2022年10月15日 星期六

你給翻譯翻譯,什麼叫做斷層?什麼叫做構造?什麼又叫做前震?(0918臺東地震序列)

文/阿樹    震識:那些你想知道的震識  副總編輯

今年(2022)9/17、18兩天,花東地區發生了兩起不小的地震,芮氏規模分別是6.4(關山地震)和6.8(池上地震)。而這組地震序列引起大眾媒體關注的議題,在此羅列一下:

  1. 有許多地震衍生的災情,包括斷橋、校舍損壞、地表破裂,不斷在媒體與社群網路上傳播。
  2. 明明震央在池上,為什麼災情都在玉里?甚至更北方的地區也有災情?
  3. 中央氣象局對於主震、前震有幾次改口的狀況
  4. 有學者提出兩次為獨立主震、雙主震的不同看法
  5. 中央地調所公布的活動斷層中並沒有學者或媒體上提及的「中央山脈斷層」

而接下來,我們除了回答上述問題,也細聊一下關於從這次地震,我們能學到哪些「震識」?


橋斷有兩種,預防之道各不同

首先,這次最令大家印象深刻的畫面,應該就是高寮大橋了,空白影像看出橋體幾乎柔腸寸斷,而報導中也常見提到3月初震壞後,6月維修完成,但9月的強震還是讓橋倒塌了。先不論結構評估是否有問題(因為我們也不是專業技師),但我們若把高寮大橋的倒塌和1999集集地震的埤豐橋相比,可以發現,埤豐橋是受斷層切過,地震的同震抬升讓橋柱受力不均而倒塌,而高寮大橋則是受地震動直接的作用力而破壞橋柱。

若想要避免如同埤豐橋一般被斷層切過而斷橋,可利用地質調查避開斷層線,要是選線上真的避不開,也可以盡可能考慮斷層面的錯動方式而設計,譬如增大跨距以減少橋柱位於破裂帶上的機會。至於高寮大橋,其實該橋梁完工於30年前,若造成倒塌的作用力已大於當時的設計標準,那麼我們該思考的,就不只單一斷層或地震,而是全臺的公有建物的評估,是否足以抵擋未來它可能會遇上的最大地震,檢討評估方式、增加耐震性也是預防這類災害的唯一解方。

0918地震後高寮大橋倒塌。來源:公共電視

921集集地震時,埤豐橋橋墩崩塌。來源:國家地震工程中心

災害分布,看「等震度圖」
接者,要回答為什麼有些地方離災區較遠,卻有比較大的災情,這題其實阿樹可以提供一個暴力又好懂的回答:
「去看等震度圖!(尤其是規模6.8那次)」
通常規模大一點、有明顯的水平向破裂行為的地震,常會看到等震度圖中震度大的地區不是同心圓形的,而是長形的,花東縱谷主要的斷層都是近南北方向延伸,當斷層的破裂向北時,地震釋放能量也會隨之向北,高震度區向北分布自然也就合理了。當然還有伴隨的場址效應,造成某些地方因地質條件的因素較大。另外,2020年起改制的震度的分級,也可以幫助我們「看出」這個現象,因為在5級、6級震度「細分」了「強、弱」,加上運用「地動速度」來考量高震度的情況,等震度圖對應的災害分布,也會比舊制震度再精確一點。

第111號 9月18日14時44分 規模 6.8 (池上地震) 震度分布圖。來源:中央氣象局


前震、主震、餘震?你搞得我好亂啊!

在震後的幾天,阿樹最常遇到問題就是「地震學家怎麼定出前震、主震、餘震?6.8的地震確定是主震嗎?」這些問題我一律回答:
「別急,先讓餘震序列明顯一點兒。」
一般來說,幾天內地震有開始轉小、變少,就是快要結束地震序列了。不過這本來就很難斷定,所以我也等地震過了一週後才開始構思、滿一個月才刊出這篇文章。

