地震化石系列 – 斷層鏡子

“地震!!!”，這句話可能是 ”不知道” 以外，最常在台灣說 (聽) 的一句話。這顯示台灣的地震相當頻繁 (廢話) 外，對地震的認識有其必要性與急迫性 (屁話)。目前，於地震發生之後，地球物理與地震學家藉由演算測站所接收到的震波，可以迅速地獲得地震的相關資訊。但是對於地震時所發生的 (物理化學) 作用，以及伴隨的產物，我們卻仍一無所知。其原因在於，地震多發生在深處 (5-20 公里)，而同震 (快速滑移) 產生之作用 (以瞬間高溫、高壓與伴隨之熱液所驅動之物理或化學作用；不平衡作用) 與伴隨的產物，在抬升的過程，會因風化與換質作用 (平衡作用) 而被抹滅掉。因此，要辨識同震作用的產物極具難度，也讓目前已辨識的同震產物 (指示地震之證據) - 地震化石，更顯珍貴。

以色列有個出產石灰岩的採石場，恰好位於走滑斷層上，而其斷層滑動 (摩擦) 面聳立於地表上數公尺。特別的是，此斷層表面光滑無比，儼然像一面鏡子 (斷層鏡子)。Siman-Tov 等人觀察了此滑動面的表面構造，發現 (1) 表面粗糙度大約 20 奈米，遠低於不可反射可見光波長的粗糙度 (100 奈米)；(2) 此光滑表面是由奈米等級的方解石顆粒所構成。藉由 (1) 微構造的觀察；(2) 現有 (模擬斷層滑移的) 岩石力學的結果；與 (3) 工業的加工拋模打光過程，作者推測可能是斷層在石灰岩上快速滑移，使方解石於雙晶 (或解理) 中產生機械破壞，進而產生奈米顆粒，並形成奈米顆粒薄層 (斷層鏡子)，但此觀察結果對於將斷層鏡子當成快速滑移的辨識物 (地震化石) 仍存疑慮。

源自義大利阿爾卑斯山南段 Foiana Line 碳酸岩之斷層鏡子 (斷層作用造成之極光滑表面)

這疑慮在兩年後便獲得了解答。作者使用 (1) 三種石灰岩；(2)等速滑動 (0.001-0.63 公尺/秒)；與 (3) 變速滑動 (快速變慢速或相反) 等條件，進行岩石力學實驗，試著觀察斷層鏡子的生成與破壞過程。作者發現只有在快速滑移的條件 (大於 0.07 公尺/秒) 才會形成鏡面，而且鏡面的微構造與以色列走滑斷層的斷層鏡面相似。反之，慢速滑移在摩擦面上，以磨蝕作用 (wear erosion) 為主，並產生粉末與裂隙，而無奈米顆粒薄層覆蓋其上。另外，藉由使用熱電耦偵測訊號，作者估計滑動面上快速滑動時，可能溫度最高達 310 度 C，並以此說明，由機械破壞作用產生的奈米顆粒，會因熱壓焊結作用 (hot pressing sintering) 而膠結在一起，變成實驗所觀察到的鏡面。至此，作者提出在淺處形成的石灰岩質斷層鏡子，可以被視為是地震化石 (快速滑移的證據)。

因此，如果在野外看到斷層鏡子，先別急著整理儀容，想想，它在提醒你這裡曾有 (大) 地震發生。

**歡迎會員投稿，意者請逕行與學會聯絡**
本著作係採用創用 CC 姓名標示-非商業性-禁止改作 4.0 國際 授權條款授權