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)


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