臺灣地球科學研究概況（上）

遲斌　張濤

臺灣地球科學研究概況（上）

遲斌張濤

成立“地球科學研究推動中心”

臺灣位于亞洲大陸板塊的邊緣，同時處在菲律賓板塊的相沖地帶，地理環境特殊，擁有活躍的地質造山帶，經過中生代及新生代的塑造過程，加上火山及地震活動頻繁，導致地層與地質構造復雜，地形坡度很大，巖石種類繁多，成因與演化關系微妙；加上四面環海，東臨西太平洋，深受大氣環流、熱帶洋流及東亞季風的影響，常年飽受臺風與暴雨的侵擾，時常引發嚴重的自然災害。

早年在臺灣，氣象、海洋與地球科學是三門彼此相對獨立的學科。上世紀60年代臺灣空軍主管部門即非常重視這三門學科的發展，并特別設立專門計劃經費，鼓勵島內大學教師和科技人員開展相關研究。但當時基本以資源勘探調查開發及自然災害監測為主。

到上世紀90年代，鑒于當時出現全球性資源短缺、自然災害日益嚴重以及全球變暖、環境持續惡化，導致人類在地球上的生活與生存開始明顯感受到壓力與威脅，臺當局認識到氣象、海洋與地球科學彼此關聯，于1990年首次制定“全球變遷研究”規劃，1991年成立“全球變遷研究推動小組”、“全球變遷研究審議小組”，1993年成立“環境與發展委員會”。“全球變遷研究”包括5項大型計劃，即古全球變遷、氣候與空氣品質臺灣站、赤道海洋與全球大氣研究、黑潮邊緣交換過程研究、世界海洋環流實驗。

表1　2013年臺灣地球科學領域SCI論文世界排名

1996年，臺灣科技主管部門在“中央”大學成立“地球科學研究推動中心”，明確地球科學范疇包括地球、大氣及海洋3個學科，涵蓋地理學及區域地質學、地球物質學、應用地球物理學及地質學、地球及行星化學、地磁學和地電學、地震學、水文學、測地學和重力學、地球歷史學及地球動力學、高層大氣、大氣動力學與數值模擬、大氣物理與大氣化學、天氣學與氣候學、海洋物理、海洋化學、海洋遙測、海洋生物、海洋地質學等領域。

“地球科學研究推動中心”的任務主要有三項：協助臺灣科技主管部門推動相關學科研究發展方向與重點；協助開展與海外有關研究機構合作及學術交流；舉辦學術性研討會、演講會及學術聯系活動，及為臺灣有關研究人員提供服務。

表2　 2007—2013年臺灣地球科學領域重要期刊論文發表情形

進入21世紀后，臺灣地球科學的研究范圍又逐步擴展至防災科技、可持續發展、氣候變遷與全球環境，以及空間資訊等與民眾生活直接的相關領域，近年來平均每年發表論文3萬余篇，2013年被SCI收錄的論文有4469篇。發表論文數量最多的研究機構主要有：臺灣中研院、臺灣大學、中山大學、“中央”大學、成功大學、海洋大學、臺師大、中國文化大學、東華大學、中央地質調查所、“中央氣象局”等。

重視地震研究

早在1891年，臺灣安平海關即開始地震觀測工作。上世紀20年代日本殖民時期，初步建成了地震觀測網。到1945年臺灣光復時，島內共有17個地震觀測臺。1951年臺東及花蓮發生大地震，為此增設了加速度地震儀和新型的強震儀。1963年接受美國商業部海岸大地測量局的贊助，在臺北市近郊設立了一個屬于世界標準地震臺網(WWSSN)的地震臺，裝有高放大倍數的長周期及短周期電磁式地震儀各一套。

針對臺灣地震多發的特點，臺灣科技主管部門成立后即非常重視對包括地震在內的地球科學研究，并特別設立專門計劃經費，鼓勵島內大學教師和科技人員開展相關研究。

該部門1968年提出地震研究長程計劃，此時卻發現島內缺乏專門的研究機構及設施，零星研究人員之間也缺少相互配合。為此，該部門在1971年成立地震專案小組，負責建設臺灣環島自動測震網，由覆蓋各地區的25個野外地震臺站記錄地震訊號，可以準確測定里氏2.0級以上地震，所獲得的數據可用于研究島內地震震源的特性、地震波的衰減及地下介質的非均勻性。