從1894年發表的大森餘震法則,可以知道大地震後的餘震規模大致會變小、數量也會衰減(詳情請見文章〈為什麼一下是主震,一下又變前震了呢?〉)。而從現在人們對斷層的理解,或許其背後的機制,可能是因為斷層錯動釋放能量後,仍有一些地方會未達平衡,或是應力重整的關係等等。但在某些情況下,有些大地震的發生,是來自於同一個斷層系統上的前次地震所誘發,特徵是時間關係會相近(數天~數小時),但這並不是必然會發生的現象,如果是必然,那我們就會知道哪個是前震、哪個是主震了。

不過,似乎有學者說「這是兩次獨立的地震」耶!那到底中央氣象局說的對,還是學者比較正確?簡潔版的回答是:
與其說誰對誰錯,不如說氣象局的回答比較「粗略」,學者的分析比較「精確」
其道理就如同字面上所述,而原因也很容易理解,氣象局監測地震目的是在於「測報」,也就是快速的取得地震發生時,震源、規模、震度等重要資訊。可是學者的目標不一樣,他們會更在意地震的機制成因、各地震間有什麼樣的關聯。而關山(M6.4)與池上(M6.8)兩次地震的中間,已經可以看到6.4的地震後餘震衰減的情況,而兩者的時間差久了一點(雙主震時間更接近)、規模差異近了一點(一般前震會比主震再小更多)、距離與所屬斷層系統又很有可能為同一系列,實際上就地震剛發生完是很難確認的。學者會認為是兩次主震的主因,或許是跟它們「有各自的餘震的分布序列具不同趨勢、斷層滑動的機制又有點差異」的關係,所以傾向認為這兩次都是主震,是否互有關連就有待後續研究了。


中央山脈構造?斷層?知道這個要做什麼?

先談談為何媒體會著重報導這些看似偏學術的資訊,我個人的觀點是,既然學者都說地震無法預測,那麼或許從其它角度「旁敲側擊」的問出「下次大地震會在哪」,就變成大多數媒體記者的主要目標,因而會進一步詢問地震成因、是否有已知未知斷層的活動性。這代表著多數媒體開始理解地震難以預測,但仍鍥而不捨的想求知的信念,其實這是非常值得鼓厲的,但要問這些問題,知識落差就會變大了,可以從這系列的問題方向,看出大家真的疑惑重重:
  • 氣象局指出「這次地震很奇怪」,可能是有「未知構造」
  • 台東強震由「中央山脈斷層」引發?學者:台灣缺乏「孕震帶」調查
  • 「玉里斷層」應該改為「中央山脈斷層」?
  • 「中央山脈構造」跟「中央山脈斷層」差在哪?

這系列的問題,在報導者9/23刊登的文章〈918池上地震可能解開半世紀中央山脈斷層之謎──我們如何與「未知」斷層共存?〉中幫大家蒐集大量的資訊,在此我們用比較簡潔扼要的方式來敘述這套脈絡,並再補上一些資訊。

花東縱谷在某些(或者大多)學派的認定上是板塊交界,交界帶上本來就會有斷層,其中較為明顯且活躍的,從北而南是米崙斷層、嶺頂斷層、瑞穗斷層、一直連到池上斷層,這系列斷層有三個共同點:
1.中央地調所目前都以「虛線」表示,代表斷層在地表出露的位置不是很確定
2.即使是虛線,斷層也是比較靠近海岸山脈側的
3.現有的資料看來,這些斷層在地下多數呈現向東傾沒的分布

而臺灣地震模型(TEM)的團隊的孕震構造圖,除了將米崙斷層往北延伸到海中、到接近2018年0206地震的震央附近之外,從花蓮市南段起,粗暴的將上述其他斷層整個畫成一條「花東縱谷斷層」。把斷層「連」在一起,也意味著它的最大可能地震規模會變大(因為相同的錯動量,長度越長規模會越大)。這也不是隨意亂畫,因為1951年花東發生了一系列的地震,這些分段好像都有動過,加上地表位置、地下分布也都相近,把它們畫在一起似乎也有其理論依據。

接下來我們來談談東側中央山脈山腳附近的「中央山脈構造(斷層)」,為什麼有些學者不講斷層而講構造,主要是因為東側除了玉里斷層之外,中央地調所並無畫定這條斷層的存在,而學界對於其位置、分布與存在性仍多有討論,因而有了以「潛在孕震構造」中的「構造」來入名的權宜之計。

