星期五, 四月 12th, 2019

地震防災再跨一步 中研院利用GPS定位 探知岩石強度與大地應力變化

台灣島位處在環太平洋地震帶上,根據中央氣象局統計的資料顯示,台灣平均每年發生的地震多達2萬6千多次,其中有感地震約有近965次,平均下來每天就有2到3次的有感地震發生。為了減輕地震帶來的災害,多年來許多學者紛紛投入地震的研究,希望能找出預測地震發生時間或地點的方式。

中研院地球科學所研究員許雅儒,長期投入地震的研究與調查,希望探究出921地震過後,臺灣造山帶岩石圈的流變特性,她與研究團隊監測長達20年,找出了集集地震過後地殼岩石強度的時空變化,日前將研究成果發表在《科學前緣》(Science Advances),證實地殼變形的應力和應變速率是非線性關係,並開發新的演算法。她說,這項研究有助於使未來地震週期預測更為準確。

建於南投七彩湖的GPS衛星觀測站。圖片來源/中央研究院

監測九二一地震20年 台灣「造山運動」的現在進行式

相信在台灣民眾對於地震都很熟悉,也都知道地震是目前仍無法預測的「正常能量釋放」,多數學者認為,地震主要的原因是因為板塊運動,雖然目前無法預測地震何時會發生,但能利用各地的地震觀測站,測量地震發生的早期震波,快速預估震度與震波到達的時間,爭取到數秒至數十秒的預警。

除了被動的預警之外,地震是區域性的災害,多發生在板塊交界的斷層帶上,若能避開可能發生大規模地震的斷層帶,就能減低地震帶來的危害。為了試圖找出斷層帶地震的觸發的因子,曾獲得台灣傑出女科學家的許雅儒,多年來投入板塊隱沒帶的研究,曾研究過印尼蘇門答臘外海隱沒帶、琉球及馬尼拉隱沒帶及台灣車籠埔斷層帶等菲律賓海板塊周遭的地震活動。

許雅儒利用全球衛星定位觀測系統(GPS)、地震及井下應變儀等觀測資料,分析「隱沒帶斷層」在地震周期中的地表變形、物理性質及岩石圈的應力狀態;進一步估算出斷層的滑移速率、發生大地震的潛能和可能的最大地震規模。多來來漸漸摸索出多變的地球情緒起伏,而被稱為地球的情緒量測師。

許雅儒發現,地殼岩石變形的速率與地震周期應力的累積息息相關。她解釋,斷層帶的淺部通常是鎖定的狀態,若溫度升高,斷層帶深部的岩石將會轉為塑性變形。受到深部岩石變形的影響,斷層帶淺層持續累積應力,當累積到一定程度,承受不住時,斷層便會破裂而導致地震發生。

因此,岩石圈內的應力與應變速率對於地震的週期預測就非常重要,在過去的研究中,認為兩者之間的關係被認為是線性相關,但許雅儒的研究團隊發現921地震後的觀測資料,沒辦法用線性變形來解釋,不僅如此,地殼可能因短期受力而產生的暫態變形,也就是說,「岩石的強度基本上控制了地震的再現週期,在地震過後應力如何再重新調整、跟鄰近斷層交互作用是什麼樣的情形,對於後續地震防災的工作有很大的幫助。」

未來三十年台灣孕震構造之發震機率圖。圖片來源/許雅儒

地震週期預測演算法革新 有助防止地震災害

許雅儒的研究團隊與臺灣大學、中央大學、新加坡南洋理工大學及美國南加州大學合作,利用遍布全台超過四百座的觀測站數據,921地震成為世界上最完整紀錄的地震之一,多年來的觀測資料有助於推算地底斷層與岩石的變形,分析地震後岩石圈強度的時空變化。她們將研究成果《利用集集地震探討臺灣造山帶之下部地殼流變性質及地溫梯度》,於2月27日刊登在美國學術期刊《科學前緣》,本次研究不僅開發了新的地震周期演算法,也是全球首創以衛星資料直接探測造山帶岩石圈流變特性。

不過,許雅儒也說,岩石圈的強度受到應力、岩石組成、結晶粒徑、含水量、岩壓與溫度等諸多物理條件還有其他參數的影響,目前所能掌握的資料大約僅有二、三十年,而地震的孕震週期可能長達數百、數千年,雖然研究成果有助於未來的地震周期與區域的預測更貼近事實,但地震預測仍有很多不確定性,還需要投入更長時間的研究。

台大地質所博士生唐啓賢、中研院地質所研究員許雅儒。圖片來源/中央研究院


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本文轉載自台灣環境資訊協會
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