1973年，地震專案小組改隸屬于臺灣中研院物理所，在該所內設立地震研究組。1976年，臺灣中研院將其獨立出來，成立地球科學研究所籌備處，1980年又增設同位素地球化學及地體構造物理學兩個研究組。1982年7月，正式成立中研院地球科學研究所，最初設在臺灣大學校園內，1993年初遷至臺北市南港區新建的研究大樓。1991年3月，臺灣環島自動測震網并入臺灣氣象主管部門地震觀測網。

該所現任為所長趙豐，共有35位研究人員，包括特聘研究員5名、研究員9名、副研究員10名、助研究員3名，設有多個研究室及各種實驗室，設有地球物理、地球化學、工程技術和設施救援4個部門，主要研究方向為：地震學、地質構造、地球物理學、地球化學及地質高壓實驗，包括放射性和穩定性同位素分析、地質和宇宙礦物學、火山和地質構造學、陸地及海洋地質定年技術等研究。近年來在地磁學、大地測量學的應用，特別是地幔動力構造模擬計算熱流、太空遙感、全球衛星定位系統和重力研究方面也有較大的發展，2013年發表SCI論文100余篇。

該所同時還與臺當局其他政府部門（如氣象主管部門）共同運作遍布全臺灣的地球物理學及測地學儀器臺網，與臺灣許多有關機構有合作關系，并經常協助推動臺灣的地球科學教育，對預防和減輕地震災害、重大建設項目的地震危害度評估等也提供專業性服務。

“中央”大學是島內最早培養地球科研人才的搖籃。該校前身是創建于1915年的南京高等師范學院，1929年改名為中央大學，其地質、氣象等方面的教學實力在當時國內首屈一指。1979年，臺當局在島內“復建”所謂“中央”大學。但其實早在正式復校之前，即在1962年，島內來自大陸的部分該校師生就在臺灣教育主管部門的支持下，先行成立中央大學地球物理研究所，開展相關研究并嘗試培養研究生。1968年，又設立“中央”大學大學部物理系地球物理組，開始對外招生；1976年與物理系分離，單獨成立地球物理系。“中央”大學正式成立后，該系在第二年便設立博士生班，1990年又成立應用地質研究所，同時將原地球物理系更名為地球科學系，形成一系(地球科學系)兩所(地球物理研究所、應用地質研究所)的結構，涵蓋更廣的領域，使地球科學教育更為充實蓬勃，同時承擔臺灣科技主管部門及其它民營學術機構或企業的委托研究項目，開展地震、地電、地磁、測井、地質等研究工作，以便學生能學以致用的，獲得實踐經驗，其培養的學生已成為日后活躍于臺灣地球科學界的骨干。

此外，臺灣經濟主管部門所屬“中央地質調查所”、氣象主管部門所屬地震測報中心等部門也都設有與地球科學相關的研究機構。

中央地質調查所最早創立于1916年，歷史悠久。1949年國民黨當局敗退至臺灣時，該所人員幾乎全部留在大陸，島內的地質工作實際由1946年成立的臺灣省地質調查所負責，首任所長為畢慶昌。

上世紀70年代，臺當局基于經濟建設需要，特別是礦產資源開發及農業、交通、土木工程、水利建設、環境治理等各方面均需要地質資料作為設計及施工的參考，在1978年11月恢復成立經濟主管部門下屬“中央地質調查所”，原臺灣省地質調查所由“中央地質調查所”接管后撤銷。該所最初設在臺北市仁愛路二段1號，首任代所長為徐鐵良，1983年5月遷至臺北縣（今新北市）中和市華新街地質研究館新址。

該所的主要任務是調查島內地質礦藏，培育地質專才，開展資源開發、工程建設及學術研究。所內設有綜合企劃室、區域地質組、構造與地震地質組、環境與工程地質組、資源地質組、地質資料組等技術部門，以及多個地球科學研究室及X光實驗室、電子微探儀實驗室、化學分析實驗室、薄片制作實驗室、巖石力學試驗室、土壤力學試驗室、地球物理實驗室、沉積學實驗室、地質資料中心、標本陳列室等，重要儀器設備包括：偏光顯微鏡、液包體加熱冷凝臺、立體顯微鏡、X光繞射儀、電子微探分析儀、電子顯微鏡、萬能試驗機、三軸壓縮試驗儀、直接剪力儀、單向度壓密儀、地下水流速流向儀、井測儀、地電儀、自錄式水位儀、熒光光度計、工程用地震儀、激光粒徑分析儀、滲透試驗儀、感應式耦合等離子光譜儀、空中磁力探測設備等。

