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2019-09-01近期臺灣西南部會有大地震嗎?從斷層錯動與潛移談起 597 期

Author 作者 景國恩/成功大學測量及空間資訊學系副教授。
臺灣西南部即將迎來重大災害性地震嗎?有個說法,認為地震有所謂的「能量釋放」,那麼2010年甲仙地震與2016年美濃地震是否已經釋放一部分能量,讓大地震發生時間可以延後,甚至是已經全釋放了?

之所以會有上述問題產生,是因為臺灣西南部發生過數起災害性歷史地震。讀者耳熟能詳的事件可能包含1906年的梅山地震、1946年的新化地震、1964年的白河地震或1998年的瑞里地震(圖一)。從統計學的角度來看,似乎臺灣西南部每隔約20~30年就會發生一次重大地震事件(圖二);換言之,這幾年間似乎是臺灣西南部發生重大災害性地震的高危險期!
 

圖一:在最近 1 世紀,於臺灣西南部發生的地震所造成的死傷人數。



圖二:近百年以來臺灣西南部的地震分布圖。
 

斷層錯動是地震背後的兇手

如果從地震發生機制來看,地震的發生幾乎都和斷層錯動有關。由於斷層的錯動,導致累積在斷層上的能量以地震波的形式傳遞出去,才產生了威脅人身安全的地震。雖然目前人們還無法精確掌握斷層錯動的時間,以此進行地震預測,但可以尋找有可能產生地震的活動斷層(又稱發震斷層)為目標。因此,確認活動斷層錯動的可能性,成為人們評估某一地區地震發生機率的重要工作。

那麼,要如何得知這條斷層會發生地震?首先,必須先從已知的地震歷史中觀察,知曉臺灣西南部發生過數次災害性地震,代表此區域有很多條發震斷層,並且也能暗示和幫助人們該往哪個方向去尋找發震斷層。此外,少數如1792年的嘉義地震和1906年的梅山地震由於發生位置非常接近,甚至連地震規模也近乎一致,若斷層釋放能量前的累積狀況類似,那麼這兩個地震則可能是在同一條斷層上重複發生。所以,將這些活動斷層的位置找出來,就能協助探討地震潛勢。

那麼,近10年來的大地震和過去的災害地震是否相關?回顧過去重大歷史地震的位置,可以注意到一個地震空間分布特性:以新化-左鎮一線為界,在2010年的甲仙地震之前,主要的災害性地震幾乎都發生在此線以北的地方;直到2010年,才有甲仙地震與2016年的美濃地震在新化-左鎮一線以南造成嚴重的地震災害(圖三)。換言之,2010年的甲仙地震與2016年的美濃地震,和過去的災害性地震應該是屬於不同的「發震斷層系統」。不僅如此,根據野外地質調查、鑽井、槽溝開挖、地形特徵判釋、地震觀測、地球物理探測和大地測量監測等活動斷層調查成果,也分析出類似於上述的判斷。


 

圖三:2010年前後地震位置圖表。



為了解地震發生機率,除了運用前述地質與地球物理方法找尋斷層位置,還需要知道現今「斷層的能量累積速率」,才能計算斷層活動潛勢。利用大地測量手段獲得地表變形速率,則是其中一個評估斷層上能量累積速率的方式。一般而言,地表變形速率快,斷層累積能量的速率和斷層長期滑移的速率也會較快。根據目前的數據指出,除了東部縱谷地區之外,西南部是臺灣西側地表變形速率最快的區域,活動斷層能量累積速率也最高。

 
此外,在臺灣地震模型組織(Taiwan Earthquake Model, TEM)即將發 表的TEM 2019地震潛勢評估中,顯示西南部幾乎是全臺地震危害潛勢最高且範圍最大的區域。這也說明 2010年的甲仙地震與2016年的美濃地震對於西南部地震能量的釋放,其實並沒有特別的幫助。然而,這就是最終的地震潛勢分析結果嗎?
 

泥岩層是西南部地震新變因?

斷層活動研究與地震潛勢分析的工作中,有一個很重要的假設,那就是斷層的錯動會對應地震的發生。這一個假設,對於世界上絕大多數的地區而言都適用,但是,此假設是否也適用於臺灣西南部

會提出這樣的疑問,首先,是因臺灣西南部有非常厚的泥岩層,例如有名的月世界地形(惡地地形)就和厚層泥岩的發育有關。值得一提的是,臺灣東部縱谷也有一個月世界地形,雖然其地形發育和臺灣西南部有些差異,但大體上都與泥岩或泥質基質有關,而其中的池上斷層就具有「斷層潛移」特性。所謂的斷層潛移,是指斷層在平時會透過不斷地緩慢錯動,在不產生地震的情況下釋放能量。潛移量升高時,此斷層的地震發生機率也會不斷地降低。巧合的是,如此的斷層活動行為也會產生很高的地表變形速率。也就是說,泥岩區中的高地表變形速率可能和高斷層能量累積速率無關;相反地,此結果可能和活動斷層的潛移行為有關,簡而言之,即臺灣西南部的地震潛勢可能沒有人們所想像的高!


