臺灣地球科學研究概況（下）

遲斌++張濤

地質研究及成果

近年來，臺灣中研院地球所分別針對亞洲的造山作用和大陸地殼的增生及演化、青藏高原和喜馬拉雅山的隆起過程、東亞大地構造運動對環境變遷的沖擊等重大研究主題，開展多項對外合作系統性整合研究，主要了解板塊作用過程和古氣候的相關性，例如東亞大氣環流、季風型態等，并藉由海水組成、板塊抬升、河流侵蝕、沖積物組成和中亞沙漠作用等過程交互作用，獲得相關板塊作用及其演化過程的最佳結果，并配合在臺灣大學地質科學系建立一個世界級的同位素地球化學實驗室，以先進的分析技術研究西藏及喜馬拉雅山的造山作用，確定其地殼增厚的年代，對地球最厚地殼的形成和最特別的地理特征世界屋脊的演化提供最佳的解釋。

臺灣弧-陸碰撞造山帶的形成是當今極具挑戰性的科學問題，“薄皮理論”及“巖石圈碰撞”都曾經用來解釋臺灣造山帶所觀測到的地球科學資料并提出相關模型，但迄今仍沒有足夠的數據來解決不同模型間的差別及造山過程的細節。因此臺灣地球科學界共組團隊，并與海外同行共同實施“臺灣大地動力學國際合作研究計劃”，結合現代地質和地球物理學技術，以臺灣島地殼地幔為研究對象，通過更精確的地殼與地函構造測繪方法來仔細檢驗現有造山帶模型的正確性，再通過資料的整合及解釋，期望為臺灣活躍的碰撞造山帶重新建立一個完整的大地構造模型。

目前，臺灣有關能源及資源方面的大型勘探計劃有兩個，其一為“中央地質調查所”開展的“臺灣西南海域天然氣水合物賦存區地質調查研究”，現已進入二期階段，包括調查鄰近臺灣本島活動陸緣的增積巖體區、南海北部大陸架斜坡區，以及高屏峽谷以東的上部高屏斜坡增積巖體區。雖然各區的貯存量有差異，但普遍顯示該區域有天然氣水合物的分布。這個計劃的發現，在天然能源短缺且石油價格高漲的今天有非常重要的價值。其二為臺灣“中央地質調查所”開展的“臺灣山區地下水資源調查研究先期計劃”，結合遙測與當地水文地質調查，再加上各種物探與水力試驗，來了解臺灣山區的水文分區，為日后山區地下水開發利用作為參考數據。

地震災害調查

在地震災害調查分析方面，以往臺灣科技人員取得的成果有：臺灣地區數個地震目錄的地震定位與震級的評估，比較世界臺網及臺灣區域性臺網所定的震源位置、體波震級和面波震級；震波地區地震前后的應力場變化研究，利用斷層面解研究地震發生前后的應力變化，研究臺灣地區地震發生過程的特性；設立臺北盆地強地面運動觀測網，提供分析臺北盆地在地震時地面振動的特性；開展地震動共振的研究，分析在鹽寮及芭崎所記錄的強地動的共振現象；以有限元法模擬地震位錯源的格林函數，探討區域地震的波形；利用有限差分法模擬勒夫波在橫向非均勻介質中的傳播特征；利用質量-彈簧動力模型研究地震活動的動力過程，藉以探討地震活動的時空分布及幾個地震的定標律；藉全球與臺灣地震網及寬頻地震網資料，進行震源參數反演，獲知琉球島弧隱沒帶、臺灣碰撞帶及呂宋島弧隱沒帶之間過渡地區的發震構造及特征；研究臺灣及鄰近地區弧陸碰撞作用的過程，建立碰撞的動力模式，探討臺灣地震的發生與震源機制等；分析車籠埔斷層沿線一帶之第四紀地層、地形與新期構造，進行古地震研究工作，討論臺灣地區之古地震活動、地震發生之重現性與或然率；發現位居車籠埔斷層下約15公里有另一個較深的發震構造，約略與車籠埔斷層平行，證明深部地殼甚至上地幔也在大地震中變形，另在霧峰附近車籠埔斷層上，進行地質開挖與巖層定年分析，推斷車籠埔斷層上一次大地震約在200年內，了解因地震造成的地層抬升速率與臺灣造山運動的速率大致相符；研究集集地震對當地的地下水文環境的影響，顯示濁水溪沖積扇受壓含水層在地震發生后，伏流水向水平方向大幅度的擴張，尤以彰化地區最顯著，地震發生前后地下水流的變化應與含水層的滲透度改變有關；利用臺灣地區地震網所記錄的1994年南美波利維亞地震數據，分析此地震的破裂過程中，破裂面可能產生摩擦生熱而熔化的現象；完成集集大地震較大余震的再定位及震源機制，分析余震活動的時空分布，并建立區域地體造構學的模型；利用近、遠程地震資料及測地學資料，反推集集大地震破裂過程應力的時空變化，建立應力場轉移模型；求得主震震源波譜，將余震活動分成幾個性質不同的組群。

