臺灣歷史斷層概述
Ming-Sheng Yu
（中國臺灣中央地質調查所，臺北 968信箱）
Shin-Nan Cheng Yeon-Tien Yeh
（中國臺灣科學院地球科學研究所，臺北南康1-55信箱）
摘要 為說明歷史地震與伴同地震發生的斷層之間的關系，對有關地震數據予以了重新研究。利用蒙特卡洛算法，根據儀器記錄的歷史地震的P-S波走時差——對缺乏現有地震記錄的歷史地震的震源參數予以重建。將等震線圖和地表斷層軌跡與重新定位的震中作壹比較，可以發現這壹研究結果要比以前的更為合理。本次研究得出的主要結論為：①在臺灣西部海岸平原和山前有4條地震破裂帶，另4條地震破裂帶則出現在臺灣東部的縱谷；②各種特征表明，池上斷層和奇美斷層在地震時活化，但在以前從未報道過；③1935年地震時的新港山斷層和1972年地震時的瑞穗斷層不是地震的地表破裂痕跡，而是地震引起的滑坡；④根據這些地震斷層的應力分析認為，主壓應力軸為北西－南東向。
關鍵詞 歷史地震 蒙特卡洛算法 重新定位 斷層面解 臺灣
1 引言
臺灣歷史上大地震期間引起地表破裂的活斷層均位於臺灣西部海岸平原和丘陵地帶以及臺灣東部花蓮和臺東縱谷。在中央山脈，無論是用地表勘查還是地球物理探測方法尚沒有發現壹條活斷層[2,6,19]。臺灣東、西部之間的地震斷層的產狀有所不同，臺灣東部以左旋滑動和北北西走向為主，而臺灣西部則主要為右旋滑動和北東東走向。臺灣的歷史斷層，尤其是東部的，被認為與西太平洋的區域構造史，特別是與菲律賓海板塊和歐亞板塊之間的相互作用密切相關[19]。
2 分析
臺灣地震的儀器觀測始於1897年，其時第壹臺地震儀安裝於臺北氣象臺。爾後，其他各類地震儀安裝於其他氣象臺；遍布臺灣形成地震臺網。由於1898～1972年期間缺乏獨立的走時系統，定位過程中只能采用P-S波走時差，震中和震源深度采用P-S波等，走時圖予以估算。雖然結果的誤差要大於1973年後的，但在當時數據質量和地震儀的條件下采用這種方法還是較佳的選擇。探測的結果仍有其實用性。但是對某些大地震而言，震中和地表斷層間的偏差太大，所以在研究地震活動、地震構造以及地震預報與地震危險性分析時不能忽略這壹問題，必須重新估算歷史地震斷層。因此，利用蒙特卡洛算法，根據P-S波走時差來重新定位儀器記錄的歷史地震[9]。反演的結果結合地質資料（例如走向、傾斜和地表斷層位錯）和P波初動的極性以估算可能的斷層面解[3,9,12]。本研究中要評價的參數是震源的緯度、經度和深度。由等震線圖和地表斷裂的分布，用壹些先驗資料來限定震中參數分布範圍。用觀測到的P-S波走時差數據[1,7,8]和地殼速度模型[10]來計算地震走時。
3 結果和討論
1906～1972年期間臺灣有6次大地震，地震時產生的斷裂活動將地面錯開，位移量達1～3m。4條破裂出現於臺灣西部海岸平原和山前地帶；另4條出現於臺灣東部縱谷。有壹些不太肯定的證據表明，斷層上曾有蠕變發生，但據1975年以來的測量工作，尚未報道發生過蠕變。以下按地震發生的年代順序對斷裂予以描述。
3.1 1906年3月17日地震
臺灣西部梅山附近的地表斷裂與1906年3月17日M=7.1的地震有關，有1258人喪生，房屋倒塌6000所以上。斷層整體上走向為NE80°，但向西其走向則為NE50°並延伸至民雄附近。斷層跡線在1906年填圖時未全部查出，它由新港延伸至梅山和塔戶，長約13km，是—右旋滑動斷層。這個斷層造成壹斷崖，截斷階地沈積層最大位移（右旋走向滑動）近斷層東端為2.4m，斷層東端還有壹1.2m的垂向位移。在此處和斷層西南，斷層北側相對下降，但此點東北的短斷層段上，斷層南側相對下降。靠近東北端，最大垂向位移為2.1m，兼有1.8m的右向滑動。梅山附近，1996年仍可見到部分1906年的斷崖，但由於挖掘，僅存1906年斷崖高度的壹半[8]。
