2016年5月31日

活動斷層「個性」怎知曉?

作者/梁勝雄(經濟部中央地質調查所技佐。專長構造地質、活動斷層調查。)、陳文山(國立臺灣大學地質科學學系,專長層序地層學與地震地質學。)、盧詩丁(經濟部中央地質調查所科長,專長第四紀地質與活動斷層調查。)、陳建良(經濟部中央地質調查所科長。專長大地測量、活動斷層及地表變形觀測。)

《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。

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。......【更詳細的內容請見科學月刊第558期】


圖一:斷層累積位移量與時間的關係示意圖。

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