你知道斷層發生地震是可以算幾%機率的嗎？

文／阿樹    震識：那些你想知道的震識  副總編輯

要寫這篇，真的不容易，要讀這篇，也請讀者有心理準備。本文特別感謝 顏銀桐博士 與 詹忠翰 博士 提供相關研究資訊以及指正。

本文的標題是來自《震識》讀者的問題，可以說是等了幾年，難得一見的好問題，我們終於可以開始談各種更新入的地震風險議題。接下來讓我再細述一下這個問題的始末。

近年來，台灣地震模型（Taiwan Earthquake Model，簡稱「TEM」）結合地質、地震及工程等面向，進行了「台灣機率式地震危害分析（Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA） 」的研究，此研究涵蓋了地質、地震及工程等面向。在2015年，TEM公布了包括未來100年、50年與30年台灣可能發生地震的潛勢圖。這是在臺灣第一次有專業人士提供機率式的預估，一開始或許有人會認為這是一種「預測」，不過實際它的用意在於提供較精確的地震風險評估，以應用在都市規畫、耐震設計、災害風險管理以及地震保險等參考。將「明天地震是否會發生」的極大不確定性，用科學、統計與工程的方式盡可能朝問題解決。

而在2021年，經濟部中央地質調查所(現在整併為經濟部地質調查及礦業管理中心，以下簡稱地礦中心)公告了「水平速度場與斷層活動潛勢圖」，主要是針對地礦中心公告的活動斷層，提供大眾各斷層活動的潛勢。這張圖基本原理一樣是基於前述的PHSA的方式所製作的，只是因為對科學事證與計算細節上的認定有些許差異，而有略為不同的結果。而TEM在2020年也公布了新版的分析結果，有眼尖的「震識」讀者，發現了2020年與2015年的差異，同時也對於評估方式細節有更多好奇，由於阿樹在2021年即撰寫了一系列科普文，因此本文將會是基於這些文章的進階說明。還沒有看過的朋友，或許可以先依序觀看：

斷層漫淡II：蝦咪！斷層有分死的和活的？

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？

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

而讀者產生的疑惑有兩個：

1. 孕震機率最高的是中洲構造，如果再現周期僅100年，那上次地震紀錄在哪呢？怎麼沒有紀錄？
2. 彰化斷層的錯動機率為何有時預測很高有時又很低？理論上其上次發生地震在1848年，這樣它的危險性不是比嘉南地區還要高嗎？

這兩個疑惑，我們可以一一拆解。

 

「再現周期」跟你想的應該不太一樣

再現周期這個詞，聽起來似乎暗示著一種精確的循環，但地震學的研究並非如此。這個概念，其實是建立在長期的地質歷史和統計學上，它告訴我們在過去長達數千甚至數萬年的時間裡，地震發生的大致頻率。舉個例來說，某個斷層在1800年、1910年各發生了一次地震，或許我們可以初步估算它的再現周期是110年，然而它並不代表我們在2020年，或是再往後10年的2030內會看到下一次地震。

為什麼會這樣？那評估地震再現周期到底又有什麼意義咧？首先，斷層活動的「實際周期」確實不會有定值，而在某些斷層甚至有超大的變動。以集集地震的車籠埔斷層為例，最後6次地震之間的發生時距最小約200年，最長約700年，且目前已知最早的2次古地震的時距相距約1,200年，這也代表著地震的能量累積與滑移是個複雜行為。畢竟彈性回跳的過程很長，中間的數十年或數百年間，會影響斷層面上力學性質的因素太多，而板塊活動的能量分配又有許多不同的型式，僅靠實際的地震事件評估，仍會有很大誤差。因此實務上的評估不會僅用歷史地震、地層中古地震事件來評估，還包括推算斷層的滑移速率、區域的構造應力變化或鄰近斷層的交互作用等因素，都會納入再現周期的評估考量。

目前台灣西南部的中洲構造在2020年TEM公告的資料中，發生規模Mw6.9的機率為39%，為目前西半部機率最高的孕震構造。而位於台南的中洲構造，確實過往沒有歷史地震或岩層中的古地震紀錄可以參考，所以科學家會用的方式就是分析斷層崖高度、河階沉積物定年(河階意味著地表受斷層抬升而形成)的資料，推算斷層滑移速率。所以其實「不用有上次地震資料」仍然可以推估再現周期。

確實，這樣的地質推論跟實際有地震紀錄的證據相比，「證據力」不能相提併論，所以實際上在做非直接的再現周期的估算時，還會運用地球物理調查，以及利用統計資料與電腦模擬交叉比對分析。至少跟丟銅板的胡亂猜測比起來，這系列的推論都有一定的科學根據。地球物理調查包括了地表如GPS等大地測量的方式，也算是能直接知道現今斷層的滑移速率，而統計方法則是基於地震是部分隨機的情況，至少我們可以知道這個斷層的大致狀態如何。

最後，在理解了再現周期的概念後，釐清一下中洲構造的資訊。根據TEM整理的結果（陳文山，2010），中洲構造的再現周期為50 ~190年。目前阿樹也沒有查到「再現周期100年」的說法，也許是有人將50 ~190正中間的95當作100？但無論如何，再現周期的計算方式是源自於多項觀測和統計的結果，而統計能告訴我們的並不是「一定」會發生的狀況，而是「機率最大的範圍」，所以一般來說不會直接以一個單一數值呈現，如果有，就會是再次簡化的結果。

2015版網頁、2020版網頁

那斷層錯動機率為何會隨時間而變動？

先略談一下彰化斷層機率「忽大忽小」的問題，實際上經過查詢，TEM PSHA2015和TEM PSHA2020對於彰化斷層在「未來50年發震機率」的參數上，分別為Mw7.6 6%和Mw7.6 5%。所以我認為先前讀者覺得機率變動大，最有可能是將2015版多畫的一張「未來100年發震機率」圖拿來比較了，因為時間拉長自然發生的機會也增加了，故發生的機率也從6%上升至12%。不過藉此我們還是可以來談談，到底這些機率怎麼算？而缺乏上一次大地震事件的斷層構造，又該怎麼計算未來的機率？

首先，我們要先定義一下未來可能發生的地震規模大小，前面提到的數項資料就會先用上。如地震歷史的紀錄可以最直接的告訴我們這斷層上「常有的致災型地震的規模」，而斷層在地表的長度、向地下延伸的寬度可以幫助我們推算「最大可能規模」。不過代誌也沒那麼簡單，畢竟太大的地震可能真的不會發生、太小的地震又可能不會有災情，因此不會直接把最大可能規模就作為最終評估結果，而是會考量風險平衡以及地震學告訴我們地震規模與次數的經驗模型，推估獲得各種地震規模大小地震的再現週期。緊接著，就可以使用統計模式(如BPT模式和Poisson模式)來評估各種規模下，特定年限(如30年、50年、100年)的發生機率，而某個規模以下的發生機率疊加就是所謂那個規模在特定年限下可能的發生機率。然而經驗模型跟統計模式就是會有誤差，然而地震學家仍試圖從中找尋中間的平衡點，當然這個平衡點也會隨著持續更新的地震資料及地質證據出現而有所調整。

再來，前面提到的統計BPT模式和Poisson模式，則就關乎到未來發震機率的計算。這兩種模式的基本差異，就是在有上一次大地震事件時採用BPT模式，沒有的話就用Poisson模式。

BPT模式：

當我們有上一次地震的時間(上圖中To)資料，可先利用它的再現周期可以得到一個機率密度曲線(上圖中紅線)，再將現在時間(圖中Tc)和想評估的未來幾年(圖中Tp、A的部分)定出來後，藉由公式就可以得到發生的機率。它考量了過去一次地震的發生時間、斷層性質與彈性回跳理論(密度曲線)，所以它是一個兼具統計理論與地震學的評估方式。

來源：最具潛勢及歷史災害地震之強地動模擬，國家地震工程中心技術報告(NCREE-2005-032)

Poisson模式：

當沒有足夠的歷史證據時，只能假設這個斷層上的地震為隨機發生，且每個事件都為獨立事件時，一般就會採用這個模式。由於這個假設和彈性回跳理論不符合，所以它可能無法反映真實的風險，而且甚至有低估了地震發生機率的風險可能。