經再定位，震中位於23.585°N和120.535°E，震源深度為15km。這次地震與走向為NE80°的右旋走向滑動有關。如由梅山地區地表來估計，斷層傾伏角約為－144°。假設傾角正如地球物理學家所提的那樣為90°，則斷層面解可得應力軸為131°∠25°。這次地震的最大壓應力軸為北西－南東向，這與區域構造應力相符[13]。
3.2 1935年4月21日地震
地表破裂出現於臺灣西北部兩條斷層上，伴隨著地震發生，喪生者達3000余人，房屋倒塌17000所以上。斷層分別稱為獅潭斷層和屯子腳斷層。
獅潭斷層位於苗栗以東，於1935年4月21日地震期間形成。獅潭斷層或北部斷層上的地表破裂長達15km，其北段5km由小段斷續破裂組成。斷層傾角為80°W，為逆掩斷層，西側擡升較東側高出3m，該斷層某些部位具小的右旋滑動分量。
幾乎沿整條斷層，獅潭地震斷層相互平行，但位於獅潭斷層東0.5km處；僅北段1.5km與地圖上的斷層近於壹致。該區的褶皺由北東向的具軸向逆斷層的背斜和向斜組成。獅潭破裂的逆掩性質與形成屯子腳斷層的應力場相壹致，表明兩者的破裂均由深部構造應力形成[2]。
南面的破裂稱為屯子腳斷層，延伸約12km，由壹系列長度不同的雁行式破裂組成，右旋滑動約為1.5m，垂向位移約1m，除東北端1km地段外，西北側總體下陷，東南側則比較低。該斷層是壹右旋滑動斷層，走向NE60°，全長約20km。最大水平和垂向位移分別為200cm和60cm，切穿階地沈積和沖積層[2]。
第二次地震的震中位於24.600°N和120.900°E，深2km，可能與獅潭斷層的破碎有關，斷層是壹逆掩斷層，走向為NE67°，傾角為SE85°，傾伏角90°。斷層面解表明應力軸為112°∠8°。第壹次地震重新定位於24.600°N和120.900°E，深5km，可能與屯子腳斷層破裂有關，為壹右旋走滑斷層，走向NE23°，傾角NW50°，傾伏角80°。斷層面解表明應力軸為112°∠5°。這兩次地震的最大壓應力軸為北西－南東向，這與區域構造應力方向壹致[13]。
3.3 1946年12月5日地震
1946年的斷裂活動出現在臺南北東約10km的海岸平原和山前地帶，伴隨6.1級地震有74人喪生，毀壞房屋3577所。斷層顯示為右旋滑動，其東南側相對下降，那裏有確切而又清楚的痕跡。斷層的類型定為右旋凹型弧轉換斷層。在該處最大右向滑動達2m，最大傾向滑動達0.76m。確切而又清楚的地表破裂至少延伸6km，走向為NE80°，而斷層全長地表跡線為12km。全新世臺南建造被錯斷。地表斷層南西延伸約6km的壹個線狀帶內發現雁行式裂隙和翹曲群以及小的垂向位移。震中位於23.075°N和120.325°E，深5km。這次地震與右旋走滑斷層有關，走向NE80°。如從露頭的斷層擦痕面估算，平均傾伏角約－152°。假定傾角是直立的，如地球物理學家所提出的為90°，斷層面解表明，應力軸為129°∠20°，這次地震的最大壓應力軸為北西－南東向，與區域構造應力方向壹致[13]。
3.4 1951年10月22日地震
這次地震，地表破裂出現在花蓮附近的美倫斷層，它與7.1級地震有關，喪生者45人，房屋倒塌522所。斷裂長度5～7km不等，可認為是最小值，因為其北端延伸至海下。
第壹次地震發生於1951年10月22日5時34分，在花蓮以東，伴隨地表的破裂，6小時後花蓮以北不遠處發生另壹次地震（11:29）。這些地表斷裂靠近美倫斷層。報道的最大位移是在斷層的東南側，滑動量為2m，擡升1.2m。斷層的產狀測自民尼裏，垂向位移測自七星潭斷層北端[5,14]。
經再定位，第二次地震（11∶29）的震中位於24.075°N和121.725°E，深度為1km，地震與美倫斷層破裂有關，為壹具逆掩斷層分量的左旋走向滑動斷層，走向為NE25°，傾角為SE85°，傾伏角為73°。斷層面解表明應力軸為130°∠38°[18]。
