- 文／陳卉瑄 教授｜國立台灣師範大學 地球科學系
家鄉在台東的我，小時候沿著卑南鄉的頂岩灣到市區，沿著彎彎的山路下去時，爸爸就會跟我講這個故事。「山下有個小學，上課的時候，腳下的地層一直在滑動呢！」父親指著遠方的惡地泥岩地形，有聲有色的跟我說。
這一大塊都是抓不住樹根的泥岩，一下雨，整塊地都會「古溜」地滑落。這種滑動或許就是人們熟知的「山崩」，如果真的有機會目擊大規模的山崩，可能會發現在數秒之內，地塊一口氣崩塌的景象。假如這種土石滑動的規模增加數十倍甚至百倍千倍，並且一路延伸到地下的情況會是怎樣呢？
或許看不到，但多少我們都會體驗過：斷層滑動與瞬間發生的地震。
動盪的地球：地震與斷層
如果能將地球剖開一半，我們將會看到「活的」地球。就像我們有體溫心跳一般，地球內部有軟流圈以下的熱對流，和上方緩慢的板塊運動。細細分析可以發現，地表各處「運動」的方向速度不一，即使是剛硬如石頭的板塊，有些地區也會像彈簧受力壓縮一般，長期受力的作用累積「應力」，這些應力累積的地方，就是遲早會破裂的區域。若發生破裂，這個破裂面就是斷層面；斷層錯動時還會伴隨釋放能量，造成地震。
常有小地震的地方會因能量釋放光了，而相對安全嗎？
事實上，小地震釋放的能量、斷層大小和大地震比起來，只是冰山一角，我們用簡單的數學幾何方式來呈現，如圖一所示。
如果要用較小的地震填滿一個規模 6.0 地震的斷層面積，你要有約 30 個規模 5.0 的地震，或是約 1000 個規模 4.0 的地震，或是三萬多個規模 3.0 的地震。這樣算起來，如果它原本會發生錯動的斷層面極大，即使小地震發生很多，也無法降低規模 7.0 以上地震發生的可能性哪！
況且，地震的觀測資料有限，過去幾年全世界的大地震，往往發生在令專家跌破眼鏡的地方，例如：應力累積非常緩慢的四川盆地周邊（2008年汶川大地震）、以及從未有同等規模紀錄的日本東北地震。這些例子也告訴我們，大地震難防之處，在於它不常發生，而斷層難研究之處，在於它特性複雜。
不過，不是所有斷層都蠢蠢欲動的在醞釀地震，令人較為擔心的，是一萬年內活動過的，分類中屬於「第一類活動斷層」的斷層。據中央地調所的公告，台灣共有 33 條這樣的斷層。這些斷層活動特性各異，有些總是躁動不安，但多半都以小地震草草了事；有些則是平常看似平靜，但卻蓄勢待發等待驚天一震（這種最可怕）；還有一些更為特別的，平常緩慢滑動，但卻沒有地震發生－－這樣的斷層，叫做潛移斷層（creeping fault）。假如斷層長期都在緩慢移動（釋放能量），會不會較不易發生大地震、不易致災呢？
惱人的潛移斷層
可以確定的是，就算不發生地震，潛移斷層也是惱人的搗蛋鬼！
我們將鏡頭轉向美國加州，加州大學柏克萊分校旁的足球場，正巧被潛移斷層切穿（圖二紅線）。這個平常一直緩緩移動的斷層，使得足球館的西側以每年 0.47 公分的速率緩緩向北移動。造成台階、牆壁等硬體設施錯位，翻新的總金額高達 32 億！
回頭來看台灣，我們也有個因高速滑動和特殊的斷層型態而聞名世界的潛移斷層—池上斷層（圖三）。斷層造成其中一側以每年平均 2.4 公分的速率抬升，有個住在池上的友人，每隔個 5 年，他家就得重新修補台階（超過 10 公分高差），更不用講有條斷層在底下默默經過的房舍了。斷層的作用像強力千斤頂般，逐漸累積的地面錯位，對路面、牆壁、管線甚至建物都造成了顯著的破壞，如圖四之一、四之二所示。
潛移斷層比較安全？
潛移斷層，過去的研究認為，由於斷層帶具有特定的岩石組成成分（像蛇紋石、黏土礦物和鹽等等），大幅降低它在承受變形時的強度，於是在大地應力不停推阿擠的，斷層面上的錯動穩定地、不間斷地發生。這樣的滑動，又稱作穩定滑移（stable sliding）。
和潛移斷層完全相反，甚至相異到極致的另一種類型，就是推不動的鎖定斷層（locked fault）。這種和穩定滑移相反的鎖定區（locked），則有足夠的強度，平常時它「零變形」，但其實正在累積著應力，等待破裂的臨界點到來，這一刻，就是發生「大破壞」之時。而這所謂的大破壞，就是我們熟悉的大地震。
這樣說來，潛移斷層，一推就動，應力無從累積，也就不會有地震了？這一個說法看似正確，但是我們必需強調一點：不能小看斷層面的複雜度！
代誌沒這麼簡單，潛移沒這麼單純
斷層面的性質並不是完全均一的。
在數公里長、寬的斷層面上，有的地方在穩定滑移、有的在鎖定狀態。這就是為什麼潛移斷層仍能發生規模 6.0 以上的地震。
什麼！？要怎麼解析哪裡在鎖定、哪裡會穩定滑移呢？首先需要有很多的地表位移測量，越多點位，越能推測複雜的斷層行為。圖五表現了三種不同行為的斷層分類，分別為：
(a) 整段都在潛移 ；(b) 部分鎖定、部分潛移； (c) 整段完全鎖定。
潛移的區塊，每年以數公釐至數公分的潛移速率 D 緩緩地移動著； 鎖定區雖然目前不動，但是它可是蓄勢待發的！如果我們知道斷層鎖定區過去的活動性，便可以向前追溯前幾次在這個區塊發生的地震。