來源：潛移行為活動斷層地震潛勢評估方法-以池上斷層為例

不管是TEM PHSA2015還是TEM PHSA2020，如果沒有最後一次地震事件的年代，就只能使用Poisson模式，這是這套模型常被一些學者質疑的地方。但話說回來，如果沒有辦法做BPT的斷層，就放棄估算它的未來發震概率，也不是好事。雖然在網頁上並未完整呈現團隊做了什麼，但實際上，PHSA2020也增了更多複合斷層破裂的BPT模式預估、且利用新的斷層構造資料，至少更新了這些斷層與構造的面積、可能的單次滑移量和再現周期等資訊，來補足缺乏最近一次大地震資料的遺憾，讓地震風險能盡可能合理的被揭露。相關資訊詳見文獻(Chan, et al., 2020 )。

雖然以上說明有點複雜、細節，生硬的統計或地震學對於大眾可能還是難以理解，但至少會能感受到，這些計算受到地質調查證據的多寡、地球物理觀測本身的誤差，加上統計本身就是具有一定猜測(但是合理猜測)的科學，所以有三種情況會讓這些斷層發震機率的結果有變動：

1. 想要估計的時間範圍不同：未來100、50、30年的機率都不同，而理論上時間範圍越大機率會越高，因為地震並非隨機發生的過程。
2. 隨著時間有變動：即使什麼都不做、狀態也不變，斷層也沒有發生任何大地震，理論上機率也會越高，因為我們越來越接近下次的大地震了。
3. 科學發現或科技進步：地質調查或地球物理觀測資料如果更多、或是有更好的理論模型，都會讓估算有所調整，不過是增是減，就不一定了。

最後，還是要跟大家說明一下，公開這些資訊，不單單只是揭露給大眾逐條斷層構造的地震風險，讓大家去比較、去計較可能只有1%、2%、3%的差距也不是原來的本意，而是在許多的防災政策或一般大眾的準備計畫有所依據、建物的安全耐震設計可以有更細致的規範、地震保險和風險管理有個可以計算的數據。讓大家都知道地震雖然不可預測，但還是可以依據不同的需求，做好防災減災的準備。所以，在此請大家更認真的看待以下的「地震危害圖」，最左邊為未來50年有10%機率會遇到的最大PGA值(可以視為震度，1g = 490 cm/s²)，不過一般的震是考量平地，但SA0.3和1.0則是低樓層建物(3~5層)和高樓層建物(10樓以上)的影響。這告訴我們其實就算不在斷層帶正上方，在斷層附近仍然會有很高的震度值，所以回過頭來，我們還是要以此思考現行的耐震規範夠嗎？過去的建物要如何補強？10%的發生機率一點都不低，該是要正視的災害風險啊！

參考資料與延伸閱讀：

活動斷層與孕震構造之地震災害潛勢評估

最具潛勢及歷史災害地震之強地動模擬

2020-中洲構造特徵震源地動模擬

台灣地區地震危害度分析—考慮特徵地震模式

台灣地震模型 機率式地震風險評估 (TEM PSHA2020)

臺灣地震模型 TEM 2020 臺灣地震模型淺層孕震構造資料

Chan, C. H., Ma, K. F., Shyu, J. B. H., Lee, Y. T., Wang, Y. J., Gao, J. C., ... & Rau, R. J. (2020). Probabilistic seismic hazard assessment for Taiwan: TEM PSHA2020. Earthquake Spectra, 36(1_suppl), 137-159.

地球聽診器--鑑古不只要知今，還要知其未來(Part2)

 本文節錄自《妙趣痕聲》一書〈地球聽診器〉部分內文，重新調整編排順序而成

講者／馬國鳳    中央研究院地球科學研究所聘研究員

撰文／阿樹   震識：那些你想知道的震識  副總編輯

地震學不只可以幫助我們觀測地震、研究地震，它還能進一步幫我們了解建築安全，以及評估「未來未知地震」的狀況，本文將一一的探討這些地震科學的應用與未來展望。

地球聽診器也是房子問診的神器

臺灣的地震儀密度已如此之高，但已經足夠了嗎？可能永遠都不夠，因為地球的聽診器還有更多不同的用途。其中，有個重要的用途就是擺在房子裡，幫我們看看房子是否安全。或許大家都有一種經驗，就是當感冒或是不舒服時，講話、唱歌的聲音頻率和原本的自己差很多。同樣的道理，這個情況也可以用在分析建築的妥善程度上。

地震波既然能穿過地底下的石頭，當然也能穿透建築物的鋼筋水泥。假設剛完工的建築是完美無缺的狀態，我們可以先記下建築對於小地震或是背景雜訊所產生的振動特性，而在發生大地震或者是使用多年後，可以再對建築的振動特性進行分析，比對是否和剛完工時的振動特性一致，如果有明顯不同，就代表建築可能有潛在的問題存在。為了分析振動特性，常常會需要把原始的地震波形資料從時間域轉換成頻譜域，也就是原來是以時間為橫軸的資料，在經過轉換後成為以頻率為橫軸的圖形，再加以分析。地震波的「頻率分析」是什麼概念呢？如果用人的聲音來比喻的話，就相當於在描述音色或音高的特質。

能大聲唱高音的歌手，他的頻譜分析可能就會是高頻的振幅（音量）比較明顯；而如果歌手的喉嚨有受傷或感冒時，我們就會發現在唱同樣歌曲時的頻譜分析結果也會長得不一樣，也就是我們俗稱的燒聲（喉嚨受傷）。

如果建築物裡只裝設一臺地震儀，那麼對於分析建築物振動特性的能力是有限的，因此通常會需要裝很多臺，而且數量愈多愈好。但是，若買一臺地震儀要花上一百萬臺幣，那麼買十臺就要花一千萬。這樣的花費對於只為了分析出建築物的健康而言，投資未免也太巨大了！但如果有更低價（比如一千元等級），而且仍可以收到需要的資料品質的地震儀，那麼就可以大量安裝，幫助我們達到監測建築物的目標（圖4-10）。由美國的史丹佛大學以及加州大學溪邊分校的兩位年輕學者柯克倫 (Elizabeth Cochran) 與勞倫斯 (esse Lawrence) 共同發起的捕震網 (QCN, Quake Catcher Network) 計畫以及開發的相關儀器，就包括了小型USB介面的微機電 (MEMS) 強震儀，這類型的儀器輕巧、方便，就能逐步實現將大量地震儀放置於建築內監測的計畫。目前馬教授的團隊也在積極整合國內對於地震科學與地震工程的專業，推動相關計畫的執行。

圖4-10  地震儀的價格與尺寸的關係。地震儀隨著價格 (price) 和尺寸 (size) 減小，可以裝設的量 (unit) 變得更大，應用將更廣泛。

而說到在建築物裡放置地震儀，或許有人也會想問：「地震時，高樓總會感覺搖晃特別大。那麼地震到底會隨著樓層放大多少，這個問題有辦法透過儀器得到準確的答案嗎？」因為每棟建築的特性總是不太一樣，這個問題在過去很難回答。比如在總高度為三十層的高樓中的第十層樓，和總高度為二十層的高樓中的第十層樓，即使兩棟樓房就坐落在隔壁，但因為建築本身的共振頻率不同，它們在同一個地震中受到地放大效果也會不盡相同（圖4-11）。所以當未來若有更多不同樓房類型、樓層高度的建築都擺設了許多地震儀，藉由更多的觀測資料，或許就可以更容易找到建築和地震之間的振動關係，說不定哪天還能做出分樓層震度的評估呢！

圖4-11  利用不同樓層中的QCN地震儀進行頻譜分析。來源出處：梁文宗博士。

從地震模型中尋求避災之道

地震工程上有一句名言：「殺人的是地震、不是房子。」地震主要造成的人命損失，絕大部分都是因建物倒塌或是後續的火災所造成的。故「大震不倒、中震可修、小震不壞」就是防範地震災情的重要目標。因此建築師設計房子時，地震學家可以藉由地震模型，分析未來地震的可能性，以提供建築師耐震設計的參考。

地震的機制雖然可以簡化成彈性回跳理論模型(圖4-15)，然而彈性回跳理論的模型中，我們對於斷層最不瞭解的部分，正是慢慢累積應力的第二階段，也就是應力長期間慢慢累積的過程。因為斷層上的應力從零逐漸累積一直到錯動的過程，所費的時間真的太久了，如果是大地震，可能會需要百年至千年以上，而我們能用全球衛星定系統或精密測量精確觀察到的部分，也就僅僅只有最近十幾年的資料。但如果是利用地質資料推算應力累積的變化，其中一些方法的誤差與不確定性又大，儘管統合計算是可行的，但沒辦法做得太精確。

