遲斌++張濤

地質(zhì)研究及成果

近年來(lái)，臺(tái)灣中研院地球所分別針對(duì)亞洲的造山作用和大陸地殼的增生及演化、青藏高原和喜馬拉雅山的隆起過(guò)程、東亞大地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)環(huán)境變遷的沖擊等重大研究主題，開展多項(xiàng)對(duì)外合作系統(tǒng)性整合研究，主要了解板塊作用過(guò)程和古氣候的相關(guān)性，例如東亞大氣環(huán)流、季風(fēng)型態(tài)等，并藉由海水組成、板塊抬升、河流侵蝕、沖積物組成和中亞沙漠作用等過(guò)程交互作用，獲得相關(guān)板塊作用及其演化過(guò)程的最佳結(jié)果，并配合在臺(tái)灣大學(xué)地質(zhì)科學(xué)系建立一個(gè)世界級(jí)的同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，以先進(jìn)的分析技術(shù)研究西藏及喜馬拉雅山的造山作用，確定其地殼增厚的年代，對(duì)地球最厚地殼的形成和最特別的地理特征世界屋脊的演化提供最佳的解釋。

臺(tái)灣弧-陸碰撞造山帶的形成是當(dāng)今極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)問(wèn)題，“薄皮理論”及“巖石圈碰撞”都曾經(jīng)用來(lái)解釋臺(tái)灣造山帶所觀測(cè)到的地球科學(xué)資料并提出相關(guān)模型，但迄今仍沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)解決不同模型間的差別及造山過(guò)程的細(xì)節(jié)。因此臺(tái)灣地球科學(xué)界共組團(tuán)隊(duì)，并與海外同行共同實(shí)施“臺(tái)灣大地動(dòng)力學(xué)國(guó)際合作研究計(jì)劃”，結(jié)合現(xiàn)代地質(zhì)和地球物理學(xué)技術(shù)，以臺(tái)灣島地殼地幔為研究對(duì)象，通過(guò)更精確的地殼與地函構(gòu)造測(cè)繪方法來(lái)仔細(xì)檢驗(yàn)現(xiàn)有造山帶模型的正確性，再通過(guò)資料的整合及解釋，期望為臺(tái)灣活躍的碰撞造山帶重新建立一個(gè)完整的大地構(gòu)造模型。

目前，臺(tái)灣有關(guān)能源及資源方面的大型勘探計(jì)劃有兩個(gè)，其一為“中央地質(zhì)調(diào)查所”開展的“臺(tái)灣西南海域天然氣水合物賦存區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究”，現(xiàn)已進(jìn)入二期階段，包括調(diào)查鄰近臺(tái)灣本島活動(dòng)陸緣的增積巖體區(qū)、南海北部大陸架斜坡區(qū)，以及高屏峽谷以東的上部高屏斜坡增積巖體區(qū)。雖然各區(qū)的貯存量有差異，但普遍顯示該區(qū)域有天然氣水合物的分布。這個(gè)計(jì)劃的發(fā)現(xiàn)，在天然能源短缺且石油價(jià)格高漲的今天有非常重要的價(jià)值。其二為臺(tái)灣“中央地質(zhì)調(diào)查所”開展的“臺(tái)灣山區(qū)地下水資源調(diào)查研究先期計(jì)劃”，結(jié)合遙測(cè)與當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)調(diào)查，再加上各種物探與水力試驗(yàn)，來(lái)了解臺(tái)灣山區(qū)的水文分區(qū)，為日后山區(qū)地下水開發(fā)利用作為參考數(shù)據(jù)。

