科學人 發行日期:2013/02 刊號:132
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利用寬頻地震網監測山崩

地震定位系統發現新用途!山崩會造成類似遠地地震的地震波,若使用「寬頻地震網」來偵測這種長週期的地震波,將能即時預警山崩或土石流。
撰文/呂怡貞 審稿/林正洪(中央研究院地球科學研究所研究員)

  2009年8月8日莫拉克颱風襲台,造成高雄獻肚山山崩,將小林村全部掩埋,傷亡慘重。中央研究院地球科學研究所研究員林正洪利用全台既有54個測站的「寬頻地震網」,觀測到風災後陸續出現長週期地震波,他據此推算出52個地震事件的精確時間與地點,發現大多數地震事件,與台灣南部高降雨量山區發生山崩的時間吻合,顯然是山崩造成了這些長週期的地震波。這是全球首次運用地震觀測技術偵測山崩,這項研究成果已刊登於2010年11月的《地球物理研究通訊》。


目前全球使用的地震網有三種,其中,中央氣象局觀測地震的設備為「遙測式地震網」與「強地動監測網」,前者記錄地動速度,於地震發生後立即進行地震定位並計算地震規模,以利氣象局即時發佈地震訊息給大眾;後者則記錄地動搖晃加速度(g值),即震度大小,主要用於工程防災與訂定建築物耐震安全係數。這兩者均是記錄短週期的地震波,用於觀測區域性地震。第三種地震網即為寬頻地震網,觀測方式和分析原理與遙測式地震網相同,但可同時記錄短週期到長週期的地震波,頻寬範圍廣,且波形完整,對於地震定位及規模計算更為精準,能彌補傳統速度型及加速度型的不足。寬頻地震網的感應器較靈敏,價格相對也較昂貴,但是其應用範圍廣泛,已漸漸成為地震研究的主要觀測工具。

 

  遙測式地震網與強地動監測網記錄的短週期地震波,其振動頻率通常為一秒數次到數十次,這種頻率較高的振動可以為人類所感知,但在地殼中傳遞時,能量衰減較快,傳遞距離較近。至於從全球各地較遠處傳來的地震,抵達台灣時,只剩振動極為緩慢的長週期地震波,振動頻率大約為幾十秒到一百多秒振動一次,短週期地震儀無法測得,人們也不易察覺,此類無感地震自然不為人所關注。

 

  但在八八風災後,林正洪發現,山崩會產生類似遠地地震的長週期地震波,其振動頻率約為20~50秒,若能以寬頻地震網即時偵測山崩事件的長週期地震波,便可在山崩發生後3~5分鐘內得知。未來若發展成即時預警系統,便可迅速告知下游居民,預防後續可能發生的土石流或堰塞湖洩洪災害,發揮防災、避災及減災的功能。

 

利用寬頻地震網「看見」山崩

在使用寬頻地震網擷取地震波之前,要先分辨是遠地的地震波,或是山崩造成的長週期波動。這可透過地震波到達每個寬頻地震測站的時間先後、傳遞快慢與路徑方向來判斷:最先偵測到波的測站(即波最先到達的測站)最接近震源,若台灣的一端感受到振動後,此一低頻振動逐漸由北往南或由南往北傳遞,且緩慢衰減,則判斷訊號由外界傳來,為遠地地震;但如果由台灣本島中間發出,地震波以同心圓從震源向外擴散,就是台灣島上某處山崩所造成。

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