為什麼一下是主震，一下又變前震了呢？

文／阿樹  《震識：那些你想知道的震事》副總編輯

身在地震頻繁的臺灣，相信在地震後若常關心報導，便不陌生「前震」、「主震」、「餘震」等名詞，這些名詞從字面上看來就簡單易懂，是故媒體報導也總是朗朗上口。只是熟悉這些名詞並不代表理解這些詞的意涵的用法，雖然這件事情過往的文章如《斷層上的短暫瞬間：動與不動之處(下)》一文中也曾簡單提過。不過因為常有看到誤用的情況，還是忍不住再寫一篇說明白！

地震序列中操作型定義的分類

很多時候我們習慣從「前因後果」來了解事物，不過這些名詞的使用，時間卻早於了解它的前因後果之前。舉個例來說，日本地震學之父大森房吉在提出餘震時間分布的關係式的文獻是在1894年發表[1]，但關於地震成因為斷層的彈性回跳理論的文獻，則是到了1910年才問世[2]。也就是說這些詞的發名與知道它的成因無關，而是以直接觀察的角度來作分類。

這時我們再來看定義：發生在相近時間、空間(不單是地表，地底下的深度也鄰近)上的一連串地震，可以稱為「地震序列」，而地震序列中的地震，依照發生次序可分為前震、主震和餘震，難以判別主震的地震序列稱之為群震[3]。這時我們可以思考幾個問題：

• 問題1：某地發生了一次規模4.5的地震，幾個小時內又發生了一個5.0的地震，接著幾分鐘後又來了一次規模4.7的地震，那誰是主震？

這個問題比較簡單一點，依照前述的定義，第一次的規模4.5為前震、規模5.0的為主震、最後一個規模4.7的為餘震。

• 問題2：承上，在介於規模4.5地震和5.0主震的那段時間，地震學家有可能知道規模4.5的地震是個「前震」嗎？

以目前我們對地震的了解，這還是很難做到的事，要是能知道的話，那等於是臨震尺度的地震預測了！

因此我們可以發現，某個地震是屬於前震、主震還是餘震，是有可能隨時間變化的。某個地震過後發生了更大的地震，那時間上較早發生的那次地震就會變成前震，而下圖的報導截圖，便是混淆了分類定義的例子。


餘震比主震大？這一定是有什麼誤會！(截圖自新聞)

所以這些分類很重要嗎？ 
先說結論：它曾經很重要，現在看起來應該還是很重要。

之所以重要的理由，在於我們在建構一門科學論點的時候，最需要的就是觀測並找尋規律。我們應該也都會同意，某個大地震的地震序列中，規模最大、釋放能量最多的那一次地震，是我們最需要關注的，因此稱之為「主震」，頗為合理，而在主震前的小地震就稱為前震、之後的地震則稱為餘震。而在地震儀問世後，隨著足夠的資料累積，我們才有辦法探求其規律。

 
「餘震」在這部分研究發展較為完整，因為其規律較為顯著。

在此先貼心小提醒，接下來的內容涉及數學公式，如果您有看了數學式子會頭昏的症狀，可以跳過此段到最末段。
 
早在1894年大森房吉就提出了大森法則(Omori's law)，說明餘震會有衰減的規律，而且可以用數學式表示：

其中N(t)是主震後的餘震數量，t是時間，K、c為常數，代表餘震是直接和時間接近反比的關係。大森房吉當時以為數不多(相較現在的地震資料非常少)的資料下，分析出餘震的規律性，著實不易，是很重要的科學進展。

大森房吉在1894年在發表期刊上提出的大森法則，可看到fig.1漂亮的個數衰減趨勢線(圖片來源)

 而到了1960年代前後，宇津德治又稍作修正，加了個衰減指數p，讓這個公式更能適用在更多情況(名為修正-大森法則或大森-宇津法則)。

同時，在1954年，建置「芮氏規模」的芮克特(Charles Francis Richter)和古騰堡(Beno Gutenberg)也對於餘震的規模提出了古騰堡-芮克特法則(Gutenberg–Richter law)，提出餘震除了數量上的變化，還有規模上的變化，這個變化規律就很複雜了：

式子中的N是發生規模M的餘震個數、a、b是常數。
 
簡單來說就是餘震的規模「大致」上會隨時間變小，但要細究下去，其實應該是「規模越大的餘震，發生的機會會隨著時間過去而降低」。因為餘震並不是百分之百的衰減，而是有一定的趨勢性變化，因此這個公式等同是在餘震的統計分析上加上了規模的考量。

先有了觀察，才去推敲機制的科學發展
 綜合上述的地震研究，加上我們對斷層行為了解的演進[3]，現在我們已經了解，餘震是大地震後斷層上的應力重整的行為(不一定完全在斷層面上，也可能在鄰近區域)。所以實際上我們要判斷某個地震是否為前一個大地震的餘震，除了考量空間上是否有相關、是不是同個斷層的作用之外，還有上述的古騰堡-芮克特法則與修正-大森法則等作為科學上的依據。

 接著我們繼續看下個問題。 

• 問題3：再承前面提到的第2題，如果又過了3年，同個地方又發生了一次規模4.5的地震，又該如何分類這個地震？是5.0主震的餘震？還是下一次發生主震的地方？

要回答這問題，得要先了解現今對餘震產生機制的看法：

一般來說，如果當地震後的個數已恢復到接近大地震發生前的背景值(註)，這時大概也可以算是一個地震序列已結束，但規模非常大的地震，就較難定義。像是規模9.0的311東日本大地震的五年後，仍有規模達7.4的餘震。聽起來或許會覺得「怎麼可能這麼久還有影響？」但試想一下前面提到的古騰堡-芮克特法則，其實就告訴我們餘震並不是「一定越來越小」，而大地震後對鄰近地區岩層受力情況的影響也甚大，斷層的應力重整過程釋放的能量也相對較大，就像是不同劇烈程度的運動後乳酸堆積的程度也不同、恢復時間也可能隨著運動越劇烈而延長的概念。

所以，看似粗略的前震、主震、餘震分類，卻在漫長的科學研究中發現了不簡單的地方，至少在餘震的行為上，我們已有長足的認識。不過直至現在，這些地震的觀察與分析仍還尚未足夠，理想上，我們希望能從同一個斷層、不同次的大地震序列的地震資料統計尋找規律，便能藉此來預測下一次地震。但實際上許多大地震之前是沒有明顯前震的，這讓科學家很難找到前震的規律性，加上斷層滑動的行為經常也不單純，能量的釋放不一定完全反映在地震之上(如之前提過的「潛移斷層」)，這樣一來斷層累積能量的程度便不易從地震活動評估。尋找地震前兆的方法或是觸發地震的成因，或許其實還在前震的資料中只是尚發掘，又或者還有更多的資料等待我們去收集，這也正是現代地震學家們的重要課題之一！

 參考資料與延伸閱讀：

[1] Omori, F. (1894). On the aftershocks of earthquakes. Journal of the College of Science, Imperial University of Tokyo. 7: 111–200.

[2] Reid, H.F.(1910), The Mechanics of the Earthquake, The California Earthquake of April 18, 1906, Report of the State Investigation Commission, Vol.2, Carnegie Institution of Washington, Washington, D.C.

[3] 斷層上的短暫瞬間：動與不動之處(下)

[4] 斷層「動靜之間」的學問—關於「潛移斷層」