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香港的地震測量

引言:

一般市民對具破壞性地震的資料都會感到興趣。工程師在選定地點進行如堤壩和電力廠等龐大工程時,尤其需要這些資料。結構工程師在設計抗震建築時也會應用到地震數據。

在香港以東,著名的環太平洋地震帶貫穿台灣和菲律賓。由於距離太遠,那裡發生的地震對香港並無顯著影響,但本港市民偶然也有感覺到震動。在香港歷史上,曾經造成損毀的地震祇有一九一八年的汕頭地震。這次地震在香港的烈度估計達修訂麥加利地震烈度表﹝Modified Mercalli Scale﹞七度。要取得資料進行分析來計算工程師所要求的設計參數,必須不斷地監測地震。

天文台於一九二一年開始應用一套三向長週期地震儀探測發生在遠處的地震。一九七九年設立了短週期地震儀網監測本港附近發生的地震。一九九七年地震網更提升為一個擁有八個台站的先進數字化網絡。

自一九七七年起,天文台更應用安裝於不同地點的三向強震加速儀,測量可能超越傳統地震儀量度範圍的猛烈地震所引致的地殼運動。當地面加速度超過預設界限時,儀器便會開始記錄。

地震監測:

地震會產生一系列不同頻率的地震波。高頻波比低頻波較易被介質吸收。因此距離遙遠的感應器很難探測到高頻地震波。適用於感應高頻率的短週期地震儀是用來探測鄰近地震的。感應低頻率的長週期地震儀則用以記錄源自遠處的地震波。

(甲) 遠源地震的監測:天文台於一九二一年開始應用一套附設熏煙紙記錄器的三向長週期地震儀作直接視覺觀測。一九二三年在天文台建造了一個地下室裝設這些儀器。該儀器於本港時間一九二四年一月十日上午十時四十五分首次錄得一次有感地震。

原有的地震儀在第二次世界大戰期間失落,故此自一九四一年至一九五零年間無觀測記錄。一九五一年應用另外一套三向長週期地震儀恢復觀測。當時以鏡式電流器及攝影方法作記錄。這套地震儀於一九七六年停止操作。

作為國際地球物理年計劃的一部分,天文台與哥倫比亞大學拉蒙杜赫特地質觀測台(Lamont-Doherty Geological Observatory)合作,在一項實驗中設立了一套三向長週期地震儀。一九七九年天文台的地震檢波器配備了電子記錄裝置,攝影記錄自此由筆墨記錄取代。該系統一直沿用至今。

作為美國的世界標準地震台網的一個組成部份,香港於一九六三年裝設了美國地質調查局的一套三向長週期地震儀與一套三向短週期地震儀。長週期與短週期地震儀的並行使用擴闊了可供研究的地震波頻譜,因而獲得更多地球物理資料。

長週期地震儀可以探測到世界上發生的強地震。地震儀記錄到顯著地震後,即斷定地震波最初抵達的時間,然後將數據傳送至太平洋海嘯警告中心(PTWC),阿拉斯加海嘯警告中心(ATWC),日本氣象廳(JMA)與美國國家地震情報中心(NEIC)。該等中心在收集到其它台站的資料後,即進行定位與震級計算,並發佈結果。

發生強烈地震時,天文台會發佈新聞稿,將有關消息通知本港市民。

(乙) 鄰近地震的監測:近年市民對本地及鄰近區域的地震活動產生很大興趣。中國發生地震災難(例如一九七六年唐山地震)加深了在工程研究中需要將地震風險考慮在內的認識。

由三副短週期地震儀組成的測量網於一九七九年設立,目的在更詳細地監測香港附近地震的位置及震級。台網在一九九七年提升為設有八個地震測量站的先進數字化網絡。測量站分別位於鶴咀、長洲、山、鉛礦凹、鹿頸、小欖、尖鼻咀及元五墳(圖一)。測量站的位置分佈全港各地,因而有足夠長度的基線方便計算震中的位置。地震儀所在地的保安良好而本底地震噪聲亦很小。