而這條中央山脈構造,一般會認為是一組向西傾斜的關係,所從地表的餘震震央分布來看,這系列構造的「震央」就會落在中央山脈底下,而前面提到的縱谷斷層系列,震央則會偏向海岸山脈底下。話說回來,過去阿樹也在研討會中看許多學者「神仙打架」般的討論這些事證,因為看得到地震,但近年來此地區的地震不多也不大,地面的跡證總是稍嫌薄弱,看法仍難以有共識。

臺灣地震科學中心(TEC)提供之即時地震事件教材



本次的系列地震,是儀器觀測以來首次有地震序列發生,而地表也有不少破裂痕跡,目前無論是中央地調所還是各方學者仍在研究中,或許再過陣子我們便能了解更多關於這條構造或斷層的樣貌、特性和未來發生地震的可能性。但現在我們還是可以從前面的「故事」中,理解幾件重要的觀點如:

1.學者有看法不同,常常是當下沒有對錯可以判斷的
2.學者都是「有多少證據就說多少話」,但專業領域不同,對各項證據力的認知也會有差異
3.保守一點的學者,會認為要等發現夠多斷層跡證才能畫定
4.另一方面,也有學者是基於考量防災減災規畫,認為當跡證到某個程度時就該公告周知

所以才說為什麼這些事情要花時間寫個科普文給大家,即是因為科學理論仍在演進、科學證據仍有不確定性,大家期待的解答的問題科學無法給出極為明確的答案。當看到這些看似衝突甚多的結論,請先不要執著於「對錯」,而是想想這些資訊如何應用於防災。以下這些提問,就當大家的回家作業吧!(x

1.山腳斷層孕震機率不算高,但它要是動起來很可怕,我家是不是老舊建築呢?
2.臺灣西南部斷層孕震機率都偏高,若來不及搬家或重建,居家防震準備要再多一點嗎?
3.花東本來地震就很多、颱風又常直擊,住在山區的人們因應受困而做的防災準備,應該和都市的狀況不一樣吧?

PS:活動斷層vs孕震構造的分布,大家可以自己比對其差異~~

經濟部中央地質調查所  活動斷層分布圖    

台灣地震模型 機率式地震風險評估 (TEM PSHA2020)


延伸閱讀:

2022年1月4日 星期二

地震來惹,要衝去救孩子,還是先顧好自己?

文/阿樹    震識:那些你想知道的震識  副總編輯

地震來了!如果你遇到的情境是:

家裡不到一歲的小朋友在房間好不容易哄睡著了,我短暫去洗個澡,就剛好地震了!此時該怎麼辦?

(A) 先自保!如果爸爸媽媽在搶救過程中滑倒受傷,孩子只會更無助無援!父母好,孩子才會好。

(B) 先救孩子!嬰幼兒無法自保只能靠父母,這是爸爸媽媽必須承擔的職責。


問這個問題不是單純要給解答,而是要從這情境開始談防災教育,過去對此情境主流的說法,常會是「先自救、再助人」,所以常會主張以下幾個觀點:

1.不知道該怎麼辦時,「趴下、掩護、穩住」是最簡單重要法則。

2.要因地制宜的選擇「對自己最安全」的避災方式。

3.與家人先做好約定和演練、等平安時再尋找其他人。

所以,如果宣導「地震來時先即時掩避,等搖晃變小再去找家人」這個概念,或是「地震來時不要先急著開門關瓦斯」,偶爾會引來反對立場:「可是這是人性本能啊!」「我就因為沒開門沒困住過啊!」「不是說要小心火災?」而大部分的防災宣導場合(包括我在分享的時候),還是會以「先考慮自己,行有餘力再去顧其他人,否則你受傷更得不償失。」


防災的理論和實務落差

確實就「理論」上,最保險的做法就是就地掩護,但實際上的情境總是會比較複雜,除了文章開頭小朋友的情境,還有以下這種:

年邁需要照護的長輩和我睡2樓同一房間,我下樓喝個水時就發生地震了,我當然是要馬上衝回二樓安撫他啊!怎麼不行了呢?

