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香港的地震测量

引言:

一般市民对具破坏性地震的资料都会感到兴趣。工程师在选定地点进行如堤坝和电力厂等庞大工程时,尤其需要这些资料。结构工程师在设计抗震建筑时也会应用到地震数据。

在香港以东,著名的环太平洋地震带贯穿台湾和菲律宾。由于距离太远,那里发生的地震对香港并无显著影响,但本港市民偶然也有感觉到震动。在香港历史上,曾经造成损毁的地震只有一九一八年的汕头地震。这次地震在香港的烈度估计达修订麦加利地震烈度表〔Modified Mercalli Scale〕七度。要取得资料进行分析来计算工程师所要求的设计参数,必须不断地监测地震。

天文台于一九二一年开始应用一套三向长周期地震仪探测发生在远处的地震。一九七九年设立了短周期地震仪网监测本港附近发生的地震。一九九七年地震网更提升为一个拥有八个台站的先进数字化网络。

自一九七七年起,天文台更应用安装于不同地点的三向强震加速仪,测量可能超越传统地震仪量度范围的猛烈地震所引致的地壳运动。当地面加速度超过预设界限时,仪器便会开始记录。

地震监测:

地震会产生一系列不同频率的地震波。高频波比低频波较易被介质吸收。因此距离遥远的感应器很难探测到高频地震波。适用于感应高频率的短周期地震仪是用来探测邻近地震的。感应低频率的长周期地震仪则用以记录源自远处的地震波。

(甲) 远源地震的监测:天文台于一九二一年开始应用一套附设熏烟纸记录器的三向长周期地震仪作直接视觉观测。一九二三年在天文台建造了一个地下室装设这些仪器。该仪器于本港时间一九二四年一月十日上午十时四十五分首次录得一次有感地震。

原有的地震仪在第二次世界大战期间失落,故此自一九四一年至一九五零年间无观测记录。一九五一年应用另外一套三向长周期地震仪恢复观测。当时以镜式电流器及摄影方法作记录。这套地震仪于一九七六年停止操作。

作为国际地球物理年计划的一部分,天文台与哥伦比亚大学拉蒙杜赫特地质观测台(Lamont-Doherty Geological Observatory)合作,在一项实验中设立了一套三向长周期地震仪。一九七九年天文台的地震检波器配备了电子记录装置,摄影记录自此由笔墨记录取代。该系统一直沿用至今。

作为美国的世界标准地震台网的一个组成部份,香港于一九六三年装设了美国地质调查局的一套三向长周期地震仪与一套三向短周期地震仪。长周期与短周期地震仪的并行使用扩阔了可供研究的地震波频谱,因而获得更多地球物理资料。

长周期地震仪可以探测到世界上发生的强地震。地震仪记录到显著地震后,即断定地震波最初抵达的时间,然后将数据传送至太平洋海啸警告中心(PTWC),阿拉斯加海啸警告中心(ATWC),日本气象厅(JMA)与美国国家地震情报中心(NEIC)。该等中心在收集到其它台站的资料后,即进行定位与震级计算,并发布结果。

发生强烈地震时,天文台会发布新闻稿,将有关消息通知本港市民。

(乙) 邻近地震的监测:近年市民对本地及邻近区域的地震活动产生很大兴趣。中国发生地震灾难(例如一九七六年唐山地震)加深了在工程研究中需要将地震风险考虑在内的认识。

由三副短周期地震仪组成的测量网于一九七九年设立,目的在更详细地监测香港附近地震的位置及震级。台网在一九九七年提升为设有八个地震测量站的先进数字化网络。测量站分别位于鹤咀、长洲、山、铅矿凹、鹿颈、小榄、尖鼻咀及元五坟(图一)。测量站的位置分布全港各地,因而有足够长度的基线方便计算震中的位置。地震仪所在地的保安良好而本底地震噪声亦很小。

八个地震站均采用压电地震检波器,可输出速度及加速度。尖鼻咀与元五坟装设的是三向检波器而其余的都是单向垂直。除尖鼻咀外,各站均设有地震井而检波器都是藏于井内的一条塑胶管中。塑胶管尽可能会设置在基岩上及混凝土中。位于铅矿凹与山的检波器,分别放置于24 及33公尺深的钻孔内以改善信号与噪声的比率。

检波器收到的信号首先会在站内以每秒75个样本的速率进行数字化,然后通过电话线传送至天文台总部用作接收的电脑。电脑会收集及存取经由全球定位系统(GPS)同步时钟作处理后的样本。如果在某些特定的地震站收集得的信号振幅超过预设界限时,所有地震站录得的地震信号会自动传送至两个电脑工作站作分析。透过工作站,震中参数及震级便能迅速地计算出来。图二显示一次震中在天文台以东约720公里的地震图记录样本。由一九七九年至一九九六年止天文台共录得34次有感地震,即平均每年约二次。

强震加速仪网:

遇上猛烈地震时,传统地震仪的记录装置往往会超越记录范围。工程师需要用作损毁分析与未来设计的重要资料(例如事件中的最大地面加速度)便会失掉。为了防止这类情况,一九七七年装设了两个三向强震加速仪于大老山及天文台总部地下室。一九九七年强震加速仪网增设多三个加速仪。它们分别位于天文台总部百周年纪念大楼的天台,沙田的填海区及尖鼻咀地震站的混凝土柱础上(见图一)。这些强震加速仪的记录可利用手提个人电脑轻易地提取。加速仪记录提供由地震引起的地面加速度资料对工程地震学的研究极为有用。

国际合作:

天文台参与两个国际性地震台网。自一九六三年起加入世界标准地震台网,而自一九七九年起加入东南亚区域地震台网。前者总部设于华盛顿,在全球范围内监测较大规模地震。后者总部设于马尼拉,较为精细地监测东南亚的地震活动,包括区内发生的震级比较小的地震。

对地震图作初步分析是天文台的日常工作之一。所得资料每周邮寄英国的国际地震中心(ISC)、美国地质调查局(USGS)、中国地震局(CEA)、广东省地震局(EAGP)及澳门气象台(SMGM)等中心。资料亦会被编成「SEISMO」电码,通过全球电信系统(GTS)送往美国科罗拉多州的国家地震情报中心(NEIC)以及一些东南亚国家。

地震研究:

应本地及海外科学机构要求,天文台会提供地震资料给予该等机构作专门的研究及调查工作。关于香港地震方面的技术性报告已经出版。所涉及的题目有香港的地震活动与香港附近出现地震的统计分析等。

海啸警告:

地震发生时可能会产生波长很大的海洋波称为海啸。并非所有海啸都巨大到足以造成损毁。然而有些海啸确曾在世界上其它地方造成严重伤亡及广泛损毁。香港有史以来只记录得二次较显著的海啸,分别是一九六零年智利8.5级地震及一九八八年吕宋西北端的5.3级地震引起的。在这两次事件中,香港海平面水位比正常潮水高0.3米。

香港天文台记录得的地震波抵达时间会即时送往位于火奴鲁鲁的太平洋海啸警告中心(PTWC)。天文台则会收到该机构发出有关太平洋发生地震可能引致海啸的警告。收到警戒信息后,天文台则密切注视香港境内验潮器所记录得的海水高度。如果实际情况显示确有必要,天文台会向公众发出警告。南中国海发生强烈地震引起海啸的可能性极低,然而万一出现这情况,天文台会根据地震图所显示的资料发出警报。

图一 : 显示香港地震台网
图一

图二 : 显示一次震中在天文台以东约720公里的地震图记录样本

图二: 地震图

 

最近修订日期: <2014年3月4日>