面對震央在海底的極淺強震,研究船首次在震後第一時間出海
4月3日上午7點58分,在花蓮沿海發生芮氏規模7.2地震,震央在距離陸地僅10幾公里的台灣東部海域,地震深度15.5公里,屬於極淺層地震。這起自921以來最大規模地震,也引起許多疑問:為什麼北北桃等震度已超過4級的地區,民眾卻未收到國家警報?這凸顯出台灣地震研究的哪些缺口?
《報導者》過去長期關注地震相關研究,地震後密集訪問多位專家學者,認為這次地震與「大港口外海高區逆衝斷層」這條海底斷層吻合。但不管是台灣地震模型未來20年、30年、50年發震機率圖,還是台灣活動斷層,對於海底斷層的研究都相對陸地不足。專家學者希望在2025年即將出版的台灣地震模型加入海底斷層,提升應對東部海域地震與海嘯的能力。
台灣另一側,4月8日表定要進行儀器保養的中山大學新海研3號研究船,在學界主動召集下,臨時從高雄港出海,趕赴這次震央的海域,調查海底地形變化──這將是理解本次地震破壞力、斷層危害的重要依據。921地震時車籠埔斷層沿線錯動最高處可達6、7公尺,許樹坤說:「同樣道理,(斷層)出露的地方也可能在海域附近;以前我們可能有些舊的(水深)資料在那邊,可以比較落差大概多少,就可以很明確地掌握地層錯動量。」
另一方面,陸地上的地震學者則趕緊根據現有收集到的資料,分析最即時的地震資訊,4月3日下午3點,中研院的台灣地震科學中心已經發布花蓮地震分析。當天中正大學地球與環境科學系教授温怡瑛接受《報導者》採訪時表示,該地震從震源機制分析是屬於逆衝斷層,雖然西傾或東傾還要進一步判斷,但從餘震的分布,可以觀察到地震是往北破裂,導致北部搖晃相當劇烈。
台灣大學地質科學系特聘教授徐澔德指出,台灣很多地震不是發生在陸地、而是在海裡,很多斷層構造也是從陸地延伸入海;從這次地震來看,除了學者們擔心的琉球海溝可能發生大地震與海嘯之外,非屬海溝的孕震構造,的確也有可能造成較大地震──這次403花蓮地震就是例證。
這次震央在海底,能掌握的地質資料相當有限。不過隨著愈來愈多科學分析出爐,這次大地震與「大港口外海高區逆衝斷層」較為吻合。
但這只是初步的判斷,403花蓮地震究竟由哪個斷層導致?徐澔德認為,仍要更多科學資料支撐,「我們可能有6、7成的把握知道那個地方(指震央)有斷層,但是這次地震是它造成的嗎?我覺得我有沒有1、2成的把握都不好說, 我只能說(該斷層與目前分析結果)沒有矛盾。」
事後檢討,吳健富指出,電腦系統設定25 gal以上,少0.1 gal都不行,這次台北在第二報測到23.8 gal,已經非常逼近25 gal,因此地震測報中心在震後修改系統程式,對於PGA的下限設定誤差或容許值,避免類似狀況再發生。
此外,過去曾經發生在日本琉球海溝的地震,因為地震與餘震之間的規模有落差,而持續發布十幾次警報,因此後來設定規模差距0.5以上才會連續發警報。吳健富指出,這也是這次事後檢討的重點──這次第二報6.8,第三報已經達到7.0,但因為沒有超過0.5以上,所以系統瞬間認定未達發布標準。這些都是系統設定上的細節,檢討後已經降低門檻,規模超過6.5以上,就降低發布警報的門檻。
只是上述兩項檢討都只是細節上的修改,科學系統就是得在錯誤中不斷修正。吳健富指出,因為規模達到發警報標準卻沒發,該被罵的由他承擔,但不會怪罪同事,系統設定始終得更精進。
但真正關鍵還是到底地震儀能不能第一時間測到精準的震度?
