常有人說琉球海溝將有大地震？那臺灣人該怎麼面對？

文／阿樹    震識：那些你想知道的震識  副總編輯

近年來，經常有新聞報導提到，琉球海溝地震百年週期即將到了，而且每一年都會有幾位學者提醒一下1920年曾發生過在花蓮外海、規模8.2的地震。這時候問題來了：

1. 真的100年會發生一次這樣的地震嗎？這樣目前已超過100年了不就很危險？
2. 那規模8.2的地震，有多可怕啊？臺灣的房子會倒一片嗎？
3. 所以，面對這樣的地震威脅那該怎麼辦？要快逃離臺灣嗎？

我知道大家可能很希望能直接的給答案，我當然也很想，不過這問題就是沒那麼好回答(要是好回答的話老早就有一堆文章可以參考了)，還是要來點國高中地科的基礎，再來思考如何解讀科學內容和做防災準備。

複習一下隱沒帶與海溝的概念

這裡就先假設讀者都大致理解板塊構造學說，知道地球表面由很多板塊組成，板塊互相靠近時會有兩種狀況，兩種剛好在臺灣都可以見到，一個是板塊擠壓後隆起的造山作用，也是臺灣島形成的主要原因。而另一種現象則是「隱沒作用」，就是密度相對比較大的板塊下沉到另一個板塊之下，而這種隱沒作用，最大的特色就是「海溝」，從板塊運動的剖面圖來看，海溝就是兩板塊交界上，呈現V字型的地形特徵，有點像峽谷的覺。談到這裡小小岔題一下，有時會有人將海底地形上的低區稱為海溝，如將「澎湖水道」稱為「澎湖海溝」，不過以英文表示應該還是稱”Penghu Channel"，而不是板塊運動學說中的海溝(trench或oceanic trench)。

台灣的地體構造，修改自Angelier J. (1986)。

而海溝之所以會有大地震，主要是因為它通常會是兩板塊交界上最大的摩擦面，也可以說是一種巨大的斷層面，基本上這個扇大斷層線都是動輒數百公里長的尺度。給大家比較接近的概念，在1999年集集地震時，地表的斷層破裂分布大約是100多公里長，2011年日本311地震就是海溝上的地震，沿著海溝上的破裂的長度達500公里。跟陸上的斷層比起來，只要破裂長度夠長，規模9以上的地震都有可能，至於規模10，那就真的不可能了，因為那起碼是超過5000公里的破裂，就算環太平洋的海溝很長，但畢竟有些不連續的分段，不太可能發生同時錯動。

那常聽到的琉球海溝是什麼狀況？

至於今天要談的琉球海溝，它是從花蓮附近的外海，向日本沖繩延伸的海溝，而我們最關注的當然是最南段、最靠近臺灣的地方，約莫在與那國島一帶到臺灣這段的地震。在1920年時，這區曾經發生過規模8.2的地震，當時的記載比較有感、有災情的地方，除了花蓮之外，主要是北臺灣為主，資料顯示有5人死亡、8人重傷，全倒房屋274棟。而再上一次有記載的地震，有學者提出曾於1815年發生過大地震(不過目前我沒有查到確切資料，無法告訴大家這個大地震確切在哪、規模多大)。而這樣的論點，也導出了「百年地震週期」的說法，其實是否真的是準時的百年周期，科學上還沒有定論，而實際上大多數的大地震，也不太會這麼「準時」報到。

琉球海溝最南端、1920花蓮地震的震央所在(參考USGS的圖片修改)。特別標出加瓜海脊，是因為它是個特別的構造，對這個地區的隱沒作用和地震風險有特別的影響(但細節很多，本文就不特別談)。

「整個琉球海溝」示意圖，來源：地震調査研究推進本部事務局

在一個2022年發表的研究(Chen et al.,2022 )指出，琉球海溝最南端的歷史地震中，417年內有紀錄較大(規模大於7.5)的就是1920的這次地震了，而且進一步從目前的資料估算，琉球海溝最南段會發生的地震規模可以大致分為三種類型，它們對應的規模大小和斷層破裂長度、再現再期分別為：

