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水壓誘發地震

2015/10/26
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921集集大地震發生到現在,馬上就要滿十三年了。十幾年來,臺灣科學界對這場地震做了許多研究,其中最重要的成果之一,就是中央大學地球科學系馬國鳳教授,率領研究團隊在921大地震的發生地─車籠埔斷層,透過了井下地震儀陣列,領先全球觀察到水壓誘發地震的證據,引起各界關注。請聽以下的科學三分鐘。

關於水壓誘發地震的研究,讓我們從頭說起。其實921集集大地震發生後,馬國鳳教授與國內中央大學及臺灣大學的研究團隊,在車籠埔斷層的北段大坑,鑽了約二公里的深井,這個計劃就是國際知名的臺灣車籠埔深鑽計畫,這個鑽井鑽過集集地震的斷層帶,透過斷層滑移帶的岩芯研究分析,在2006年,其研究成果登上知名的Nature《自然》期刊。在2006年底,更以先進的井下地震儀陣列,來觀察車籠埔斷層,今年七月,更因為發現水壓誘發地震的證據,登上另一份重要期刊Science《科學》。為此,我們也特別連線馬教授,分享了她進行這個研究計畫的原始構想:

當初我的想法是說,在這麼近斷層帶滑過的位置上面,我們是不是可以去觀察說,一個大地震發生之後,斷層是怎麼樣回復原來的狀況,或者是說斷層帶本身,它的物理化學機制是用甚麼樣的方式,去產生它的動力行為。所以當初我們就放到一點三公里的位置,大概七個垂直陣列的井下地震儀,那這個陣列也是世界上第一個這麼靠近斷層帶,偵測斷層帶行為的陣列。

在剛發生過大地震的車籠埔斷層附近,所設置的井下地震儀陣列,對地震防災的研究很有幫助。比方說,這個陣列就發現,許多微小的地震,會集中發生在流體滲透的區域。換句話說,當流體積壓在地底深處,壓力大於岩石能承受的強度,便會把地層撐裂,造成地震。這就是「水壓誘發地震」,只是造成地震的不一定是水,任何流體都有可能。

那麼,這個發現可以帶來哪些應用呢?

這個研究最直接的應用,就是用來監測封存到地底的二氧化碳。馬教授說:

大家現在知道環境變遷的問題,二氧化碳過多,整個國家都要減少二氧化碳。所以呢,目前歐洲跟美國這邊做的工作就是把二氧化碳存到地底下,我們稱它為二氧化碳封存。所以我這篇文章從水壓的誘發地震,暗示說,如果我們把二氧化碳灌注到地底下的話,它是有誘發地震的風險。這部分的風險當然有很多爭議,所以美國大概從半年前吧,開始想要立法,就是說對於在底下的這些地球物理的實驗,包括二氧化碳封存、地熱的開發,是不是要建立一些風險機制。當然井下地震儀的觀測是監測這些風險非常重要的工具。

此外,由於地震的發生是可重複的,集集大地震300年後還可能再度發生,因此全球的地震學者都想知道,地震重複發生的力學過程是什麼。長遠來看,這方面的研究,甚至可能讓人類以水壓誘發微型地震,來釋放地底的應力,避免大地震的發生。

關心這個話題的聽眾,也可以透過科學關鍵字:井下地震儀陣列,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2012-09-16 16:55:00播出
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