文／吳泓昱
審稿／師大地球科學系助理教授 葉恩肇
近來南投名間及花蓮外海等區域，相繼發生芮氏規模 6.0 以上的地震，國外海地也發生規模 7.0 的強震並造成嚴重傷亡，使得「地震為何不易預測」的問題，再次受到矚目。日前國科會曾發表過一則新聞，指出嘉義「梅山斷層」、花蓮「米崙斷層」50 年內恐有大地震，不過也表示機率誤差值可高到 50%，在在突顯了地震預測的難度。
這幾年台灣平均一年有近 1 萬 8500 次的地震被中央氣象局地震網偵測到，其中有感地震約 1000 次。到目前為止，科學家依然無法精確預測地震的時間、地點和規模，這是因為地震孕震過程複雜、現有觀測地震的記錄太短，且地下的應力狀態、裂隙系統、孔隙水壓和地質狀況等許多不同的條件，都會影響地震的發生。即使已用強大的電腦來協助運算，依然無法事先預知。
但是，科學家並未放棄尋找「地震前兆」，目前這方面的研究，有針對地震前大氣中的電離層電子濃度的改變，如 921 大地震發生前數天有明顯變化；也有利用井下應變儀，量測地殼受擠壓時該地應力的變化，結果發現在大地震發生之前，應變儀會有異常的變形徵兆出現；甚至利用井下水位的變化，來探索地震發生前所造成的特殊波動變化。
此為2009年11月5日名間地震發生時，台灣寬頻地震網測站所收到的資料，左下圖則為地震發生前所記錄到的約2秒的波型資料。這微小的震幅中，是否隱含著地震即將發生的訊息？仍有待科學家做進一步的分析研究。（影像來源：全球地震即時監測網IRIS）
不過這些研究尚未能提供足夠的證據來幫助我們預測地震，可以這麼想：即使我們撕開相同形狀的海綿蛋糕，也無法得到一模一樣的蛋糕裂痕，因為有許多未知的參數是我們尚無法掌控的。何況是更複雜，充滿許多變數的台灣地體構造？只能希望將來可以更精確了解地球所傳達出來的訊息，掌握地震的前兆。
下一次大地震在哪裡？
地殼由於板塊運動，會互相擠壓產生應力，當應力累積到一定程度後，便可能造成斷層兩側地塊的相對滑移，引發地震；在斷層癒合之後，應力會繼續累積，引發下一次地震。科學家一直希望了解在大地震發生後，會改變哪些地方的應力，進而激發其他地方的大地震。
圖為台中地區活動斷層分佈圖。921集集地震發生後，車籠埔斷層的應力得到釋放，但鄰近的彰化斷層應力卻上升了，危險性提高。右下圖為921集集地震震央附近之東西向剖面圖。由此圖可發現大地震後，車籠埔斷層產生滑移，而且計算到彰化斷層面剪應力上升的數值（紅色為應力上升；藍色為應力下降）。（影像來源： 德國科學研究中心(GFZ)博士後研究員 詹忠翰博士）
大地震之後，通常會在其斷層面附近接連發生許多規模較小的餘震，這些餘震有助於我們了解斷層錯動的尺度，以及其所影響的範圍。科學家通常使用「庫倫應力破裂法」(Coulomb Stress Failure)來計算地殼應力，即根據斷層的摩擦係數、岩石強度和孔隙水壓、地表錯動等資料，計算出此斷層面上的應力變化大小，並由此判斷地震發生後，會造成附近區域應力的上升或下降。
地震後， 斷層帶滑移區域的應力經釋放後而下降，於斷層癒合後，地殼擠壓的應力將重新累積，因而在應力重新累積的時間內，再次發生大地震的機率會比其他的區域較低，相對而言比較安全；反而是周遭區域的應力卻可能因地震釋放應力的轉移而誘發新的地震，若附近有其他斷層帶，該斷層帶又因長期未發生大地震而累積了足夠的應力，便有可能因此觸發該斷層重新活動，也就是下一次大地震可能發生的位置。
地震預警 減少災害
雖然目前的科技尚無法準確預知地震發生的時間、地點與規模，但有一種稱為「地震預警」的觀念，在這幾年已被強力推廣。地震預警並非在地震發生前，事先偵測到一些細微變化來預知其即將發生，而是在大地震發生後，緊急通知震央之外的區域尚未感受到震動的民眾立即避難。
地震發生時，震源會同時發生初達波（P 波，縱向波）與剪力波（S 波，橫向波），P 波振動幅度小，引起地表強烈振動的通常是 S 波。預警原理是利用 P 波行進速度比 S 波快（P 波平均約每秒 7~8 公里；S 波每秒 3~4 公里）。當地震站偵測到 P 波後，即時計算出震央、推測斷層尺度及釋放能量等資料後，以電子訊號在 S 波尚未到達之前，向遠方發出警報。依距離遠近可讓遠處地區在 10~30 秒前知道大地震震波即將到達，而能有一些準備與避難時間。例如，可以通知測報中心鄰近的大眾交通網如高鐵、捷運暫停運作，或令工地暫停施工、工廠停止製造、人員避難甚至發出海嘯預報。
然而地震預警系統仍不完善的地方，例如在震央數公里至數十公里以內（視斷層情形及地震測站密度而有所不同）的區域，由於距離太近，會導致預警時間極短或無法預警；某些區域地形如台北盆地，因我們對於其盆地地形的變化及地質鬆軟條件還不夠了解，也易造成誤判；儀器也可能計算出錯而發出假警報，因此地震預警系統還有很大的改善空間。
靠近地震發生的測站收到震波訊號、解算出震源位置後，由於電流行進速度比震波快，在 S 波尚未傳遞到遠處時，可先將警報以電子訊號送至即將受到震波影響的區域，以提前做好受震的準備。（影像來源：吳泓昱）
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