为大地震作准备：科学园区微地震观测及地震前兆之地球化学研究.doc

為大地震作準備：科學園區微地震觀測及地震前兆之地球化學研究 國家地震工程研究中心 副研究員 張道明、瓦里亞林世榮前言…)、發生中(大地震是如何觸發…)、發生後(震波傳遞及場址效應…)的各種現象。如果我們能夠準確的掌握這些因子，地震預測的問題大概就解決了八成。換言之我們無法準確的回答三個問題：大地震(1)何時發生、(2)何地發生、(3)如何發生？但是透過過去一些研究，我們觀察到一些現象，可以慢慢的將問題轉變成兩組研究方向：(1)如果我們能能有效的觀測到地震前兆現象，未來是不是能在地震即將發生的數天到數小時前，判斷地震即將在何時何地發生？(2)地震發生通常與活動斷層及盲斷層有直接關聯性，而發生在相同斷層的大地震應該和平時小地震有相似的破裂特性，因此藉由研究小地震是不是能夠推估未來大地震的發生形態？這兩組研究方向，都需要投入大量人力物力，長期進行野外觀測才有可能突破瓶頸。 近年來三大科學園區產值已經超過台灣國民生產總值(GDP)的16%，此外也是台灣的高科技人力聚集點，絕對稱得上是台灣的經濟命脈。然而觀察這些科學園區的地理位置，並不是非常理想，譬如竹科園區周邊10公里內有新城斷層、新竹斷層，南科附近有新化斷層、觸口斷層，中科附近有彰化斷層、車籠埔斷層，而且不斷地發生淺源地震。而台灣由於板塊擠壓造成災害性地震頻傳，過去百年間曾發生1906梅山地震、1935新竹台中烈震、1999集集地震，尤其於西元1999年發生的Mw規模7.6之921集集大地震，造成共2,505人罹難，140億美元經濟損失(佔GDP的5％)。因此國震中心針對以上兩個研究方向，對三大科學園區進行(1)以地球化學氣體變化來觀測地震前兆現象；(2)以高精度寬頻地震儀進行觀測、研究小地震的破裂特性。 二、研究方向一：以地球化學氣體變化來觀測地震前兆現象 地震的發生是一個非常複雜的力學問題，包含岩石材料由彈性變成非彈性、最終破裂的過程；若配合地下流體，還牽涉出岩石變形累積的能量轉換成電磁能等現象。因此地震發生前可能會出現非常多種前兆現象。譬如：前震、地磁場變化、電離層強度變化、GPS訊號呈現系統性延遲、斷層帶土壤氣體土壤氣體土壤氣體許多研究指出地底下的氣體藉由擴散（diffusion）或滲流（advection）行為，破碎斷層上升至地表。斷層帶，土壤氣體的濃度辨認斷層帶的位置及偵測地震活動。 新城斷層及新化斷層觀測站透過網路即時將資料傳回，如圖一。 於200年10月底設置完成，在20011月至2007年9月觀測期間，共起地震事件，土氡氣體連續觀測資料記錄到起異常事件，研判其中有起異常事件可能與地震活動有關。其餘地震事件未能，主要暴雨影響造成資料暫時中斷。如表一 新化站設置於新化畜產試驗所內，於2006年10月底設置完成，在200611月至2007年9月觀測期間，本區共發生11起地震事件，土氡氣體連續觀測資料記錄到11起異常事件，研判其中有8起異常事件可能與地震活動有關。其餘未能對應的地震事件，主要受到如暴雨影響而造成資料暫時中斷。土氡氣體連續觀測資料科學園區由於科學園區以半導體廠為主，對地動之敏感性極強，瞭解園區微動特性，新竹科學園區下方之地層呈現南北走向的摺曲，而摺曲的峰－峰約為2公里。此一現象與附近地表丘陵起伏狀況相類似。由主頻分佈圖可以看出竹科東北北方向（頭前溪南岸）的地層從地表至基盤之間並無明顯的界面存在（此處之界面為能有效捕獲地表傳下之能量），而竹科西南南方向（國道一號及國道三號新竹系統交流道；双溪、寶山）靠近地表則有一層明顯的界面能有效捕獲地表傳下之能量。地質圖知竹科東北北方向為更新世店子湖層（紅土、礫石、砂及粉砂之透鏡體），而竹科西南南方向為更新世頭嵙山層（砂岩、泥岩、頁岩）。上述之微地動特性正是反應此區地層特性之變化。由圖可以推論，台南園區下方之沉積物厚度大致呈現由東向西增厚的趨勢。此一現象與附近地表丘陵起伏狀況相類似。配合井下速度量測結果，顯示台南科學園區地表多為鬆軟膠結程度差的沙質土壤。因此，初步判斷台南科學園區必須注意地震發生時因鬆軟土層造成的場址效應。科學園區就監測小區域地震活動而言，需小範圍之監測網。以目前全台地震網分佈而言，無法有效偵測到一些微小地震；而強震網分佈雖然較密，但儀器之功能是在記錄較強地面震動。但微小地震正是用以研究地震震源態的重要依據，因此 圖一 土壤氣體觀測站內部儀器配置圖 圖二 竹科測站氣體異常訊號所對應地震事件分佈圖 圖三 新化測站氣體異常訊號所對應地震事件分佈圖 圖四 新化測站在2006/11/15至2006/12/31期間，土氡異常變化與1226屏東地震事件之關係 圖竹科微地動主頻圖 圖科微地動主頻圖 圖科微地動主頻圖 圖八 國震中心寬頻地震觀測站之設置，是依據氣象局過去16年觀測到的淺源地震分佈，涵蓋對三個科學園區有直接影響