A M7.0~7.5，約50~180年一次

B M7.5~8.2，約180~280年一次

C M8.7程度，約500年一次

(Chen et al.,2022 )研究中所指的A、B、C三種斷層的破裂帶情境

因為這樣的地震發生在外海，加上臺灣的陸地與海溝方向大致垂直，所以比較大威脅且有可能會發生的情境，確實也是B，但你看看它的周期也不是100年，要擔心它在2025年「就會發生」確實是有點過度了。

但是話說回來，前面也提到，地震可能不那麼準時，且還有很多未定因素，要是真的能準時評估也幾乎等於能預測地震了。所以防災的角度來看，該小心的還是得小心，如果拿以上數據的中間值，約規模8.0左右作為災害風險評估，也算合理的災前準備評估。

假如真的有大地震發生了，會怎麼樣？

大地震雖不是明天就馬上到來，但確實有一天一定會到來，但光知道這件事，大家也不知道怎麼防災吧？所以大地震發生時，地表會怎樣搖動，是我們防災需要的參考依據。國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心的大規模地震情境模擬公開資訊，就是從國科會的計畫支持下針對臺灣可能遇到的大規模地震所做的模擬。而琉球海溝隱沒帶地震的模擬，也是這個計畫其中一項重要的結果。

好，所以到底搖起來會怎麼樣呢？那得還要看震源在哪、斷層怎麼破，地震學家就依照琉球海溝的特徵，列出了四種可能性，這裡就講「最嚴重」的結果。對於這種大規模的地震，嚴重和輕微的判斷，並不只是震源的深淺遠近這麼簡單，還跟斷層「怎麼破裂」有關，從海域往陸地破裂的淺源地震，是最極端的狀況。至於模擬的結果，除了直覺的看震度之外，搖晃的是「長週期」和「短週期」震波也有差，周期的差別，跟高低樓房有關，高樓最怕長週期地震波，低樓的則擔心短週期地震波就好。

結果如何呢？臺灣東部當然是首當其衝，花蓮市畢竟是都會，震度5強到6弱就有點可怕了，而南邊一點的豐濱鄉、瑞穗鄉、光復鄉及鳳林鎮附近區域都有到震度6強的模擬結果，而且不論短週期長週期震波都很強烈，各類型房屋的耐震都需要考慮強化的。近年來2018、2024花蓮的強震，其實也間接帶出了房屋耐震性的議題，確實補強刻不容緩。一般來說，這種地震情境模擬結果，可以使用國家地震工程中心開發的TELES 軟體，針對建物的普查結果、地震特性進行評估。曾有研究(111 年國家防災日大規模震災救災動員演練計畫)將隱沒帶的情境用在分析東部的致災狀況，結果還是花蓮市區較為嚴重，約有200棟建物受損，其次是吉安和宜蘭羅東約50棟的程度。當然這邊講的是「受損」，這樣的軟體不太可能評估出是整棟倒塌，還是傾倒仍可逃生的狀況，所以這樣的數字僅供參考。

來源：國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心大規模地震情境模擬公開資訊

琉球隱沒帶情境地震模擬臺灣東部地區 PGA 分布(圖 a)與 PGV 分布(圖 b)，單位誤值，應為(cm/s)。來源：國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心大規模地震情境模擬公開資訊