地震災(zāi)害調(diào)查

在地震災(zāi)害調(diào)查分析方面，以往臺(tái)灣科技人員取得的成果有：臺(tái)灣地區(qū)數(shù)個(gè)地震目錄的地震定位與震級(jí)的評(píng)估，比較世界臺(tái)網(wǎng)及臺(tái)灣區(qū)域性臺(tái)網(wǎng)所定的震源位置、體波震級(jí)和面波震級(jí)；震波地區(qū)地震前后的應(yīng)力場(chǎng)變化研究，利用斷層面解研究地震發(fā)生前后的應(yīng)力變化，研究臺(tái)灣地區(qū)地震發(fā)生過(guò)程的特性；設(shè)立臺(tái)北盆地強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)，提供分析臺(tái)北盆地在地震時(shí)地面振動(dòng)的特性；開展地震動(dòng)共振的研究，分析在鹽寮及芭崎所記錄的強(qiáng)地動(dòng)的共振現(xiàn)象；以有限元法模擬地震位錯(cuò)源的格林函數(shù)，探討區(qū)域地震的波形；利用有限差分法模擬勒夫波在橫向非均勻介質(zhì)中的傳播特征；利用質(zhì)量-彈簧動(dòng)力模型研究地震活動(dòng)的動(dòng)力過(guò)程，藉以探討地震活動(dòng)的時(shí)空分布及幾個(gè)地震的定標(biāo)律；藉全球與臺(tái)灣地震網(wǎng)及寬頻地震網(wǎng)資料，進(jìn)行震源參數(shù)反演，獲知琉球島弧隱沒(méi)帶、臺(tái)灣碰撞帶及呂宋島弧隱沒(méi)帶之間過(guò)渡地區(qū)的發(fā)震構(gòu)造及特征；研究臺(tái)灣及鄰近地區(qū)弧陸碰撞作用的過(guò)程，建立碰撞的動(dòng)力模式，探討臺(tái)灣地震的發(fā)生與震源機(jī)制等；分析車籠埔斷層沿線一帶之第四紀(jì)地層、地形與新期構(gòu)造，進(jìn)行古地震研究工作，討論臺(tái)灣地區(qū)之古地震活動(dòng)、地震發(fā)生之重現(xiàn)性與或然率；發(fā)現(xiàn)位居車籠埔斷層下約15公里有另一個(gè)較深的發(fā)震構(gòu)造，約略與車籠埔斷層平行，證明深部地殼甚至上地幔也在大地震中變形，另在霧峰附近車籠埔斷層上，進(jìn)行地質(zhì)開挖與巖層定年分析，推斷車籠埔斷層上一次大地震約在200年內(nèi)，了解因地震造成的地層抬升速率與臺(tái)灣造山運(yùn)動(dòng)的速率大致相符；研究集集地震對(duì)當(dāng)?shù)氐牡叵滤沫h(huán)境的影響，顯示濁水溪沖積扇受壓含水層在地震發(fā)生后，伏流水向水平方向大幅度的擴(kuò)張，尤以彰化地區(qū)最顯著，地震發(fā)生前后地下水流的變化應(yīng)與含水層的滲透度改變有關(guān)；利用臺(tái)灣地區(qū)地震網(wǎng)所記錄的1994年南美波利維亞地震數(shù)據(jù)，分析此地震的破裂過(guò)程中，破裂面可能產(chǎn)生摩擦生熱而熔化的現(xiàn)象；完成集集大地震較大余震的再定位及震源機(jī)制，分析余震活動(dòng)的時(shí)空分布，并建立區(qū)域地體造構(gòu)學(xué)的模型；利用近、遠(yuǎn)程地震資料及測(cè)地學(xué)資料，反推集集大地震破裂過(guò)程應(yīng)力的時(shí)空變化，建立應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)移模型；求得主震震源波譜，將余震活動(dòng)分成幾個(gè)性質(zhì)不同的組群。

