慢地震解密：中央山脈的呢喃
109年06月02日
【本報導由地球科學系 陳卉瑄教授研究團隊提供】 沒有地震發生的地殼深處，有一種長得像雜訊(noise-like)的震動源，它們不動聲色地釋放能量，可對應到高達規模7的地震。這默默釋放的能量，提供了應力的傳遞，「牽一髮而動全身」，可能影響著鄰近地震的發生，在區域地震潛能估計裡，是不可忽略的一環。這種特殊的震動源，叫做「慢地震(slow earthquake) 」。而慢地震發生在哪裡？特徵為何？為什麼會發生？以下讓我們一探究竟。 一般地震，花數十秒至數百秒釋放能量，對應著斷層面上數公分至數十公尺的錯動；而慢地震，則需要花數小時甚至數週的時間釋放能量，它的錯動位移有限、破裂時間長，以至於僅有非常弱的地震波輻射，難以和背景噪訊分離。一般地震，發生在脆性變形的區域（施予力，材料不立即變形，卻累積能量直到破裂發生），大約是比30 km更淺的深度; 而慢地震，則發生在「沒有地震」發生的區域，更深，介於脆性和塑性變形的區域（施予力，材料立刻產生變形，像黏土一樣不能累積能量），大約可到達50 km深。慢地震不動聲色地釋放能量，可對應到高達規模7的地震，是評估區域地震潛能中，不可忽略的一環。 圖一、台灣的慢地震分佈，集中於中央山脈南段。三種不同顏色圓圈，分別代表本研究團隊利用不同方法建置的慢地震目錄。對應的構造可能為中央山脈與西側屏東平原的構造分界線TuF(土壟灣斷層)。紅色三角形為使用的地震測站，藍色三角形為圖三所使用的潮位站，綠色三角形則為地下水及氣壓站。 台灣的慢地震座落在中央山脈南段的下方（圖一），發生在地震的空區（圖二右），說明了無震區，一點也不平靜。和世界上其他區域大多為數小時的能量持續時間相比，台灣的慢地震更短、更微弱，2007至2012年的資料顯示，持續時間最長僅約半小時(如圖二左所示)，在偵測上相對困難。為了克服偵測的挑戰，2013年陳卉瑄教授獲得科技部吳大猷先生紀念獎後，提出五年的科技部計畫，她與研究團隊的工作目標就是於慢地震震源上方──山勢險峻的中央山脈──擺設六個地震站，利用訊噪比更高的資料，深入探索這種獨特的慢地震活動在哪裡、什麼時候發生？為什麼會發生？以及和區域大地震有沒有互動關係？ 圖二、長微震(tremor)為慢地震在地震波的一種表現，左圖為濾波2-8 Hz的波形。右圖為圖一的A、B兩個深度剖面。背景地震（灰色圓圈）和tremor（彩色圓圈）的空間關係，說明tremor 發生在無震區。 過去研究指出，慢地震的發生並非偶然，它只挑特定的物理環境生存。最常見的，就是隱沒帶的高溫、富含水、和高孔隙壓的環境，在這裡達到岩石破裂的應力門檻很低，是醞釀慢地震的絕佳環境。然而在台灣，慢地震發生在最高峰──玉山──的南方（圖一），下方正是歐亞板塊停止隱沒、開始和呂宋島弧碰撞的過渡帶，在這個地震不會發生、也沒有成熟斷層面發育的地方，慢地震的存在，成為理解地殼更深處變形行為的絕佳利器。陳教授的研究團隊長期建置了慢地震目錄(2007-2016)，發現台灣的慢地震與鄰近的群震有顯著時空相關性，即慢地震越活躍，淺部的群震也越活躍。除此之外，2010年發生了規模6.4的甲仙地震，在短短5天內也加速了慢地震的活動性，指出快-慢地震的互動不可被忽略，需要長期的分析和監測。 慢地震的發生受潮汐作用的影響，這一點在全世界不同的隱沒帶都紛紛證實。然而在台灣，遠離海岸的山脈下方，這些慢地震是否真能受潮汐「調配」？利用統計手段percent excess number (PE)，我們驚訝地發現，與東西海岸的八個驗潮站之潮位比較後，70%的長微震竟然都發生在較高水位期間(高於中位數)！進一步利用理論潮汐應力計算，我們更發現潮汐帶來的剪應力最高為4 kPa，剪應力越大，超過隨機值越多，在最高剪應力時PE值可達到150%，這個數值遠高於加州慢地震所得出的30%，為什麼會有這麼高的相關性？ 其實，台灣的慢地震有明顯的年週期性：慢地震活躍時，對應著氣壓較低、潮位上升、較低的降雨和地下水位（圖三）。利用簡單的應力模型，我們發現移除地表以下2m的水體，在慢地震震源區亦可帶來高達4 kPa的靜態剪應力，這說明「地下水位變化」帶來的應力擾動，可能和「潮位變化」帶來的一樣重要，時間上同步的兩者，其綜合效應可能更有效地加速了慢地震的活動性。 台灣的慢地震，在中央山脈南段下方高度集中，沿著山脈走向，在這裏有更高的Vp/Vs值，其他地物資料亦表現出高地熱梯度、低電阻等特性，說明隱沒過程中變質脫水產生的流體在此區富集，而「向北漸進」經歷更多碰撞作用時，應力在深部局部集中，造成孔隙壓劇烈變化而產生長微震訊號，就好比地底傳來的呢喃一般，低聲地傳達著它生命的力量。 圖三、慢地震活動性與環境資料比較圖。(a)慢地震的持續時間 (b) 八個潮位站的平均潮位變化 (c) 大氣壓力 (d) 地下水位（紅線）和降雨（綠線）。