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2017-09-01地震預測的科學與迷信
573 期
Author 作者
周漢強／國立臺灣大學地質科學博士，現任臺中市立清水高級中學地球科學專任教師，研究興趣為地震、地球內部構造與板塊運動。
每次臺灣發生大地震，大多都會造成嚴重的財產和生命損失。但是中央氣象局每次都只說這是「正常的能量釋放」，卻沒有辦法告訴大家什麼時候會發生大地震。網路上傳言有一位預測地震相當準確的「王老師」，總是能夠在大地震發生前就預測出地震發生的時間、地點和大小。如果地震真的可以預測，那麼掌握大筆研究與觀測經費的中央氣象局為什麼無法預測？如果地震真的無法預測，那麼這位王老師為什麼又可以常常準確預測地震的發生？究竟地震的預測是怎麼回事？
神準？王老師地震預測
去（2016）年的2月6日，臺南發生大地震，造成維冠大樓倒塌，許多民眾不幸喪生。結果今年的2月11日， 臺南又再次發生大地震，雖然沒有造成太大的災情，但是因為時間點和去年大地震的日期非常相近，讓很多當地民眾心裡都覺得「毛毛的」。就在這個時候，網路上一位聲稱地震預測神準的「王老師」發佈消息說，這次臺南地震發生的時間、大小和位置，完全符合他事前的預測。一時之間，各大媒體又開始爭相報導王老師過去準確預測地震的輝煌記錄，以及他對未來地震發生的預測。大家也許會很好奇，為什麼王老師可以準確預測地震？我們就先來看看王老師的預測是怎麼說的。
王老師的預測之一：2017年2月8~15 日將有一波「全球大震期」，全球規模6以上的地震將會明顯增加。
結果：2017年2月8日巴基斯坦就發生了規模 6.3 地震；11 日凌晨臺南近海隨即發生規模5.6強震，震度6級， 時間完全正確！
在這個預測中，提到全球規模6以上的地震，我們可以查詢一下去（2016） 年全球地震統計資料，統計規模6以上的地震總共有146 個，平均每個星期發生2~3 次這樣的地震。所以，王老師預測從2月8日開始的那個禮拜地震會明顯增加，那麼理論上應該會有3個以上的大地震發生。結果根據同一個網頁的資料，全球在這個時段發生規模大於6的地震只有2個，不但沒有明顯增加，甚至還比平均值低。
除此之外，把2月11日的臺南地震算進去就有點魚目混珠，因為臺南地震的規模是5.6，這樣規模的地震能量大約只有規模6的1/4，全球每年發生這樣規模大小的地震非常多，不是只差個零點幾這種概念。至於說這個地震的最大震度6級和地震規模6也是不一樣的概念，無法混為一談。
所以認真分析起來，這個被當作「神準預測」的案例，其實比根據統計數字瞎猜還不準確。
王老師的預測之二：2017 年2月7日他曾在社團中發布地震預測，表示在全球大震期這段時間，臺灣南部受到《南半球能量流》分流出來的能量衝擊也將會發生一波規模6.1地震。
結果：臺南在2月11日發生規模5.6的地震。
就是這個預測結果，讓王老師被認為非常準確預測出大地震的發生。就地震發生日期來說，看起來非常準確；以地震發生地點來說，臺南確實是在臺灣南部；以地震規模來說，規模5.6 和他預測的規模6.1 相差大約了6倍的能量，準確度就有點勉強。但是以基本的地震預測來說，預測地震發生的時間、地點和大小，這個預測看起來似乎「還算準確」！
但是，同一篇報導中王老師自己就提到，他其實在2月9日就發現地震能量「衰退」了，而且他還在2月10日宣布「解除警報」。結果2月11日發生地震，他才解釋說這是地震能量「衰退的痕跡」，並強調他宣布解除警報時明明有說「還是要留意」，看起來有點在硬拗。其實這次王老師預測臺灣南部地震不只是提早解除警報，而且他當時預測地震發生的地點其實是在屏東以南。