完工後因為漁民的底拖網損壞儀器後失效,2015年再爭取到5.4億元第二期計畫設置3個觀測站(含之前損壞的1個測站),往外延伸70公里長度;2017年在前瞻計畫的支持下,進行第三期計畫以13億元延伸620公里、增加6個觀測站,讓光纖海纜繞過巴士海峽從屏東枋山上岸。
景國恩解釋,有連接光纖海纜的地震儀,在接收到地震波時,傳輸訊息回陸地的時間可以快過地震波,而愈早收到訊息,就能多爭取幾秒鐘預警時間,海嘯又比地震波更慢,可以爭取更多時間。
根據2014年第二期的計畫書內容,這項計畫可以讓琉球海溝附近發生地震時,為台灣爭取10至20秒的地震預警與20分鐘的海嘯預警。為什麼是琉球海溝?主因於在學術上分析,琉球海溝被認為可能發生規模超過7以上的地震。
吳健富指出,從歷史資料分析,東部近海地震規模多在6左右,反觀琉球海溝有發生更大規模地震的可能時,在經費有限下,只能規劃海纜特別往東部外海繞,距離台灣愈遠愈好,一旦琉球海溝發生大地震時,才能為台灣爭取更多預警時間。
地震震央與震度的測量,主要概念是利用多個地震儀互相校正震央位置。換言之,如果震央的上下左右有三個地震儀,就可以三點定位快速找到震央;反之,當地震儀都集中在同一邊時,就算使用多個地震儀定位,仍會有一定的誤差出現,而這次403花蓮地震就是如此,這也是專家們認為需要在海底有多個地震儀的主因。
對比鄰近的日本,也是地震與海嘯頻仍的國家,311大地震以前,已經鋪設10條海底電纜觀測系統,都是以線性方式鋪設,但311海嘯仍造成嚴重傷亡,因此投入190億日圓(約新台幣60億元)在2017年完成S-NET計畫,併入預警系統中。這條長達5,500公里的海纜,以「之」字型的方式排列,布設多達150站,讓海纜像貪食蛇一樣圍繞在日本東北的東部外海,建構綿密的地震與海嘯預警系統。
許樹坤補充,台灣因為經費的關係,無法之字形排列,而是在一條海纜上設置地震儀,「日本是網狀式散布,站點很多,偵測效果就比我們好。」從氣象署的資料中顯示,三期媽祖計畫共設置9個地震儀。
許樹坤表示,這次地震是讓學界更加了解台灣附近海域地底構造的機會,「好像一個人,你沒有生病,你就不知道其實我哪邊較脆弱一樣。」
由於過去對東部海底斷層不夠了解,所以鋪設海纜地震儀時只考量琉球海溝。許樹坤強調,若要持續精進地震監測,就得建立於基礎科學上,「我們對一個環境較了解時,我們就有概念該在哪邊布設(海纜地震儀)。把經費花在刀口上,哪邊認為有potential(潛勢),就盡量去做一些布置工作。」景國恩也強調,海底斷層調查知道愈多,愈知道要怎麼將有限資源投入在合適的地方,雖然海底調查比較困難,但仍具備參考價值。
發生在外海的地震,也有可能造成海上設施損毀,造成經濟損失。2006年,屏東恆春外海發生規模7.0地震,海纜斷裂使東亞通訊嚴重受阻。
台大海洋研究所副教授蘇志杰指出,當我們對於海域構造有更多理解、掌握地震對海底地形的衝擊,也將有防災層面的效益。例如未來在新申請設置海纜時,可以判斷哪邊是危險地點,加以排除、提供較好選址建議。
他解釋,屏東地震時已觀察到海床沉積物發生液化、向外噴發,同時產生大量碎屑。研究團隊未來將前往東部海域調查是否出現類似現象,這在台灣西岸近年興建愈來愈多風機的當下,更顯重要,幫助人們評估地震衝擊。
不過蘇志杰也坦言,人才投入是一大難題:「我們對於這些災害的事件,在陸上(研究)相對比較完善,不管在設備上或者是人員上;但是海域的部分則有很大的空缺,不單單只是因為經費問題、儀器設備問題,我覺得最大的一個問題還是在於人力,因為海洋調查需要更多科學家投入。」
中研院地球科學研究所特聘研究員馬國鳳指出,面對地震的不確定性,科學家找到現階段共識十分重要,「 因為證據會愈來愈多,或者是有些我們本來存疑的地方逐漸釐清,所以台灣地震模型才會5年(更新一次);學術研究有論文發表、有同儕審核過的結果我們才引用。我們用更有邏輯性的方式去評估危害解釋──它永遠有不確定性,但是我們用一個比較客觀、穩重的步伐去進行。」
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