至於北臺灣，雖然不像花蓮有這麼大的震度，但也跟1920的歷史紀錄一樣，有比其他地區更大的震度，多數地區最強是5弱到5強，大致比2024花蓮地震的狀況再嚴重一些。不過有一點不一樣的是，長週期地震會讓某些地點有更大的搖晃，對高樓、長跨距橋梁、高架道路與軌道有較大影響。就如同2024捷運環狀線遇到的橋梁柱體錯位的狀況，會有更多的機會發生，而10多層樓以上、屋齡20年以上的舊建築法規建物，更是要注意這種長週期地震波。不是說這些樓房一定會倒一片，而是只要有許多樓房同時受損或倒塌，對於災害的救援與災後的復原都是很大的影響。我沒有查到TELES的分析結果，但就1999集集地震的災損來看，中高樓建物(10~20樓)若屬危老建物，風險是大於一般建物，再加上台北盆地的場址效應，確實要注意。(也希望往後能有研究能運用TELES分析可參考)

琉球隱沒帶情境地震模擬震度分布來源：國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心大規模地震情境模擬公開資訊

臺灣人該如何看待這樣的地震風險？

至於要怎麼應對這種隱沒帶地震，我想還是從二個地區來評估，第一個是東部地區，宜蘭花蓮確實是震度會最大的地方，然而這些地區的開發程度與經濟因素，建物要達到更好的耐震程度需要花更多的成本，而且成本還會隨著建物高度而增加，因此就地震風險的角度，我是不鼓勵東部像其他都會區的集中開發都市化策略，畢竟如果土地增值，建物成本還要再考量耐震，真的是一下子會負擔不起，甚至會面臨都更不易的議題。此外，想想2024年花蓮強震後的蘇花公路，得要想更多辦法解決災後對外的交通運輸問題，因為地質的破碎，單靠公路鐵路運輸無疑是把雞蛋放一個籠子，如海運等多元運輸方案早就有提出了，但在政治與經濟因素下始終沒有辦法持續，確實海運多賠錢，但為了能有更好的災時應對，這是必要的投資，就如同許多捷運線路一樣，沒有先建立習慣不可能做得起來。

而前面也提到北部地區的資料比較少，但至少我們已經確認中高樓層是風險相對大的，而面對這個問題也似乎只有一個解決方向：補強結構、或是做更好的防災準備。我自己也是住在這樣的環境中，這兩年我自己強力推動社區住宅健檢與補強，然而普遍人們對於需要部分自費的危老補強方案仍難有動力，推行上相當困難，說明會想來參加的人不到5%。人們似乎更關心管理費能不能打折、社區門面漂不漂亮等議題，建築物公共安全檢查也常流於形式，常關式防火門仍然開著，通道上的鞋櫃還是在檢查過後再擺出來。防災離我們的日常，還是有好一段路要走，至少也得讓人們知道「自己的生命自己預防」的概念。以1995年日本阪神地震為例，超過七成的救援是政府到達前所完成的，「自助：互助：公助」比例是「7：2：1」，而再擴大一點，我們也不可能要求政府幫所有人民蓋好耐震安居的房子，政府能做的頂多就是不斷優化法規、在有限的預算讓更多人有補強的機會，這不就也是自助＋互助＞＞公助的概念嗎？所以，就去做吧，能說服你的鄰居就說服，無法說服就選擇更適合的居住地，無法隨意搬遷，至少也準備更周全的防災用品和規畫吧！

弱層補強介紹：

私有建築物耐震弱層補強資訊網

參考資料：

Chen, S. K., Wu, Y. M., & Chan, Y. C. (2022). The seismogenic potential of the southernmost Ryukyu subduction zone as revealed by historical earthquakes and slow slip events. Frontiers in Earth Science, 10, 887182.

Hsu, Y. J., Ando, M., Yu, S. B., & Simons, M. (2012). The potential for a great earthquake along the southernmost Ryukyu subduction zone. Geophysical Research Letters, 39(14).