自2003年起，臺(tái)灣中研院地球所與美國(guó)卡內(nèi)基研究院地磁部的研究團(tuán)隊(duì)，在臺(tái)灣東部歐亞大陸與菲律賓海板塊的邊界上設(shè)立“板塊邊界觀測(cè)站”（PBO-T），以解決該板塊邊界高速擠壓，而卻沒(méi)有釋放出相對(duì)應(yīng)的地震能量的問(wèn)題。到2008年，研究團(tuán)隊(duì)利用相距約5到15公里的井下應(yīng)變儀（包括奇美、猴子山與樟原3站），共探測(cè)到20個(gè)慢地震，發(fā)現(xiàn)其中有11個(gè)慢地震是和臺(tái)風(fēng)同時(shí)發(fā)生的，而每次的變形時(shí)間約在數(shù)小時(shí)到數(shù)十小時(shí)。根據(jù)這些資料，明確導(dǎo)出創(chuàng)新的結(jié)論：臺(tái)風(fēng)可以引發(fā)慢地震。有可能是因?yàn)榕_(tái)風(fēng)的低氣壓降低了陸地底下的巖石壓力，因而在斷層的額外壓力梯度引發(fā)逆斷層的滑動(dòng)，斷層面應(yīng)力突破該處巖層所能承受的極限而引發(fā)慢地震。

2009年8月莫拉克臺(tái)風(fēng)襲臺(tái)時(shí)，臺(tái)灣中研院地球所林正洪等人利用寬頻地震網(wǎng)，在世界上首次探測(cè)到52個(gè)山崩所產(chǎn)生的特殊地震事件，經(jīng)由仔細(xì)分析及定位計(jì)算后，證實(shí)這些山崩事件大多數(shù)發(fā)生于臺(tái)灣南部高降雨量的山區(qū)，其中也包括造成400多位居民罹難的小林村山崩事件，此外還發(fā)現(xiàn)有些山崩地震事件發(fā)生于南臺(tái)灣海域的海溝或斜坡附近。

臺(tái)灣中研院地球所趙里副2011年提出一種新的全波場(chǎng)地震波層析成像中結(jié)構(gòu)偏導(dǎo)數(shù)計(jì)算方法，通過(guò)預(yù)先計(jì)算并建立一個(gè)應(yīng)變格林函數(shù)庫(kù)的方式，然后再推導(dǎo)出地震波的走時(shí)和振幅對(duì)于地球的彈性參數(shù)包括非均向性速度參數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)的具體表達(dá)式，此外還對(duì)地震剪切波分裂強(qiáng)度對(duì)地球非均向性速度參數(shù)的敏感度進(jìn)行了詳細(xì)討論。

大型地震研究計(jì)劃

目前島內(nèi)有關(guān)地震災(zāi)害調(diào)查分析與對(duì)策方面的大型計(jì)劃有4個(gè)，前兩個(gè)分別為中央地質(zhì)調(diào)查所的“地震地質(zhì)與地變動(dòng)潛勢(shì)分析”和“斷層活動(dòng)性觀測(cè)研究”，這兩個(gè)計(jì)劃不但試圖深入了解斷層帶的地下構(gòu)造和斷層的長(zhǎng)短期滑移速率，并將制作斷層帶之條帶地質(zhì)圖提供社會(huì)參考，還針對(duì)主要活動(dòng)斷層逐步建立GPS追蹤站、井下應(yīng)變儀等區(qū)域觀測(cè)網(wǎng)，同時(shí)也進(jìn)行逸氣與流體的分析監(jiān)測(cè)，完成后不但對(duì)島內(nèi)潛藏的活動(dòng)斷層特性有深入的了解，也能快速掌握其現(xiàn)今活動(dòng)性，對(duì)日后地震減災(zāi)提供可靠的基礎(chǔ)資訊。

第三個(gè)是臺(tái)灣水利主管部門牽頭實(shí)施的“地震前后地下水文異常變化探測(cè)與防災(zāi)工程應(yīng)用”計(jì)劃，將建立斷層及地震活動(dòng)之監(jiān)測(cè)井網(wǎng)及地震水文資料庫(kù)，再經(jīng)由地震前后地下水文異常變化的研究，了解地震對(duì)地下水文系統(tǒng)的影響，為探索地震前兆研究工作做前期準(zhǔn)備。