圖4-15  「彈性回跳理論」的地震反覆循環機制示意圖

針對不同的資料，需要找尋它們可以使用的限制，並將這些資料依照可以相信的程度，以不同的權重加以分配計算，最後利用統計的方式來找出「最大發生的機率」。這又是一系列難以解釋的流程，簡化來說就是我們會依照各種資料，逐步建立發生機率的模型（圖4-16）。第一步驟為斷層模型，是利用地質資料剖繪出斷層的樣貌。第二步驟為變形模型，是將已知的斷層累積能量的資訊代入。第三步驟為綜合上述兩者得到地震發生機率模型，並利用已發生的地震資料、歷史地震或古地震資料，找出再現周期和其誤差範圍。在上述這些流程中，我們將所有可以調查到的資料都盡可能的套用到斷層發震的模型上。而像是地震再現周期的年份，也將會藉由統計運算轉換成機率以利風險評估。因此最後所得到的結果會以「未來〇〇年，〇〇斷層發生規模為〇〇地震的機率為百分之〇〇」來呈現。

圖4-16  活動斷層與孕震構造潛勢評估的四大流程。來源出處：Field, E. H. (2008). The uniform California earthquake rupture forecast, version 2 (UCERF 2) (Vol. 1138). US Geological Survey.

如果把地震發生機率的分析結果應用在一般住宅建築上，就會以五十年為目標時間，意思就是如果要蓋房子，就得讓房屋至少在未來五十年內不會因大地震而損壞。所以最常見的地震風險機率圖，上面所寫的數值就會以未來五十年的機率為主。比如中央地質調查所在2021年公布的「臺灣活動斷層未來發生規模6.5以上地震發生機率」，便標示出了在未來五十年內，哪邊發生大地震的機率較高，大家也就能依此圖瞭解到，應該趕緊去補強鄰近哪些斷層的建物了。而像是臺灣地震模型組織在2015年公布的「未來五十年地表振動強度機率分布圖」（圖4-17），更直接以模擬的結果告訴大家，未來五十年某個地方因為地震產生的最大震度有多大，而該地的房子就應該以此為標準來設計。不過對大眾來說，或許五十年有點太遠，而且並非人人都是住在新蓋好的房子中，所以也有些資訊會以未來三十年或十年做為呈現方式，如此一來對一般大眾應會更具實用性。

圖4-17  地表振動強度機率分布圖

讓電腦來演奏地球脈動：地震情境模擬

然而，不怕一萬，只怕萬一，防災的措施除了平時或是事前的準備，也包括災時的應變。前面提到的地震再現周期與發生機率統計，是為了讓防災的資源在平時能夠更全面分配，並不代表實際必然在幾年內會發生、或是發生在特定地點上，因為真實世界是極度難以預測的。這在天氣預報上已經有無數經驗：颱風的實際路徑若偏差個一點點，就可能帶來完全不同的災害分布與狀況。因此，除了我們平常一直宣導的趴下、掩護、穩住，或是防災演練應該要確實的實踐之外，還有一項非常重要的災害準備，就是「先想好災害發生時的狀況」，才不會到時慌了手腳！

過去，在某些國內外重大的地震事件發生過後，常有媒體會以訪問或談話性節目的方式詢問科學家：假如同樣的地震發生在臺灣，災害情況會怎麼樣？從防災的角度來看，這是好問題，但以科學角度來切入卻不容易回答，因為「沒有遇過的事，誰也說不準」。比如1909年，在臺北的下方70公里深處發生了規模7.3的地震，其災害傷亡歷史上算是相對少的，但當時的政治經濟中心並不在臺北，建築與人口密度也遠遠不如現在這樣密集，因此當時的資料可能無法做為現在災情預估的參考。實際上，我們還未曾經歷過在近代如此密集的建築下，強震所帶來的考驗。但與其等到真實的災害發生，還不如先就目前科學可以處理的方式，對於大地震來襲時的情況進行模擬（圖4-18）。

圖4-18  大規模的地震情境模擬流程圖。來源出處：顏銀桐 博士

地震情況的模擬當然需要愈接近真實才能真的發揮幫助，像是臺北盆地常會因為場址效應而放大震波，此時就需要針對盆地內的地質情況有充分瞭解才能準確地評估。想瞭解盆地內的地質情況就需要大數據的整合來幫助，前面提到利用大量的地震儀蒐集資料，會有助於分析出地底下的構造細節（圖4-19）。地震的位置、深度若是差了幾公里，則結果就會相當不一樣，因此高解析度的地下模型，可以協助我們更清楚地推估地面受地震影響的差異。

圖4-19 震後地震波傳遞之時空結果。來源出處：謝銘哲 博士

有了高解析的地震模擬，還需要瞭解地面上的建築特性，才能知道災損情況。不過在先前我們也提到，每棟建築因為樓高、型式、年份等各種因素各異，因此難以一概而論。而大量將地震儀放置於建築中，也非一蹴可及的事，因此至今仍有許多類型的建築缺乏這類的研究。而且即使有了這樣的資料，還需要能套用到真實的市區、街道之中。不過這方面問題稍稍容易一些，因為利用自動化空拍影像判讀街屋的型式，就可以概括出城市中的建築分布。綜合以上資料，若想推估某個行政區遇到大地震的災損結果，就會更加接近真實與準確。而有了這樣的結果，就可以判斷出城市中的何處較為脆弱，可以協助救災單位提前規畫，而政府也更能知道補強建物最需從哪裡做起。

但是，防災可能永遠都沒有盡頭，還是有非常長遠的路要走，而這就和地球科學所跨越的尺度之大有關。如果我們想要關注的重點是「人命關天」，那麼面對防災時，就不能單純只考量減災、減損，因為生命沒有輕重之分，每一次地震最理想的狀態是沒有人會因地震而死亡，這也是為什麼地震防災模擬的解析度愈高愈好。前面提到的高解析度，最多也就只能到達區域性的建築物。將解析度提高到每一條人命的程度，是我們未來的終極目標。

但若是往更大的尺度來看，大地震帶來的衝擊也不單只是一瞬間屋倒樓塌帶走的寶貴生命，在災後還有更多倖存的人需要面對災後的社會經濟衝擊與重建生活的挑戰。就算所有人都活下來了，然後呢？無論是九二一大地震的重建之路、八八風災後小林村的遷村故事，不僅傷痕難以癒合，回復之路還十分艱辛。當災害太過嚴重、沉重時，再多的災後填補也都是亡羊補牢。近年來對於暴雨洪災，常聽到「海綿城市」；而處理地震危害，需要的則是「智慧城市」（圖4-20）。前面提到的許多研究面向，都是成就智慧城市的一塊塊拼圖，包括高密度地震資料帶動的地震情境評估、以地震儀監控建築並結合衛星影像與街景，到最後考量社會的脆弱度以及災後能快速回復到正軌的能力。「智慧城市」拼圖需要的是跨界研究，而不僅僅只有地球科學的專業。期許我們能以科學家的研究來與政府、產業合作，將科學回饋於社會，建立一個面對災害時具有絕佳韌性的環境。

圖4-20  結合各個研究面向成就「智慧城市」

地球聽診器--從怎麼聽地球開始談起(Part1)

本文節錄自《妙趣痕聲》一書〈地球聽診器〉部分內文，重新調整編排順序而成

講者／馬國鳳    中央研究院地球科學研究所聘研究員

撰文／阿樹   震識：那些你想知道的震識  副總編輯

醫生之於聽診器，或許就和地震學家之於地震儀器一般：身體內的聲音，需要透過聽診器來到醫生的耳朵，接著依靠經驗和醫學專業的養成，判斷出病患的病灶；而地球上板塊運動衍生的地震活動，則可以透過地震儀記下地震波，接著用數學和物理學的計算，解析出地底下的構造。兩者除了有如此類似的特質外，也有著類似的終極目標——拯救人命。所以，讓我們用不同的比喻，來重新理解地震學和地震儀吧！

用欣賞音樂的角度來理解地震學家的工作

用儀器我們便可以記錄下地震的本質——「波動」，如果我們將地震儀所收到的地震波形，輸入聲音編輯軟體後進行播放，也是可以播出聲音的！而實際上，也有些經歷過大地震的人們會在社群網路上口述分享，在地震波來襲的前後會聽到異常的巨大聲響，進一步還會有些網路上的流言將此做為「地鳴」來解釋，並武斷的認為這樣的聲響可以做為地震來臨之前的前兆現象。不過若以科學機制來解釋，與地震有關的聲響多半還是與地震發生同時產生的，最多只可能當做數秒前的早期預警而已。