地震來襲的總是很突然,一般來說是很安全的短暫離開情境,瞬間就變不安全,如果您在地震時做過類似上述的行為,我覺得不應受到嚴厲責備,因為您的心態沒有錯,災害發生時這些對象都可能缺乏自救能力,身為有自救能力的照護者,去盡自己的保護責任也是可以理解,甚至會對於血緣關係的親人「捨身」也常有所見。


小朋友無法自理時,要怎麼提供救助呢?這是個很重要的防災議題。來源:wikimdeia


防災建議不是要自救,難道親情比防災還重要?

防災還是很重要,只是如果發現建議是違背人性本能或是心理認知的話,那麼防災的建議就是無效的。就像是你知道一直滑手機對眼睛肩頸不好,但要完全捨棄也很難時,或許會以減少不必要的使用作為對應方案一樣,防災應該也有「因人而宜、循序漸進」的做法。


比如說,我會建議用「練習」取代「禁止」。

因為要扭轉人們的認知是很難的,因此我們僅能就目前人們會想做的情況,加以修改微調成「比較適宜防災」的做法,然而地震總是來的很快,因此要練習的話,在家裡設想幾個極端的情境,比如上述的兩種情況,都很難在5~10秒(見附註1)衝到家人身邊,然後協助他們掩護。所以,在10秒內您必須要做到:

身體包上浴巾,穿好拖鞋衝出浴室抱小孩。

爬上樓梯,再衝到房間內。


如果沒有經過練習,災害來襲時想要做一樣的事,中途受傷的機會往往會大增。想像一下如果都沒有練過籃球就直接上場比賽的話,就算沒有扭傷,難免都會有肌肉拉傷或全身酸痛,而我們要衝到家人身邊是為了「協助」,如果在受傷的情況下,能協助對方的能力也會大打折扣,先不論防災,光是目的就已經有些違背了。所以如果無法扭轉「家人優先」的偉大想法,那麼對這些人來說更好的建議首選應該是「練習」。

我個人還認為,這種練習,還可以再精進一點以貼近「真實情境」,我建議如果會想嘗試在地震搖晃中去執行救援任務的朋友,不如著好安全帽和全身護具(安全第一),然後去地震體驗設施(見附註2)試看看您有沒有辦法站得穩又能依自己的想法移動,相信你們會覺得電影中的巨石強森無比厲害(笑)。真正體驗過您會發現,這真的超~級~難~

為免誤解,我們也在此強調,「防災先自救」仍是個最佳的臨震應變建議,所以針對成人或是家中有稍微大一點、像是已經上幼稚園的孩子,我們還是會建議「顧好自己」為最佳選擇,您也可以跟孩子一起練習防災,強調「你和爸爸媽媽一樣都要先自己躲好,之後我們要在○○會合。」給魚吃不如教釣魚是不變的法則,如果孩子已經能學習怎麼釣魚的話,那就趁早教他吧!


不變的守則:事前準備

我想如果有人真的去針對類似上述的災害情境練習,難免會發現有做不到的情況,像是「10秒內無法爬上樓梯進房間」、「有可能中間有櫃子會倒下」等狀況,這時就是檢討家裡擺設在地震時是否會影響逃生,以優化地震的應對。

剛好最近和開咖啡店的朋友聊天時,朋友也提到他將所有易碎的玻璃物件底部都加上防振墊、櫃體也做好基本固定,以因應地震防災,而會這麼做的原因是因為他曾有地震過後打掃一地碎玻璃的經驗。臺灣大大小小的地震很多,比較常發生的中型地震不會致災,但也多少能幫我們檢測家中的脆弱地帶,或許每一次我們都會發現一些新的問題,就在這些不斷修正中的過程,逐漸成長強壯,就像上述請大家練習防災情境一樣,最後做選擇的是您、對所在環境最熟悉的也是您,練習不會沒有用,反而還有助於您災時的選擇。


「平時做準備,災時不狼狽」

在此引用臺灣防災產業協會podcast(BOSAI Taiwan 防災台灣)的片頭標語,跟大家說明,沒有100分的標準答案,只有越做越高分的最佳答案!


連貓都能教好地震防災,大概就不用擔心了吧?