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圖一：全球地震監測資料。全球各地幾乎無時不刻都在發生規模大小不同的地震，圖中紅色圓圈代表過去24 小時內發生的地震，橘色圓圈代表過去48 小時內發生的地震，黃色圓圈代表過去2 個星期內內發生的地震，粉紅色小點代表過去5 年內發生的地震。圖中左上角圓圈的大小代表地震規模的比例。（地震學研究機構聯合會）
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圖二：中央氣象局彙整地震資料。圖中是2017 年2 月臺灣地區所發生的有感地震紀錄。圖片右方的圓圈大小代表地震規模大小的比例尺，顏色代表地震震源的深度。（中央氣象局）
即使我們不考慮王老師事先取消了自己的預測，以這麼精確的時間範圍內、發生地震位置相差這麼短的距離、以及地震規模「只」差了6 倍左右的能量來看，這樣的預測是不是算準確呢？是，算準確。但是這種預測就像我們站在紅綠燈下面，預測紅燈等一下會變成綠燈一樣也會很準確。我們可以從中央氣象局所發佈的地震觀測統計資料結果來看，所謂的「臺灣南部」，其實一個月內發生的地震數量非常多。稍微驗證一下就能夠發現，這種預測根本意義不大。
其實，我有加入過王老師的地震預測臉書社團，也曾經留言提出像上面那樣的質疑，結果就是立刻被踢出社團，我只好另外申請一個帳號加入，而且乖乖不說話。臉書上還有另外一群人成立社團，專門統計王老師的預測和實際結果的比較（臉書社團名稱：聊【他們】聊【牛】說【地震】），顯示王老師的地震預測準確度其實相當低。如果大家不相信這個網站的統計結果，可以自己加入王老師的社團，自己統計一下。根據我的觀察，王老師常常提早「解除警報」，以避免自己的預報變得不準，但他這次一解除警報就地震，實在也太倒楣。
如何正確預測地震
地震的發生真的可以被預測嗎？首先，我們把地震預測和降雨預測做個比較，目前中央氣象局隔天的降雨預報可以預測到每隔3 小時的降雨機率，和鄉鎮大小範圍的區域（大約方圓10公里左右），但降雨量的大小預測則比較困難，目前降雨機率是以降雨量超過1 毫米（mm）為標準。姑且不論預測的準確度，至少這樣的降雨預測符合降雨發生時間、地點和一部份降雨大小的預測。如果要發佈地震預測，同樣也必須有地震發生時間、地點和規模大小的項目。
要預測降雨，首先要瞭解降雨形成的原因，然後再根據這些影響降雨的因素可能會怎麼變化，才能預測降雨的發生。所以要預測地震的發生，當然也要先從造成地震發生的原因開始看起。
地震發生的現象可以簡單用一隻塑膠尺來模擬，當我們用兩隻手把一隻塑膠尺拗彎到塑膠尺最後被拗斷的瞬間，兩隻手可能會因為塑膠尺的震動而覺得手麻麻的，這個過程就很像地震發生的過程。地球表面有很多大小不同的板塊，這些板塊一方面卡在一起，二方面又各自往不同的方向移動，所以在板塊交界處附近的岩層，就會承受不同方向的力量在推擠或拉扯。這些位在板塊交界處附近的岩層就像是塑膠尺，板塊移動的力量就像是我們兩隻手的施力。板塊持續在推擠，當岩層斷裂或錯動的時候就會發生地震。
從這樣的敘述中我們可以發現，影響地震發生的條件包括：
一、地震發生的地點：多是在板塊和板塊交界處的附近，像臺灣就位在菲律賓海板塊和歐亞板塊的交界處附近，所以常常發生地震。
二、地震發生的規模：塑膠尺的大小、厚薄和材質，以及施力的大小甚至速度，都會影響塑膠尺斷裂時反彈的力道。因此板塊交界處附近的範圍大小、組成岩層的材質特性和板塊運動時相對的速度，都會影響地震的規模。不過塑膠尺通常是整隻被折斷，但整個板塊交界處附近的岩層可能只有其中一部份被折斷，情況要複雜許多。
三、地震發生的時間：即使是用手拗斷塑膠尺，我們都很難預測塑膠尺會在哪一秒鐘斷裂。更何況是在板塊交界處附近的岩層，這些岩層的範圍又大、結構還有不同的變化或可能只斷一半。所以我們雖然盡力分析這些岩層的結構，卻仍然無法完全掌握岩層斷裂的確切時間。
