挑戰不可能的任務--地震前兆研究

然而，從事後諸葛的眼光來看，這類說法仍停留在「傳言」，尚無科學佐證的根據。大震過後，四川省地震局頻繁的餘震警告更是連連出包，搞得當地民眾人心惶惶、宛如驚弓之鳥，紛紛痛罵地震局應改名為「餘震局」。

川震經驗，顯示地震預測的困難。9年前台灣的「921大地震」，也因缺乏事前的預測及預警，死傷慘重。由於大地震所帶來的財產及人員傷亡實在太過驚人，如何找出地牛翻身前各種「不尋常」的蛛絲馬跡，也成為近年來各國科學家努力的目標。

1975年2月初，中國大陸遼寧省海城、營口縣交界處，出現了相當頻繁的小地震（約芮氏規模2至3）。地震專家認為當地可能即將發生大地震，遼寧省政府更在2月4日上午10時發布緊急通報，要求民眾立刻疏散，並做好相關的防震、避震工作。

當天晚間7時36分，海城一帶果然發生了規模7.3的大地震，由於事先有了準備，此次地震的死亡人數僅一千三百多人。

海城地震過後，聯合國確認這次預測是人類首次、也是迄今為止唯一一次準確的強震臨震預報。當時科技發展尚稱落後的中共官方，更因此志得意滿。不過這個「地牛翻不出科學家掌心」的神話，在次年發生唐山大地震後即告破滅。唐山大地震因為沒有任何前震，讓地震單位完全措手不及，只能眼睜睜看著規模達 7.8的大地震，瞬間夷平唐山市，並奪走24萬2千多條人命。

觀測電離層電子濃度，是近年來相當熱門的地震前兆研究之一。左圖為今年5月台灣上空電離層電子濃度的觀測圖，紅線部分代表每日電離層的濃度變化，上圖為5月份規模5以上的地震報告。比較兩圖可發現，發生規模5以上地震的前1至5日，台灣上空的電離層濃度均有明顯減少的現象。

地震到底能不能預測？以目前的科技來說，要像氣象預報般準確地預測它發生的地點、時間、規模，仍是不可能的任務。然而各國科學家並不放棄，因為根據過去的紀錄，發生大地震前，通常會有許多不尋常的「前兆」，例如海城地震的頻繁前震、或者如921地震前3至4年，台灣東北部地區小規模的地震頻度過低，（如1998年6月，規模4以下的地震僅1個，但2008年6月有18個）。換句話說，地殼若脫離原有的震動慣性，出現「過動」或「過度不動」，都可能是強烈地震的先兆。

另外像大規模的動物遷徙、或不尋常的動物活動，例如512四川大地震前，四川綿竹市西南鎮檀木村（距離震央不到100公里），就曾出現數十萬隻蟾蜍湧上街頭的異象，卻被當地的林業部門以「這裡的生態環境特別好、適合蟾蜍生存」輕率打發；有些地震發生前則會出現突然暴升或驟降的地下水位、或者大氣中電離層濃度發生變化，這些都是常被拿來討論的地震前兆研究。

然而科學家也坦言，截至目前為止，地震前兆研究最大的難處，莫過於難以確認「前兆」與「強震」的因果關係。舉例來說，大地震來臨前確實有可能發生地下水位、地表氣體的變動，以及大氣電離層濃度減少等現象，但除了地震以外，尚有降雨、水壓、超抽地下水、太陽磁暴等種種自然或人為因素，也可能造成這些異常現象。

中央氣象局即曾經鬧過大烏龍。2005年5月底，研究人員在台南六甲地區的觀測井，偵測到地下水位突降88公分的異常現象，氣象局於是「善意提醒」中央及地方的防災單位須留意可能會有地震發生，沒想到消息一曝光，立即引來嘉南地區民眾一陣恐慌，甚至還有學校因此停課，後來才發現原來是台糖在附近抽取地下水而造成水位下降。這次的虛驚一場，讓氣象局飽受批評，威信大受影響。

