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2016-06-01活動斷層「個性」怎知曉？
558 期
Author 作者
梁勝雄／陳文山／盧詩丁／陳建良
《加州大地震》電影中的眾多特效場景，讓民眾在看電影時有如身處於加州大地震發生當下的場景，雖然電影為了賣座，常常以誇張的特效呈現，不過電影結束後，不少人都在問：地震這麼可怕，地震的發生與活動斷層有何關聯性？臺灣地區有沒有活動斷層？地質科學家是如何「預估」何時可能會再發生地震呢？很顯然電影有發揮它「驚恐」的效果，引起民眾對於古地震地質學研究的好奇。解決這些問題前，我們必須先了解什麼是「活動斷層（active faults）」。
何謂「活動斷層」？活動斷層又分哪些類型？
就學理而言，「目前正在活動或是近期曾經活動，將來也有機會重新活動的斷層」稱之為活動斷層。近期曾經活動的「近期」，各國多有不一之見解，以我國主管機關的定義為例：「過去10萬年內曾活動，未來可能再度活動的斷層稱為『活動斷層』。其中，過去1萬年內曾活動者，為第一類活動斷層；在過去10萬年至1萬年內曾活動者，為第二類活動斷層。」經過宏觀的地質野外調查與斷層活動監測，目前我國主管機關於2010年公布的活動斷層總共有33條，主要集中於東部的花東縱谷及西部丘陵與平原地帶。其中，第一類活動斷層有20條，第二類活動斷層有13條。但是活動斷層的數字並非永遠不變，將來如果有新的科學證據與資料，將會隨證據與資料的健全度進行更新。
了解活動斷層的定義後，如何知道斷層活不活潑呢？中學的物理課本告訴我們：「累積移動之距離為Y軸，時間為X軸，得到的直線斜率就是速率。」所以，地質科學家也用這觀念來定義斷層活不活潑。如果將斷層累積滑移的距離除以時間，將得「斷層滑移速率（fault slip rate）」。如果斷層無時無刻在移動，則能得到一條直線，稱為穩定滑移（stable sliding）（圖一），這代表岩層一旦受力就滑動，能量並不會累積在溫度更高、壓力更大及更深的下部地殼岩層中。然而，地表的活動斷層卻不是這麼一回事。
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圖一：斷層累積位移量與時間的關係示意圖。
依據累積位移量（距離）與時間的關係，研究人員發現活動斷層發震方式主要有兩種，其一為斷層黏滑（fault stick-slip）型，即斷層帶附近岩體強度較強，固鎖（lock）能力較強，需要應力累積至超過岩體的強度，才突然斷裂，釋放累積的應變能量，產生地震，此種斷層型態常常會有週期性的地震活動，如車籠埔斷層；另一種斷層潛移（fault creep）型，主要發生於斷層圍岩較弱或斷層帶中含有孔隙水或是軟弱的岩體，使得斷層帶的固鎖能力弱，在受力的過程中不需要累積太大能量就能造成地表變形或位移，花東縱谷的池上斷層就是世界上非常有名的快速潛移斷層。
藉由精密的地形量測（精密水準測量、全球衛星定位系統、雷達差分干涉法）與地表人工建物破裂等資料，長期觀測後發現池上斷層滑移速率每年約「動」2~3公分，是目前世界上屬一屬二活潑又好動的斷層。話說回來，雖然說「長期」觀測，但累積的資料也不過幾十年的時間，可是大部分的活動斷層個性可都說相當「閉俗」，再現期（recurrence interval）可能由數十年到上千年。我們人類要如何才能知道在數千年的時間內斷層活動過幾次？每次錯動多少距離呢？這裡就是古地震研究的範疇了，而在實務上，研究人員常利用的是「槽溝挖掘」來獲取相關的古地震證據。......【更多內容請閱讀科學月刊第558期】