綜合以上地震發生的特性，我們可以感受到地震預測的困難度和不準確性。目前世界各地最普遍的地震預測方式，是根據假設板塊運動的方式大致不變、板塊交界處附近岩層結構也沒有巨大改變的條件下，發生地震的規模大小和時間間隔應該會差不多。所以，像是在美國西岸聖安得列斯斷層附近的地震預測，就會以一段時間範圍內（例如2036 年以前），這個區域內發生規模6.7 以上地震的機率來報導地震預測。由於越大規模的地震發生頻率越低，所以時間拉得越長、可能的範圍（誤差）也就會加大，甚至我們也找不到那麼久遠以前的地震記錄。偏偏我們最在意的又都是「大」地震，造成一般地震預測被大家覺得「沒用」的印象。
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圖三：美國地質調查所2008 年公布的地震預測。（美國地質調查所）
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圖四：利用地表變形程度來預測地震發生的可能性。
最近這幾十年來，科學家進一步把地震預測的目標放在地震發生前的徵兆，像是塑膠尺彎曲到什麼地步就表示尺快要斷掉了，我們觀測地表變形的程度，來估算岩層斷裂或錯動的可能性。但是，到目前為止預測結果都很令人喪氣，還沒有任何準確到讓人驚訝的預測，不準確的倒比比皆是。所以，真正的科學家因為瞭解地震發生原因的複雜度，大多會對地震預測很保守，無法提供大家可以接受的地震預測，因為就算提供了也不夠準確。
目前臺灣正在努力建置的是地震預警機制，利用地震發生之後，最先抵達的地震波來計算地震位置與規模，搶在劇烈的地震能量到達之前發出警報，幫大家爭取幾秒鐘到幾十秒鐘的準備時間。不要小看這幾十秒鐘的預警，只要高鐵能夠從時速300 公里減速下來，可能就會拯救數百條人命來看，這樣的預警措施還是相當有用的。
孫子兵法提到：勿恃敵之不來，恃吾有以待之。如果我們無法預知地震的到來，隨時準備好面對地震，從建築、設施、應變到避難都做好事先規劃，都好過任何不可靠的地震預測。
〔註一〕
根據中央氣象局所公告的地震規模計算方式，是採用芮氏規模（ML），公式為：ML= logA - logA0
其中A 是地震儀所觀測到的最大震幅，A0 是地震儀與震央之間距離遠近的修正。因為地震規模是對數（log）值，所以規模每相差1，震動幅度就相差10 倍；但規模相差2 的時候，震動幅度並非相差20 倍，而是相差100 倍（10 的2 次方）。
芮氏規模與能量大小之間的換算可以採用下面這個簡單的公式：logE = 11.8 + 1.5ML
公式中的E 就是能量，兩個不同地震規模（ML1 和ML2）之間的能量大小（E1 和E2）比例，可以把上面這個公式改寫成：E2/E1=10(1.5(ML2-ML1))
當兩個地震的地震規模相差1 的時候，釋放出來的能量大約相差32 倍（10的1.5 次方），當地震規模相差2 的時候，能量大約相差1000 倍（10 的3次方）。
像是地震規模5.6 和6.0 之間，看起來數字大小只相差0.4，好像差距不到10％，其實換算起來能量已經相差將近4 倍。
一般新聞常會以「丟在廣島的那顆原子彈」的威力大約等於規模6 的能量當作基準，來計算其他地震規模所代表的能量大小。
延伸閱讀
1. 美國地質調查所統計全球地震資料，https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/browse/。
2. 聊【他們】聊" 牛" 說" 地震"，https://www.facebook.com/quakepredictmyass。