此外,過去臺灣西南部的構造發育被 認為是脫逸構造(tectonic escape) 在主導,簡單來說,就是高地表變形速率都和活動斷層的運動有關。但是,厚層泥岩的存在,至少還可能會發育出2種重要的構造型態,即活動背斜與泥貫入體(圖四)。
 

圖四:泥貫入體示意圖。(參考自Kop, 2002後繪製)

活動背斜指的是仍在發育中的背斜地層結構,同樣會造成高地表變形速率,然而也同時釋放其所承受的板塊擠壓能量。

或許讀者不知道什麼是泥貫入體,但一定聽過泥火山。如果將泥貫入體與泥火山對應常見的火山活動,其就像是一個地底的大型岩漿庫,而泥火山就是地表的火山。再用擠牙膏來比喻,泥貫入體就是那一條正在被擠壓的牙膏,泥火山就像是牙膏口被擠出來的牙膏。在過去的想像中,泥貫入體的活動只存在於海域,陸地上的泥貫入體被認為不再活動。但是,成功大學測量及空間資訊學系與中正大學地球與環境科學系近期的合作研究成果指出, 國道三號的南二高中寮隧道與2016 年的美濃地震地殼變形特性,都極有可能和陸域泥貫入體的現今活動有關,並透過和既有活動斷層發生交互作用來主導臺灣西南部的地表變形型態。不僅如此,泥貫入體的活動同樣也會造成高地表變形速率,並釋放掉部分擠壓能量。


儘管科學家進行眾多預測與分析,不過地震發生的背後,仍有許多大大小小的變因,牽動著每次地震的規模和型態。而泥岩層究竟在臺灣西南部的地震中扮演什麼樣的角色,仍需要地震學者更深入研究和評估,才能讓人們對西南部地底下的斷層有更詳細的了解。


西南部該怎麼防震?

雖然在厚層泥岩的影響下,臺灣西南部實際上的地震潛勢可能需要重新檢視,但是目前學界仍在研究該如何估算被釋放的能量,因此,地震風險的評估,仍建議以現有地震潛勢的計算值來進行防震規劃。

除了現今常見的防震準備與對防震教育的落實,如何改善地震保險機制,應該是另一件需要大家重視的焦點。就如同常見的意外險、醫療險或火災險,透過地震險的規劃,可以分散坐落在地震發生高風險區中建物的損害風險。然而,現有地震保險的計算方式,並沒有考慮到各地不同的地震風險,同時也普遍不被民眾所重視,是現階段需立即改善的地方。

傷人的往往不是地震,而是倒塌的建築物,而是否會倒塌,主要和地震造成的地動強度有關。然而,根據 2016 年的美濃地震及歷史地震 所造成的災害型態都指出,過去臺灣西南部地震的地動強度可能都被低估。此外,不論是當年的甲仙地震、美濃地震、新化地震,還是更早梅山地震,都指出臺灣西南部在遭遇重大地震時會伴隨土壤液化,
如 2016 年的美濃地震,造成的傾倒或受破壞的數棟大樓,皆是直接和土壤液化有關。儘管在中央地質調查所的努力下,全臺土壤液化潛勢圖已經公告,但其精確度仍需靠各界後續的研究工作來驗證與精進;而土讓液化所造成的危害,更需要被各界關注,不僅如此,在建物的設計上也需要審慎考量。


不容忽視的危害

最後,如本文前面所提及的,斷層潛移是臺灣西南部一個重要的地殼變形特性,雖然斷層潛移並不會對於遠離斷層的人員與建物造成任何損壞,但是,對於坐落在潛移斷層上的建物,卻會在平時持續性地受到斷層錯動而造成破壞,例如位於池上的大坡國小、玉里的玉里大橋與國道三號南二高的中寮隧道。因此,確認重要公共設施、重要工廠廠房或住家並沒有坐落在潛移斷層上,也是臺灣西南部面對地震與斷層相關災害時需考慮的重點。

感謝中正大學地球與環境科學 系温怡瑛教授、李元希教授與中央地質調查所陳松春博士提供本文相關專業資訊。

延伸閱讀
1. Ching, K.-E. et al., Rapid deformation rates due to development of diapiric anticline in southwestern Taiwan from geodetic observations, Tectonophysics, Vol. 692: 241-251, 2016.
2. 洪怡貞,〈利用2002~2015年大地測量資料探討臺灣西南部現今構造之運動特性〉,成功大學, 2017年。
3. 楊名等人,〈廣域大地變位之利用GPS監測分析 與解算─以國道3號田寮3號高架橋及中寮隧道 大地變位監測為例〉,《中華技術》,第119期, 122~135頁,2018年。