地震是波動、聲音也是波動，有些時候處理地震資料和處理音檔的方式還有些類似，這兩種工作可謂是異曲同工的科學原理。現代的音樂創作者會利用軟體濾除不需要的聲波頻率，或是將不同的聲波頻率經過調整修飾變得更令人動聽。事實上，這些針對波形進行處理的手法，地震學家也經常使用。而錄音室往往需要用隔音設施以免收到太多的雜音，同樣的，理想上地震儀也該擺在沓無人煙的荒山野嶺，以免接收到太多不是地震的假訊號。確實，有很多研究用途的地震儀是以這樣的原則設置，甚至會挖一口幾百公尺的深井，並將地震儀藏在地下以免受到人為干擾。但如果研究的目的是想要瞭解地震對人們的影響，比如提到地震的震度，反而就要把儀器放在人口密集的地方，才能即時的知道震度大小，也就是實際上地面搖晃的程度。但這樣一來，就免不了會受到車水馬龍的街道噪訊所困，這時前面提到的濾波去雜訊技術就會派上用場！

地球聽診器：地震儀

至於今天我們介紹的地球聽診器：地震儀，其基本原理是利用懸於空中的擺錘來做為相對「靜止」的慣性物體，當地面發生任何搖晃時，便會與相對靜止的擺錘產生相對運動，而經過機械的設計（阻尼）可將後續擺錘持續的擺盪消除（因為那已不是地震本身的晃動），並記錄下晃動隨時間的演變，便得到了地震的「波形」。到了現代，地震儀除了經由輕量化設計不斷的縮小體積外，還使用數位化的方式進行記錄，讓地震觀測方便許多，甚至連現在人手一支的智慧型手機內所藏的加速度計，也都能算是一種地震儀。由於以往很難在所有會發生地震的地方都裝滿地震儀（尤其是比較昂貴的地震儀更是數量有限），使得過去的資料收集不夠全面。然而隨著地震儀愈做愈小，地震學家在上山下海時，都能夠把地震儀帶著跑。有時只要有比較大的地震發生，地震學家就會搖身一變，變成拎著地球聽診器上「前線」的戰地醫生。像2018年花蓮強震後，地震學家便立刻整裝出發到現場架設地震儀器。因為大地震剛過後的餘震非常的多，到現場裝設地震儀能幫助我們蒐集到更多資料。

有些地震發生的位置在大洋中央，光靠陸地上的地震儀只能記錄到規模比較大的地震，這時就要把地震儀放到海底，這又是一項大工程！因為放置研究用的海底地震儀 (Ocean-bottom seismometer, OBS) 需要動用到海洋研究船，比在陸上設置多出船員與船隻的經費。而且海底的環境充滿未知，有時也會發生OBS失去聯絡而消失的情況，要找回來還真像大海撈針一般困難。因為一般OBS接收到了地震波後，仍無法克無通信無法穿過海水的問題，因此如果是為了監測臺灣鄰近的地震活動並適時發布地震或海嘯警報，就需要幫地震儀接上纜線，以進行通電和傳輸即時訊號。總之，地震儀不僅是聽診器，還因為對研究非常重要，所以地震學家總希望把地震儀放到世界上的每個角落。

地震儀的發展歷程

談到地震儀，可能很多人會想到東漢時期張衡所發明的「候風地動儀」，不過就現代使用地震儀的觀點來看，候風地動儀只算得上是「測震儀」，不能說是「地震儀」。因為就古籍上所載的使用方式，只能得知其可測得地震方向，但地震發生的時間、強度都無法有效的測得，也無法得知其確切的原理。而且在古人眼中，地震常會是不祥之兆。對統治者而言，候風地動儀可能更重要的用途是在預測民怨，並非真的對地震定位有精確需求吧？總之，因為古人不認識地震的特性，候風地動儀的實體也沒有傳到後世、更沒有被改進，實在可惜。

有史實可以考證的真正地震儀在十九世紀末才問世，接著在1900年之後，現代地震儀才逐漸普及。而在這時期也大致確立了地震儀必要的元素：重錘、彈簧、阻尼、紀錄器以及時鐘（圖4-3）。

圖4-3  地震儀的基本原理

重錘和彈簧是為了讓慣性原理能發揮作用所設計的。十九世紀末的物理學理論知識早已知道固體具有彈性波動的概念，因此不像早期會做出錯誤歸因（比如亞里斯多德認為地震是風所造成的）。當時的人們已經瞭解到，地震的本質是彈性波的運動，不過一直到利用紀錄紙記下地震波之後，人們才發現P波與S波等地震波相的存在。而時鐘的功用，則在於讓人們知道地震何時到達。紀錄紙宛如音樂盒中的捲筒，利用機械發條的原理，以慢慢轉動的方式，逐步記錄下地震波。只要轉軸穩定旋轉，加上紙上預先畫好的網格作為時間間隔的記號，再搭配上精準的時鐘，這樣就能知道得到地震波到達地震觀測站的時間。

地震儀的靈魂：阻尼器

話說，回地震儀中必備的阻尼器（圖4-6），。這個構造雖然是個常常被大家忽略的構造，卻是十分重要的角色，故在此需特別介紹，。為什麼地震儀需要阻尼？事實上在地震儀剛問世時，地震學家為了設計阻尼可是絞盡了腦汁。為什麼地震儀需要阻尼？因為沒有阻尼的地震儀在遇到稍大的地震時，就會像是在用麥克風唱歌時，將迴音 (echo) 不小心開太強所產生的效果一般，明明唱完了這一句，但聲音卻不斷迴響，干擾到了下一句的聲音。在記錄對地震來說時的狀況便是：明明地震的搖晃早已停止，但地震儀中捲筒紙上的指針仍不斷地瘋狂擺動著，將因為慣性作用而產生的「假地震波」也記了下來，這樣不僅會讓紀錄失真，也可能會在地震接連發生時，掩蓋了稍晚到達的地震波。早期的阻尼是利用空氣產生阻力，使得在地震停止搖晃後，擺錘剩下的慣性力量也會因阻力而快速的減少。而後來的地震儀則是常以電磁感應的方式，用磁場來製造阻力。

圖4-6  AS-1地震儀結構圖。用來科普推廣教育的AS-1地震儀，相較於基本的地震儀原理，多設計了磁阻尼的結構。來源出處：中央研究院地球科學研究所 電子室

戰爭竟然推動了地震儀發展？

不同層次的科技更新，也會為地震儀、地震研究帶來更多的進步，但許多進步的契機卻不一定是以研究為出發點。比如世界地震觀測網 (World-Wide Standardized Seismograph Network；WWSSN) 是來自於1960年代冷戰時期，為了監測「核子試爆」而投入的資源。由於地震儀能記錄下來的振動，不單單只有地震，在良好的地震觀測網之下，若有國家於地下進行核子試爆，必定無所盾形。基於這個原因，當時的美國政府便努力的讓一百二十個地震觀測站能盡可能地均勻分布於全球（圖4-7），以達到全面監控地下核試的目的。而這同時也意外地對地震學有了巨大貢獻：那些過去看起來沒有地震的地方，一下子都觀測到地震了，就像是重度近視的人，突然戴上眼鏡一般，什麼東西都能看清楚了！有了更好的資料，研究也就能夠突飛猛進。WWSSN意外的「副作用」，竟然是讓地震學家有更多清楚的資料，使得我們對於地球的內部有了更深入的瞭解。除了我們現在於地科課本上提及的地殼、地函、地核等分層構造外，地球內部還有一堆複雜構造，也是在有了更多好的地震資料後才逐漸被解析出來。

圖４-7  世界地震觀測網的測站分布圖。Peterson, J., & Hutt, C. R. (2014). World-wide standardized seismograph network: a data users guide (p. 82). US Department of the Interior, US Geological Survey.