八個地震站均採用壓電地震檢波器,可輸出速度及加速度。尖鼻咀與元五墳裝設的是三向檢波器而其餘的都是單向垂直。除尖鼻咀外,各站均設有地震井而檢波器都是藏於井內的一條塑膠管中。塑膠管儘可能會設置在基岩上及混凝土中。位於鉛礦凹與山的檢波器,分別放置於24 及33公尺深的鑽孔內以改善信號與噪聲的比率。

檢波器收到的信號首先會在站內以每秒75個樣本的速率進行數字化,然後通過電話線傳送至天文台總部用作接收的電腦。電腦會收集及存取經由全球定位系統(GPS)同步時鐘作處理後的樣本。如果在某些特定的地震站收集得的信號振幅超過預設界限時,所有地震站錄得的地震信號會自動傳送至兩個電腦工作站作分析。透過工作站,震中參數及震級便能迅速地計算出來。圖二顯示一次震中在天文台以東約720公里的地震圖記錄樣本。由一九七九年至一九九六年止天文台共錄得34次有感地震,即平均每年約二次。

強震加速儀網:

遇上猛烈地震時,傳統地震儀的記錄裝置往往會超越記錄範圍。工程師需要用作損毀分析與未來設計的重要資料(例如事件中的最大地面加速度)便會失掉。為了防止這類情況,一九七七年裝設了兩個三向強震加速儀於大老山及天文台總部地下室。一九九七年強震加速儀網增設多三個加速儀。它們分別位於天文台總部百週年紀念大樓的天台,沙田的填海區及尖鼻咀地震站的混凝土柱礎上(見圖一)。這些強震加速儀的記錄可利用手提個人電腦輕易地提取。加速儀記錄提供由地震引起的地面加速度資料對工程地震學的研究極為有用。

國際合作:

天文台參與兩個國際性地震台網。自一九六三年起加入世界標準地震台網,而自一九七九年起加入東南亞區域地震台網。前者總部設於華盛頓,在全球範圍內監測較大規模地震。後者總部設於馬尼拉,較為精細地監測東南亞的地震活動,包括區內發生的震級比較小的地震。

對地震圖作初步分析是天文台的日常工作之一。所得資料每週郵寄英國的國際地震中心(ISC)、美國地質調查局(USGS)、中國地震局(CEA)、廣東省地震局(EAGP)及澳門氣象台(SMGM)等中心。資料亦會被編成「SEISMO」電碼,通過全球電信系統(GTS)送往美國科羅拉多州的國家地震情報中心(NEIC)以及一些東南亞國家。

地震研究:

應本地及海外科學機構要求,天文台會提供地震資料給予該等機構作專門的研究及調查工作。關於香港地震方面的技術性報告已經出版。所涉及的題目有香港的地震活動與香港附近出現地震的統計分析等。

海嘯警告:

地震發生時可能會產生波長很大的海洋波稱為海嘯。並非所有海嘯都巨大到足以造成損毀。然而有些海嘯確曾在世界上其它地方造成嚴重傷亡及廣泛損毀。香港有史以來只記錄得二次較顯著的海嘯,分別是一九六零年智利8.5級地震及一九八八年呂宋西北端的5.3級地震引起的。在這兩次事件中,香港海平面水位比正常潮水高0.3米。

香港天文台記錄得的地震波抵達時間會即時送往位於火奴魯魯的太平洋海嘯警告中心(PTWC)。天文台則會收到該機構發出有關太平洋發生地震可能引致海嘯的警告。收到警戒信息後,天文台則密切注視香港境內驗潮器所記錄得的海水高度。如果實際情況顯示確有必要,天文台會向公眾發出警告。南中國海發生強烈地震引起海嘯的可能性極低,然而萬一出現這情況,天文台會根據地震圖所顯示的資料發出警報。

圖一 : 顯示香港地震台網
圖一

圖二 : 顯示一次震中在天文台以東約720公里的地震圖記錄樣本

圖二: 地震圖

 

最近修訂日期: <2014年3月4日>