國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心大規模地震情境模擬公開資訊

新北市地震災害潛勢評估與損失分析案例探討 - 中興社

大臺北地區大規模地震衝擊情境之災害潛勢與建物人員災損分析

震災風險評估與管理平台之研發與應用

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。

人家說「百年周期」的梅山地震，敢按呢？

文／阿樹    震識：那些你想知道的震識  副總編輯

1906年梅山地震至今已超過100多年，這場嚴重的地震，不只震出了梅山斷層，也帶來了重大的傷亡。現在每當嘉義有發生零星的小地震，不免有人會好奇，是不是有什麼「百年地震週期」之說？這麼久沒有釋放能量，是不是有可能在孕育下次地震呢？先讓我們將時光倒回到1906年…

從1906年的梅山地震談起

1906年，臺灣正處於日治時期，來自日本文獻(嘉義地區震災誌)上記載著地震發生時間是3月17日上午6時40分左右發生地震。而根據記載，在大地震發生前約6分鐘，有記錄到前震的現象，不過因為地震前兆要寫下去又會多幾千字，這篇就先不討論了。

或許是當時是日治初期，臺灣的地震儀相關設備還相當少，僅有臺北、臺中、臺南、澎湖、社寮、臺東、恆春有設置地震儀，主要也以震度觀測為主。因此，震災誌上就沒有明確的震央位置、發震時間等資訊(1935新竹-臺中地震時就有相當豐富的資料了)。

當時沒有定出確切震央，只能利用等震度圖圈出發震地區大致是在嘉義梅山附近的梅山斷層 ，不過看起來當時是數字越小代表震度越大。F. Omori, Public domain, via Wikimedia Commons

這次地震災情相當嚴重的主要原因有幾個：

• 土埆厝相當不耐震

土埆厝是自漢人移居臺灣後，傳統房屋常見的建築方式，主要是以稻草攪泥、經過日曬後所製成之土墼(或稱土埆)堆疊成房屋，再以稻草、瓦片等覆蓋作為屋頂。當時人們喜歡這種建法是在於成本比紅磚低、不像木頭怕白蟻，還有冬暖夏涼的好處。然而這種建物完全無法抵抗強震，震災誌上也寫著，這次地震若發生在日本，不致於這麼慘，大概就跟明治27年庄內地震差不多吧(該地震死傷約為梅山地震的一半)。

• 醫療技術與救災體系才剛剛建立

當時人們不太了解救災的處置原則，加上語言的隔閡，有些「善意」人們不一定能接受，例如人們不想吃政府給災民的飲食，一來是不想讓自己像乞丐、囚犯，二來是怕吃了以後還要付錢，房子都毀了哪來的錢？另外人們對西醫外科手術的陌生，也難免有延誤就醫而讓傷患的病情加重，比如需要截肢等重大手術就很難說服當時的人們接受。雖然後來政府盡量派遣以臺灣人為主的醫護人員，但整體的制度還在磨合重，無法發揮最大效益。

• 裏小腳的習慣讓女性傷亡更加嚴重

當時的傷亡紀錄，雖然沒有特別記載女性傷患是否有纏足，但當時的日本政府發現，嘉義廳人口的男女比為53比47，然而死亡與受傷的比例卻是反過來的44比56。而以更早在日本的震災傷亡的統計資料來看，傷亡的男女比會與人口分布的母群接近，而當時也認為理論上地震的避難條件無性別差異，故推論其理由於當時在臺灣仍普遍的「纏足」風俗有關。

當然，當時的政治背景，日人亦不希望臺灣有這樣風俗存在，後來便災害調查結果為依據，大力推行女性解放天然足運動。

首次發現梅山斷層

畢竟是日本治臺(1894~)起災情最嚴重的地震，除了總督府土木局長尾半平局長、台北測候所近藤久次郎到災區調查之外，日本也派了大森房吉博士與小橋內務參事官來調查地質狀況(因為4/18換成舊金山大地震，大森房吉就改到美國去研究另一個大地震了。