自2003年起，臺灣中研院地球所與美國卡內基研究院地磁部的研究團隊，在臺灣東部歐亞大陸與菲律賓海板塊的邊界上設立“板塊邊界觀測站”（PBO-T），以解決該板塊邊界高速擠壓，而卻沒有釋放出相對應的地震能量的問題。到2008年，研究團隊利用相距約5到15公里的井下應變儀（包括奇美、猴子山與樟原3站），共探測到20個慢地震，發現其中有11個慢地震是和臺風同時發生的，而每次的變形時間約在數小時到數十小時。根據這些資料，明確導出創新的結論：臺風可以引發慢地震。有可能是因為臺風的低氣壓降低了陸地底下的巖石壓力，因而在斷層的額外壓力梯度引發逆斷層的滑動，斷層面應力突破該處巖層所能承受的極限而引發慢地震。

2009年8月莫拉克臺風襲臺時，臺灣中研院地球所林正洪等人利用寬頻地震網，在世界上首次探測到52個山崩所產生的特殊地震事件，經由仔細分析及定位計算后，證實這些山崩事件大多數發生于臺灣南部高降雨量的山區，其中也包括造成400多位居民罹難的小林村山崩事件，此外還發現有些山崩地震事件發生于南臺灣海域的海溝或斜坡附近。

臺灣中研院地球所趙里副2011年提出一種新的全波場地震波層析成像中結構偏導數計算方法，通過預先計算并建立一個應變格林函數庫的方式，然后再推導出地震波的走時和振幅對于地球的彈性參數包括非均向性速度參數的偏導數的具體表達式，此外還對地震剪切波分裂強度對地球非均向性速度參數的敏感度進行了詳細討論。

大型地震研究計劃

目前島內有關地震災害調查分析與對策方面的大型計劃有4個，前兩個分別為中央地質調查所的“地震地質與地變動潛勢分析”和“斷層活動性觀測研究”，這兩個計劃不但試圖深入了解斷層帶的地下構造和斷層的長短期滑移速率，并將制作斷層帶之條帶地質圖提供社會參考，還針對主要活動斷層逐步建立GPS追蹤站、井下應變儀等區域觀測網，同時也進行逸氣與流體的分析監測，完成后不但對島內潛藏的活動斷層特性有深入的了解，也能快速掌握其現今活動性，對日后地震減災提供可靠的基礎資訊。

第三個是臺灣水利主管部門牽頭實施的“地震前后地下水文異常變化探測與防災工程應用”計劃，將建立斷層及地震活動之監測井網及地震水文資料庫，再經由地震前后地下水文異常變化的研究，了解地震對地下水文系統的影響，為探索地震前兆研究工作做前期準備。

第四是臺灣氣象主管部門目前正在實施的“強地動觀測第四期計劃”，分6年（2010—2015年）執行，目的是建立新一代地震觀測系統，加強地震海嘯監測，整合海陸地震觀測網，拓展強震即時警報資訊在防災方面的應用，整合與推廣運用地震數據庫，加強地震潛勢分析研究，并配合防災需求發布地震潛勢圖。到2013年底，已完成30座高品質深井地震觀測站的建設，能夠有效降低地表背景雜訊，提供高品質觀測數據。

為加強地震防災工作，整合各式的地震觀測資料，提供建置強震速報與即時警報系統，研發地震前兆分析與地震預測技術，臺灣氣象主管部門積極建設多元化的地震觀測網，包括下列6項：（1）即時地震網，自1989年起陸續建立了71個速度型即時地震站，用以監測臺灣的地震活動，尤其是微震資料，對于監測斷層活動或大地震前的異常活動提供重要依據；（2）都會區強地動觀測網，自1992年起執行“強地動觀測計劃”，在臺灣各都會區陸續建立688個自由場強震站，以及61座結構物強震監測系統，提供防震設計規范的改進依據；（3）強震速報網，自1998年起執行“強地動觀測第二期計劃——建立強震速報系統”，自2004年起執行強地動觀測第三期計劃——發展強震即時警報系統，累計完成101個強震站，即時監測與發布有感地震消息；（4）寬頻地震觀測網：自2001年起配合臺灣科技主管部門的“地震及活斷層”大型整合計劃，陸續建立31個寬頻地震站，提升測報精度，擴大監測范圍，快速掌握震源機制；（5）全球衛星定位系統（GPS）的地形變觀測網，自1993年起陸續建立150個全球衛星定位系統觀測站，記錄臺灣島的地殼形變，監測斷層活動，比對地震的發生時序，以便歸納出地殼形變與地震間的相關規律，藉以預估未來地震趨勢，發展地震預測技術；（6）地球物理資料管理系統，整合微震、強震、寬頻、地形變、地下水等地球物理資料，充實多元化地震觀測資料，應用于各項地震防災科技，包括建筑防震設計、強震速報與即時警報、地震前兆分析，以及地震預測技術的研發。

