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• 2018年花蓮地震後，科學家開始深入調查米崙斷層的地質構造，希望了解這條活躍的高風險斷層。
• 他們鑽鑿觀測井並採樣斷層岩芯、收集地層數據，並使用國內首度引進的光纖地震儀觀測斷層周遭動態形變，完成斷層的三維空間即時監測系統。
• 此方式不僅成功監控了斷層活動，還能深入了解地震動力學，未來也可應用在都市管線、山崩、火山、海床等監測需求。

 
2018年2月6日，花蓮發生規模6.2的地震，對當地造成重創。斷層帶沿線穿過整個花蓮市的人口密集區域，震度7的強烈搖晃造成多棟建築物倒塌與毀損，總計17人不幸罹難。社會各單位在當下全力動員協助賑災，消防救災體系於第一時間搶救寶貴生命，土木技師則勘驗受損結構物並分析地表強震紀錄。此外，地球科學家也在當下探勘破裂地表，並經由地震震源機制判斷出此次地震是由米崙斷層造成，後續也進行地質構造調查，釐清斷層的可能位置，深入研究地震的科學過程。
 

鑽入地層

根據經濟部地質調查及礦業管理中心（舊稱中央地質調查所）的歷史地震紀錄，米崙斷層近年於1952年與2018年共發生兩次災害地震，地震活動週期不到百年，應當加以關注。為進一步了解這條活躍的高風險斷層，並深入探討地震中孕震、發震、震裂的科學過程，中央研究院地球科學研究所與中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心合作，共同執行「跨米崙斷層井下光纖地震研究」計畫（以下簡稱米崙斷層計畫）。
 
經米崙斷層計畫團隊評估後，決定選址於米崙斷層北段七星潭地區，鑽鑿兩口對偶觀測井，分別是井A（hole-A）、井B（hole-B，圖一a）。深度700公尺的井A位於斷層上盤並貫穿斷層帶，在深度361～523公尺斷層帶附近進行岩芯取樣；井B深度500公尺，位於斷層下盤（圖一b）。鑽井過程中，同步進行鑽探泥漿溶解氣體觀測與岩心氣體的採樣，以便了解地層氣體的組成與辨識破裂帶位置。鑽井完成後，在裸井狀態下以電測儀器對地層收集地層參數，包含P－S波速、孔隙率、電阻、密度、溫度、自然電位、井偏與井徑等。後續分別在兩口井內安裝最新地球物理觀測設備⸺光纖地震儀（圖一c、d），以長期且近距離方式監控斷層活動。
 

圖一｜花蓮米崙斷層深鑽計畫
（中央大學地球科學系王乾盈提供；作者提供）

（a）高精度震測剖面成像分析。黑色垂直實線代表兩口鑽井的深度，黑色斜虛線為推測的米崙與鄰近斷層的位態，紅色實線為光纖線纜，分布在井內與地表， 黃色區塊為岩芯提取的深度範圍，橘色與藍色結點為井下地震儀的安裝深度。


（b）結合井下與地表光纖地震儀跨斷層的空間分布，紅色箭頭為光纖纜線布放方向改變處，在觀測空間上依序為井A、井A 地表（surface A）、中華電信（CHT）、井B、井B地表（surface B）五個區域。


（c）井下光纖線纜安裝的現場照片。


（d）地表光纖線纜埋設的現場照片（七星潭區域）。
 

以光纖調查地震的科學原理

在觀測儀器方面，除了在觀測井套管內安裝不同深度的井下地震儀，也使用了目前最先進的光纖地震儀。光纖地震儀能夠觀測光纖沿線上公尺等級節點的動態形變（dynamic strain），頻段可達千赫茲（kHz）的人類聽覺頻段，所以也被稱作分散式聲波感測技術（distributed acoustic sensing, DAS）。由於斷層帶在觀測井的深度範圍僅約數十公尺，DAS是目前唯一能夠以高空間解析度近距離觀測斷層活動的震動監測儀器。……【更多內容請閱讀科學月刊第648期】