民雄(打貓)在當時已經有鐵路經過，正好就可以看出斷層錯動造成的變形，地表也有許多地方破裂，並伴隨著土壤液化噴砂的現象。破裂帶大致呈東西向的寬帶狀分布，而因為看起來是兩個帶狀分布，故當時斷層就以「梅仔坑斷層」和「陳厝寮斷層」命名。當初發現的破裂帶全長可能達25公里，向西可延伸到新港一帶(當時新港災情也頗嚴重)，而且有很多分支，但現今所認為的梅山斷層，長度僅為13公里(by活動斷層地質敏感區劃定計畫書，梅山斷層)，最西延伸到民雄國小，並在陳厝寮附近有一條分支。但目前學者們都還有不同的看法，到底民雄、新港一帶有沒有藏著看不見的斷層分支，還沒有定論。

1906年地震當時地表破裂處以紅線表示，鐵道左側(西側)為現今民雄市區，標示的1、2、3、4現今都沒有畫進梅山斷層裡面，地調所目前所公布的梅山斷層範圍，是由鐵道附近向西延伸到梅山鄉。(本圖資訊由鄭世楠教授於「塵封的裂痕 歷史地震第三講」整理)

話說現在我們都會盡量避免在活動斷層旁興建重要設施，然而國立中正大學的校區，剛好就被梅山斷層穿過。筆者不確定為何即使當初知道此處有斷層，還是蓋了中正大學，但至少我們知道建校時已經有考慮斷層而調整校地使用，比如斷層沿線附近主要是操場、高爾夫球場、棒球壘球場為主。唯一斷層上的建物為體育館，中正大學體育館最顯眼的地方就是巨大鋼骨桁架，當年我在念書時也有體育老師認為這桁架超醜，不過話說回來，這樣的結構就給外行人看，好像也會有比較耐震的觀感。而實際上校區的建築耐震設計皆遠高於一般的要求，耐震設計的地表加速度至少達0.4g，圖書館、行政大樓等主要建物甚至設計至0.7g，堪比核電廠的規範。運用各種方式減少人們對於斷層與地震的疑慮。

深藍色為梅山斷層位置，中正大學位於圖的中央處

梅山地震未必元兇是梅山斷層？

是說，一百多年了，我們對於梅山斷層了解夠透徹嗎？或許未必，雖然我們沒有辦法穿越時空到1906年去重新調查斷層，或是設置更多的地震儀，但現今已經發展出可以把早期地震儀紀錄，用現在的資料分析方式來認識當年地震發生的成因機制。Liao(2018)等人用現代的科技重新研究古地震後，重新模擬可能產生對應震波的斷層情境，發現其實比較有機會的狀況是，梅山斷層附近的地表變形還真的是「結果」，而「原因」反而是跟梅山斷層垂直的構造。這代表二件重要的事情：

1. 1906梅山地震是否是梅山斷層所引發，還需要更多研究，可能別的斷層、也可能是鄰近系統連動的結果，這裡的地下構造或許比我們原先想的更複雜！
2. 1906年地震的再現周期，更難說得準，可能上一次同個斷層發生地震是1792年，也可能不是，這地區的地震潛勢不易評估。

加上前面也有提到，1906年新港一帶地表破裂、土壤液化也是噴的一塌糊塗，而近代許多學者與中央地調所的調查仍認為梅山斷層是活動斷層，有發生大地震的潛勢，所以簡言之就是，我們還不確定的事情真的很多！

圖為1906年當時台灣的三個測站，台北(a)、台中(b)、台南(c)在大森地震儀紀錄中的水平分量，當時的指針是以是弧形方式畫記的。

Liao(2018)研究則認為1906地震震源是發生在垂直梅山層那個淺粉紅色面上。(Meishan fault=梅山斷層，Tachienshan fault=大尖山斷層，Chukou foult=觸口斷層。)

雖然不確定性變多了，但對於一般大眾或是當地居民而言，要考量的事情一樣，就是針對地震風險做好準備，而且準備還不會比原先設想的少。科學家的研究方向各有差異，但防災該當心的應該是殊途同歸，近斷層帶建物、老舊建物該要健檢或評估的記得請專家來看看，日常的防災用品準備和演習記得確實做，常常嘉義一帶有小地震就會有人詢問「百震週期甘有影」的問題，我想其實精準的答案並不重要，也難以有正確解答。不過，熟悉地震防災常識，至少可以讓我們在防災課題上可以拿到保險分吧！