附註:不考地震預警系統,P波到S波到達某地的間隔如果是10秒的話,理論上震源位於所在地有75公里以上的距離,考量人的感受會比較不靈敏、需要再花時間掩護、再加上距離100公里以上的地震造成的震度可能也較小,文中即以10秒做為可應變的時間極限

附註2:有地震體驗設施的地方:台北防災科學教育館台中九二一地震園區高雄科學工藝博物館、部分縣市消防局的地震體驗車


2021年10月13日 星期三

斷層漫談IV:看了斷層潛勢圖,先別急著搬家?你可做的選擇其實更多

文/潘昌志(阿樹)

日前,經濟部中央地質調查所公布了「水平速度場與斷層活動潛勢圖」,這是一張用來理解斷層與地震風險關係的地圖,對於國土規畫與防災整備有莫大幫助,但是對一般大眾來說,這張圖可以幹嘛呢?

來源:經濟部中央地質調查所


先從地震的風險與潛勢關係談起

講潛勢圖前,應該先讓大家理解「地震的風險」是什麼與其重要性,但這很難很難很難說清楚,所以本文盡力的簡化說明,也希望大家可以正確的理解並應用科學的資料來做好地震的防災準備!

由於風險是機率問題,一開始先用大家容易理解的博弈,來思考兩種不同的刮刮樂:

第一種:一張花費100元,獎金十萬元,中獎機率10%
第二種:一張花費100元,獎金十萬元,中獎機率0.1%

如果預算只有100元,你會買哪一種呢?
「廢話,當然是第一種啊!傻子才買第二種。」

那如果兩個人分別買兩張都剛好中獎了,誰得到比較多錢呢?
「想騙我?當然是一樣多嘛!」

 

機率越高的彩券,就保證買了一定中嗎?(來源:維基百科)
By Tianmu peter, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=51751005

此時,我們把機率問題改成斷層發生地震的情境,假如有兩個斷層經過科學研究後得到的結果是:

斷層甲:未來30年發生規模6.5以上地震的機率達30%以上

斷層乙:未來30年發生規模6.5以上地震的機率小於5%

如果有人說:「跟斷層乙比起來,住在斷層甲旁邊的人,災害會比較嚴重嗎?」
那就是「錯」的,兩邊比較災害時是以同樣的基準點,就如同前面刮刮樂獎金一般。這也是蠻常見的迷思。

實際上,上述的結果就是要告訴大家:「住在斷層甲旁邊的人,比住斷層乙旁邊還容易遇上規模6.5以上的地震。」

換句話說,如果今天政府想分配有限的防災資源或是提出建築補強的計畫,著重斷層甲附近可能會比較迫切。雖然這不算地震預測、我們也不知道下一個大地震一定會先發生在斷層甲上,但決策上,總是需要發生的機率這類科學的數據,來分配有限的資源。

不過,真實災害發生的情況仍為未知,如果僅止著眼於「不同斷層的潛勢高低比較」,覺得住在潛勢低的地方就心安了,那可就不妙了,畢竟風險仍在,不代表不會發生。所以在談這樣的潛勢圖時,一定要謹記上面提供的災害程度發生機率。只是,目前地調所公告的圖資先將災害程度均一化,本文確實也僅能從機率問題來著手,暫時無法考慮極端情況。

此外,對一般大眾來說,解讀就不是像政府端一般是放在資源分配上,而是個人投入防災的效益之上。看到發生地震的機率,很自然的人們會去思考「我應該離地震發生機率高的斷層遠一點」這種想法來解決問題。但是,在大家選擇居住地時,斷層潛勢不會是大家最主要的考量因子,很多時候反而是工作、家庭等因素是最主要的選擇原因。因此更實務的解讀斷層的地震機率潛勢圖,應該是就目前居住地的風險程度,決定要投入多少防震防災的資源。

先重新分類防災做為再來思考
將防災作為分成短期、中期、長期逐一說明,是一般防災專家常跟大家說明的脈絡,但這次我們改採防災資源的運用觀點,將一般民眾可以做的防震防災措施,依付出成本(時間或金錢)分成不同層級。簡言之就是:如果我要做防災準備,要花多少錢和時間?這應該很「務實吧?」我們先將簡單的區分成三個層級來看看:
層級一(成本較低)
學習並熟悉災害的知識,準備防災避難包、定期進行防災演練、養成注意逃生動線的習慣,將屋內的櫃等家具以簡單的方式固定在牆上

