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／麥森（John Matson）
翻譯／洪艾彊
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》。
▲為福爾摩沙衛星二號在八八風災前後，於高雄旗山溪上游所拍攝。照片中灰白色部份為河床與河沙，河床中細長的藍色部份為河流。下圖照片中可看出，風災後因泥沙淤積（灰白色部分變多），出現風災後產生的堰塞湖。（影像來源：中央大學太空及遙測研究中心教授 張中白）
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。
經由不同測站收集到的記錄是非常複雜的波形圖，必須藉由濾波去除短週期波，篩出20~50秒振動一次的長週期波，再依照波到達各測站的時間先後排序，經精簡與整理後的波形圖會呈現一條虛擬斜線，依其斜率把斜線延長，即可由此線的數理規則以及地震定位計算，反推出山崩發生的時間與位置，而這些計算最快可在山崩發生後3~5分鐘內算出。
【本文轉載自科學人科學Easy Learn網路版‧行政院國科會補助案】
