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台灣地質事件

2016-02-19

為什麼會發生美濃地震?

張中白 (中央大學太空及遙測研究中心;cpchang@csrsr.ncu.edu.tw)

美濃地震剛過,主要的研究才剛剛啟動,還有許多的資料要收集,許多分析工作要做,然而有些問題我們已經有了初步的想法 。

首先, 我們可以從大地構造的角度來解釋這裡為什麼會發生大地震?

美濃地震並非個案,2010 年 3 月 4 日的甲仙地震與 2012 年 2 月 26 日的霧台地震也都發生在這附近。這三起地震的深度相近,震央相距不遠,且主破裂面的形態十分類似,科學家於是開始注意它們之間的關聯性,它們很可能擁有相同的發震原因。

事實上,對台灣島而言這些地震都是非典型地震。台灣島是菲律賓海板塊向西北西方向擠壓所形成,因此台灣的山脈呈北北東走向,斷層也多是沿這個方向延伸。至於斷層的活動方式則以造成山脈長高與地層縮短的逆衝斷層為主,台灣島的典型地震所反應的就是這些斷層的活動。

美濃及先前發生的幾個地震不是發生在北北東走向的斷層上,下圖中的震源機制解 (註一) 顯示它們的主破裂面呈西北西走向,也就說這些地震是沿菲律賓海板塊擠壓的方向發育的。此外,除了逆衝運動外,這三起地震及它們的主要餘震都有很明顯的橫移運動,也就是類似撕裂的行為。這種撕裂行為是為什麼發生的呢?山脈的分布似乎透漏了一點端倪。

從台灣西部平原往東進入山區,一開始接觸的矮山我們稱作『麓山帶』,其下的構造以逆衝斷層為主,因此又稱為褶皺逆衝帶,這裡是山剛剛開始生長的地方。隨著板塊的擠壓,山會慢慢地往前衝,也就是往西部平原衝,有時也會發生一次性的暴衝,例如 1999 年的集集地震就是。麓山帶一路向南延伸到旗山附近,以南則尖滅消失。這是因為在旗山以南擠壓程度不夠,山還沒有開始往前衝。北衝南不動,地殼被橫向撕裂,北擠南開闊,地殼往南方逃脫,為了要調整造山運動的南北差異,這些非典型地震,就在褶皺逆衝帶的最南端,因應而生。

這些非典型地震的主要發震構造應該是一條 (或一系列) 呈西北西走向具有左移分量向南逆衝的斷層,然而它的深度太深 (註二),破裂面沒有到達地表,也就是一般所稱的「盲斷層」,我們因此無法在野外直接觀察到它,更遑論研究它的地震歷史,推估它的地震週期,要不是這幾次的大地震,我們甚至還不會注意到他的存在。把地震比做地牛翻身,如果我們可以就近觀察牠,那我們就可以準確地測量牠翻身的『頻率』與翻身的『規模』,可惜的是,這是一頭深藏地底沒有足跡可循的地牛。

至於未來這裡還會不會發生大地震呢?很不幸的,答案是「會」。地震是造山過程中的必然產物,台灣的造山運動方興未艾,所以絕對會再發生地震。而且不只是在這條造成美濃地震的斷層上,台灣有很多活斷層,有的早已現蹤並已被詳細研究,有的仍深藏未露,它們都有可能在未來發生地震。可能發生的規模與週期,科學家可以幫我們估算出來,而防震減災則需要靠大家共同的努力。

(註一) 科學家利用地震波可以解算出「震源機制解」,用來反映地下的發震構造。震源機制解俗稱為「海灘球」,由兩個面作下半球投影所組成,而後必須配合餘震分布,震度分布走向,區域構造以及 GPS 同震位移場等其他資訊,才能決定其中哪一個面是主要破裂面。在複雜或者特殊的情形下,會造成主要破裂面決定困難,甚或誤判。

(註二) 美濃地震的主震震源深度達 16.7 公里,比褶皺逆衝帶的底部還深 (一般認為大約 10~12 公里深),因此這個地震尚未進入褶皺逆衝帶的變形範圍內。雖然此處山脈發育的趨勢是:由東向西,有北向南,由淺向深發育,也就是說震源位置未來還是會被「鏟」入造山帶中擠壓並抬升,但是此時此處發生這個地震,似乎還是早了一些。這個問題目前學界還未有較一致的看法。

台灣西南部地形圖。甲仙地震、霧台地震及美濃地震,分別以綠、黃、紅色標示其主震及餘震震央 (資料來源中央氣象局)。甲仙地震及霧台地震之震央已經過重新定位,板塊擠壓方向為蘭嶼相對澎湖之縮短方向,斷層線位置根據中央地質調查所報告。

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