地震之島 搶先預警救命|揭開斷層的祕密|華視新聞雜誌

花蓮縣 / 陳沿佐 採訪/撰稿 梅志銓 攝影/剪輯

台灣每年發生四萬多次地震,堪稱地震之島。其中位於花蓮的米崙斷層,是台灣最活躍的斷層,學者更預測未來50年內,米崙斷層發生規模6.6強震的機率,高達八成八!為了掌握米崙斷層錯動機制,中研院地科所與全台專家及工程團隊合作,啟動MIDAS米崙斷層鑽井研究計畫,將光纖深入地底700公尺,直接穿過斷層帶進行監測。這是全球首例,結合光纖觀測技術的跨斷層地震研究,目的是為了事先提出預警,搶救更多人命,研究人員如何克服困難完成任務,帶您一起來看。

2018年2月6日深夜11點50分,花蓮發生規模6.2強震,一陣天搖地動,震碎許多人的美夢。突如其來的一場大震重創花蓮,共釀成17人死亡282人受傷,但當眾人忙著搶救時,竟發現致命巧合,包括毀損嚴重的七星潭大橋、倒塌的國盛六街2棟大樓、雲門翠堤大樓、統帥大飯店,幾乎位於同一條直線上。這起意外發現,才讓沉寂近70年的米崙斷層,再度受到外界關注。

台灣大學地質科學系教授徐澔德說:「米崙斷層,大約每隔70年左右,可能就會有一個滿大的地震事件,它實在是太活躍了,我想我們還是不能掉以輕心。」

一群台灣科學家們,來到距離花蓮七星潭,不到500公尺一處不起眼的椰子林裡,準備揭開深埋在地底,米崙斷層的祕密。中央大學地科系助理教授林彥宇說:「這幾支是今天要放到A井裡的地震儀,今天要下5組地震儀。」

中研院地科所研究副技師林欽仁說:「現在地震儀要從台北運到花蓮,在下去之前,我們在地表做一下最後確認,確保這個儀器運送過程中,沒有受到傷害。可以看到現在有車輛經過時,儀器就反應很劇烈的震動,透過振幅的比對,我們知道儀器目前是正常的。」

緊盯儀器訊號,她是中研院地科所研究員,又被稱為透視地震的科學家馬國鳳。鑽研地震研究超過30年,這次她決心找出大震來臨前,可能的蛛絲馬跡。中研院地科所特聘研究員馬國鳳說:「米崙斷層,本身大概是6、7年就會動一次,它可能是世界上動得最快的斷層之一。這個位置如果可以擺一個觀測,一直到斷層帶,那就可以了解地震可能的所有來龍去脈。」

2020年6月,就在花蓮大震發生後,中研院啟動MIDAS米崙斷層科學鑽探研究,穿越斷層開鑿三口深井,井A、井C分別位於斷層上盤,井B則緊鄰七星潭座落於斷層下盤,深度分別為700、500及540公尺。五台抗熱、抗水、抗壓,總價近千萬的地震儀,分別安裝在地底不同深度,不放過任何地震訊號。

中央大學地科所研究助理陳冠宇說:「我們要每個纜繩在相對應的位置,如果沒有握好往下掉,那它位置就不對了。」中央大學地科所研究助理褚臻說:「要一直撐著這個動作,會有一種被拉住的感覺。」

林欽仁說:「地震儀扮演的是一個檢驗的角色,我覺得這個實驗,有一個很大的目的在於了解,我們將來能不能完全相信光纖觀測的資料。」

學者口中的光纖資料,是MIDAS鑽探計畫,獨步全球的創舉也是這項研究的關鍵技術。外層包覆金屬的光纖網路,深入地底700公尺,不同於傳統地震儀,只能以「點」記錄地震波動,光纖則是貫穿大地,全面掌握斷層脈動。

馬國鳳說:「光纖下到斷層帶,可以把整個斷層的解析度,達到公尺級的解析度。」林彥宇說:「在這種情況下,很多原本空間解析度不足的狀態,或許都可以被改寫。」馬國鳳說:「我們事實上是在跟地震比賽,不是今天做了明天就會好,事實上是要一直做下去,只是你越早做,下次地震來的時候,你的災害會更少。」

跟隨研究人員,來到花蓮七星潭公園,腳底下也暗藏玄機。林彥宇說:「現在在七星潭公園,這個地方其實遊客非常非常地多,但是遊客其實都不知道,我們在這裡其實也有埋光纖,可以看到這裡有一個比較深色的部分,一直往後面有一個淺淺的線形,其實就是光纖埋設的位置。」

米崙斷層,一路穿過花蓮市區,向北延伸從七星潭出海。MIDAS團隊,不只在斷層東西兩側垂直埋設光纖,更沿著七星潭水平鋪設近2.5公里的光纖,三條線路連接起來,將斷層完整包覆,科學家的巧思,同樣也是全球首例。馬國鳳說:「這個是世界上,目前唯一三維光纖的訊號,想要了解世界上地震是如何開始的,這個問題重要的觀測點。」

透過地震觀測井進行研究,在台灣並非首例。九二一地震過後,2004年馬國鳳與來自美國、日本及德國的學者,進行車籠埔斷層深井鑽探計畫,成功觀測到車籠埔斷層滑移厚度。這項世界創舉,讓她得以透過精準數據,建立地震破裂模型,也讓在地震中犧牲的每條人命,都別具意義。

馬國鳳說:「以台灣將近100年的觀測紀錄來看,大概每30年就會發生一個規模7的地震,所以以人的壽命來講,大概一生可能會有兩次機會,碰到大規模的地震。」馬國鳳說:「每次地震,都會給我們更多的經驗跟數據,希望可以對下一次的地震,有更多的準備。」

