《追蹤斷層帶》之一:活動斷層地質敏感區調查

採訪報導

位於板塊交界的台灣,一年至少會發生上千次有感地震,面對這個不可預測的天災,科學家們是如何做調查?又面臨哪些挑戰?

 

斷層活動造就台灣壯麗的高山、深谷,然而也帶來災害。

九二一地震成為深入調查活動斷層的起點

1999年9月21日,凌晨1點47分,一場芮氏規模7.3的強震,撼動全台。橫跨苗栗、台中、南投三個縣市的車籠埔斷層撕裂大地,讓世人深刻感受到活動斷層的威力。

九二一地震促使政府、學界投入活動斷層調查。 圖為921地震資料畫面

「那時我是成功大學林慶偉老師的學生,印象最深的就是,老師當天半夜就帶著我們衝出去做調查。」經濟部地質調查及礦業管理中心科長劉彥求回憶,當時台灣地質界可謂精銳盡出,超過三、四十位研究人員,沿著車籠埔斷層長達105公里的破裂帶,一步一步地把整條斷層測量、定位出來。

九二一地震成為台灣深入調查活動斷層的起點。目前政府正式公告的活動斷層,共有36條,不過攤開斷層分布圖,可以發現其中不少斷層是用虛線表示,代表它的精確位置還有待研究。車籠埔斷層是因為錯動後產生明顯的地表破裂,讓科學家有跡可循,其他可能深埋地底的斷層,又該如何追蹤它的來龍去脈?

車籠埔斷層錯動後產生明顯的地表破裂,讓科學家有跡可循。圖翻攝經濟部《九二一地震地質調查報告》
目前政府正式公告的活動斷層,共有36條,不過其中不少是用虛線表示,代表它的精確位置還有待研究。


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「累積很多fault,才能找到一個fault」

為了尋找大茅埔-雙冬斷層的露頭,調查人員來到南投一處溪谷,在比成人高兩個頭的野草叢中,劈開一條勉強能穿行的路。

九月中的一個上午,天氣仍十分悶熱,一群學者來到南投一處溪谷,邊走邊揮舞開山刀,在比成人高兩個頭的野草叢中,劈開一條勉強能穿行的路,他們的目的是尋找大茅埔-雙冬斷層的露頭。領頭的地質技師顏一勤,二十多年前就跟著地質學者陳文山調查車籠埔斷層,對於如何尋找斷層有豐富經驗。

斷層的活動,會讓原本平坦的地表隆起,形成山丘及谷地,研究人員通常會先觀察地形的變化,來縮小搜尋範圍。顏一勤解釋:「因為斷層帶本來岩體就比較破碎、容易崩塌,上面不太會長草,所以我們會以這個為指標。」

斷層帶的岩體容易崩塌,上面不太會長草,是地質研究人員尋找斷層的指標。

不過台灣高溫多雨,風化、侵蝕速率相當快,眼前的崩塌地究竟是其他自然作用造成,還是真的跟斷層有關?有時並不容易判斷。因為「斷層」與「錯誤」的英文是同一個字,研究人員有時會戲稱,「要累積很多fault,才能找到一個fault」。

崩塌地的岩石並不穩固,大夥小心翼翼地爬上一片五、六十度的陡坡,顏一勤撥開岩壁上的植被與土石後,隱約可以看出岩層上盤是中新世砂岩,下盤是頭嵙山礫石層,與大茅埔-雙冬斷層途經的地質岩性吻合,而在岩層上下盤的接觸面,他們發現礫石的長軸大多朝同一個方向排列。

撥開岩壁上的植被與土石,隱約可看出岩層上盤是中新世砂岩,下盤是頭嵙山礫石層,在岩層上下盤的接觸面,可以觀察到礫石大多朝同一個方向排列。
地質技師顏一勤說明,斷層會沿著相同走向推擠,因此斷層面上的礫石也會在力的驅使下順著它走。

顏一勤說明,斷層會沿著相同走向推擠,因此斷層面上的礫石也會在力的驅使下順著它走,形成我們看到的現象。這些證據說明,我們眼前就是大茅埔-雙冬斷層的露頭之一。收集越多這樣的點位,斷層面貌就越清晰。

許多斷層長達數十公里,部分區段可能被沖積層或植被掩蓋,難以從地表追蹤,野外調查結果,可以幫助研究人員推測斷層的地底位置及走向,再透過鑽井取得岩心來驗證。台灣多數斷層屬於逆斷層,上盤往上抬升,會讓原本位於下方的古老地層,出現在年輕地層之上,如果在岩心中發現這種現象,對研究人員來說就像中了大獎。

