地震斷層面解

地震斷層面解 (Fault Plane Solution)
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

當地震波被地震儀記錄下來時，最初被記錄的波形線條的方向有兩種可能性：當岩層運動方向為接近震源的方向時，在地震波形圖上看起來，就是先往下（圖B中，地表用空心圓圈代表）；另一，則是當岩層運動方向遠離震源的方向時，地震波形的「初動」向上（圖B中，地表兩側用實心圓點代表）。波形圖上的「初動」向上或向下，是受到力的作用方向影響的，例如，我們對一個停止的鐘擺施力，如果給予推力，那麼鐘擺會遠離施力點移動，如果是拉力，就會向著施力點移動，地震儀記錄的原理也是如此。至於地震儀受到的力量是推力還是拉力，與地震測站和震源之間的相對位置有關。

假設我們在斷層面上通過震源畫出一個垂直於斷層面的「輔助面」，那麼，我們可以將水平面分成三個區域（圖C）。位於斷層面與輔助面之間的中間區域，會受到拉力而接近震源，地震儀上會得到初動向下的記錄（用空心圓圈代表）。外側的其他兩個區域上的測站，則因為受到遠離震源方向的力量，因此受到的是推力，就會得到初動向上的記錄（用實心圓點代表）。

既然測站的初動與斷層面、輔助面有這樣的關係，那麼我們就可以藉由這種關係，用測站記錄的初動來找出斷層面。也就是說，我們只要找出上動測站與下動測站的分界線（即實心點與空心圈的分界線），然後根據這條線，在一個假想球面上畫出相互垂直的兩個面，就得到輔助面與斷層面了（圖D）。

地震學家找到輔助面與斷層面後，以實色及白色分別代表上動與下動的區域，便可以畫出一個像是海灘球的圖形（圖E）。海灘球是輔助面與斷層面在一個假想球面下半球上的投影，輔助面與斷層面在海灘球上兩點的連線就是斷層走向。它的傾角可由斷層面的「擺放方式」看出，滑移方向則可由斷層性質是正、逆或平移來判斷。正斷層的海灘球白色面朝上（圖F），逆斷層則實色面朝上（圖G），平移斷層時則球的「軸點」朝上（圖H），如斷層同時包含垂直與水平的位移，就會出現如圖I的斷層面解。

我們雖然可以知道斷層面與輔助面的位態，但是並不能確定哪一個面是斷層面，哪一個是輔助面，因此只能兩案並陳，通通畫出來。真正的斷層面必須靠餘震的分佈或實地的地質調查來確定。

以上描述的是傳統地震觀測求斷層面解的方法，至於更先進的寬頻地震儀，則是利用波形反演法 (waveform inversion)，先假設可能的斷層面解，再用電腦，分析出相對應的理論地震波波形，之後，再比對實際觀測到的波形，即可知假設是否成立。

參考資料
整理自大地地理雜誌 1999年11月號 (140期)http://bats.earth.sinica.edu.tw/