到了冷戰末期，地震科學的發展又是由另一個軍事設施而帶動——全球衛星定位系統 (Global Positioning System, GPS)。衛星定位的問世乃是基於長程導彈與軍事部署需要更精確、即時的定位資料，因此美國也率先利用了二十四顆人造衛星，建立了可以快速定位的GPS。可是，GPS除了有助於快速精準的定位之外，也提供了精確度極高的時刻，而時間的精度也直接決定了地震定位的精度。有了可自動校時的GPS，也減少了更多不必要的誤差。在這之前，就常有耳聞，由於部分測站的時間錯誤，讓地震定位結果大幅失準的案例。

戰爭外的其他影響因素

不過地震儀進步的歷程，也不完全都是源自於戰爭的幫助。當積體電路問世後，大家可能多會想到臺灣的高科技代工產業與經濟發展的故事，然而對地震儀來說，這又是另一個契機，因為不只是電子設備，連地震儀也是愈做愈輕巧。早期臺灣的威赫式地震儀、大森式強震儀這種外觀動輒幾公尺大的儀器，實在不怎麼方便，但隨著各種電子元件的發明，到現在相當輕小、比手掌更小的QCN地震儀，還讓「隨處都有地震儀」的超級密度分布不再是夢想。先不談後續的地震資料解算，光是利用偵測地震波，以振幅求得即時震度，如果地表有密密麻麻的地震儀，就已經可以讓我們很快地掌握哪邊震度大、哪邊震度小的資訊，這樣一來就能馬上提供災情評估的參考。

除此之外，隨著人工智慧與大數據資料處理的興起，也讓地震可以做到自動定位、甚至自動修正自己的定位結果。目前臺灣大學、中研院與三聯科技合作的P-alert觀測網便利用這樣的系統製作了即時展示網頁 (https://palert.earth.sinica.edu.tw/)，並可以自動產生出地震報告。另外，該網頁還能夠做到即時震度的展示，如果你一直盯著網頁看，此時剛好有個地震發生的話，就能立刻看到各個地震即時的震度偵測變化！

隨著科技發展，這「地球聽診器」不僅能聽地球，還有很多事可以做，且讓我們再用一個篇章，為大家多談地震儀的未來展望。

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：

為什麼有時候離震央近，震度卻較小？

為什麼一下是主震，一下又變前震了呢？

918地震，臺灣地震科學中心即時地震事件教材

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？

2022年臺灣關山地震及池上地震勘災報告

經濟部地調所0918地震新聞稿

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

一震又一震，到底誰才是主震？(20210418花蓮雙震報導)

文／阿樹    震識：那些你想知道的震識  副總編輯

 2021年4月18日晚間，在花蓮接連發生了二起地震，芮氏規模分別為5.8及6.2，而時間分別在22:11和22:14，非常相近的時間，讓人不禁有搖了又搖的錯覺。而因為近兩個月臺灣少有顯著的地震事件，加上接連的地震也不多，也引起了較多關注，其中一項便是「這兩個到底哪個是前震、主震，還是它們是『雙主震』呢？」；又或者後續會不會有更大的地震或餘震，也是大眾經常會關注的議題。

來源：台灣地震科學中心 教育推廣委員會

這次是前震&主震，還是雙主震呢？

過去，在公布地震資訊時，最常出現的名詞就是「主震」和「餘震」。在一些規模較大(或許是規模4.5以上，但也依震源的深淺特性有關)的地震發生後，鄰近處在後續幾分鐘至幾天內發生的小地震，幾乎是一般大眾對於「餘震」的印象，即主震後續發生的地震。而前震，或許我們可以引用近年來最眾所周知的例子：2011年東日本大地震，在3/11的主震發生前兩天，有一個規模7.3的主震。當然，規模7.3的地震發生時，當時得到的資料還不知道那是個前震。 

接下來回到本次討論的地震主題，在中央氣象局發布地震速報後也伴隨發布新聞，當時的初步判斷將規模5.8的地震稱之為前震，而規模6.2的地震則為主震。不過，後來臺灣地震科學中心將資料彙整後，將這兩起地震稱為一次「雙主震」的地震事件。而在此也必須要強調，大部分的地震事件，隨著後續科學資料的累積，經常會因為多了更多的科學證據而有不同的論述。以本次的例子來看，將第一個較小的地震稱為前震，而規模6.2則為主震，或許是一種保守的論述方式，畢竟這樣的規模差距正好在學術上所談的雙主震規模差的門檻(相差0.4)，加上規模在計算時會因為使用的測站數量不同，而有一點不確定性存在，應該也是可以理解的。

那麼雙主震的操作定義，一般會認為是發震處差距100公里之內、時間則在三年之內，發生兩個規模相差不到0.4單位的地震。以本次雙主震的情況，在規模上可以說是接近判定為雙主震的門檻，然而或許大家會感到意外的是：100公里是如此大的範圍、時間三年也太長了吧？這樣真的科學嗎？

來源：台灣地震科學中心 教育推廣委員會

外行人也能看的科學門道

有啦！科學啦！哪次不科學了？要知道為什麼會有這樣跟大家直觀的想像不同，我們得先了解為什麼科學家會想要定義和研究雙主震的現象。最初定義雙主震現象時，科學家的想法是：「大地震剛過，又來一樣的地震，是不是兩者有什麼關聯？」所以一開始先會將地震的統計聚焦在相近的時間、地點、規模的地震。但後來又發現，不對哦，有些是A地震跑去觸發B地震哦！而且觸發的方式有兩情況：

case1：A地震和B地震在同一個斷層(或板塊交界構造)上，如同2011東日本大地震。

case2：A地震和B地震在不同斷層或構造上，但是是A先震後才會讓B產生或誘發地震。

case1的情況，有時可能會延遲到幾年後才發生。同樣的case2的情況，可能兩個構造雖近但卻相隔好幾十公里，這導致在定義上必須要放寬一點才行，比如2009年發生在蕯摩亞規模8.0和7.9的雙震，卻分別位在隱沒帶附近的正斷層和逆斷層上。而實際上現在科學家更傾向去計算不同地震對地殼施加的應力是否有關，或者是用不是地震的資料來分析，比如說長期從地表的GPS資料可以知道「大地一直在變動」，也就是說「沒有地震，應力還是累積得很快」。

簡言來說，要釐清某個地震序列的特性，就像老師在不知情的情況下，要解決同學間發生打架的紛爭一樣。到底是誰先打誰？誰有出手誰沒出手？幾個人出手？(找尋地震的時間、空間與位置的關係)背後到底有沒有言語霸凌？還是有其更長遠的積怨存在？(以GPS觀察有沒有看不到的無震滑移)而用雙方證詞、目擊者說法、交叉詢問(利用地震、GPS定位以及不同的資料分析解算)。最後或許可以找到比較接近定義上的結果，而為什麼找出結果重要，那無疑是科學家仍不斷試圖想找出地震的規律與發生的脈絡，以利於防災啊！

來源：台灣地震科學中心 教育推廣委員會

了解雙主震之後，可以怎麼理解4/18的地震呢？

就目前可以給出大眾的實用資訊，知道這兩個地震為雙主震，似乎幫助不大，然而我們仍可以透過這些知識，認知到「有些地方，可能會有接連兩個差不多大的地震」這種可能性，而至少在本次地震發生的地點有發生過，就代表「這裡會有這種地震情況」的可能性比別的地方高一點，可以增加我們對防災的警覺性。比如說，正在從事危險工作、正在煮飯或洗澡的朋友可以在前一個可能搖得不小的地震後，盡快結束手邊工作，或是在幾分鐘、幾個小時內隨時對下一個可能來的地震多一分警覺。當然啦，在地震頻繁的臺灣，日常就要對地震防災有所警覺。

同樣的，也希望藉此讓更多人能理解，光是科學家要對一些地震的特性進行分析，就已經要花費如此多的力氣還難以產生完美的定義，更不用說在少少的資料時就得回答出不確定性高的地震。看待地震科學這門學問，得同時具有開放但不失嚴謹的心胸呢！

參考資料：

台灣地震科學中心(TEC)即時地震教材：2021-04-18 花蓮縣壽豐鄉雙震

如果有「1694年康熙大地震」，那兇手會是…？

文／徐毅振  中央氣象局地震測報中心技佐

“張大云：「此地高山四繞，周廣百餘里，中為平原，唯一溪流水，麻少翁等三社，緣溪而居。甲戌四月，地動不休，番人怖恐，相率徙去，俄陷為巨浸，距今不三年耳。」指淺處猶有竹樹梢出水面，三社舊址可識，滄桑之變，信有之乎？”——《裨海紀遊》

