(2) 地函mantle:地殼下~2900 km處。
(3) 地核core:分成內核和外核,自地函下限2900~5100 km稱為外核,由外核下限5100 km至地球中心稱為內核。

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