層級二(成本中等)
針對家中的家具,用更加穩固的方式固定(比如選擇系統櫃),裝設相關自動化設備(地震自動斷電、斷瓦斯),老舊房屋請人做耐評估、新購房屋增加地震保險

層級三(成本最高)
選擇更耐震的建築、將所居住的老舊建築補強或砍掉重練、想辦法搬到相對地震風險最低的地方

上述的方法是很粗略的,比如層級三的選擇耐震建築或補強,可能從幾十萬到上千萬都有,但確實可以讓我們很快的理解個人對防災的花費該如何計算。

或許有人會說:啊可是我就沒有錢買什麼超級耐震的住宅啊!窮人的命就比較不值錢嗎?

從解讀地震機率潛勢到運用
這時,「地震機率潛勢」就派上用場了,比如說我們如果居住在潛勢機率較高的地方時,可能會有兩種思考方向:

把家變的更耐震(對已經買房子的人而言)
「附近」有沒有更適宜居的地方(租屋族或可以換屋的人)

把家變得更耐震,對一般大眾來說似乎是金錢成本太高的做法,因此大部分的人應該會想說「那有沒有辦法搬到安全一點的地方?」或許可能考慮搬家到經濟上能負擔、對生活影響不會太大、且相對較安全的地方。可是,真的要落實又不太容易,因為像是工作地點、家庭等因素說不定在選擇居住地的評估時占了更高權重,使得自己不得不屈居於高地震風險的環境之中。

可是,即使無法買貴三三的房子或是搬家,積極的進行進層級二和層級一的應對仍有一定幫助。當大地震發生時,穩固的家居至少能減少傾倒的機會、事先準備的避難包和防震演練,也應該能發揮第一時間不慌張的應對,達到減災的效果。

當然,我們還可以用另一個角度思考,那就是將風險納入長期規畫,比如現在雖然搬不了家換不了房也沒錢補強建築,但可以設定長期目標,有計畫的儲蓄或慢慢尋找適當的住宅,以逐步降低或分散風險作為折衷方案。

企業在進行防災準備時,一定會考量「發生的機會」和「造成的損失」。當發生的機會越大時,理所當然會去思考有沒有「一勞永逸」的方式針對常發生的事件進行防災或減災,用比較貼近大眾的例子,或是老師想避免學生忘記帶作業(應該蠻常發生的吧?),一定會讓學生寫在聯絡簿上提醒,而一般對發生機會高的防災措施,要嘛成本不高、要嘛就是做了之後效果會很顯著。實際上比較難以應對的應該是「發生機會雖低但損失無法負荷」的災害,常會因為損失無法負荷,所以會有錯誤設想或不切實際的設想,比如「因為無法負荷屋毀人亡」而將一般住宅做到達震度7級也不會損毀的程度,反而會變成沒有幾個人買得起的房子;還是地震工程界常說的「大震不倒、中震可修、小震不壞」的程度,搭配著不同地震潛勢,才是更加務實的手段。

雖然地震災害是發生在一瞬間的事情,但也是「準備期」特別長的一種災害型式,但比起這兩年肆虐全球造成民生重災的Covid-19肺炎疫情,我們對地震災害的了解更加明確,至少知道地震對人們的危害多發生在建物上,也希望藉由此文的引導,有助於大眾理解斷層地震潛勢並活用防災知識。

2021年9月28日 星期二

斷層漫談III:地震無法預測,但卻可以給你機率讓你好猜一點?甘按捏?