鑽井取得岩心,是釐清斷層地下構造的方式之一,台灣多數斷層屬於逆斷層,上盤往上抬升,會讓原本位於下方的古老地層,出現在年輕地層之上。

找出斷層精確位置,才能確認斷層直接影響範圍

位在台中市霧峰區的光復國中,由於正好位於車籠埔斷層帶,在九二一地震受創嚴重,當時幾棟倒塌校舍被保留下來,成為地震教育園區。

為何找出斷層的精確位置如此重要?劉彥求科長說明,從統計數據得知,九二一地震時多數的建築損毀及傷亡,都發生在斷層上盤兩百公尺、下盤一百公尺的範圍內:「這是因為車籠埔斷層是一條逆斷層,上盤自由活動度較高,因此造成破壞的範圍更大。」

九二一地震的經驗,讓我們能大致掌握斷層的直接影響範圍,也成為政府劃設「活動斷層地質敏感區」的主要依據。台灣36條活動斷層中,有22條已完成敏感區公告,今年(2024)年底預計新增利吉、口宵里、初鄉斷層地質敏感區,還有11條尚未公告。

台灣36條活動斷層中,有22條已完成敏感區公告,2024年年底預計新增利吉、口宵里、初鄉斷層地質敏感區,還有11條尚未公告。

劉彥求科長坦言,剩下的劃設工作只會越來越困難:「以前是因為前人資料累積很多,我們可能只要補充三成到五成的資料,就可以把敏感區畫出來。再來就是越往後的通常都越靠近山區,危險性較高。」

斷層調查時常需要進入崎嶇的山溝、溪谷,在溪水高漲的雨季,可能好幾個月都無法做調查。劉彥求科長回想:「我們還曾經碰過兩次,師傅鑽井取岩心時遇到下大雨,運氣不錯人沒有怎麼樣,但鑽機被沖走了。而且這種工作又累、又髒,很少年輕人願意做,所以坦白說,我們的調查能量是在萎縮的。」

研究人員進行斷層調查時,常需要進入崎嶇的山溝、溪谷,克服各種困難地形。
照片提供/劉彥求

在尚未完成敏感區劃設的活動斷層中,最受關注的可能是山腳斷層。它從新北市金山區往西南方延伸,穿越台北市北投區、新北市新莊、五股等地,途經人口稠密的大台北地區,一旦發生地震,可能導致嚴重災情。但山腳斷層沿線,部分覆蓋著淡水河帶來的厚厚沉積物,市區又早已蓋滿建築,很難找到合適的鑽探地點。

穿越大台北人口稠密區的山腳斷層,因被大量沉積物及建築覆蓋,難以調查出精確位置,紅線標示處的斷層走向僅是推測。影像提供/經濟部地礦中心
尚未完成敏感區劃設的山腳斷層,通過人口稠密區,早已經蓋滿建築,很難找到適合鑽探的地點。

劉彥求科長表示,除了劃設敏感區,每條活動斷層都會有「條帶地質圖」,其中包含斷層兩側2到3公里的地質資料,雖然無法非常精確地呈現斷層位置,但還是可以做為防災參考:「我們如果有在網路上發布更新的山腳斷層條帶地質圖,地方政府就會擷取,他們可以藉此知道斷層大概的傾角、斷層可能滑動的距離,這些都是防災計畫可以納入的一些參數。」

地震之島應重視基礎地質調查,並將調查結果落實到防災

地礦中心有限的人力,不僅要劃設已知斷層的地質敏感區,還得兼顧未知斷層的調查。2022年,監察委員田秋堇、林盛豐曾提案糾正經濟部,指出負責活動斷層調查的人力僅有十人,且近三年預算不增反減,恐怕會形成災害防治破口,要求經濟部檢討改進。

2022年監察院糾正經濟部調查報告節錄。資料來源/監察院

另一方面,已經公告的活動斷層地質敏感區,依《地質法》規定,開發前必須進行基地地質調查及地質安全評估,確認調查是否完善,是地方政府的權責,但地方政府普遍缺乏地質專業人員,因此通常會委託應用地質、土木或大地工程等領域的技師來審查。

顏一勤擔憂,斷層調查涉及地形判釋、構造學、地層學等不同學門,但上述不同領域的技師,未必都有修過這些學分:「如果是沒接觸過斷層的審查者,可能就只是把規範拿出來,比如說你有鑽兩個三十公尺深的鑽孔,沒發現斷層,我就讓你過了。」

針對已經公告的活動斷層地質敏感區,雖然有規定開發前必須加強地質調查,但地方政府普遍缺乏地質專業人員,是一個制度上的隱憂。

顏一勤強調,規範只是最低標準,如果只是照章行事,即使做了加強調查,是否能降低風險,也令人存疑:「如果今天我是開發者,我花了一筆錢調查,審查也通過,結果十年後發生地震,我家倒了,那要找誰賠償?這就是未來可能會發生的問題。」他建議《地質法》應該修法,讓審查權回到中央主管機關,由中央來設立負責審查的單位跟相關規則。

斷層,是型塑地景的的力量,造就台灣壯麗的高山、深谷,然而斷層活動,也帶來災害,重視基礎地質調查,並將調查結果落實到防災,才是台灣這座地震之島的趨吉避凶之道。

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