台灣島上佈建了相當密集的地震測站，其中可即時傳輸地震資料的強地動觀測站就有109座，密度堪稱世界第一。

不過即使目前地震前兆研究的發展，距實證預測尚有一大段距離，但仍有不少令科學家為之精神一振的初步研究成果。

台灣的福衛3號衛星，即在512四川大地震發生前的1到6天，觀測到四川上空的電離層濃度有明顯減少的現象；美國航空暨太空總署亦發現川震前震央出現異常紅外線輻射，因此打算與各國科學家合作，研究從太空觀測建立全覽式地震預警系統的可行性。

除了川震的觀測外，中央大學太空科學研究所教授劉正彥也發現，921大地震前的9月17日、18日及20日，台灣大氣上方的電離層濃度，均較前15天的中位數濃度明顯減少；他持續觀察台灣184個規模5以上的地震，更發現震源在地表深度35公里以內的地震，約有90%在震前1至5天，電離層濃度會顯著減少。

何謂電離層？電離層是距地表50至2,000公里上空的區域，其中的大氣分子因受到太陽光X射線、紫外線、超紫外線照射，會分解成帶負電的自由電子，以及帶正電離子的電漿狀態。

劉正彥指出，科學家對地震造成電離層濃度減少的可能原因有很多假設，其中之一是認為在主震發生前，地殼板塊相互擠壓，「應力」（單位面積所承受的力）變化會導致岩石類似半導體、並像電池般產生電流、釋出正電荷（電洞）。這些正電洞會浮流至地表，產生垂直向上的電場，進而影響電離層中的電漿濃度。

另一種假設是當岩石破裂擠壓會伴生電流，而引發強大的電場、磁場和電磁波；當這些電磁波輻射進電離層後，會使得電離層中的電漿溫度急速升高、膨脹而導致電漿粒子減少、濃度降低。

目前氣象局也與中央大學合作，每日定時監測北緯21度至25度的台灣上空電離層，希望透到電離層濃度變化，找到強震來襲前的蛛絲馬跡。

不過氣象局地震測報中心主任郭鎧紋坦言，這種研究方式目前仍有相當多的限制。最主要是，即使排除了太陽磁爆、劇烈雷雨或颱風等因素，仍有大半的電離層濃度驟減是不明原因的。

「過去曾有科學家以中低速子彈，射擊地底岩塊，結果發現上空的電離層濃度竟也會產生波動，顯示電離層的濃度變化是相當敏感的，」郭鎧紋說。

另外，由於發生大地震前的「醞震範圍」相當廣闊，可能包含整條斷層、甚至整個板塊，如川震的醞震範圍就長達2,900公里，因此電離層產生變化的區域也很寬廣。依目前科技，即使觀測到台灣上空的電離層濃度明顯降低，也很難精準預測究竟是台北、屏東，還是花蓮會發生地震。

「如果我們觀測到某天的電離層濃度與前15天中位數濃度相較有明顯減少現象，大概只能說未來5天內、台灣地區約有5成機率會出現規模5以上的地震。由於現階段資訊太籠統、誤差太大，做任何公開預警都是沒有意義的，只會提醒測報中心同仁要提高警覺，」郭鎧紋說。

觀測電離層電子濃度，是近年來相當熱門的地震前兆研究之一。左圖為今年5月台灣上空電離層電子濃度的觀測圖，紅線部分代表每日電離層的濃度變化，上圖為5月份規模5以上的地震報告。比較兩圖可發現，發生規模5以上地震的前1至5日，台灣上空的電離層濃度均有明顯減少的現象。

由地下水位的上升或下降，探究是否即將出現地震，也是另一種常見的前兆研究。

台大地質系教授賈儀平分析，地震主要是因板塊運動擠壓或拉張某些斷層所造成，斷層一旦錯動、甚至斷裂，它的周圍一定區域的應力都會改變，連帶改變當地水壓而牽動地下水位，這就是所謂的「同震地下水位變化」。而這種變化有時牽連甚廣，像距四川有數千公里之遙的台灣，在川震過後，部分觀測水井也出現了地下水位的同步波動。

除了地震發生當下，科學家也認為，地震發生前在斷層周邊的地帶，也可能因為應力迅速累積，導致地下水位隨之變動。

「不過震前應力會急速增加的地點會是在哪裡？誰也不敢講。因為大地的構造和組成並不是均質的，很有可能就在震央附近，但也有機會出現在距它較遠、看似完全不相干的區域，這也是以地下水位探究地震前兆的難處，」賈儀平說。