第四是臺(tái)灣氣象主管部門目前正在實(shí)施的“強(qiáng)地動(dòng)觀測(cè)第四期計(jì)劃”，分6年（2010—2015年）執(zhí)行，目的是建立新一代地震觀測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)地震海嘯監(jiān)測(cè)，整合海陸地震觀測(cè)網(wǎng)，拓展強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)資訊在防災(zāi)方面的應(yīng)用，整合與推廣運(yùn)用地震數(shù)據(jù)庫(kù)，加強(qiáng)地震潛勢(shì)分析研究，并配合防災(zāi)需求發(fā)布地震潛勢(shì)圖。到2013年底，已完成30座高品質(zhì)深井地震觀測(cè)站的建設(shè)，能夠有效降低地表背景雜訊，提供高品質(zhì)觀測(cè)數(shù)據(jù)。

為加強(qiáng)地震防災(zāi)工作，整合各式的地震觀測(cè)資料，提供建置強(qiáng)震速報(bào)與即時(shí)警報(bào)系統(tǒng)，研發(fā)地震前兆分析與地震預(yù)測(cè)技術(shù)，臺(tái)灣氣象主管部門積極建設(shè)多元化的地震觀測(cè)網(wǎng)，包括下列6項(xiàng)：（1）即時(shí)地震網(wǎng)，自1989年起陸續(xù)建立了71個(gè)速度型即時(shí)地震站，用以監(jiān)測(cè)臺(tái)灣的地震活動(dòng)，尤其是微震資料，對(duì)于監(jiān)測(cè)斷層活動(dòng)或大地震前的異?；顒?dòng)提供重要依據(jù)；（2）都會(huì)區(qū)強(qiáng)地動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)，自1992年起執(zhí)行“強(qiáng)地動(dòng)觀測(cè)計(jì)劃”，在臺(tái)灣各都會(huì)區(qū)陸續(xù)建立688個(gè)自由場(chǎng)強(qiáng)震站，以及61座結(jié)構(gòu)物強(qiáng)震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供防震設(shè)計(jì)規(guī)范的改進(jìn)依據(jù)；（3）強(qiáng)震速報(bào)網(wǎng)，自1998年起執(zhí)行“強(qiáng)地動(dòng)觀測(cè)第二期計(jì)劃——建立強(qiáng)震速報(bào)系統(tǒng)”，自2004年起執(zhí)行強(qiáng)地動(dòng)觀測(cè)第三期計(jì)劃——發(fā)展強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)系統(tǒng)，累計(jì)完成101個(gè)強(qiáng)震站，即時(shí)監(jiān)測(cè)與發(fā)布有感地震消息；（4）寬頻地震觀測(cè)網(wǎng)：自2001年起配合臺(tái)灣科技主管部門的“地震及活斷層”大型整合計(jì)劃，陸續(xù)建立31個(gè)寬頻地震站，提升測(cè)報(bào)精度，擴(kuò)大監(jiān)測(cè)范圍，快速掌握震源機(jī)制；（5）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）的地形變觀測(cè)網(wǎng)，自1993年起陸續(xù)建立150個(gè)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)觀測(cè)站，記錄臺(tái)灣島的地殼形變，監(jiān)測(cè)斷層活動(dòng)，比對(duì)地震的發(fā)生時(shí)序，以便歸納出地殼形變與地震間的相關(guān)規(guī)律，藉以預(yù)估未來(lái)地震趨勢(shì)，發(fā)展地震預(yù)測(cè)技術(shù)；（6）地球物理資料管理系統(tǒng)，整合微震、強(qiáng)震、寬頻、地形變、地下水等地球物理資料，充實(shí)多元化地震觀測(cè)資料，應(yīng)用于各項(xiàng)地震防災(zāi)科技，包括建筑防震設(shè)計(jì)、強(qiáng)震速報(bào)與即時(shí)警報(bào)、地震前兆分析，以及地震預(yù)測(cè)技術(shù)的研發(fā)。

該機(jī)構(gòu)目前正在與“國(guó)研院”下屬災(zāi)害防救科技中心合作，建立通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通報(bào)的快速信息傳遞平臺(tái)，并推動(dòng)強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)的應(yīng)用評(píng)估，先在防災(zāi)部門、交通運(yùn)輸部門及學(xué)校進(jìn)行測(cè)試，完成測(cè)試評(píng)估后再全面推廣至全臺(tái)灣。