清康熙三十六年（西元1697年），身負採硫重任（及旅遊興致）的郁永河歷經險阻，耗費20日，終於從府城抵達北台灣。此時，管轄淡水社的漢人通事張大作為在地嚮導，揭開一件台灣歷史上極度神秘的地震事件——甲戌年（康熙三十三年，西元1694年）農曆四月，台北盆地內『地動不休』，當時居住盆地內的平埔族人感到恐懼害怕，紛紛遷徙到其他地方；不久後，台北盆地『陷為巨浸』。不知，這是否就是傳說中的「康熙台北湖」？

「康熙台北湖」到底存不存在？許多人是寧可信其有的。〈雍正台灣輿圖〉（推估年代約為清雍正五年至十二年間，西元1727至1734年）中，台北盆地內那廣大的水域，一目瞭然！此外，《諸羅縣志》（康熙五十六年刊行，西元1717年）亦提到，台北盆地為汪洋大湖。直到〈乾隆台灣輿圖〉，台北盆地才重見天日。因此，若從1694年開始算，這個「康熙台北湖」至少存在33到40年呢！

圖一、雍正臺灣輿圖（國立臺灣博物館）

不過，奇怪的是，跟「康熙台北湖」時代更接近的〈康熙臺灣輿圖〉（推估年代約為清康熙三十八年，西元1699年）和《台灣府志（高拱乾版）》（清康熙三十五年刊行，西元1696年）中，台北盆地內只有河流、沒有大湖。雖然有學者提出〈康熙臺灣輿圖〉中淡水河道異常寬廣、關渡附近繪有海舶（可航行於海上的中式帆船）等論點，認為「康熙台北湖」仍然存在（林明聖，2013）。但康熙四十八年（西元1709年），漢人首度以〈陳賴章墾號〉向官方申請進入台北盆地開墾，申請的範圍遍及台北盆地各處——這不免讓人懷疑，如果當時台北盆地是一片大湖，那些漢人去哪裡開墾呢？撈魚捕蝦還比較合理吧？因此從歷史文獻的角度來看，「康熙台北湖」存在與否仍極具爭議性。

圖二、康熙臺灣輿圖（國立臺灣博物館）

接下來，江湖地科男（這次由筆者自己扮演…喂！）又要登場了。

山腳斷層，位於台北盆地西側，平原與林口台地、觀音山的交界處，大致呈東北—西南走向，往東北方延伸到關渡、大屯火山下方，甚至到達金山外海。由於山腳斷層為正斷層，若一旦發生錯動，位於上盤的台北盆地將會下陷！正因為數十萬年來山腳斷層的的多次活動，形成了台北盆地，也毫無疑問成為神秘的「康熙大地震」、以及「康熙台北湖」形成的最大嫌疑犯！

圖三、山腳斷層分布位置（中央地質調查所）

不過，一位稱職的地科偵探，不會隨便對斷層做出「有罪推定」，仍會謹慎調查山腳斷層錯動的證據，才能理直氣壯的對山腳斷層「起訴」。但都已經是300多年前的事了，要怎麼找出證據呢？學地質的地科偵探找了學者在山腳斷層兩側鑽取岩心的定年結果，發現最近一次山腳斷層大規模錯動的時間約在8400年前（Huang et al, 2007）——喔？可是300多年前的台北湖，到底和山腳斷層有關嗎？

另一方面，地科偵探找到了另一個研究，它先設定山腳斷層可能發生地震的規模大小、位置、深度及斷層破裂長度、滑移量等諸多參數，再以數值模擬程式跑出各種情境模擬結果。結果發現，至少要規模7.0以上的大地震——這也意味著山腳斷層全面啟動（？）全部錯動（O）——才能讓台北盆地產生明顯下陷位移量（王以旻，2013）。但規模這麼大的地震，災情絕對不可能只限於台北盆地內的平埔族村社，新竹以北都會感受到強烈震動，淡水的震度至少達到6級以上，災損必定相當嚴重（鄭世楠，2011）；然而，無論是《台灣府志》或《裨海紀遊》，都完全沒提到淡水的震災（或賑災）狀況，這就怪了…

圖四、山腳斷層錯動的等震度模擬結果，0.25g範圍內即為震度6級以上區域。（鄭世楠，2011）

推論至此，關於1694年那次神秘的地震事件，山腳斷層大規模錯動的「嫌疑」差不多已經低到難以被「起訴」了。不過，這可不一定是好消息。若我們相信同一條斷層發生大規模錯動的事件有週期性的話，山腳斷層下一次大規模「犯案」的日子，不確定性有點高，只能說山腳斷層我們猜不透你啊！(抓頭) 

圖五、模擬山腳斷層錯動引起的地表加速度分布。即使只有南段錯動，震度6級（250 gal）以上的區域仍然不僅限於台北盆地。（E-DREaM震源情境小組）

話說回來，誰說台北盆地內的平埔族感受到「地動不休」的「嫌疑犯」，只有大規模錯動的山腳斷層呢？我們把大規模錯動的山腳斷層當作嫌疑犯A好了，江湖地科男眉頭一皺，發覺案情並不單純（喂這是李組長的名言吧）——可能的「嫌疑犯」還有三個！

嫌疑犯B：震央在台北盆地以外的大地震。1986年花蓮外海地震，造成中和華陽市場倒塌。1999年921集集地震（今年剛好20周年…），當時的台北縣市也有數棟大樓倒塌。近震央的災情當然更為嚴重，但遙遠的台北盆地因建築災害導致許多傷亡的案例，所在多有。

圖六、921大地震後倒塌的台北市東星大樓（維基百科）

嫌疑犯C：隱沒帶震源較深的中大規模地震。2018年1月17日，在台北地區下方約140公里深處發生一起規模約5.5的地震，一時引起許多人擔憂是否引起大屯火山爆發——不過大屯火山的岩漿庫位於地下約20公里處，難有直接影響——但確實足以讓人感到不安了。值得一提的是，台北地區下方在1909年4月15日還發生過深度約80公里、規模約7.3的隱沒帶地震！

圖七、2018年1月17日第002號顯著有感地震報告（中央氣象局）

嫌疑犯D：台北盆地附近（包含山腳斷層）的中小規模淺層地震。2009年10月20日，大屯山區下方曾在1小時內連續發生4起規模3.0上下的淺層地震，最大震度2級其實不大，但連續發生的當下確實容易讓人產生「地動不休」的感受。另外，2005年12月5日的規模3.7地震、2014年2月12日的規模4.2地震，最大震度達到4級，可能讓人感受較為強烈（至少這2次都讓位於震央附近的筆者剉到了），但後續沒有更多有感餘震。

圖八、台北盆地附近的中小規模淺層地震，多數位於大屯山區。實際上2004年後才開始有紀錄，但並不是2004年才開始有地震，而是儀器記錄品質提升、測站設置更密集後，才足以發布此地區的有感地震。（中央氣象局）

嫌疑犯B、C、D，究竟誰才是1694年那個引起「番人怖恐，相率徙去」的元凶呢？根據江湖地科男對嫌疑犯B的瞭解，雖然1694年時漢人多聚居於台灣南部，但中北部許多平埔族村社都已經有漢人通事進駐，若大地震發生在台灣中部，官方缺失紀錄的可能性不高。但若大地震發生在宜蘭、花蓮一帶，即使災害嚴重，外界確實有可能一無所知；不過，宜花一帶的大地震不時發生，久居台北盆地的平埔族應該不至於對這類震動感到陌生，若出現「地動不休，番人怖恐」的情境，主震之後還必須發生多起大規模餘震（舉例來說，像是921主震後一星期內還發生8起規模6.0以上餘震，那時居住台中的筆者真的被搖到怕）…這樣的主震—餘震序列應該是相當可怕的，至少全台有感，然而歷史地震學者目前為止並未收集到相關史料。因此，嫌疑犯B的可能性——不高！

那嫌疑犯C呢？隱沒帶震源較深的中大規模地震，雖然主震來襲時會令人害怕不安，感受到震度的區域範圍也比較廣，但通常餘震不多（其實還是有，只是人類在地表不容易感受到了）。因此，嫌疑犯C的可能性——低！

至於嫌疑犯D，雖然有儀器紀錄以來的連續地震規模、震度都不大，但卻是在排除嫌疑犯A之後、另一個有能力在台北盆地製造「地動不休」的嫌疑犯！若規模再大一些，無論是主震—餘震序列、或群震序列，都足以讓居住在台北盆地內的「番人怖恐」，但影響範圍卻只侷限在台北盆地一帶，淡水不至於產生災情。所以，嫌疑犯D的可能性——高！

