台湾地球科学研究概况（下）

迟斌++张涛

地质研究及成果

近年来，台湾中研院地球所分别针对亚洲的造山作用和大陆地壳的增生及演化、青藏高原和喜马拉雅山的隆起过程、东亚大地构造运动对环境变迁的冲击等重大研究主题，开展多项对外合作系统性整合研究，主要了解板块作用过程和古气候的相关性，例如东亚大气环流、季风型态等，并藉由海水组成、板块抬升、河流侵蚀、冲积物组成和中亚沙漠作用等过程交互作用，获得相关板块作用及其演化过程的最佳结果，并配合在台湾大学地质科学系建立一个世界级的同位素地球化学实验室，以先进的分析技术研究西藏及喜马拉雅山的造山作用，确定其地壳增厚的年代，对地球最厚地壳的形成和最特别的地理特征世界屋脊的演化提供最佳的解释。

台湾弧-陆碰撞造山带的形成是当今极具挑战性的科学问题，“薄皮理论”及“岩石圈碰撞”都曾经用来解释台湾造山带所观测到的地球科学资料并提出相关模型，但迄今仍没有足够的数据来解决不同模型间的差别及造山过程的细节。因此台湾地球科学界共组团队，并与海外同行共同实施“台湾大地动力学国际合作研究计划”，结合现代地质和地球物理学技术，以台湾岛地壳地幔为研究对象，通过更精确的地壳与地函构造测绘方法来仔细检验现有造山带模型的正确性，再通过资料的整合及解释，期望为台湾活跃的碰撞造山带重新建立一个完整的大地构造模型。

目前，台湾有关能源及资源方面的大型勘探计划有两个，其一为“中央地质调查所”开展的“台湾西南海域天然气水合物赋存区地质调查研究”，现已进入二期阶段，包括调查邻近台湾本岛活动陆缘的增积岩体区、南海北部大陆架斜坡区，以及高屏峡谷以东的上部高屏斜坡增积岩体区。虽然各区的贮存量有差异，但普遍显示该区域有天然气水合物的分布。这个计划的发现，在天然能源短缺且石油价格高涨的今天有非常重要的价值。其二为台湾“中央地质调查所”开展的“台湾山区地下水资源调查研究先期计划”，结合遥测与当地水文地质调查，再加上各种物探与水力试验，来了解台湾山区的水文分区，为日后山区地下水开发利用作为参考数据。

地震灾害调查

在地震灾害调查分析方面，以往台湾科技人员取得的成果有：台湾地区数个地震目录的地震定位与震级的评估，比较世界台网及台湾区域性台网所定的震源位置、体波震级和面波震级；震波地区地震前后的应力场变化研究，利用断层面解研究地震发生前后的应力变化，研究台湾地区地震发生过程的特性；设立台北盆地强地面运动观测网，提供分析台北盆地在地震时地面振动的特性；开展地震动共振的研究，分析在盐寮及芭崎所记录的强地动的共振现象；以有限元法模拟地震位错源的格林函数，探讨区域地震的波形；利用有限差分法模拟勒夫波在横向非均匀介质中的传播特征；利用质量-弹簧动力模型研究地震活动的动力过程，藉以探讨地震活动的时空分布及几个地震的定标律；藉全球与台湾地震网及宽频地震网资料，进行震源参数反演，获知琉球岛弧隐没带、台湾碰撞带及吕宋岛弧隐没带之间过渡地区的发震构造及特征；研究台湾及邻近地区弧陆碰撞作用的过程，建立碰撞的动力模式，探讨台湾地震的发生与震源机制等；分析车笼埔断层沿线一带之第四纪地层、地形与新期构造，进行古地震研究工作，讨论台湾地区之古地震活动、地震发生之重现性与或然率；发现位居车笼埔断层下约15公里有另一个较深的发震构造，约略与车笼埔断层平行，证明深部地壳甚至上地幔也在大地震中变形，另在雾峰附近车笼埔断层上，进行地质开挖与岩层定年分析，推断车笼埔断层上一次大地震约在200年内，了解因地震造成的地层抬升速率与台湾造山运动的速率大致相符；研究集集地震对当地的地下水文环境的影响，显示浊水溪冲积扇受压含水层在地震发生后，伏流水向水平方向大幅度的扩张，尤以彰化地区最显着，地震发生前后地下水流的变化应与含水层的渗透度改变有关；利用台湾地区地震网所记录的1994年南美波利维亚地震数据，分析此地震的破裂过程中，破裂面可能产生摩擦生热而熔化的现象；完成集集大地震较大余震的再定位及震源机制，分析余震活动的时空分布，并建立区域地体造构学的模型；利用近、远程地震资料及测地学资料，反推集集大地震破裂过程应力的时空变化，建立应力场转移模型；求得主震震源波谱，将余震活动分成几个性质不同的组群。