經再定位，第壹次地震（05∶34）位於23.875°N和121.725°E，震源深度為4km。地震與具逆掩斷層分量的左旋走向滑動斷層有關，走向為NE25°。如由花蓮地區地表斷距估計，斷層傾伏角為31°。假設傾角與第二次地震（11∶29）的壹樣，即為85°SE，斷層面解表明應力軸為154°∠18°。這兩次地震的最大壓應力軸近北西－南東向，這與區域構造應力的方向相壹致[16]。
值得提出的是臺東站測得的第壹次地震（05∶34）的P-S波走時（5.8秒）太快，如果地震波起自美倫斷層，經北面的花蓮並穿越整條縱谷則需更長的時間。此外，只憑壹個美倫地震不足以解釋自長坪至城寬觀測到的破裂現狀。這些現象說明，可能曾發生過另壹次地震，即在同時發生於過池上斷層活化的相近時刻引起的地震[17]。
3.5 1951年11月25日地震
地表破裂在7.3級地震時出現，喪生者20人，受傷326人，房屋倒塌1000所以上，地震（02∶47）在池上斷層以東，3min後玉裏斷層附近又發生地震（02∶50）。地表破裂的地點靠近池上斷層和玉裏斷層[11,17]，破裂長達40km，報道的最大位移是左旋反向傾斜滑動，位移量達2.08m。次級斷裂發生於海岸山脈西緣的塔阜周圍。據報道斜向運動造成塔阜附近斷崖內有新鮮的擦痕。斷層東側仰沖，傾向滑動量為131cm並向北擠壓，走向滑動量達163cm。
采用上述的方法確定的第壹次地震（02∶47）震中，位於23.125°N和121.225°E，深達16km。地震由壹逆掩斷層（池上斷層）造成[15]，具左旋走滑分量，走向為NE32°，傾角SE70°，傾伏角為S70°。斷層面解表明主壓應力軸為137°∠22°[3,11]。
確定的第二次地震（02∶50）震中位於23.275°N和121.350°E，深度達36km，它可能與玉裏斷層破裂有關，斷裂具逆掩斷層分量，為左旋走滑斷層，走向為NE25°。傾伏角（40°）由地表斷錯的擦痕估算得出。假設傾角與池上斷層的壹樣，即SE70°，則斷層面解為149°∠10°。此外，這兩次地震均為北西－南東向，與區域構造應力相壹致[3,11]。
3.6 1972年4月24日地震
縱谷第三條地表破裂發生於6.7級地震期間，喪生者5人，受傷者17人，房屋倒塌100余所。地表斷裂大約在豐濱附近[7,17]。經再定位，地震位於23.638°N和121.551°E，深度達33km，伴隨發生有逆掩斷層，走向為NE44°，具右旋走滑分量。斷層面解表明傾角為SE60°，傾伏角為E62°。此解的主壓應力軸證明為水平的，方向為北西西－南東東（108°∠7°）向[4]。
震後臺灣中央氣象局對地震區進行調查[9]，他們的觀測結果表明，與1972年地震有關的瑞穗斷層無地表斷裂跡象。究其原因是地震誘發滑坡[17]。我們發現奇美斷層的部分段落和玉裏斷層則在地震時活化，這在以前未曾報道過。這表明瑞穗地震與右旋走滑的奇美斷層和左旋走滑的玉裏斷層有關[17]。
臺灣歷史上地震地表斷裂的數據列於表1、表2以及圖1、圖2、圖3中。
表1 地震斷層的最大位移
表2 臺灣歷史上地震斷層的斷層面解
圖1 臺灣歷史斷層的斷層面解
圖2 臺灣西部歷史地震的地表斷裂
圖3 臺灣東部歷史地震的地表斷裂
致謝 著者謹向在此項研究中曾提出寶貴建議的臺灣中央地質研究所Chu H.T.教授表示感謝。承蒙臺灣中央大學地球物理研究所的Hsiao C.L.小姐協助制圖，Hsu T.L.教授提供了部分1951年花蓮和臺東地震的未刊資料，在此壹並致謝。
（張鳴岡譯，葉洪校）
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