臺(tái)灣科技主管部門也在推動(dòng)強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)系統(tǒng)的研究，由“國(guó)研院”下屬災(zāi)害防救科技中心、地震工程研究中心、高速網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算中心組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)與臺(tái)灣氣象主管部門及相關(guān)研究機(jī)構(gòu)合作，進(jìn)行強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)技術(shù)研發(fā)，現(xiàn)已完成現(xiàn)地型強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)系統(tǒng)、自動(dòng)化警報(bào)展示系統(tǒng)以及自動(dòng)化減災(zāi)控制系統(tǒng)的整合，實(shí)際建造一棟兩層樓模型展示屋，并在地震工程研究中心的三軸向振動(dòng)臺(tái)以921地震紀(jì)錄進(jìn)行實(shí)機(jī)整合測(cè)試。結(jié)果顯示，在最大地表振動(dòng)到達(dá)前，強(qiáng)震即時(shí)警報(bào)系統(tǒng)可為嘉義、臺(tái)中、新竹與臺(tái)北地區(qū)多爭(zhēng)取11、7、17與27秒的預(yù)警時(shí)間。實(shí)機(jī)展示包括在強(qiáng)烈震波抵達(dá)前，通過(guò)廣播、字幕機(jī)、電視插播等方式提出預(yù)警，并自動(dòng)關(guān)閉煤氣，避免火災(zāi)的發(fā)生，開啟大門、逃生動(dòng)線指示燈以利逃生，將電梯停至最近樓層并開啟電梯門，減低傷亡與受困。

地質(zhì)防災(zāi)

近年來(lái)，臺(tái)灣日益重視綜合性地質(zhì)防災(zāi)研究，包括利用“福衛(wèi)2號(hào)”圖像，輔以其他光譜衛(wèi)星圖像，進(jìn)行臺(tái)灣地區(qū)地質(zhì)環(huán)境與災(zāi)害的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及其建立數(shù)據(jù)庫(kù)，逐年累積地形變遷信息，并利用克利金空間內(nèi)插法，推估地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生時(shí)點(diǎn)的降雨量，以河川級(jí)序、河川坡度、集水區(qū)面積與地質(zhì)條件為依據(jù)，進(jìn)行各溪流集水區(qū)土石流潛勢(shì)的劃分與篩選，目前已完成北部及中部地區(qū)的集水區(qū)的工作。

從2007年起，臺(tái)灣“中央地質(zhì)調(diào)查所”開始實(shí)施“地質(zhì)敏感區(qū)災(zāi)害潛勢(shì)評(píng)估與監(jiān)測(cè)”計(jì)劃，目的是逐年完成全臺(tái)灣高山聚落地區(qū)的災(zāi)害調(diào)查、都會(huì)區(qū)周緣坡地山崩災(zāi)害潛勢(shì)評(píng)估、建立重大山崩災(zāi)害潛勢(shì)區(qū)變異監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以提供地方政府進(jìn)行管理使用；另一重點(diǎn)為分年強(qiáng)化資料庫(kù)防災(zāi)功能，建立即時(shí)防災(zāi)決策支援地質(zhì)情報(bào)系統(tǒng)，提供防救災(zāi)任務(wù)支持。該計(jì)劃含有5個(gè)分項(xiàng)計(jì)劃，包括：高山聚落地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害基本調(diào)查、都會(huì)區(qū)周緣坡地山崩潛勢(shì)評(píng)估、重大山崩災(zāi)害潛勢(shì)地區(qū)災(zāi)害模擬與監(jiān)測(cè)、廢棄坑道的地盤下陷災(zāi)害潛勢(shì)評(píng)估以及南投縣廬山溫泉北坡監(jiān)測(cè)與建立預(yù)警系統(tǒng)。

