台灣面積雖小,中央山脈的「山根」卻比阿爾卑斯山的還要深

台灣面積雖小,中央山脈的「山根」卻比阿爾卑斯山的還要深
Photo Credit: 中央社(台東林管處提供)

我們想讓你知道的是

台灣島底下的地殼長得什麼模樣?學者如何利用天然地震,並以炸藥製造人工地震,來調查我們腳下的地層?

因此研究團隊當初規劃在台灣的北、中、南部各選擇五個點,在80公尺深處埋入700~1000公斤的炸藥後引爆,這些爆炸會造成規模2.0左右的地震,地震波往地底傳去,遇到莫合面時會反射,偵測反射波傳到地震儀的時間,即可算出台灣地底詳細結構。

不過實際上研究團隊於2008年3月引爆位於新竹縣竹東鎮的第10個點時,由於新竹地質比較特殊,產生的地震規模達到2.6,震波傳遞較遠,引起居民恐慌及新竹縣政府疑慮。因此最後五個位於中部地區的炸點並未繼續執行,但已足夠讓研究團隊描繪相當清楚的淺部地殼結構。

探測板塊隱沒處,海研船來助陣

除了分析台灣島地底的地殼構造,由於影響台灣的地震很多來自東部海床底下的隱沒帶,因此研究團隊也對台灣周邊海域的海洋地殼進行了澈底的分析。TAIGER計畫測量台灣島的地底結構,主要依賴地表密佈的2700多部地震儀,然而海底地震儀僅有100多部,分佈太過稀疏,因此必須依靠海研船來執行海上震測,同時擔任製造震波以及接收反射波的角色。

研究團隊使用美國的藍賽斯號(Marcus G. Langseth)海研船,每隔50公尺朝海底發射一次空氣砲,製造地殼震動;船後面拖著一條六公里長的纜線,上面佈滿偵測器,偵測從莫合面反射的震波訊號。這種空氣砲的威力和天然地震或在地表埋設炸藥不能相提並論,能偵測的深度很淺,大約只有10公里,但已足夠看穿整個海洋地殼而看到莫合面分佈情形。

另一方面,由於空氣砲的每個發射密度處相距不遠,因此解析度非常高,可以把深度10公里之內的隱沒帶交界處看得清清楚楚,確實掌握隱沒帶的傾角,可用於觀測台灣南邊巴士海峽的馬尼拉海溝(參見上方〈窺探海溝面貌〉)以及東北邊的琉球海溝。至於隱沒帶更深處,則把海上震測資料和過去的地震震源資料交錯比對,可以校正過去的誤差而得到較為精確的結果。

除了台灣東部外海的隱沒帶之外,其實西部的台灣海峽也有許多斷層,只是過去缺乏相關研究與探測。根據記載,1604年福建泉州曾經發生規模7.5的大地震,是從廣東一直延伸到福建的「濱海斷層」錯動所造成。福建海邊現正有兩座核電廠、四部機組興建中,未來可能有10部,有了這次ATSEE的經驗,未來兩岸學術界可能會合作詳細探測這條斷層,了解其對核電廠的威脅程度。

除了陸地與海上震測及觀測天然地震外,TAIGER計畫還包括了大地電磁以及岩石物理,前兩者定出地底的地殼構造,搭配了解地底的電阻特性及岩石的物理性質,就可以模擬「地體動力學」,也就是了解造山的過程,以及地震波的傳遞情形。

學者對台灣島的造山過程有興趣,但對民眾而言,了解地震波的傳遞特性更為實用,未來發生大地震時,只要中央氣象局定出地震的震源位置與規模,就可馬上模擬出全台各地震度,據此制定建築物防震標準,對保障民眾生命財產以及執行防救災作業都會有幫助。

本文獲《科學人雜誌》、《科學人粉絲團》授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航