文/潘昌志(阿樹)
 
「百分之 70 是 7,百分之 30 是 jack,不是 7,就是 jack…」
這是句老電影台詞(賭俠),電影中利用攝影機偷拍所有玩家手牌中露出的部分,評估各自玩家手上的牌組的概念,其實和「評估斷層的活動性」的概念接近!雖然地震發生的時間難預測,但透過對斷層的研究分析,仍可以評估未來斷層錯動發生地震的機會。

透過前一篇「斷層漫淡II:蝦咪!斷層有分死的和活的?」一文也提到的各式調查、研究與分析活動斷層的方式,這些都有助於評估未來斷層錯動發生地震的機會,本文也將會再進一步說明相關的方式。

話說阿樹查不到對應台詞的畫面…(來源:電影《賭俠》)

要展望未來,就要先了解過去
地質學的名句「現在是通往過去的鑰匙」就是這門研究的寫照,地質方法中的野外露頭探溝調查鑽井資料都可以幫助我們釐清過去所發生的地震事件。如果夠幸運,我們可以從地質調查中找到適合的材料來定年,像是化石、或是含碳的有機物,就可以用碳-14定年的方式求出地層的年代,再利用斷層與地層之間的相關關係,估算出過去地震發生的次數以及大致的時間點。

除此之外,「歷史」也是科學家常用的資料,近代的地震會有一些地震波形或是震度觀測的結果,如1906梅山地震、1935新竹-臺中地震,比較容易推估出地震規模等科學參數。更為早期、沒有儀器紀錄的時代,就只能仰賴史冊古籍或廟誌石碑的記載。雖然這樣的記載方式多少會有些誤差,但至少可以將範圍縮少至兩至三條斷層之內、地震規模也有一個大致範圍。


「現在是什麼情況」也很重要
照理說地表看得到的斷層應該容易被人們發現,但因為臺灣又處颱風很常侵蝕的地方,地表地質作用太過旺盛,斷層常會因為地表風化、沉積物掩蓋及茂密的植生而看不清模樣。另一方面,如果斷層動的速率太過緩慢,也不太容易留下痕跡,但「會動就是會動」,現在人們可以利用先進的科技,找到斷層「有在動」的證據,那就是GPS全球衛星定位系統和精密水準測量。

或許大家對於「GPS」已經很熟悉了,無論車用導航、手機定位都會用上GPS的資料,但原理或許少有深究。GPS乃是利用天上的衛星,透過精密的原子鐘校時,送出位置的資訊,地面上的裝置可利用接收數個衛星的位置與時間資訊,解算裝置的所在位置。雖然一般導航用的GPS定位結果會有幾公尺的誤差,但是用來分析斷層活動的GPS測站,則會透過長時間連續觀測、設定固定基椿以及聯合多站解算等方式來削減誤差,可以讓誤差小到數毫米(mm)的等級,這樣一來每年幾公分板塊的運動、斷層造成的變形特徵都可以一覽無遺,也因為有這樣的科技,便能掌握短期的斷層活動狀況。

而GPS衛星定位在高程的精度上會有較大的誤差,偏偏正斷層與逆斷層又會有很大的變形量是貢獻在垂直方向上,所以除了GPS監測斷層之外,還會利用「精密水準測量」作為輔助。和先進科技的GPS不太一樣,水準測量是利用傳統的光學方式,搭配「一步一腳印」來達到縮減誤差的效果。

只要有固定、已知的高程,搭配上水準測量的儀器,就可以對未知高程的點進行水準測量,利用重覆測量、閉合差等方式就能將誤差縮小到最小。而閉合差的概念,可以想像一個情境:我們從校門口開始量測並透過觀測來計算高程,基本上下一個點的資訊是來自於前一個點,所以如果我們繞著學校一圈回到原點時,基於測量一定會有誤差的假設下,最後一定還是會有誤差,而這個差值即為閉合差。如果閉合差很小、測量中也沒出現失誤,就代這條測線上的水準測量的結果是可信的。水準測量還有其他消除誤差的方式,但大致上都是以和原始基準比對為主,而在不同時間點去測量特定點位的高程差異,對於斷層的精密水準測量,常會要求誤差最少要小到mm等級,才能精確的量測到每年幾公分的地表變形。總之,GPS和精密水準測量,都可以讓我們更了解斷層的滑移速率。

一樣都是科學,但不同證據力有不同的考量
不管是GPS、水準測量,再結合地震統計、古地震分析,或是先前一篇文章提到的地質與地形等證據,都可以直接或是間接告訴我們斷層的活動性,但因為這些事證的證據力與使用限制會有差異,所以統合時就得一一考量,一般會用「邏輯樹」的方式作為原則。