把地震當時的滑移量和發震時間作圖如 (d)，可以先得到一個「階梯狀」的變化圖，每一階的變化可以視為地震當下的錯動量。而下一步，我們可以拉出一條斜率為 L 的斜線（虛線），它代表這個鎖定區長期的滑移速率。如果 L 算出來是每年三公分，那它跟你說的是： 嘿！雖然我不動，但這 100 年我就存了 300 公分的位移量，在哪裡存呢？就說在一個圖四 (c) 的鎖定面積吧! （30 km x 65 km ），那麼，當我「想」動了，可以製造一個規模 8.7 的大地震啊！ （算法請參照參考文獻[1]）。
但是，如果一個斷層上同時有鎖定區和潛移區，那，潛移區塊扮演甚麼角色呢？當你用 L 代表鎖定區的滑移速率，用 L 減去 D 代表穩定滑移區的滑移速率，這時候估計出來的「可能地震規模」就會變小，這是為什麼過去，專家們一直常把潛移斷層認為是相對安全的。
隨著大地測量、地震儀架設的點位越多，斷層的哪一個部分在穩定滑移 / 鎖定？怎麼滑？ 隨時間有沒有變化？這些問題的答案漸漸浮現。對於斷層行為的了解越多，照理說應該越安心，但科學家們卻發現了另一件隱憂……。
潛移斷層 vs.大地震
前文曾提到斷層面積、釋放能量與地震規模的關係，所以地震可以「長」多大似乎受控於斷層破裂面可延伸多遠，那麼，這些斷層面上的穩定滑移區，會控制「大地震發育」嗎？
利用斷層模型進行模擬，科學家們發現，這些多為「穩定滑移區」的潛移斷層，在地震發生時，讓斷層面上的錯動更無障礙的穿越，也就是，潛移斷層可以讓大地震更「大」 ! [2]。而有許多的觀測證據都陸續發現，在鄰近有大地震發生而伴隨著斷層面的高速滑動時，「穩定滑移區」潛移區可能會轉換成「鎖定區」 [3]，使得鎖定區域範圍加大、大地震潛勢增加。這樣的發現，是對身處潛移斷層區的居民敲了警鐘，「沒有不危險的斷層」，專家如是說。
身處活動斷層密集區的我們，更需要知道：地底下的變形、斷層面的特性隨時間一直在改變，沒有絕對安全的所在，也沒有「地震周期可以預測」的具體證據。面對這困境，更高密度的監測儀器，將能幫助我們釐清各種不同斷層特性，如何影響著大地震的行為。
事實上，全世界不少地方有潛移斷層的發現：如美國、墨西哥、義大利、土耳其、以色列、阿富汗、巴基斯坦、中國、菲律賓、日本和台灣。可惜的是這些被文獻所紀錄的潛移斷層，絕大多數都是走向滑移斷層，僅有一例為正斷層型態（菲律賓的 Alto Tiberina Fault），一例為逆衝斷層（台灣的池上斷層），不同斷層型態的潛移特性，所知仍然非常有限，「潛移斷層和大地震的關係」 這個重要的課題，尚待更多研究人員的投入和充分探索。全世界潛移斷層的分布和證據請見[4]。
隨著科學和科技進步，或許大家會期許研究能帶領我們了解斷層、預測地震，但新發現同時也告訴我們，探尋越多才知道人類了解的其實很少。所以，加入地震研究領域，現在正是時候！
後記與致謝
感謝震識發起人馬國鳳教授的強力邀稿，和主編潘昌志先生的專業編修。這一篇文章的構想，是由本人與 Roland Burgmann 五月發表在 Review of Geophysics 的評論文章而來[5]，本文的圖一和圖二就是源自該處。本文的初始文稿編修，則感謝黃大銘學長、陳耀傑、陳奕尹和陳淑俐幾位的寶貴意見。原稿稍微多一點專業用語，並包含較多個人情感和搞笑口語，有興趣參考的請連結至[6]。
本文原發表於《震識：那些你想知道的震事》部落格，或是加入按讚我們的粉絲專頁持續關注。將會得到最科學前緣的地震時事、最淺顯易懂的地震知識、還有最貼近人心的地震故事。
參考文獻
- 1. http://katepili.pixnet.net/blog/post/427778105
- 2. Noda, H., and N. Lapusta (2013), Stable creeping fault segments can become destructive as a result of dynamic weakening, Nature, 493, doi:10.1038/nature11703.
- 3. Uchida, N., K. Shimamura, T. Matsuzawa, and T. Okada (2015), Postseismic response of repeating earthquakes around the 2011 Tohoku-oki earthquake: Moment increases due to the fast loading rate, J. Geophys. Res. Solid Earth, 120, 259–274, doi:10.1002/2013JB010933.
- 4. Harris, R.A. (2017), Large earthquakes and creeping faults, Rev. Geophys., 55, 169–198, doi:10.1002/2016RG000539.
- 5. Chen and Burgmann (2017), Creeping faults: Good news, bad news?, Review of Geophysics, 10.1002/2017RG000565.
- 6. “潛移斷層” ，安全嗎?