這時苗栗石虎郎（誰啊？）提出質疑了：「但是嫌疑犯D終究不是大地震，再怎麼樣都不可能造成台北盆地陷落，你要怎麼解釋郁永河看到的「康熙台北湖」咧？」

「歐吉桑，我推理的是1694年發生在台北盆地那起讓平埔族人逃離家園的神祕地震事件喔！當然，推理至此，差不多已經證明這起神秘的地震事件不至於大到直接造成山腳斷層陷落、形成「康熙台北湖」了。至於「康熙台北湖」究竟存不存在呢？……」江湖地科男陷入沉思：「大地震、海水入侵、堵塞關渡河口的可能性都一一被排除了，剩下的可能性是什麼呢？或許1697年郁永河北上途中遇到的連續大雨，以及台北盆地只有關渡這個狹窄排水口的地形特性，可以當作進一步推敲的線索…不過，那已經超過這篇文章的範圍了，就推理到這裡囉！」

參考資料：

國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心（E-DREaM）

1696，高拱乾，《台灣府志》

1697(遊台時間)，郁永河，《裨海紀遊》

1699，《康熙臺灣輿圖》

1717，《諸羅縣志》

1727，《雍正臺灣輿圖》

2007，Huang, S.-Y., Rubin, C.M., Chen, Y.-G. and Liu, H.-C. Prehistoric earthquakes along the Shanchiao fault, Taipei Basin, northern Taiwan, J. Asian Earth Sci., doi:10.1016/j.jseaes.2006.07.025

2011，趙  丰，康熙、台北、湖，《科學人雜誌》

2011，鄭世楠等，1694年台北地震與1867年基隆地震的探討，《土木工程與物業管理研討會會議論文》

2013，林明聖，三百多年前的康熙臺北湖，《臺灣博物季刊》第32卷第1期

2013，王以旻，山腳斷層情境地震模擬之研究，文化大學地學研究所碩士論文

2019，徐毅振，《康熙台北湖》

筆者簡介：

《康熙台北湖》小說作者，畢業於中央大學地球科學系、台灣大學海洋研究所，現職為中央氣象局地震測報中心技佐。

[轉載文章]2018花蓮地震之我見(原刊於國立自然科學博物館館訊365期)

文．圖／鍾令和 博士

編按：此為刊登於國立自然科學博物館館訊365期的文章(刊載時間為2018年4月)，經徵求作者同意後轉載至本站分享。

摘要

花蓮地震造成花蓮市17人罹難，291人受傷，與部分房屋倒塌，也引發米崙斷層的再次活動。筆者藉由地震發生的時間、地震規模、米崙斷層與歷史地震的關連性與地震預測四個方面來進行簡要分析。

2 月份發生在花蓮外海的芮氏規模 6.6 地震，造成部分樓房倒塌與人員傷亡（圖 1）。由於這也是集集地震 19年之後，首次有明顯的地表破裂的地震事件（圖2），因此在社群網路上有相當熱烈的討論，筆者身為自然科學博物館的一份子，也試圖從科學角度來提出解釋。

圖 1. 本次花蓮地震造成雲門翠堤大樓的傾斜倒塌

圖 2. 花蓮地震在東華大學創新研究園區操場所產生的水平左移錯動，位移約 6 公分。

第一點是有關時間上的巧合。花蓮地震的主震正好發生在 2016年高雄美濃地震後的兩周年，因這個時間巧合而引發諸多議論。而另一個時間巧合的例子是臺北市在1月17日發生的地震，這天也跟1995年的日本阪神地震同一天，這些巧合究竟有沒有科學關聯性呢？ 其實，以臺灣一年大約發生 1000 次地震、平均一天 3 次的有感地震（氣象局1991-2016年的資料）來看，從機率上來說，一年當中的某一天都有重複發生地震的可能性，只能說臺灣地震真的不少。如果將時間拉長，這個周年重覆的個數也會增加。尤其是臺灣只有短短400年的歷史地震紀錄，若將其放到歷史地震紀錄悠久的中國或是日本，同一天發生地震的個數自然會跟著增加。換個角度來想，花蓮地震與美濃地震都發生在農曆新年前，所以如果用農曆來看的話就不是在同一天（花蓮地震是丁酉年12月21日，而美濃地震是乙未年12月28日）。

第二點，本次地震所引發的地表破壞行為與米崙斷層有高度相關性。在地震發生之前，臺灣地震模型就已經預測未來五十年米崙斷層發生錯動的機率高達42%，是已知38條地震斷層發生率的第二名（第一名是後甲里斷層，機率為44%）。

臺灣地震模型於2015年所公布孕震構造發震機率，本圖基準日為2015年1月1日。可能會因科學證據或地震事件而有所改變，而需重新計算機率數值。

為什麼米崙斷層在發生地震前就已受到地震學家的高度關注呢？其主要原因是米崙斷層也是引發民國 40年的花蓮地震的主因。就科學的認知，歷史上曾發生過地震的斷層，未來再次發生地震的可能性也比較高。在中央地質調查所公布的33條活動斷層中，就有7條在1900年之後發生過地震（包含本館車籠埔保存園區所展示的車籠埔斷層）。 

依據初步的地表調查，這次花蓮地震所造成的地表上的破壞，幾乎都在距離米崙斷層位置兩公里之內，這也說明了斷層帶周圍禁限建的必要性。當我們無法知道地震何時會發生時，避開它其實是比較好的防患於未然之道。 關於米崙斷層因地震抬升，在2012年有一篇有趣的科學報導（註1）。在民國40年10 月 22 日當天，花蓮附近其實發生3次大地震事件（5:34規模7.3、11:29規模7.1與13:43規模7.1），科學家本來以為是第一個地震造成米崙斷層的活動。然而藉由當時花蓮港每小時測量的潮位站測量資料得知，港口中的海水下降了25.5公分是在11點之後，反映第二個地震才是主要的兇手（圖3）。

圖 3. 民國 40年花蓮地震時，花蓮港潮汐歷時線圖。

湊巧的是，花蓮港在這次地震也有受到類似的影響，由潮位站的歷時曲線可以看出地震當時明顯的變化（圖4）。 而這兩次花蓮地震所引發的第三個問題是：雖然地震好像都跟米崙斷層有高度相關性，但是兩次地震的規模是有差距的（規模7.1與規模6.6），其所釋放的能量差距也相差了約 5.6 倍。這一點也反應在米崙斷層的地表位移上，民國 40年的最大地表位移紀錄約2公尺；而本次地震大約是數十公分，與已知的活動斷層經驗法則一致。這表示同一條斷層會引發不同規模的地震，這將造成地震預測上的不確定性，同時也挑戰了現今的地震預測模型。

圖4. 花蓮地震發生前後兩天花蓮港潮汐歷時線圖(資料來源：港灣環境資訊網 https://isohe.ihmt.gov.tw/。) 

最後一點，地震之後在網路上有聲量極大的地震預測，其實，地震預測仍屬於科學研究的範疇，並不能百分百預知地震發生的情況。相關科學性的評論可以參考「這場地震達人秀，鬧夠了沒？」（註2） 在實際科學案例上，利用地震前兆而能成功預測的地震，全世界可能只出現一個例子，就是1975年的海城地震（註3）。在海城地震發生之前，鄰近地區突然發生了多次密集的小地震，持續了3個月之後就發生了大地震。但是，相同的方法卻沒能預測到一年後的唐山大地震（歷史上死傷前3名的大地震，死亡人數約24萬人）。

另外，這次媒體報導有關運用電離層變化來預測大地震發生的方法，其實科學界很早以前就知道可能有關連性。日本學者在發生 2011年規模 9 的 311 東日本地震之前，就已經觀察到明顯的電離層變化。但當時的預測是指向曾經在1923年發生關東大地震的東京，而並非在數百公里以外的仙台，這也顯示這個方法的不確定性。 另外，一個地震預測失準的著名例子，是發生在 2002年的中國西昌，當時出現魚群「跳龍門」異象，引發民眾一陣恐慌，造成整個西昌一半人口大舉逃離，但截至目前為止，西昌市並沒有發生大地震。反而是鄰近地區在 2008年發生了汶川地震（傷亡人數87000人），雖然在地震前兩天，成都《華西都市報》刊登在綿竹有數十萬隻蟾蜍上街的異象，但並未有相關的科學研究。

