24年地震資料重建孕震過程 發現深部慢滑動扮演觸發推手

　　國立臺灣師範大學地球科學系陳卉瑄教授率領研究團隊發現，2024年4月3日規模7.3花蓮大地震前，深部斷層早在三年前即出現無震滑移的加速行為，顯示出潛在的地震前兆特徵。這項最新研究成果發表於國際頂尖期刊「自然通訊」《Nature Communications》，為理解臺灣地震孕震過程提供關鍵線索，揭開東臺灣的中央山脈斷層之「慢速滑動 vs. 大地震」的新篇章。

2024 花蓮地震的前兆行為：無震滑移與群震的交互作用 

　　臺師大地科系陳卉瑄教授、地科系博士後研究員彭葦、美國加州大學柏克萊分校 Roland Bürgmann 教授及中央研究院地球科學所許雅儒研究員、助理陳彥宏共同發表研究成果，揭示花蓮2024年規模7.3地震的孕震過程中，「深部無震滑移（aseismic slip）」扮演了關鍵推手的角色。這項研究已於 2025 年10月13日發表於《Nature Communications》。

　　研究團隊利用跨越24年（2000–2024年）的地震資料，系統性分析規模2以上重複地震（repeating earthquakes）與群震（earthquake swarms）之時空特徵，這兩種地震現象在斷層深處通常反映著無震滑移或高孔隙流體壓力，並非普遍存在。

　　如圖一所示，臺灣東部是菲律賓海板塊隱沒至歐亞板塊的聚合帶，形成南北總長約一百公里長的中央山脈斷層（向西傾）和縱谷斷層（向東傾），他們肩靠肩地並列著，主導了絕大多數該區規模6以上的地震、及廣泛的無震滑動（即斷層以極慢速度滑動，不產生震波），使其成為研究地震觸發過程的理想場域。

　　利用 2000 至 2024 年間的地震資料，該團隊系統分析了「重複地震」（註1）與「群震」（註2）分布。這兩類事件通常與斷層深處的「無震滑移」或「高孔隙流體壓力」有關，顯示斷層並非總是以劇烈破裂的方式釋放能量。在花東縱谷北段，這些地震集中於中央山脈斷層；南段則主要發生在池上斷層。

圖一：(a) 2000 年以來臺灣東部發生的規模 Mw ≥ 6 主震分布，空心圓標示主震後一個月內的餘震。重複地震序列以棕菱形表示，顯示無震滑移帶發生在南段縱谷斷層(近地表至 25 公里深) 及北段中央山脈斷層（ 10–25 公里深）。(b-c) A–A’ 與 B–B’ 剖面圖，剖面寬度為 25 公里（對應圖 1b 灰色虛線），顯示東傾的縱谷斷層（LVF）、西傾的中央山脈斷層（CRF）的大致構造形態。背景顏色為 P 波與 S 波速度比（Vp/Vs）分布。藍色陰影帶表示 CRF 與 LVF 的粗略斷層幾何。

　　2021 年在壽豐地區，連續四個月的群震顯示大多地震活動逐漸往淺部遷移。擴散速率高達每秒 5–6 公尺，遠超過孔隙中流體壓力的擴散(一般為每秒0.01~1公尺)，暗示此過程除流體作用外、亦伴隨著深部斷層的「緩慢滑動」。GNSS（全球導航衛星定位系統）資料同時也觀測到地表約1–2 公分的位移，支持深部無震滑移與流體孔隙液壓升高的聯合作用。圖二描繪了花蓮主震前，2021~2024年的四階段演化：

• 階段 1 (2021 年 4-8 月)： 無震滑動加速和地震群活動，伴隨著淺層地震活動的急劇增加。

• 階段 2 (2021 年 9 月至 2022 年底)： 一連串規模6以上地震發生縱谷南側、加劇了該區的整體地震活動率，然而縱谷北部的地震活動卻處於低值。

• 階段 3 (2023 年至 2024 年初)： 較深的重複地震數量變多、地震矩率逐漸增加、對應之斷層滑動速率亦微幅增加; 而淺部的背景地震活動率（ ≤15 公里）顯著上升，且 a 值和 b 值同時增加。這表明在主震發生前，深處慢滑動和淺處脆性破裂同步發生。