參考資料：

Liao, Y. W., Ma, K. F., Hsieh, M. C., Cheng, S. N., Kuo‐Chen, H., & Chang, C. P. (2018). Resolving the 1906 M w 7.1 Meishan, Taiwan, Earthquake from Historical Seismic Records. Seismological Research Letters, 89(4), 1385-1396.

歷史地震波形資料處理與分析 

活動斷層地質敏感區劃定計畫書：F0021 梅山斷層(草案)

楊貴三，馮鈺棋，2005，嘉義地區活斷層之地形學研究。地理研究，第 42 期，民國 94 年 5 月

塵封的裂痕 歷史地震第三講：1906年梅山地震

中正大學校舍防震 堪比核電廠

經濟部中央地質調查所：梅山斷層

用鯨魚歌聲做震測

 文／吳依璇、林義欽

(編按：本文的截取自原始文獻之附圖，皆列於文末說明之)

板塊邊界上常發生地震，但有許多地震位於遠離陸地的海域之中，因此坐落於海床上的海底地震儀，能比一般陸地上的地震儀更貼近想研究的區域，進而接收更細微的地震及清晰的資料，使科學家能了解海床以下的構造。海底地震儀接收的是波帶來的震動，因此無論是天然的地震波、還是人工產生的震波，甚至是海流作用在海床上造成的震波都會記錄下來，這些不同的波都有助於人們了解海域內的地層構造。通常以人工製造震波會有特定的探測目的，我們將其稱之為海上震測，施測時，首先會利用空氣槍產生高能量的聲波射向海床，透過控制施放的能量及位置，使聲波能量得以穿透不同深度的地層。經地層反射或折射後的聲波，因為受地層不同的物理特性（如軟硬、孔隙率、含水量等）影響，被船隻拖曳的受波器陣列(註1)或者海底地震儀接收之後，可透過波動傳遞時間或振幅變化，解析更加細緻的地層構造。

而除了上述提到的地震訊號以外，海洋中其實充滿各種訊號，例如海冰碎裂的聲音、商船航行噪音或者鯨豚類的叫聲（也有以此來追蹤並統計鯨魚的活動路徑及頻率），對於人類探測地層的目的來說，這些訊號常被當作雜訊，會影響研究。但反過來說，人工製造的聲源對於水中生物來說，也是一種強大的噪音，容易使鯨豚類遭受緊迫，甚至為了閃躲噪音，鯨豚快速的下沉或上升，減壓時間不足，可能因此造成鯨豚體內重要臟器損害。

鯨豚之所以重視聽覺，主要也是因為鯨歌—鯨魚的叫聲為重要的溝通工具，因為鯨歌具有固定頻率及叫聲之間會有相近的間隔，而為了在遼闊的海洋溝通，其能量能比擬小型空氣槍並透過SOFAR channel傳遞數千公里遠。然而海上商業運輸的噪音，使得背景雜訊增加，使鯨豚們必須更用力地發聲。在疫情期間貿易量減少，鯨豚的交談變得更加頻繁。這種歌唱方式，其實與空氣槍施測方式類似。長須鯨（Balaenoptera physalus）的歌聲相當宏亮，可以高達189分貝，並且可以在約幾百公里外都可以偵測得到長須鯨的歌聲，藉由研究鯨魚的歌聲，可以了解鯨魚的行為、生物豐度、分佈和遷移模式。剛好長須鯨的歌聲有包含一聲持續1秒的短音，而該頻率約為20Hz，呈一正弦波，在呼叫的過程聲音頻率會持續下降5Hz。這些叫聲會每7-40秒重複一次，持續數小時，大約每15分鐘鯨魚會浮出水面暫時中斷。