就以上數個例子可以得知，地震預測在今天仍有一段漫漫長路要走，而地震預測所造成的恐慌影響卻是很巨大的，身為科學人更應該以謹慎小心的嚴謹態度來從事相關的科學研究。

 延伸閱讀
註1. Lo,C.L., E.T.Y. Chang, B.F. Chao (2013) Relocating the historical 1951 Hualien earthquake in eastern Taiwan based on tide gauge record.Geophys. J. Int.,192, 854–860.
註2. 黃俊儒 這場地震達人秀，鬧夠了沒？ https://opinion.udn.com/opinion/story/6077/2986952
註3. 歷史上的今天 ：中國海城大地震 https://read01.com/jnL43d.html

九二一地震啟示錄：科學家的課題

文／馬國鳳    《震識：那些你想知道的震》總編輯

副總編按：本文為馬國鳳老師應「科技大觀園主題科學日」團隊邀稿撰文，原文刊載於此，在此作微幅的調整與補充。大地震總是難免會帶來傷亡和損失，為此從科學面來看更應盡其所能的將地震所帶來的各種數據觀測徹頭徹尾的研究。因此，雖然九二一集集地震許多台灣人的傷痛，但在地震科學界，也因此地震而有了獨步全球的研究成果；即使我們都不希望再有這樣的強震發生，但卻無法無視自然的法則。從強震中挖掘出更多未知，解決地震危害的問題，便是從事地震科學相關研究的學者畢生職志。接著，讓我們看看集集地震讓學界學習到了什麼？

 

在集集地震後啟動的TCDP鑽井計畫，帶來了重要的科學成果

每到九月，總是讓我們想起1999年的9月21日的集集大地震，當年地震帶來的災害至今仍讓大家餘悸猶存。在大地震發生後，臺灣不論在地震科學、工程或防災上，都有更深入的推廣及學習，相關的成果也為世界所重視。藉由此機會，本文將介紹近年來由臺灣出發而獲世界重視的斷層動力科學觀測及分析成果。

由於前人睿智的建議，臺灣自1993年開始，由中央氣象局地震測報中心架設了全世界最高品質且密集的強地動觀測網，成為當時全世界唯一在災害性地震發生前擺設完成的強地動觀測網(相關請見：台灣發展地震預警的過往雲煙)。因此，在1999年集集地震發生後，此觀測網資料為世界提供了解大規模破壞性地震機制最全面的研究。也透過地震資料分析及其斷層模式反演，以及地表地質的觀測，了解到破裂的車籠埔斷層北段有高達約12公尺的斷層滑移量，及長週期的大滑移速度值。但是在南段雖無太大的滑移量，卻有高頻振動以及高的地震動加速度，這種大的滑移量與滑移速率的整體斷層運動行為也特別受到世界矚目。

由於當時對於地殼應力的理解，是無法造成如此大的斷層位移；因為一直以來，地震工程大多認為係地震動加速度才是造成災害的主因，但此次地震資料也揭露了大地震的滑移速度之週期對大型建物的影響。同時在分析災害行為中，也暗示了地震破裂的複雜動力行為，故集集地震提供了地震科學及工程深切了解斷層大滑移量的物理機制及其災害特性。

由於突破性的科學研究及國科會（現科技部）的支持，2006年開啓了臺灣與美、日、德、義等多國共同參與的世界矚目的國際型臺灣車籠埔斷層鑽探計畫（Taiwan Chelungpu-fault Drilling project, TCDP）。成功的鑽探到集集地震的滑移帶，其厚度約為毫米等級，且含有非常細緻，約為奈米等級的黏土礦物斷層泥，此項鑽探結果也增進了對地震能量分區的理解，也了解到地震動力學的行為是需要地質及地震科學相互的配合。

如上述，集集地震時的高品質密集地震記錄及成功的滑移帶鑽探，提供世界研究地震動力的分析基礎。因此，透過理論力學分析地震運動滑移的時間及空間分佈，研究團隊也得到地震斷層面上的動力學參數，顯示剪切應力在斷層面上分佈的不均勻性，且其斷層摩擦力會隨時間及空間變化的複雜性。

在地震總能量的分析上，藉由集集地震鑽探計畫所得到的斷層泥顆粒及厚度，得出產生此斷層泥的破碎能所做的功。在鑽井後的地球物理井測（分析穿透地層地性質的技術）及溫度量測，分析地震中熱能的耗損，以及鑽探所得的斷層帶岩芯、岩石力學分析等，皆為現在斷層力學中的高引用度文章。

熱能為地震力學中最難分析的數值，在測量中所得斷層帶低摩擦係數，也促使往後世界各國在大地震後進行測量摩擦熱的鑽井計畫（例：2008年汶川WCSD及2011年日本東北大地震 J-FAST）。隨著TCDP鑽井計畫成功定義出1999集集地震的滑移帶，研究團隊接著在井孔內安裝現地井下地震儀（臺灣車籠埔斷層井下地震儀「Taiwan Chelungpu Fault Drilling Project Borehole Seismometers Array, TCDPBHS」）以監測發生大滑移量後的斷層帶行為。

地震動力學的研究對了解地震物理行為，如起始、傳播和癒合至關重要，斷層滑移的物性關係是地震震源動力描述的關鍵。科學深井鑽探計畫，也提供了難得的機會觀察斷層深處的破裂，因此也了解到1999年集集地震的物理環境：（1）在彈性張量儲存以及釋放之處，也就是巨大的錯動破裂面上取出一段連續的岩心剖面；（2）在高速大滑移量區採樣；（3）確定斷層帶內的物理條件（應力、孔隙壓力、溫度）。之後所設置跨斷層帶的現地井下地震儀，也提供了斷層帶動態變化的近距離觀測資料，以了解大地震後斷層帶的構造及變化。       

雖然1999年集集大地震造成大規模的災害，但由於在地震發生之前，已密集架設的強震站也提供了對集集地震進行廣泛研究的機會。因此，此項寶貴的資料除了促使世界關注高質量的近斷層資料，也提供了機會給地震學和地震工程師能更全面了解破壞性地震的災害特性。近地表最大的滑移量可達約12公尺，緩傾構造為科學鑽探提供了獨特的機會來了解大滑移量的斷層物理特性。

透過此項計畫，研究團隊發現微米級的滑移厚度是集集大地震的重要證據；由現地溫度測量得到的低摩擦係數也是解釋在地殼斷層是強或弱的悖論的重要發現；透過跨斷層現地井下地震儀的多年觀察，研究團隊持續努力透過近距離地震觀測資料揭示斷層帶的動力學。

從最近的研究中發現，透過動態觸發，斷層帶可能被區域或遠距離的地震影響，導致速度與應力異向性的變化，進而在大地震後，與世界上的斷層帶可能有遠程的連結；透過大地震後斷層帶的現地井下地震儀，研究團隊可以近距離觀測斷層帶行為及其隨時間的演變情形，獲得第一手資料，並瞭解地震的誘發行為。

地震科學不只是科學研究，它與民眾、社會及國家經濟都有重要的關聯。隨著對地震科學前瞻研究的投入，研究團隊在幾年前再次結合地質及地震科學，成立臺灣地震模型（Taiwan Earthquake Model, TEM），瞭解臺灣的斷層及孕震特性，尤其斷層震源破裂的物理特性，藉由分析其地震波傳遞特性來了解臺灣各區域的地震危害潛勢。而地震危害潛勢分析以及未來希望獲得推廣的全震源時間及空間的地震景況與情境模擬，除了有助於地震工程及政府相關法規的推展外，亦對產業面對的地震危害有更先進的風險管理，以降低下次災害性地震帶來的風險(詳見：地震如何致災？科學家如何知災？我們又該如何防災？)。

臺灣位於活躍的板塊活動區，地震的發生是必然的。因此在科學面上，研究團隊希望臺灣可為世界帶來更多先進的觀測及前瞻性的科學研究成果；同時，也希望透過地質及地震科學的研究，整合相關領域，提供政府及民間甚至產業更多的地震防災資訊及知識，並透過科普教育的推廣防災知識。研究團隊已為此建立了 「震識」部落格（https://quakeledge.blogspot.com/），以透過社群網站提供正確的地震地質及防災知識，使地震科學教育更加落實。

(本文由科技部「主題科學傳播」團隊策劃執行)

責任編輯：郭啟東／國立中山大學