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掌握關鍵10秒 減少震災損害

臺灣位於環太平洋地震帶的板塊交界處,600萬年來的板塊運動引發頻繁的地震,地震的預防、警報一直是熱門的研究議題。
 
 
 
臺灣位於環太平洋地震帶的板塊交界處,600 萬年來的板塊運動引發頻繁的地震,地震的預防、警報一直是熱門的研究議題。臺灣大學地質系吳逸民教授採用「Τc」法和「Pd」法預估來襲地震的大小及強度,試圖在地震發生後的 10 秒內就能提出警告,讓鐵路、醫院等單位做好準備。除此之外,他也透過地震研究斷層構造,回到源頭,希望進一步了解地震孕育的過程,掌握地震發生的契機。

吳逸民教授表示,當地底斷層破裂時,兩側的岩體產生相對運動,釋放出累積的能量,就會造成地震。岩體快速位移,產生的推力形成「壓縮波」,叫作「P(primary 或 pressure)波」,而沿著斷層面的位移,則形成「剪力波」,稱為「S(secondary 或 shear)波」。P 波的前進速度最快、最早抵達,也帶來可供預警的地震訊息;S 波雖然後到,主要的災害卻都是 S 波造成的。

吳教授以 1986 年 11 月的花蓮地震為例指出,雖然震央在花蓮,但主要的震災卻在臺北。根據震後資料,S 波從花蓮傳遞到臺北大約 30 秒,他認為若能研究、利用先到的 P 波發展地震預警系統,就算只有幾十秒,甚至幾秒的警告,也有機會減輕地震的災害。

從事地震預警研究多年的吳教授解釋,「Τc」是取 3 秒鐘 P 波訊號的地動位移和速度算出的地面「平均振動周期參數」。他分析許多地震數據後發現,地震規模(Mw)小於 8 的地震,Mw 和 Τc 呈線性關係;若 Τc 大於 2.1 秒,就可能有大於 6.5 的地震發生。「Pd」是「3 秒鐘 P 波訊號的地動位移的最大振幅」,根據臺灣及日本資料分析,若 Pd 大於 0.5 公分,後面來襲的 S 波就可能會造成災害。因此,Τc 與 Pd 的數值可以運用在地震預警上。

他進一步運用美國南加州的資料得出,地震發生 7 秒後,就有數個觀測站記錄到 3 秒鐘 P 波的訊號。若加上 3 秒的網路傳遞時間,「Τc 法」的確有可能把反應時間壓縮到 10 秒,對於震央 30 公里外的地區都能發出警告。「通知高鐵減速、高科技廠防止毒氣外洩,甚至讓手術中的醫師也有準備!」

吳教授的研究團隊發現,1999 年發生 921 大地震時,臺灣大約要 100 秒才能提供警報,但在 2002 年已經大幅減少至 20 秒。他舉例,如果花蓮發生大地震,S 波從花蓮傳遞到臺北大約要 30 秒,還有 10 秒的反應時間!這是當時的一大進展,他們的研究發表於國際期刊上,更被許多著名期刊轉載。

吳教授說,用精密儀器觀測地震,其實是近百年來的事。以往的資訊不足、範圍不廣,因此目前世界上對於地震預測的發展程度都不高。他研究斷層帶的地質構造,藉由了解地質,希望能夠用統計方式來預估地震發生的機率。2006 年的臺東地震時,他的研究團隊第1次記錄到中央山脈斷層地震,也證實了中央山脈斷層平移帶逆斷層的特性,提出中央山脈造山的論點。

臺灣是研究地震及地質的寶地,快速的地殼變動使地震發生頻率高,引起許多國際地震及地質學家前來研究。吳教授認為,只要了解地質構造和地殼變形機制,建立長期的累積資訊,就有可能預測地震活動。對於生活在地震帶上的臺灣人,從短期內的人員撤離,到長期的土地利用開發,地震研究都有非常高的應用價值。

深度閱讀
  1. 吳逸民(民95)如何利用地震初達波從事地震預警,自然科學簡訊18(1),8 - 11。
  2. 吳逸民實驗室:http://seismology.gl.ntu.edu.tw/main.htm
  3. 吳逸民著作:http://seismology.gl.ntu.edu.tw/publications.htm
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