地震前兆之化學性觀測

楊燦堯 1 、劉聰桂 1 、郭明錦 2 、 Vivek Walia3 、林世榮 3 、賴慈華 4 、陳致言 4

1 台大地質學系 2 成大資源工程系 3 國家地震研究中心 4 經濟部中央地質調查所

【台灣地震前兆討論會】

100 年 12 月 24 日

(Bolt, 1999)

地表、地殼底下、與地函深部的流體組成有很大的差異，所以些微的其它成份混入，便可造成原有組成產生巨大變化。

由於斷層、地震活動的應力作用，使得原本儲存於地底的儲水層與氣體成份，得以藉由地層的破裂面，與原有的水氣循環系統相混和，經常於主震發生前幾天至數月造成異常成份變化。

原 理

(Bolt, 1999)

根據 Dobrovolsky et al. （ 1979 ）之研究，在大地應力作用下，即將發生地震的震源區會形成一個震前岩石變形破裂帶。假設此變形帶為一個以震央為中心的圓，其應變半徑（ ρ ）與地震規模的關係為：

由此估算，一個規模 M=5 的地震，其應變半徑可達約 140 公里；規模 M=6 的地震，應變半徑約 380 公里。因此適當選擇有較深循環的地下水與氣系統，常可有機會反應出地震前兆。而地震前兆出現的時間，一般與測站距震源的距離成反比關係。

KmM43.010

原 理

觀測站位置 既有的氣體觀測站： 新竹大平地測站 (TPT) 雲林古坑站 (GK) 嘉義中崙站 (CL) 屏東屏科大 (PT) 花蓮美崙 (ML) 台東池上站 (CS) 新竹新城站 (HC) 台南新化站 (HH) 宜蘭礁溪站 (JS)

既有的水位觀測站： 新竹寶山站 (BS) 嘉義沄水站 (YS) 地調所已設置之水位觀

測站：共 9 座 水氡觀測站： 台東安通站 (AT) 恆春社頂站 (SD)

Fu et al. (2011)

Totally 488 EQ (ML > 4.0) recorded in Taiwan from 2003/1/1~2004/7/31.

Epicenter distance <60 km and local intensity > 2 considered may be related to the monitoring site.

Three groups:I: < 60 km; ML > 4.5II: 60-120 km; ML > 5.0III: > 120 km; ML > 6.0

Yang et al. (2005)

KmM43.010

新竹大平地站29 days

嘉義中崙站 4-5 days 10-11 days

9

新竹地區　　　　　　 20090915-1015

10

嘉義縣竹崎鄉中興國小 20091001-1008

安通溫泉地下水氡監測站（安通站與吉祥站） 預警海岸山脈南段（大約長 70 公里、寬 15 公里）災害性地震 。

安通站與吉祥站皆有觀測到 2008 年 2 月 17 日 MW=5.4 安通地震地下水水氡異常下降之地震前兆。

2003/7/1 2004/3/1 2004/11/1 2005/7/1 2006/3/1 2006/11/1 2007/7/1 2008/3/1 0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

2 3

6.8

5.2 6.2

6.1 5.9 5.4

5.4 5.3 4.9

Rad

on c

once

ntra

tion

(pC

i/L)

1

Year/Month/Day

2007/1/1 2007/7/1 2008/1/1 2008/7/1 2009/1/1 2009/7/1 2010/1/1 2010/7/1

¦w³q

Rn-

222

(pC

i/L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

¦N²»

Rn-

222

(pC

i/L)

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

¦w³q¦N²»

2008/2/17 MW 5.4

吉祥站 安通站與吉祥站

安通站觀測結果

觀測網的前兆模式• 地球化學觀測站的地

震反應區間示意圖• 不同觀測站有其不同

的地震敏感反應區• 各敏感反應區之交集處，即為 2週內地震可能發生的地點。

時間、地點的前兆

觀測結果與地震活動之關聯性 根據過去的觀測結果我們可經由地震活動所造成的異常變化而初步劃分出各觀測站的異常反應範圍，當各測站的反應區間出現交集處，則地震可能將發生在這個區域。

以下以 2009 年底至今五個較大地震為例說明：■ 2009/11/05 南投名間地震， ML = 6.2 ，氡氣異常測站有：大平地、中崙、池上

■ 2009/12/19 花蓮市地震， ML = 6.9 ，氡氣異常測站有：大平地、中崙、池上

■ 2010/2/12 南投埔里地震， ML = 5.2 ，氡氣異常測站有：大平地、古坑、中崙、池上

■ 2010/03/04 高雄甲仙地震， ML = 6.4 ，氡氣異常測站有：古坑、中崙、屏東、池上

■ 2010/11/21 花蓮市地震， ML = 6.1 ，氡氣異常測站有：大平地、池上

2009/11/5 南投名間地震

圖 1 ：新竹大平地土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模；MI ：地震震度﹙ 2009/10/20-2009/12/01﹚ 。

6 days 2 days 2 days

圖 2 ：嘉義中崙土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2009/10/20-2009/12/01﹚ 。