在2021年，Kuna和Nábeˇlek分析了東北太平洋海底地震儀所收到的長須鯨歌聲的資料，發現除了有水中傳來的訊號，也有來自地殼介面反射與折射過後的訊號，可以用來解析海洋地殼的地震成像(註2)。如同使用空氣槍震源，鯨歌在水體中傳遞時，部分能量會穿透海床，並被不同深度的地層反射。詳細觀察海底地震儀所記錄到的鯨歌波型，可以看到隱藏在後續波型中的地層反射訊號。首先由鯨歌在海洋水層中的直達波與一次反射波的走時差(註3)，計算鯨魚的距離與深度，再藉由直達波的極化方向確定聲音的來源方位角，就可以描繪出鯨魚在海底地震儀周圍的移動路徑。

在海上實施人工震測探勘的費用極高，常因天氣或者區域不適合而無法探勘，加上空氣槍能量極大，往往會對周遭鯨豚的聽力系統造成傷害。然而這項研究利用海底地震儀收集天然鯨歌的訊號分析，作為長期（有些可以以年計）、被動、額外補充的資料，除了具節省經費的優勢，也較傳統震測更友善環境。但缺點就是能量依然較小，且地形崎嶇與鯨魚活動的不確定性，也對鯨豚的定位提高難度。

註1：受波器陣列: hydrophone array，一種用來接收水中聲波訊號的設備，由多個水下聽音器(Hydrophone) 組成的陣列。當水中有聲波訊號通過時，每個聽音器會接收到不同的聲音強度和相位，這些訊息可以通過信號處理和分析來推斷聲源的方向、距離和特性。

註2：地震成像: Seismic tomography，是一種地球物理學技術，通常使用地震波的資料來探測地球內部的速度異常，並根據這些速度異常來重建地球的內部結構。地震層析成像所使用的地震波，通常由地震事件產生，例如天然地震或人工的空氣槍發射。由於地震波在地球內部傳播時，其速度受到地下的物理性質和構造的影響，故速度異常可以提供關於地球內部結構的訊息。當然，這需要運用各種複雜的數學，在此就不贅述。這種技術除了用於研究包括板塊運動、地震活動、火山活動、地函對流等地球內部構造。也對於勘探礦產石油、地下建造物的監測等方面有著重要的應用價值。

註3：走時差: Travel-time difference，在此指地震波在兩個特定點或位置之間行進所需的時間差異，通常指的是地震波在不同接收器或測震站的到達時間之差。地震波，如P波和S波，根據它們所遇到介質差異，行進的速會發生變化，而使得不同地點接收到地震波的時間不同。藉由測量地震事件的波的走時差，地震學家可以分析地球的地下結構和性質，例如岩石類型的分佈、密度等資訊。

參考資料來源：

Kuna, V. M., & Nábělek, J. L. (2021). Seismic crustal imaging using fin whale songs. Science, 371(6530), 731-735.

Seismic Whale Song，from https://www.earthdate.org/episodes/seismic-whale-song

A：沒有經過過濾的長須鯨鯨歌時頻圖。B：一段鯨歌的波形範例。C：單次長須鯨叫聲的波形圖，可以看到較大震幅的直達波及二次反射後的較小的複反射。D：藉由海底地震儀在水平分量接收到鯨歌的直達波，顯示鯨歌來源的方位角。E：利用兩者路徑之間的時間差，用來估算鯨魚距離的水中相位移動路徑。

海底地形圖與測站位置，表示鯨魚在唱歌的時候的路徑位置，黑點表示單次鳴叫的位置，彩色線為鯨魚移動的路徑。本次研究地區位於東北太平洋。

利用鯨歌製造的聲波計算出淺層海洋地殼模型，不同顏色線段代表不同路徑的波，主要會利用走時差來回推出模型。此模型未按比例繪製。

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

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和發生機率。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。

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、探溝調查和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