地震再現週期分析:簡介臺灣的古地震研究案例

車籠埔斷層(圖四圖五圖六):目前研究結果大致可以解析出5次的古地震事件(不含921集集地震),發生的年代為西元1999年、西元1650-1520年、西元1270-1160年、西元1060-1030年、西元570-400年、西元240-50年(圖七; Chen et al., 2001a, b, 2004, 2005)。從上述的研究來看,車籠埔斷層每一次的地表破裂的隆起高度約1-2.5公尺之間,這個高度變化大致與921集集地震時產生的隆起高度相當,所以從這些古地震的資料分析,之前的古地震規模可能都在7.0以上。另外,由N-3古地震至921地震的地震時間間距來看,每次地震相距時間約300-400年。另外可以由古地震的特性可以推演下次發生大地震的可能發生時間約在西元2340±90年。

圖四、在竹山鎮針對車籠埔斷層的槽溝挖掘研究。

圖五、921地震發生之前(1997年)的車籠埔斷層。

圖六、竹山槽溝,車籠埔斷層位在照片的右側,左側水平地層向右側延伸轉為褶皺的交會處。

圖七、二千年以來車籠埔斷層古地震發生的時間,以及推估下次大地震發生的時間可能在西元2340±90年。

玉里斷層或池上斷層(圖八圖九):由槽溝地層與構造特徵分析,古地震事件計有兩次,而斷層兩側地層高差約為2.5公尺。第一次古地震事件為西元1951年11月花東地震所造成的地表破裂,地表隆起高度為0.75公尺。第二與第三次的地震時間都相當年輕,發生在西元1600年以來,地表隆起高度為1.75公尺,預測其地震規模在7.0以上(陳文山等人, 2004a)。大約四百年以來,花東縱谷斷層(中段地區)共發生了三次大地震,可以想見大地震的時距約為百年左右,其週期非常的短。所以花東縱谷斷層是我們急迫更進一步須進行評估的斷層。

圖八、古地震研究的槽溝挖掘全景。

圖九、地層呈現褶皺扭曲,表示大地震發生時地表產生變動所造成。

九芎坑斷層(圖十):九芎坑斷層是由卓蘭層逆衝至六雙層、紅土礫石層及階地礫石層之上。從斷層傾角以及與觸口斷層的關係來看,九芎坑斷層可能是觸口斷層斷坡向前(向西)的分枝斷層。從斷層截切近代階地沉積層以及晚更新世沉積層(圖十一; 碳14定年約47,100±1,750BP)的關係,顯示九芎坑斷層應屬於第一類的活動斷層(陳文山等人, 2003a)。

圖十、紅色線為九芎坑斷層的位置,上盤(左側)的上新世卓蘭層逆衝覆蓋在近代的沖積層之上。

圖十一、右側為卓蘭層向西逆衝在左側晚更新世的礫石層(碳14定年約47,100±1,750BP)的上面。

新城斷層:從槽溝剖面(圖十二)以及野外剖面(圖十三)來看,新城斷層都已截切至紅土階地的地表以及未紅土化階地,而最近一次的地震發生約於300以來(碳14定年),比對台灣歷史地震紀錄,此期間在桃竹苗地區發生的大地震共有三次,分別為西元1811年、西元1815年與西元1881年,這些地震的受震範圍均可以遠至福建及台灣南部)並於桃竹苗地區造成重大傷亡。若以受震範圍評估地震規模,西元1811年與西元1815年地震可能都屬於規模7以上的大地震(蔡義本, 1978; 徐明同, 1983;鄭世楠與葉永田, 1989);而新竹地區於西元1871年撰寫淡水廳志,假若西元1881年是造成地表破裂的大地震,應有傷亡與建築物破壞的詳細記載。因此,可以排除西元1881年地震,而西元1811年與西元1815年兩者之一可能與新城斷層最近一次的活動有關(陳文山等人, 2003b)。新城斷層的長期活動性或週期尚未有足夠的資料,但以目前資料可評估最近一次地震活動造成的地表抬升量,約為1.3-1.85公尺之間。此種規模的地表變形量可以比擬於集集地震的地表變動,因此新城斷層上次活動的地震規模可能大於7.0。

圖十二、兩側不同岩性的地層界面就是新城斷層的,右側卓蘭層逆衝在晚更新世的砂礫層之上。

圖十三、頭前溪的南岸也可以發現新城斷層的露頭,顯示左側卓蘭層逆衝在近代河階礫石層(<300年前)之上。

新化斷層(圖十四圖十五):本研究共發現三次的古地震紀錄,最早一次形成時間約在西元前7500-6600年,第二次發生時間約為西元前20-360年。第三次就是西元1946年,斷層結構來看屬於右向平移斷層,且斷層已經切穿至地表(陳文山等人, 2004b)。從淺層震測剖面以及野外調查,顯示新化斷層帶是由數條正斷層構成寬約數百公尺的變形帶,表示長期以來新化斷層帶是呈現拉張的構造環境(石瑞銓, 2003; 黃勝群, 2004)。因此,目前針對新化斷層的古地震研究僅有一處槽溝,所呈現的古地震事件是不足以代表全新世以來完整的古地震時序,因為每次事件產生的地表斷裂位置極可能不在同一斷層,以此而言每處槽溝的研究結果都無法呈現完整的古地震層序。

圖十四、新化斷層屬於平移斷層,槽溝研究除了從垂直剖面的調查外,還必須從事水平剖面的調查,為了研究斷層在水平方向是如何移動。

圖十五、新化斷層屬於平移斷層,所以斷層面的角度幾呈垂直狀態,而且呈現分岔的現象。

從現今台灣活動斷層的古地震研究結果,與其他國家所調查的活動斷層週期相比較,似乎台灣活動斷層的地震再現週期(或再現率)都非常短,目前日本的活動斷層研究,最短的再現週期大約在700-1000年之間。但以台灣目前的初步研究而言,再現週期較為清楚的斷層為車籠埔斷層,兩千年以來計有6次,再現週期約300-400年;花東縱谷斷層在近400年以來至少發生三次大地震。為何台灣的活動斷層的再現週期較短(再現率較高)?雖然有待更近一步研究,但可能與快速的板塊擠壓活動有密切的關係。