5 days 2 days 2 days

圖 3 ：台東池上土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2009/10/20-2009/12/01﹚ 。

5 days 2 days 2 days

下圖為台灣地區地球化學觀測站的敏感偵測區間示意圖，圓圈分別代表各觀測站的敏感偵測區間範圍，其交集處代表地震可能發生的地點 ( 圖上斜線所示 ) 。黃色星號代表南投地震的震央位置。三個觀測站皆能於 9-10 天前偵測到異常變化。

Zone 2 of CL station

Zone 1 of TPT station

Zone 3 of CS station

2009/12/19 花蓮市地震

圖 3 ：台東池上土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2009/12/01-2009/12/31﹚ 。

10 days3 days

圖 1 ：新竹大平地土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模；MI ：地震震度﹙ 2009/12/01-2009/12/31﹚ 。

6 days 7 days

圖 2 ：嘉義中崙土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2009/12/01-2009/12/31﹚ 。

1.5 days2.5 days 3 days

下圖為台灣地區地球化學觀測站的敏感偵測區間示意圖，圓圈分別代表各觀測站的敏感偵測區間範圍，其交集處代表地震可能發生的地點 ( 圖上斜線所示 ) 。黃色星號代表花蓮地震的震央位置。三個觀測站皆能於 1-2 週前偵測到異常變化。

Zone 2 of CL station

Zone 1 of TPT station

Zone 3 of CS station

2010/2/12 南投埔里地震

圖 1 ：新竹大平地土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/2/20﹚ 。

4.5 days 0.5 days

圖 3 ：嘉義中崙土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/2/20﹚ 。

6 days 1 days

圖 2 ：雲林古坑土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/2/20﹚ 。

4.5 days 6 days

圖 4 ：台東池上土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/2/20﹚ 。

8 days 1 days

下圖為台灣地區地球化學觀測站的敏感偵測區間示意圖，圓圈分別代表各觀測站的敏感偵測區間範圍，其交集處代表地震可能發生的地點 ( 圖上斜線所示 ) 。黃色星號代表南投埔里地震的震央位置。四個觀測站皆能於 5-10 天前偵測到異常變化。

Zone 2 of CL station

Zone 1 of TPT station

Zone 4 of CS station

Zone 3 of GK station

2010/3/4 高雄甲仙地震

圖 3 ：屏東潮州土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/3/29﹚ 。

5 days7 days 7 days

圖 2 ：嘉義中崙土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/3/29﹚ 。

1 days8 days 6 days

圖 1 ：雲林古坑土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/3/29﹚ 。

6.5 days7.5 days 6 days

圖 4 ：台東池上土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/2/1-2010/3/29﹚ 。

8 days 6 days

左圖為台灣南部地區地球化學觀測站的敏感偵測區間示意圖，圓圈分別代表各觀測站的敏感偵測區間範圍，其交集處代表地震可能發生的地點。黃色星號代表甲仙地震的震央位置。

社頂水氡觀測站亦觀測到有震前異常之變化

Rad

on

(pC

i/L)

0

50

100

150

200

250

300

350

6.4

Year/Month/Day

2010/02/1 2010/04/1 2010/06/1 2010/08/1 2010/10/1

CO

2

(mg/

L)

0

20

40

60

80

6.4

2010/11/21 花蓮市地震

圖 1 ：新竹大平地土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/11/1-2010/11/28﹚ 。

3 days 6 days1 days

圖 2 ：台東池上土壤氣氡氣成份連續變化與雨量及地震之相關性。 EQ M﹙ L﹚ ：地震規模； MI ：地震震度﹙ 2010/11/1-2010/11/28﹚ 。

3.5 days6.5 days 3 days

下圖為台灣地區地球化學觀測站的敏感偵測區間示意圖，圓圈分別代表各觀測站的敏感偵測區間範圍，其交集處代表地震可能發生的地點 ( 圖上斜線所示 ) 。黃色星號代表花蓮地震的震央位置。兩個觀測站皆能於 10-13 天前偵測到異常變化。

Zone 1 of TPT station

Zone 2 of CS station

大平地氣體觀測站與新樂水位觀測站比較圖12 days29 days 26 days

11 days4 days5 days

13 days 10 days

嘉義地區地下水位站與嘉義中崙氣體觀測站觀察結果比較圖 (2010.11.20-2011.1.11)

1 2 3 4

小 結 有些觀測站，對於在鄰近地區所發生之地震活

動較為敏感，經常有震前的異常變化，非常值得配合其他觀測資料對於鄰近地區持續觀測。

由鄰近地區不同觀測站（氣體、水位、形變、地震等）組成觀測網，可以加強觀測可信度。

地震前兆模型建立，有助於未來前兆研究發展，並作為往後驗證、與改進之參考。

致 謝

感謝經濟部中央地質調查所、國震中心、與國科會在經費上之大力支持。

本研究投入大量研究人力，在不同時期、地點，都有許多人慨然支援，使得本研究得以持續進行，特予感謝。