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 捕捉本地震动 — 峰值地面加速度在地震监测中的关键角色

捕捉本地震动 – 峰值地面加速度在地震监测中的关键角色

王卓瑶、林静芝
2025年6月

提及到地震,相信大部分人都会想起日本、印尼、菲律宾等地。至于香港,大家都不禁疑问:「香港真的有地震吗?」香港位处欧亚板块之内,并非处于地壳板块边缘,与活跃的环太平洋地震带相距颇远,最近的地方约600公里,地震风险的确远低于那些地震活动活跃的区域。土木工程拓展署辖下的土力工程处的研究亦显示香港本土及离岸地区没有显著的近代断层活动迹象[1]
然而,这并不代表香港完全不受地震影响。自1905年起,天文台已记录到200多次本地有感地震,平均每年约两次。这些地震大多源自邻近地区,有些则是较远地区的强烈地震,虽然震感有限,但仍能被市民察觉。历史上最严重的一次是 1918 年在汕头附近发生的地震,距离香港 300 多公里,当时香港少数建筑物的墙壁出现轻微损毁,是有记录以来唯一在香港引起损毁的地震[2]
由于香港人口稠密,在有感地震发生后,迅速有效地传递信息以避免公众恐慌至关重要。作为官方地震机构,香港天文台需快速侦测本地震感及评估地震对香港的影响,而「峰值地面加速度」(PGA)正是其中的关键指标。

地震烈度与峰值地面加速度的关联
比较天文台发布的「强地震报告」和「本地有感地震报告」,你会发现后者提供更多资讯,其中反映对本地影响的参数是地震烈度。烈度与震级不同,震级反映的是由震源释放的能量,一种震级只会有一个数值,震级每升一级,能量就约大32倍,相隔二级的震级其能量相差约1000倍。烈度则描述地震对不同地点的影响或破坏程度,并受与震中之间的距离、地质条件、地震破裂的方向等因素影响(图一)[3]。香港采用修订麦加利地震烈度表(Modified Mercalli Scale,简称MMS)来表示烈度(表一)。
国际上,除了在地震发生后在地震周边地区展开调查外, PGA亦是衡量地震烈度的重要客观指标。PGA表示地面上一件小物件所经历的最大加速度,即地面在地震波通过时所经历的最大速度变化率,通常以重力加速度(g,1 g 约等于9.8米每平方秒)或「伽」(Gal,厘米每平方秒, 1 Gal 约等于 0.001 g)为单位表示。它能直接量化测量点附近的地面震动,有助评估震动对个人、家具、房屋、地质结构等所产生的影响。
图一
图一  地震参数示意图。

烈度 情况
I 无感。
II 在楼宇上层或合适位置,且在静止中的人有感。
III 室内有感。悬挂的物件轻微摆动。类似小型货车驶过的振动。
IV 悬挂的物件摆动。类似大型货车驶过的振动。停放著的汽车摆动。门、窗、碗碟发出响声。
V 室外有感,方向可以估计。绝大部分睡者惊醒。液体激荡,少量溢出容器之外。放置不稳的细小物件会移动或翻倒。
VI 人人有感。多数人会惊慌跑出户外。不易稳步而行。窗户、碗碟、玻璃器皿碰破。
VII 站立有困难。汽车司机感到地震。悬挂的物件抖动。家具破坏。用料脆弱及工艺不佳的砖石建筑出现裂缝及损毁。
VIII 行驶中汽车受到影响。没有加固砖石建筑出现损毁,部份倒塌。
IX 大多数人恐慌。用料脆弱砖石建筑被摧毁。
X 大多数砖石建筑及木屋均连地基摧毁。水坝、沟渠、堤岸受严重损毁。大范围山泥倾泻。
XI 铁轨大幅度弯曲。地下管道完全失去作用。
XII 破坏几乎是全面的。巨石移动。地形改变。
表一    香港采用修订麦加利地震烈度表(MMS)来表示烈度。

天文台如何监测地震活动?
天文台在不同地点包括港岛半山区宝珊道和尖沙咀天文台总部设有宽频地震仪,并与世界各地数百个地震站实时交换波形数据,以监测全球地震。天文台同时运作设有短周期地震仪的地震站,分布于香港各区。短周期地震仪能感应高频率的地震波,用作探测本地及邻近地震。这些地震站共同组成香港地震台网,记录到的地震波能有效测定香港及其邻近地区地震发生的时间、位置及强度。部分地震站亦设有专门用来测量峰值地面加速度(PGA)的强震仪。由于强震仪直接测量加速度(速度的方向和大小的变化率),不受地震波频率限制,所以能够捕捉超越传统地震仪量度范围的猛烈地震所引致的地壳运动。此外,天文台亦与广东省地震局合作在香港建立一个新的地震烈度计网。烈度计同样收集PGA数据,选址要求比强震仪宽松,价钱较便宜,但同时对较弱信号不灵敏,其作用并不是用来探测微地震的震幅。这个烈度计网在 2024年设置,2025年进行系统调试及数据运算处理。调试完成后,便加入地震台网(图二),提升区内地震监测网络的复盖率。
图二   香港地震台网(2025年3月更新)
图二    香港地震台网(2025年6月更新)。

峰值地面加速度在天文台的应用
当香港发生有感地震,天文台除了参考由市民经网上表格或电话所提交的有感地震报告外,还会参考PGA来判定地震烈度。为了更真实地反映市民的感受或观察, 天文台利用过往一定数目的有感地震事件,分析以筛选过的市民报告得出的地震烈度与仪器测量的PGA值的关系,从而建立了一套基于仪器数据为客观基础的本地地震烈度等级。
2022年3月14日,广东惠州海域发生了一次4.1级地震,在香港的东北偏东约92公里,天文台接获超过一万名市民报告表示感到震动,是自1979年天文台设立短周期地震站网及有详细市民有感地震报告记录以来最多,部分市民报称睡梦中惊醒。天文台的强震仪网络在地震发生后约一分钟记录到与该次地震相关的信号,其中位于香港东面的元五坟地震站录得全港最高的PGA为 20.7伽,而其余分布在其他地区的地震站录得的PGA则为 6伽以下(图三)。天文台最终综合PGA数据和市民报告,判定烈度为修订麦加利地震烈度表上的IV(四)度。
另外,PGA亦有助验证微地震的真实性。微地震是震级在2级或以下的弱地震[4],通常不易被察觉,但若震源位置较浅,且接近市民活动区域,仍可能有市民感觉得到,个案包括2024年3月11日在香港大屿山发生的2.0级地震。由于微地震的地震波向四周传播时,它们的能量会随著震中距离增加而逐步衰减,加上起始波幅小,侦测到的地震站数量非常有限。自动分析可能因此而出现误判,例如将远距离台站记录但又与微地震无关的地震波纳入计算,导致定位偏差及震级被高估,所以需要进行手动波形分析。PGA测量提供了事实核查过程中有力的客观证据,更可在天文台收到市民报告前,提醒可能发生了有感地震。
图三   2022年3月14日2时29分广东惠州海域发生4.1级地震前后香港天文台的五个强震仪所测量到的PGA。
图三    2022年3月14日2时29分广东惠州海域发生4.1级地震前后香港天文台的五个强震仪所测量到的PGA。

天文台地震台网的未来发展
香港天文台致力不断加强地震监测能力,在香港及其邻近地区加设地震站,2025年的计划包括在屯门的蓝地和位于珠江三角洲以南的黄茅洲,务求进一步提升地震站点的复盖率,并与广东省地震局合作,完善区域地震监测站网,加强粤港澳大湾区地震监测的能力,进一步增强地震资讯服务。