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解開餘震之謎

2013年5月16日上午7點46分高雄市桃源區才剛發生規模4.3的地震,鄰近區域又在上午8點19分發生規模3.6的地震,人們可以預期地震過後可能發生餘震,不過關於餘震,可能還有一些你沒想過的事情。

張翎的《餘震》是部以1976年唐山大地震為故事背景的小說,書名「餘震」是以一種文學角度來描述心理層面的感受,災害的影響不只是在當下,也對於災民的生命產生無以計數的漣漪。而你認為「餘震」是什麼?是強震過後規模較小的地震?從自然科學的角度,餘震也有可能是規模大的強震。

地震會發生是來自於斷層的錯動,而錯動釋放出來的能量及應力,遇到其他鎖住的斷層面受到足夠的應力,就像是一條隱隱的裂痕,被敲一下可能就裂開來了,產生餘震。

觸發餘震的最主要來源就是「靜態應力(static stress)」及「動態應力(dynamic tress)」,靜態應力指的是因為斷層錯動而造成周遭的應力重新調整,動態應力則是地震產生的波動傳出去,不同的地層受到波動的能量大小不同,產生不同程度的應力。

餘震不見得總是規模比較小的地震,歷史上有不少強震在鄰近地區成對出現的案例,普遍被科學界認為是因為靜態應力造成的;動態應力傳到火山或地熱區引起微地震(micro earthquake)或在附近地區產生餘震不是罕見案例,但是很少科學家提出「動態應力能觸發規模大的餘震」,2010年《nature》期刊有一篇研究指出:「動態應力引發較大的地震是不可能的。」

產生動態應力(dynamic stress)的波動又可分為表面波(surface wave)及實體波(body wave),表面波的威力大、速度慢,實體波是在地球內部傳送的、速度較快,我們常聽到的P波、S波就是屬於實體波。中研院地球科學所的林正洪博士認為:「S波可能觸發規模大的餘震。」為什麼呢?

P波可以在物質的三態中傳送,但是S波只能在固態物質中傳送,這個特性使得S波碰到更深層的液態地核(outer core)時無法繼續前進而反射回來,這種垂直向下的S波、碰到地核、S波垂直反彈回的表的連續過程,就稱為「ScS」。

ScS回到地表的時候震幅通常很大,因為垂直向下的最短路徑使得過程中的能量消耗少,而且碰到液態地核的S波幾乎完全反彈回來,因此林正洪博士認為ScS極有可能觸發規模大的強震。

林正洪博士提出了實例,2008年汶川地震(俗稱四川大地震)發生後,隔了15.5分鐘,又發生另一個矩規模(Mw)6.0的餘震,透過美國地質調查所(USGS)的網站可以計算任一種的震波到達任何地點的時間和震幅,他發現ScS回到地表的時間與此餘震發生的時間相當吻合。

1個符合的案例可能被懷疑只是巧合,需要透過量化的統計數據來支持科學假設,因此林博士整理了2000年以來矩規模大於8.0的24個主震及其餘震資料,去分析在主震發生過後相隔多少時間會發生矩規模大於5.0的餘震,結果顯示15到17分鐘之間發生規模大的餘震頻率最高,而ScS返回地表的時間恰好就落在這個區間!不過研究結果也顯示,矩規模7.0至8.0的主震引起之餘震,就沒有明顯在哪個時間區間特別容易引發規模大的餘震。

這是強餘震觸發機制的一大突破,但是機制可行不代表一定會發生,當地是否有其他已經達到錯動臨界點的斷層?周圍的應力狀況是否配合?有很多其他影響地震觸發的條件,強震產生的ScS就像把鑰匙,如果沒有鎖在那裡,也不會釋放出下一個地震。

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

 

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關於作者

台大地理所,研究空間分析方法與災害風險。曾擔任防災科普小組編輯、ENSIT電子報主編。偏鄉災害問題與專業/弱勢間的資訊不對等,是我最想解決的問題。