在說明邏輯樹之前,先簡單說明一下各項斷層研究方法的證據力差異和限制

GPS、水準測量可以提供最即時的觀察與分析、地震資料更是能直接告訴我們地下活動的狀況,這些都可以用來評估斷層的「現在狀況」,而且精確度高。
地質鑽探、槽構開挖等方式如果能有搭配地質定年的技術,可以推估過去斷層的滑移速率,藉此就可以評估斷層錯動的再現週期。

先不論精確度,GPS、水準測量與鑽探槽溝皆屬「事實、直接」的資訊,在科學上會有較明確的使用方式。相對於直接的資訊,還有所謂的「間接」證據,其中一項常用的間接證據,就是利用地表地形特徵推估過去的活動:有些是來自航空照片,有些則是野外實地調查,因為斷層假如有在活動,長時間的作用下,就會在地表上留下錯動痕跡,像是平地會因抬升而隆起,如果有河流通過則會隨著抬升而產生河階。這些證據可求出抬升速率,進而作為斷層滑移速率的推估依據。不過,這些推估結果常會有些假設前提:就像是我們知道某人花了30秒鐘從甲地到乙地,但我們不能知道他是直的跑還是S形的跑、跑的過程有沒有統一速度,所以如果沒有其他佐證,可能就要做出不同的假設,比如需要假設斷層累積滑移應變是線性穩定的,或是有加速、減速的可能性。如果我們有的地質資料越少,需要作的假設就得越多,那這樣一來結果的精確度就會下降了。

整合不同精度與證據力的資料並不易,邏輯樹即是用來處理此問題。以加州聖安德列斯斷層長期的潛勢評估方法為例,依序以四大主題來進行:斷層幾何形貌、斷層變形模式、地震發生率模型及總體機率模型。這套方法的精神在於,雖然測量上具有不確定,但透過不同科學切入角度從學理進行辯證,並用「權重」的方式解決大家看法上的歧異。面對同一斷層,證據力越高的資訊,就能有越高的權重。

專家討論的流程與邏輯樹的概念示意圖,修改自WG07, 2008

可是,這樣子的討論「科學」嗎?
確實,我們常常會覺得科學就應該實事求是,所以會理所當然的認為,科學應該要有明確的量測數值或是觀測證據,對於以人為方式討論或是不確定性高的證據,心中的懷疑也會越多,覺得「好像沒那麼科學」?然而,地球科學所運作的尺度之大,常有混雜的尺度需要解決,像是以GPS或水準資料只有數年的資料,但鑽探定年的誤差也正好是以年為單位,兩者的時間尺度就有不小的差異。再加上有些評估斷層活動性的資料,即使目前就只有證據力偏低的資料(如地形特徵或是模型推估)時,我們仍要努去評估斷層錯動的機會,畢竟斷層上發生大地震是件關乎人命安全的大事,也不能因為資料缺乏而不去評估,此時也只能仰賴受過不同科學訓練的專家來討論並評估其證據力及其影響風險程度。

在許多自然與社會科學領域的研究中,本來也就有類似這樣以專家討論意見、或是以權重分配、平均意見等各種統計的方式,凝聚共識以解決不確定性高的議題。有些學者認為斷層該有100公里長、但有些學者則會認為那是個70公里+30公里的分段斷層,有可能一次全部錯動、也有可能一次只動一半,因此透過前面的分析方式與樹狀圖的權重分配,將不同情況的可能性統合評估,找出斷層可能會錯動的地震規模情境、不同地震規模情境下的發生機率等等,將這些不確定性變成量化的機率後,對於後續的運用才更有所依據。地震難以預測,但風險可以管理,地震的危害程度與風險層級,或許是現階段對於中長期地震防災中,較為明確的指標。即使科學確實有極限,但仍然可以從中找到可以幫助人類與災害共存的脈絡。

參考資料與延伸閱讀:

WG07, 2008(州地區地震潛勢評估)
活動斷層與孕震構造之地震災害潛勢評估(中興社防災科技研究中心)
李易叡、鄭錦桐、林柏伸、邵國士、胡植慶、盧詩丁(2012)活動斷層之活動機率評估,中興工程季刊,第114期,第45-53頁