但為何米崙斷層,受到學者如此「高規格待遇」,原因是1951年,花蓮曾發生規模7.3強震,2018年再度發生規模6.2地震。相隔近七十年,斷層活動範圍如出一轍,重回現場,地震留下的痕跡,仍怵目驚心。徐澔德說:「我們現在在花蓮的四八高地,這邊有一個像山坡的東西,它其實就是米崙斷層的斷層線,所以等於我們現在就踩在斷層上面。」

記者陳沿佐說:「2018年,花蓮發生206大地震,當時完工不到五年的七星潭大橋,嚴重毀損變成危橋,如今重回現場,還可以看到橋墩及橋面下,都還有結構補強的痕跡。」

台北市土木技師公會理事長莊均緯說:「它修復達到讓橋墩柱的損壞,回復它原來的設計功能,以單一這樣修復的話,基本上它對整座橋的耐震提升部分,是不會達到整座提升的效應。」

經歷多次大震洗禮,如今七星潭周遭民宿林立,專業土木技師提醒,被視為建築物頭號殺手,透過地震波傳導所引發的「長週期震動」,更得小心。莊均緯說:「如果它的時間一直累加,晃動累加時,那個擺幅是非常非常大的。就像在折筷子一樣,如果筷子是擺動很小反覆折,筷子是會回復的,可是筷子折動的幅度很大時,這個可能筷子就被折斷了。」

以光纖跨越斷層進行地震研究,在世界仍是全新領域,該如何解讀光纖回傳的訊號?地震學家們,竭盡所能解開科學謎題。中研院地科所研究助技師古進上說:「我們現在位在,花蓮七星潭附近的光纖地震站,裡面會有這次計畫,最主要的光纖地震儀。」

古進上說:「地上這台是我們的IDAS,就是我們光纖地震儀記錄器,右邊有一條黃色那就是光纖。其實這台儀器造價要600多萬台幣,它比較特別的是可以接上一段光纖,然後把光纖每個節點上振動的訊號,記錄下來。」古進上說:「可以看到有斜率比較低的斜線,跟比較陡的斜線,這代表是不同的震源。比如今天可能有一個工廠一直敲擊,或者是有一台車經過,它可能就會產生這種訊號。」

光纖如同替斷層連通神經進行斷層掃描,幕後推手有他,馬國鳳教授的得意門生,中央大學地科系助理教授林彥宇。林彥宇說:「其實井下地震儀,是我在念博士班的時候,跟馬國鳳老師在分析TCDP井下地震儀的資料。」

16年前,林彥宇跟著老師,在車籠埔斷層進行井下地震儀研究,16年後他追隨前輩腳步,投身台灣地震研究。林彥宇說:「基本上研究就是這樣,站在巨人的肩膀上,我們盡自己的可能,去貢獻也好發表也好,讓後人可以踩在我們的肩膀上,走得越遠看得越遠。」

地震得經過數十年甚至上百年研究,才能掌握斷層特質,找出地震週期。學者總希望在地震發生前,事先提出預警,但想預知地震就得透過更多方法,同步監測。中研院地科所博士後研究員紀宗志說:「這是一個寬頻地震儀,它可以監測比較微小的地動訊號。就像美國那邊發生地震,我們這邊都可以收得到,它的長波訊號,就是靠這種寬頻地震儀,都可以看到。」

編號井C的地震觀測井,透過水氣觀測,為地震前兆提供關鍵訊息。專長為流體地球化學,中研院地科所助研究員傅慶洲,將這樣的觀測方法,形容為替斷層做「血液檢查」,透過化學反應,看穿地底下的細微變化。中研院地科所助研究員傅慶洲說:「斷層的孕震過程中,其實流體一直都扮演非常重要的角色。我們希望了解這些流體,在地震發生之前,是否能夠從它的變化看到一些蹤跡。」

記者吳御曄(2018.2.7)說:「這裡是東華大學美崙校區的門口,在裡面甚至是校園內部,都有出現道路毀損甚至龜裂的情況。」

馬國鳳說:「現在補起來的樣子,包括拱起來的樣子,都是當初斷層帶的某一部分,斷層帶擠壓的時候,會產生教科書上講的雁型構造。我們光纖在擺設的時候,有一段光纖就是穿過這個裂痕,但有一段光纖,是沒有穿過這個裂痕,我們就可以比較訊號的差異是多少。」

MIDAS研究團隊,2022年在曾遭受地震重創的東華大學美崙校區,展開多項實驗。馬國鳳說:「這個實驗,可以讓我們看訊號有什麼不同,因為做地震研究時,各種不同訊號的原因,我們要看得很清楚,才可以把地震真正的訊號抓出來。」

利用電信業者既有光纖,打造全台地震觀測網,仍是研究人員未竟之役。但早在1996年,中研院就打造台灣寬頻地震觀測網,如今全台36個測站,能夠清楚掌握全球地震訊號。中研院地科所研究副技師林欽仁說:「每一條波形就是一個測站,它垂直向的方向把資料傳回來。如果今天都很安靜的環境下,看到的就是海浪的振動,因為海浪的能量,是地球上唯一減少人為干擾情況下,唯一看得到最明顯的訊號。」

林欽仁說:「身為一個地震從業人員,我們親手安裝的儀器,能夠忠實地記錄,在世界上發生的各種事件,不管是地震還是火山爆發,這是我們最振奮的事情。」林彥宇說:「人類的文明或是歷史,就是不斷地跟災害共存,在地震預測成功之前,我們要做的事情是減災,這才是我們現在需要前進的目標。」

台灣是地震之島,該如何與地震共存?是世世代代必須面對的課題,科學家們衷心期盼,研究心血能夠喚起全民防災意識,當下次大震來臨前做好準備,不再白白犧牲人命。

原始連結