目前，正在進(jìn)行中的“強(qiáng)化坡地環(huán)境地質(zhì)與防災(zāi)應(yīng)用”計(jì)劃，分4年（2011—2014年）執(zhí)行，目標(biāo)是逐年完成更新全臺(tái)灣山地聚落及周圍坡地環(huán)境地質(zhì)基本資料，包括順向坡、山崩（滑動(dòng)體）、土石流（扇狀地）、河岸侵蝕等地質(zhì)災(zāi)害，分年分區(qū)進(jìn)行山崩潛勢(shì)評(píng)估分析，并建立全臺(tái)灣坡地環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，以提供地方政府進(jìn)行管理使用；另一重點(diǎn)為分年建立大規(guī)模潛在山崩地區(qū)活動(dòng)性觀測(cè)系統(tǒng)及崩塌地調(diào)查與觀測(cè)等資料，利用地質(zhì)鉆探、測(cè)傾管測(cè)量及山崩機(jī)制分析匯整完成環(huán)境地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，提出該大規(guī)模潛在山崩地區(qū)的山崩機(jī)制、影響深度、范圍、邊坡穩(wěn)定概況，加以強(qiáng)化資料庫(kù)防災(zāi)功能，構(gòu)建即時(shí)防災(zāi)決策支援地質(zhì)情報(bào)系統(tǒng)，提供防救災(zāi)任務(wù)支持。

火山研究

另一正在進(jìn)行中的“大臺(tái)北地區(qū)特殊地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與監(jiān)測(cè)”計(jì)劃，從2004年起開始進(jìn)行，特別針對(duì)臺(tái)北市及周邊地區(qū)可能發(fā)生的火山活動(dòng)、斷層活動(dòng)與地震活動(dòng)，進(jìn)行調(diào)查與監(jiān)測(cè)及分析評(píng)估，目的是掌握和了解地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的成因、機(jī)制和對(duì)大臺(tái)北地區(qū)的影響，建立火山的背景值及異?；顒?dòng)指標(biāo)、分析地震分布及震波效應(yīng)，評(píng)估火山與斷層的活動(dòng)性，及應(yīng)用高精度和高解析度數(shù)值地形資料研判災(zāi)害的地質(zhì)地形特征，以強(qiáng)化環(huán)境保育和土地使用管理，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展。

近年火山地質(zhì)調(diào)查區(qū)域主要集中在觀音山火山群地區(qū)，利用野外地質(zhì)調(diào)查和采樣，以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室礦物和巖石的分析工作，完成火山地質(zhì)圖繪制，發(fā)現(xiàn)并無(wú)任何火山活動(dòng)的征兆，其地底下也未有任何火山地震的活動(dòng)，顯示觀音火山群未來(lái)噴發(fā)的可能性不大。

另外持續(xù)針對(duì)大屯火山群進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)研究，包括野外直接測(cè)量溫泉水質(zhì)，以及采集樣本攜回實(shí)驗(yàn)室分析溫泉水中的陰、陽(yáng)離子濃度變化、水質(zhì)及化學(xué)成分變化、火山氣體含硫及二氧化碳量變化、地溫變化等，結(jié)果顯示相對(duì)穩(wěn)定，無(wú)明顯火山流體向上增加的趨勢(shì)。

為了增進(jìn)對(duì)臺(tái)灣火山的觀測(cè)能力，并了解大屯火山活動(dòng)的現(xiàn)況，2011年臺(tái)灣科技主管部門與相關(guān)研究機(jī)構(gòu)在陽(yáng)明山公園內(nèi)的菁山自然中心共同合作設(shè)立“大屯火山觀測(cè)站”，加強(qiáng)即時(shí)監(jiān)測(cè)的功能，包括建立火山地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)、進(jìn)行火山氣體與溫泉水的化學(xué)成分調(diào)查分析、測(cè)量地殼變形、監(jiān)測(cè)地溫，以及噴氣即時(shí)影像監(jiān)測(cè)等，未來(lái)還將加入傾斜儀、重力、地磁、衛(wèi)星圖像等不同方法，以達(dá)到更完整的監(jiān)測(cè)。