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輸入計算

(約 4 至 10)
P 波與 S 波到達的時間差

數學公式

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結果

震央距離 d
24
距震源公里數
大森常數 k 8 km/s
微動持續時間 t 3 s
公式 d = k × t

什麼是大森公式?

地震發生時,會有兩種主要的體波從震源向外傳播。速度較快的 P 波(初達波,Primary wave)會先抵達,接著才是速度較慢的 S 波(次達波,Secondary wave),而 S 波帶來的正是強烈的主要搖晃。這兩種波到達的時間差,就是所謂的「初期微動持續時間」,記為 \(t\)。大森公式便是利用這段時間差,估算觀測點到震源的距離 \(d\):$$d = k \times t$$這是地震學中放諸四海皆準的物理原理,世界各地的地球科學課堂都會教授,並不限於任何特定國家。

示意圖顯示地下的地震震源,以及向地震測站傳播的地震波
從地震測站到地震震源的距離,是大森公式的基礎。

計算機怎麼用

首先選擇地震類型,系統會自動帶入大森常數 \(k\) 的典型值(淺層近距離地震約為 8 km/s,較遠的地震則約為 6 至 7 km/s)。接著你也可以在合理範圍 4 至 10 km/s 之間,直接自行調整 \(k\) 值。然後輸入初期微動持續時間 \(t\)(以秒為單位),也就是 P 波與 S 波到達的時間差。計算機便會回傳以公里計的震央距離 \(d\)。

公式原理解析

兩種波傳播的距離 \(d\) 完全相同。P 波需要 \(d/Vp\) 秒、S 波需要 \(d/Vs\) 秒,因此時間差為 $$t = d/Vs - d/Vp = d(Vp - Vs)/(Vp\,Vs)$$解出 \(d\) 即可得到 $$d = (Vp\,Vs)/(Vp - Vs) \times t$$前面那個分數恰好就是大森常數 \(k = Vp\,Vs / (Vp - Vs)\),所以實用形式可簡化為 $$d = k \times t$$由於 \(k\) 的單位是 km/s、\(t\) 的單位是秒,\(d\) 便會直接以公里為單位呈現,無需再做單位換算。

地震波形圖顯示先到達P波再到達S波,並突顯其間的時間差
P波與S波到達的時間差t決定了距離的估算。

實例演算

假設 \(k = 8\) km/s、\(t = 3\) s,則 $$d = 8 \times 3 = 24 \text{ km}$$我們用明確的波速來驗證:\(Vp = 8\) km/s、\(Vs = 4\) km/s,則 $$k = (8 \times 4)/(8 - 4) = 32/4 = 8 \text{ km/s}$$P 波在 \(24/8 = 3\) 秒抵達,S 波在 \(24/4 = 6\) 秒抵達,兩者相差 3 秒,正好等於 \(t\)。因此震央約在 24 公里之外。

常見問題

為什麼 \(k\) 會變動?波速取決於波所經過的岩層,因此平均 \(k\) 值會隨深度與距離而改變,這也是典型值會落在 4 至 10 km/s 之間的原因。

如果 \(t = 0\) 怎麼辦?代表 P 波與 S 波同時抵達,得到 \(d = 0\) km,也就是幾乎沒有可測量的時間差。

這個結果精確嗎?並不精確。它假設波沿著一條直線射線、在均勻介質中以固定的平均速度傳播,因此屬於不錯的教科書近似值,而非精準的震源定位工具。

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