該機構目前正在與“國研院”下屬災害防救科技中心合作，建立通過網絡通報的快速信息傳遞平臺，并推動強震即時警報的應用評估，先在防災部門、交通運輸部門及學校進行測試，完成測試評估后再全面推廣至全臺灣。

臺灣科技主管部門也在推動強震即時警報系統的研究，由“國研院”下屬災害防救科技中心、地震工程研究中心、高速網絡與計算中心組成的研發團隊與臺灣氣象主管部門及相關研究機構合作，進行強震即時警報技術研發，現已完成現地型強震即時警報系統、自動化警報展示系統以及自動化減災控制系統的整合，實際建造一棟兩層樓模型展示屋，并在地震工程研究中心的三軸向振動臺以921地震紀錄進行實機整合測試。結果顯示，在最大地表振動到達前，強震即時警報系統可為嘉義、臺中、新竹與臺北地區多爭取11、7、17與27秒的預警時間。實機展示包括在強烈震波抵達前，通過廣播、字幕機、電視插播等方式提出預警，并自動關閉煤氣，避免火災的發生，開啟大門、逃生動線指示燈以利逃生，將電梯停至最近樓層并開啟電梯門，減低傷亡與受困。

地質防災

近年來，臺灣日益重視綜合性地質防災研究，包括利用“福衛2號”圖像，輔以其他光譜衛星圖像，進行臺灣地區地質環境與災害的動態監測及其建立數據庫，逐年累積地形變遷信息，并利用克利金空間內插法，推估地質災害發生時點的降雨量，以河川級序、河川坡度、集水區面積與地質條件為依據，進行各溪流集水區土石流潛勢的劃分與篩選，目前已完成北部及中部地區的集水區的工作。

從2007年起，臺灣“中央地質調查所”開始實施“地質敏感區災害潛勢評估與監測”計劃，目的是逐年完成全臺灣高山聚落地區的災害調查、都會區周緣坡地山崩災害潛勢評估、建立重大山崩災害潛勢區變異監測系統，以提供地方政府進行管理使用；另一重點為分年強化資料庫防災功能，建立即時防災決策支援地質情報系統，提供防救災任務支持。該計劃含有5個分項計劃，包括：高山聚落地區地質災害基本調查、都會區周緣坡地山崩潛勢評估、重大山崩災害潛勢地區災害模擬與監測、廢棄坑道的地盤下陷災害潛勢評估以及南投縣廬山溫泉北坡監測與建立預警系統。

目前，正在進行中的“強化坡地環境地質與防災應用”計劃，分4年（2011—2014年）執行，目標是逐年完成更新全臺灣山地聚落及周圍坡地環境地質基本資料，包括順向坡、山崩（滑動體）、土石流（扇狀地）、河岸侵蝕等地質災害，分年分區進行山崩潛勢評估分析，并建立全臺灣坡地環境地質數據庫，以提供地方政府進行管理使用；另一重點為分年建立大規模潛在山崩地區活動性觀測系統及崩塌地調查與觀測等資料，利用地質鉆探、測傾管測量及山崩機制分析匯整完成環境地質調查報告，提出該大規模潛在山崩地區的山崩機制、影響深度、范圍、邊坡穩定概況，加以強化資料庫防災功能，構建即時防災決策支援地質情報系統，提供防救災任務支持。

火山研究

另一正在進行中的“大臺北地區特殊地質災害調查與監測”計劃，從2004年起開始進行，特別針對臺北市及周邊地區可能發生的火山活動、斷層活動與地震活動，進行調查與監測及分析評估，目的是掌握和了解地質災害發生的成因、機制和對大臺北地區的影響，建立火山的背景值及異常活動指標、分析地震分布及震波效應，評估火山與斷層的活動性，及應用高精度和高解析度數值地形資料研判災害的地質地形特征，以強化環境保育和土地使用管理，達到可持續發展。

近年火山地質調查區域主要集中在觀音山火山群地區，利用野外地質調查和采樣，以及室內實驗室礦物和巖石的分析工作，完成火山地質圖繪制，發現并無任何火山活動的征兆，其地底下也未有任何火山地震的活動，顯示觀音火山群未來噴發的可能性不大。

另外持續針對大屯火山群進行長期監測研究，包括野外直接測量溫泉水質，以及采集樣本攜回實驗室分析溫泉水中的陰、陽離子濃度變化、水質及化學成分變化、火山氣體含硫及二氧化碳量變化、地溫變化等，結果顯示相對穩定，無明顯火山流體向上增加的趨勢。

為了增進對臺灣火山的觀測能力，并了解大屯火山活動的現況，2011年臺灣科技主管部門與相關研究機構在陽明山公園內的菁山自然中心共同合作設立“大屯火山觀測站”，加強即時監測的功能，包括建立火山地震監測網、進行火山氣體與溫泉水的化學成分調查分析、測量地殼變形、監測地溫，以及噴氣即時影像監測等，未來還將加入傾斜儀、重力、地磁、衛星圖像等不同方法，以達到更完整的監測。