自2003年起，台湾中研院地球所与美国卡内基研究院地磁部的研究团队，在台湾东部欧亚大陆与菲律宾海板块的边界上设立“板块边界观测站”（PBO-T），以解决该板块边界高速挤压，而却没有释放出相对应的地震能量的问题。到2008年，研究团队利用相距约5到15公里的井下应变仪（包括奇美、猴子山与樟原3站），共探测到20个慢地震，发现其中有11个慢地震是和台风同时发生的，而每次的变形时间约在数小时到数十小时。根据这些资料，明确导出创新的结论：台风可以引发慢地震。有可能是因为台风的低气压降低了陆地底下的岩石压力，因而在断层的额外压力梯度引发逆断层的滑动，断层面应力突破该处岩层所能承受的极限而引发慢地震。

2009年8月莫拉克台风袭台时，台湾中研院地球所林正洪等人利用宽频地震网，在世界上首次探测到52个山崩所产生的特殊地震事件，经由仔细分析及定位计算后，证实这些山崩事件大多数发生于台湾南部高降雨量的山区，其中也包括造成400多位居民罹难的小林村山崩事件，此外还发现有些山崩地震事件发生于南台湾海域的海沟或斜坡附近。

台湾中研院地球所赵里副2011年提出一种新的全波场地震波层析成像中结构偏导数计算方法，通过预先计算并建立一个应变格林函数库的方式，然后再推导出地震波的走时和振幅对于地球的弹性参数包括非均向性速度参数的偏导数的具体表达式，此外还对地震剪切波分裂强度对地球非均向性速度参数的敏感度进行了详细讨论。

大型地震研究计划

目前岛内有关地震灾害调查分析与对策方面的大型计划有4个，前两个分别为中央地质调查所的“地震地质与地变动潜势分析”和“断层活动性观测研究”，这两个计划不但试图深入了解断层带的地下构造和断层的长短期滑移速率，并将制作断层带之条带地质图提供社会参考，还针对主要活动断层逐步建立GPS追踪站、井下应变仪等区域观测网，同时也进行逸气与流体的分析监测，完成后不但对岛内潜藏的活动断层特性有深入的了解，也能快速掌握其现今活动性，对日后地震减灾提供可靠的基础资讯。

第三个是台湾水利主管部门牵头实施的“地震前后地下水文异常变化探测与防灾工程应用”计划，将建立断层及地震活动之监测井网及地震水文资料库，再经由地震前后地下水文异常变化的研究，了解地震对地下水文系统的影响，为探索地震前兆研究工作做前期准备。

第四是台湾气象主管部门目前正在实施的“强地动观测第四期计划”，分6年（2010—2015年）执行，目的是建立新一代地震观测系统，加强地震海啸监测，整合海陆地震观测网，拓展强震即时警报资讯在防灾方面的应用，整合与推广运用地震数据库，加强地震潜势分析研究，并配合防灾需求发布地震潜势图。到2013年底，已完成30座高品质深井地震观测站的建设，能够有效降低地表背景杂讯，提供高品质观测数据。

为加强地震防灾工作，整合各式的地震观测资料，提供建置强震速报与即时警报系统，研发地震前兆分析与地震预测技术，台湾气象主管部门积极建设多元化的地震观测网，包括下列6项：（1）即时地震网，自1989年起陆续建立了71个速度型即时地震站，用以监测台湾的地震活动，尤其是微震资料，对于监测断层活动或大地震前的异常活动提供重要依据；（2）都会区强地动观测网，自1992年起执行“强地动观测计划”，在台湾各都会区陆续建立688个自由场强震站，以及61座结构物强震监测系统，提供防震设计规范的改进依据；（3）强震速报网，自1998年起执行“强地动观测第二期计划——建立强震速报系统”，自2004年起执行强地动观测第三期计划——发展强震即时警报系统，累计完成101个强震站，即时监测与发布有感地震消息；（4）宽频地震观测网：自2001年起配合台湾科技主管部门的“地震及活断层”大型整合计划，陆续建立31个宽频地震站，提升测报精度，扩大监测范围，快速掌握震源机制；（5）全球卫星定位系统（GPS）的地形变观测网，自1993年起陆续建立150个全球卫星定位系统观测站，记录台湾岛的地壳形变，监测断层活动，比对地震的发生时序，以便归纳出地壳形变与地震间的相关规律，藉以预估未来地震趋势，发展地震预测技术；（6）地球物理资料管理系统，整合微震、强震、宽频、地形变、地下水等地球物理资料，充实多元化地震观测资料，应用于各项地震防灾科技，包括建筑防震设计、强震速报与即时警报、地震前兆分析，以及地震预测技术的研发。

