震源機制球手繪 Demo 與原理展示

地震學作業:P波初動解(Focal Mechanism)之幾何投影實作

圖表成果對照

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利用投影網格手動繪製之初動極性分佈

Reference Solution | 程式正解
程式正解圖

程式繪製下半球等面積投影(多測站觀測解)

P波初動解繪製原理

地震震源機制解(Focal Mechanism),俗稱「沙灘球(Beachball)」,是利用地震發生時,震源向四面八方傳播的 P波第一動(First Motion) 方向來推導斷層幾何形狀的方法。

💡 幾何投影核心概念 我們將震源想像成一個球心,當斷層產生錯動時,震源周圍會被劃分為四個象限:兩個壓縮區(Compression, 介質推向測站,初動向上 [+])與兩個擴張區(Dilatation, 介質拉離測站,初動向下 [-])

劃分這四個象限的兩個垂直平面,分別是斷層面(Fault Plane)輔助面(Auxiliary Plane),在球面上互為交線,我們統稱為節面(Nodal Planes)。藉由將球面上的觀測資料投影到二維平面上,就能完美解出震源的滑動型態(如正斷層、逆斷層、走滑斷層)。

基礎幾何與對應參數

  • 方位角 (Azimuth, Az): 測站相對於震源的正北順時針夾角(0° ~ 360°),決定點在投影網上的圓周角度
  • 出射角 (Take-off Angle, i): 震源射線向外發射時與「鉛直向下」方向的夾角。
下半球投影網格性質: 圓心 = 0° (垂直向下) 圓周 = 90° (水平射出)

手動繪製核心訣竅(避免翻車)

⚡ 世紀大誤會:出射角到底是「由內向外」還是「由外向內」?

絕對是由內(圓心)向外數格數! 構造地質學在畫岩層傾角(Dip)時,外圈是 0°、圓心是 90°(由外向內數);但地震學畫震源機制球時,圓心是 0°、外圈是 90°。因此,出射角 70° 代表它接近水平射出,點必須靠近外圈,也就是要從圓心向外數出 70°(或由外向內數 20°)。

1 出射角 ≤ 90° 的常規點(下半球發射)

範例:AXDP (方位角 271° , 出射角 70° , 極性 [-])

  • 在描圖紙邊緣標記方位角 271°(正西方)。
  • 旋轉描圖紙,將該記號對齊網格的東西水平軸
  • 圓心(0°)出發,沿著水平軸向外數 70°,在格線上點下點位。
  • 依照極性,繪製對應之記號(空心圓圈)。

2 出射角 > 90° 的朝上點(上半球發射)

範例:EWT (方位角 219° , 出射角 148° , 極性 [+])

  • 朝上的射線無法直接畫在下半球平面,必須利用對蹠點(Antipodal)原理穿過球心投影。
  • 換算公式: 新方位角 = 219° - 180° = 39°
    新出射角 = 180° - 148° = 32°
  • 找到新方位角 39°(東北方)轉到水平軸。
  • 同樣從圓心出發,由內向外數 32° 點下點位(記為實心點 [+])。