該所現有研究人員70余人，主要研究方向包括：臺灣島內活動斷層分布及特性調查研究，編制及更新活動斷層圖，地質構造調查研究，建立基本地質及環境與工程地質數據庫，地震地質及災害調查研究，變動地形分布及特性調查研究，因臺風暴雨而形成泥石流災害地質調查研究，建立山崩土石流數據庫，因坡地不當開發所造成地質災害調查研究等。

臺灣氣象主管部門地震測報中心是島內地震臺網和地震測報的負責機構，下設強地動觀測、地震海嘯觀測、系統維護、資料處理、測報研究等科室，擁有40余名工作人員。該機構既是地震監測部門，也是臺灣官方的地震信息發布中心，不但為島內相關科研機構提供所需的地震資料，而且通過新聞媒體向公眾發布地震消息，包括有關震中、震源深度、震級、烈度等數據。

該中心目前擁有一個分布在全臺灣各地的強震監測網，共有102個加速度型即時強震站，隨時監測全臺灣的強震活動，并即時發布有感地震消息；另有71個速度型即時地震監測站、611個地震觀測站（不含前述102個地震速報站）、61座結構物觀測陣列，用來連續監測臺灣地區的地震活動，尤其是微震資料。

表3　1981年－2012年各國和地區地球科學領域每5年相對影響系數

重要研究成果

鑒于臺灣早期地球科學研究多屬自選課題，彼此缺少聯系，導致研究力量分散，臺灣科技主管部門1982年制定了由島內各學術機構共同合作開展的三個大型綜合研究計劃，分別為：臺東地區地質與地球物理研究；臺灣新地質構造研究；臺灣第三紀地層層序研究。結果發現效果很好。

1985年10月，臺灣科技主管部門召開地球科學十年計劃規劃委員首次協調會議，商定4項重點發展計劃，分別為：固體地球物質的物理及化學研究；臺灣地區地震物性之研究；臺灣東部地質與地球物理的研究；臺灣新地體構造的研究。

同年12月，該部門制定出首部完整的地球科學學科規劃，配合島內的研究環境及整合島內現有研究人力，提出長期重點研究方向，主要集中在兩大類，第一大類是地質構造、地球物理及能源與資源勘探研究，第二大類為地震災害調查分析與對策。

自上世紀90年代到21世紀初年，在地質學方面，臺灣科技人員取得的成果包括：臺灣中研院地球所劉林根發現并確定了現在稱為“劉氏石”的鈣鈦礦結構的鎂鐵硅酸鹽，被國際公認是構成地球最主要和最豐富的物質；臺灣北部前陸褶皺沖斷帶第三紀沉積巖的古地磁研究；觀察地磁場在極性反轉時的過程；磁性結構汲巖石磁學的研究；利用大地測量資料從事板塊邊界及活斷層區的地殼變形研究；進行大地測量系統誤差分析，以提高觀測精度；利用全球定位系統衛星測量方法，觀測研究臺灣地殼變動；由臺灣各地區地形及斜坡演化歷史，配合放射性同位素定年資料，利用擴散觀念，建立地形定年的數理模式；由祁連縫合帶火成巖及變質巖的礦物學、巖石學、地球化學及定年學，推斷當時地體構造作用與南極大陸的關系；整合沉積盆地火成巖特性及區域構造資料，探討華南地區大地構造演化及其與臺灣古、中生代演化間的關系；建立臺灣西部麓山地區層序地層、大地構造與石油蘊藏間的可能關系；建立臺灣各水資源區的地下水流模擬與地下水資源開發技術；發現臺灣北部火山帶屬于張裂環境下的巖漿活動，且目前仍處于張裂力場下；發展超微標本分析技術，探討巖漿在巖漿庫的形成過程；進行西藏高原、中南半島地區的火成巖與變質巖的地球化學、定年學與板塊重建研究，探討西藏高原新生代的抬升機制、新生代大型斷層錯移的活動歷史、南海張裂演化與大地構造運動模式；研究亞洲大尺度的構造，在北越紅河斷裂帶之南，發現南中國揚子陸塊最老的地殼基盤巖石在28億年（晚太古代）前由地幔形成；分析位于中央山脈與屏東平原交界，貫穿高雄與屏東縣的潮州斷層附近地下速度構造，證實潮州斷層兩側速度差異極為明顯，為臺灣板塊活動一個重要邊界斷層；研究新疆吐魯蕃盆地的古地磁，發現中新統早期有約20°～30°的順時針旋轉運動；分析鄂霍次克海巖心MD012414的古地磁，發現53.88米的巖心涵蓋177萬年，冰期主要沉積物為來自勘察加半島冰川帶來的火山碎屑；建立各水資源區的地下水流模擬與地下水資源開發技術等。