该机构目前正在与“国研院”下属灾害防救科技中心合作，建立通过网络通报的快速信息传递平台，并推动强震即时警报的应用评估，先在防灾部门、交通运输部门及学校进行测试，完成测试评估后再全面推广至全台湾。

台湾科技主管部门也在推动强震即时警报系统的研究，由“国研院”下属灾害防救科技中心、地震工程研究中心、高速网络与计算中心组成的研发团队与台湾气象主管部门及相关研究机构合作，进行强震即时警报技术研发，现已完成现地型强震即时警报系统、自动化警报展示系统以及自动化减灾控制系统的整合，实际建造一栋两层楼模型展示屋，并在地震工程研究中心的三轴向振动台以921地震纪录进行实机整合测试。结果显示，在最大地表振动到达前，强震即时警报系统可为嘉义、台中、新竹与台北地区多争取11、7、17与27秒的预警时间。实机展示包括在强烈震波抵达前，通过广播、字幕机、电视插播等方式提出预警，并自动关闭煤气，避免火灾的发生，开启大门、逃生动线指示灯以利逃生，将电梯停至最近楼层并开启电梯门，减低伤亡与受困。

地质防灾

近年来，台湾日益重视综合性地质防灾研究，包括利用“福卫2号”图像，辅以其他光谱卫星图像，进行台湾地区地质环境与灾害的动态监测及其建立数据库，逐年累积地形变迁信息，并利用克利金空间内插法，推估地质灾害发生时点的降雨量，以河川级序、河川坡度、集水区面积与地质条件为依据，进行各溪流集水区土石流潜势的划分与筛选，目前已完成北部及中部地区的集水区的工作。

从2007年起，台湾“中央地质调查所”开始实施“地质敏感区灾害潜势评估与监测”计划，目的是逐年完成全台湾高山聚落地区的灾害调查、都会区周缘坡地山崩灾害潜势评估、建立重大山崩灾害潜势区变异监测系统，以提供地方政府进行管理使用；另一重点为分年强化资料库防灾功能，建立即时防灾决策支援地质情报系统，提供防救灾任务支持。该计划含有5个分项计划，包括：高山聚落地区地质灾害基本调查、都会区周缘坡地山崩潜势评估、重大山崩灾害潜势地区灾害模拟与监测、废弃坑道的地盘下陷灾害潜势评估以及南投县庐山温泉北坡监测与建立预警系统。

目前，正在进行中的“强化坡地环境地质与防灾应用”计划，分4年（2011—2014年）执行，目标是逐年完成更新全台湾山地聚落及周围坡地环境地质基本资料，包括顺向坡、山崩（滑动体）、土石流（扇状地）、河岸侵蚀等地质灾害，分年分区进行山崩潜势评估分析，并建立全台湾坡地环境地质数据库，以提供地方政府进行管理使用；另一重点为分年建立大规模潜在山崩地区活动性观测系统及崩塌地调查与观测等资料，利用地质钻探、测倾管测量及山崩机制分析汇整完成环境地质调查报告，提出该大规模潜在山崩地区的山崩机制、影响深度、范围、边坡稳定概况，加以强化资料库防灾功能，构建即时防灾决策支援地质情报系统，提供防救灾任务支持。

火山研究

另一正在进行中的“大台北地区特殊地质灾害调查与监测”计划，从2004年起开始进行，特别针对台北市及周边地区可能发生的火山活动、断层活动与地震活动，进行调查与监测及分析评估，目的是掌握和了解地质灾害发生的成因、机制和对大台北地区的影响，建立火山的背景值及异常活动指标、分析地震分布及震波效应，评估火山与断层的活动性，及应用高精度和高解析度数值地形资料研判灾害的地质地形特征，以强化环境保育和土地使用管理，达到可持续发展。

近年火山地质调查区域主要集中在观音山火山群地区，利用野外地质调查和采样，以及室内实验室矿物和岩石的分析工作，完成火山地质图绘制，发现并无任何火山活动的征兆，其地底下也未有任何火山地震的活动，显示观音火山群未来喷发的可能性不大。

另外持续针对大屯火山群进行长期监测研究，包括野外直接测量温泉水质，以及采集样本携回实验室分析温泉水中的阴、阳离子浓度变化、水质及化学成分变化、火山气体含硫及二氧化碳量变化、地温变化等，结果显示相对稳定，无明显火山流体向上增加的趋势。

为了增进对台湾火山的观测能力，并了解大屯火山活动的现况，2011年台湾科技主管部门与相关研究机构在阳明山公园内的菁山自然中心共同合作设立“大屯火山观测站”，加强即时监测的功能，包括建立火山地震监测网、进行火山气体与温泉水的化学成分调查分析、测量地壳变形、监测地温，以及喷气即时影像监测等，未来还将加入倾斜仪、重力、地磁、卫星图像等不同方法，以达到更完整的监测。