賈儀平解釋，包括降雨、海潮、抽地下水、甚至工程施工，都有可能影響地下水位。根據他自1997年至今、研究水利署與經濟部中央地調所在全台設置的600多口地下水觀測井的資料顯示，在排除其他自然及人為因素後，只有兩筆可視為震前出現不尋常的水位異動紀錄。

第一筆是在921大地震時，離車籠埔斷層約1.5公里的南投縣竹山社寮國小的測站，在震前3小時水位迅速下降了4公分，但震時的同震水位變化，卻是上升了14公分後，再轉而持續下降；另一筆紀錄是在2000年6月11日，南投仁愛鄉附近發生規模6.7的地震，當時在雲林縣林內鄉的坪頂1號井測站，震前1小時水位即不尋常的下降5公分，但同震水位變化卻上升了22公分。

賈儀平指出，這兩筆紀錄都是震前水位下降，同震時則出現水位上升，但是兩站距離震央遠近相差很多，這顯示出各地區的水文及地質條件不一樣，反映出來的變動也會有差異。

另一方面，即使在某一測站觀測到震前水位確實有異常變化，也很難斷定地震就會在周邊出現。

例如在第2個例子中的雲林坪頂1號井周邊，即有數條斷層，但這些斷層都安然無恙，反倒是數十公里外的南投仁愛鄉發生地震。「未來需要有更長期的資料佐證，並將水位、水文及地質條件的相關性釐清才行，」賈儀平說。

觀測電離層電子濃度，是近年來相當熱門的地震前兆研究之一。左圖為今年5月台灣上空電離層電子濃度的觀測圖，紅線部分代表每日電離層的濃度變化，上圖為5月份規模5以上的地震報告。比較兩圖可發現，發生規模5以上地震的前1至5日，台灣上空的電離層濃度均有明顯減少的現象。

在活動斷層附近，以化學探勘方式監測地殼及地表氣體的變化，也可以一窺地震活動的奧秘。

國內主持該項研究的台大地質系教授楊燦堯指出，地殼深處的氣體以二氧化碳、甲烷、氡氣及氦氣為主，與地表上方的空氣成份（氧、氮為主）截然不同。若地底下有深埋的斷層或破裂帶，就會形成一條通道，使這些地殼深處的氣體逸散至地表來。

楊燦堯說，他們的研究方式，首先是藉由監測地表氣體的變化，找出地底下的活動斷層，並在斷層上擇一敏感地點設監測站。「地震前因地殼應力已在蓄積改變，像氡氣等地殼深處的氣體，即有機會沿著斷層向上逸出。」

目前台大地質系與經濟部中央地調所合作設置的氣體測站計有4個，集中在台灣西部地區。其中較具成果的測站為鄰近「新城斷層」的新竹大平地站，根據該測站在2006至2007年的紀錄，當氡氣濃度異常偏高的1至7天內，台灣北部地區經常會出現規模4至5以上的淺層地震，但如果震央位置距測站超過100公里或深度大於70至80公里者，氡氣濃度就無法反映出變化。

雖然以氡氣濃度變化觀測是否發生地震已有初步成果，不過它也和其他前兆研究一樣，尚無法預測地震發生的震央、規模、震度及實際破壞程度等。

不管是監測電離層、地下水位及氣體變化，或者計算地震活動的頻率等，以目前的研究進展而言，仍然停留在「樣樣有機會、個個沒把握」的階段。

不過由於劇烈強震帶來的災害實在太慘重，前兆預測的研究，即使還有太多的不確定性，仍是值得投資及努力的方向。未來若能由國家級的地震測報單位，統整各個面向研究成果，並進行長期分析，或許在可預見的未來，掌握地牛即將翻身的奧秘，將不再是個不可能的夢想。

觀測電離層電子濃度，是近年來相當熱門的地震前兆研究之一。左圖為今年5月台灣上空電離層電子濃度的觀測圖，紅線部分代表每日電離層的濃度變化，上圖為5月份規模5以上的地震報告。比較兩圖可發現，發生規模5以上地震的前1至5日，台灣上空的電離層濃度均有明顯減少的現象。