• 階段 4 (2024 年4月3日以後)：規模7.3主震發生！伴隨著兩個規模6.0以上之大規模餘震。

圖二：地震、無震滑移與 GNSS 觀測時間演化圖。 (a) 群震事件時間演化，發生窗口由黃色區域表現。 (b) 由重複地震序列推算的無震滑移速率，不同顏色代表採用不同的移動平均視窗。(c) 重複地震事件的累積數量。彩色虛線表示估算的發生率。(d) 重複地震事件的累積地震矩。彩色虛線表示估算的地震矩速率。(e) 地表位移記錄在不同站的表現。紅色虛線表示研究期間內五起規模 6 以上地震的發生時間，灰色虛線則標示南段兩起規模 6 以上地震的時間。整體結果顯示，2021 年群震期間的深部無震滑移加速、重複地震活動增強與地表位移異常同步發生，代表深部滑移與流體壓力變化的共同作用。(f-i)為各項背景地震統計值，顯示淺部（<15公里，深藍色）和深部（>15 公里，淺藍色）地震活動率、a 值和 b 值的變化。

　　要如何用物理模型解釋階段1的「無震滑移加速」和三年後的主震，真的有關係？研究團隊利用靜態庫侖應力模型，首先發現2021年的慢滑移事件對於階段2的地震觸發扮演關鍵角色。而結合2021-2023年間的慢滑移事件以及2022年三起規模六以上地震（含關山–池上地震），總共累積了約 30 kPa 的應力變化，相當於三公尺水柱的壓力！ 這個應力變化，足以達到觸發 2024 年花蓮大地震的條件。

　　這項研究結合地震學與大地測量觀測，揭示了「深層滑動—流體壓力—地震觸發」的連鎖關係，圖三為這個連鎖過程的概念模型。2021 年的群震事件與更深的無震滑移連動、伴隨著快速地流體擴散，可能導致了斷層弱化。連同隨後的幾起大地震，在最終的破裂面上累積了高達 30 kPa 的庫侖應力增加，這被認為是足以顯著提前花蓮主震發生時間的應力累積。這個研究提供了理解臺灣地震孕震過程的新線索，也突顯無震滑移在大規模地震孕震過程中的重要角色。

　　論文第一作者、地科系彭葦博士指出：「我們觀測到由無震滑移所引發的主震前兆現象，這在造山縫合帶是非常罕見的！花蓮主震的孕震歷程長達三年，是深部滑移與群震交互作用所驅動的結果。」

　　論文通訊作者、地科系陳卉瑄教授更強調：「未來若能持續監測無震滑移與中規模以上地震活動的交互作用與累積應力變化，將有助於提升地震前兆辨識與短期預警的能力。」

圖三：地震滑移與無震滑移交互作用之概念模型。紅線與藍線分別代表中央山脈斷層不同的滑移型態。紫色、橘色與黃色虛線分別標示 2019、2021 與 2024 年之群震分布範圍；黑色虛線則表示重複地震序列的分布區域。2021 年群震期間的雙向流體遷移路徑以箭頭表示。背景顏色為 P 波與 S 波速度比（Vp/Vs）分布。東傾的黑線表示 2024 年 M7.3 主震的假設破裂面。

註1：
重複地震群，為長期在同一個重複地發生地震的地震序列，波形幾乎一模一樣，其事件間的間隔和事件規模，受到斷層無震滑移大小變化所掌控，因此可以用來推求重複地震「鄰近區塊」的無震滑移速率。相關說明請參考該團隊的科普文章：https://pr.ntnu.edu.tw/ntnunews/index.php?mode=data&id=20811

註2：
群震為短時間之內密集發生、空間亦高度集中的地震群，由於其規模和發生的數量並不隨著規模最大的主震而有太大的變化，被認為和餘震有完全不同的驅動機制。相關說明請參考該團隊的科普文章：https://rb.gy/w3jg70 

(本文由本校公共事務中心提供)

原文出處：Peng, W., Chen, K.H., Bürgmann, R. et al. Aseismic slip and seismic swarms leading up to the 2024 M7.3 Hualien earthquake. Nat Commun 16, 9066 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-64117-3