地球科學

台灣山根有多深?

台灣島底下的地殼長得什麼模樣?學者如何利用天然地震,並以炸藥製造人工地震,來調查我們腳下的地層?

撰文/李名揚

地球科學

台灣山根有多深?

台灣島底下的地殼長得什麼模樣?學者如何利用天然地震,並以炸藥製造人工地震,來調查我們腳下的地層?

撰文/李名揚

重點提要
■當造山運動發生時,地殼擠壓向上形成山脈,向下則形成山根。了解山根的分佈,可以探討台灣的地震形成與傳播方式。
■藉由測量天然地震以及製造人工地震以探測地底結構,發現台灣的山根非常深厚,而北台灣的造山運動已經結束、中台灣正在造山、南台灣未來才會造山。
■以海研船的空氣砲朝海底發射、製造地殼震動,可得知莫合面(Moho)分佈。掌握了隱沒帶的傾角,則可觀測台灣南邊的馬尼拉海溝以及東北邊的琉球海溝。



草有草根,樹有樹根,連山都有「山根」!由中央大學主導的兩項國際合作計畫發現,台灣島的面積雖小,但中央山脈底下卻有著非常深厚的山根,和北美洲西部綿延4500公里的洛磯山脈之山根接近,比橫跨歐洲多國的阿爾卑斯山之山根更深!



地球的內部構造由內至外分別是地核、地函及地殼,地核半徑約3500公里,地函厚度約2900公里,地殼分為陸地地殼及海洋地殼,陸地地殼平均厚度約30公里,海洋地殼則為5~10公里。當板塊擠壓產生造山運動時,地殼向上凸起形成山脈,地殼也同時會向下凸出,擠入下方的地函,這種比平常厚的地殼就是山根。台灣島是由於菲律賓海板塊擠壓歐亞大陸板塊、在600萬年前透過造山運動而突出海面,這樣的造山運動至今仍一直持續,造成台灣島上地震頻繁;若能深入了解台灣的地殼構造,掌握山根的結構,就可進一步探討台灣的地震形成與在地底傳播的情形。



透過地震了解地底世界



要了解地殼的構造,主要可從地殼的物質分佈著手。我們其實無法直接知道地底有哪些物質,但可以偵測地殼中的物質密度分佈情形,而不同密度即代表不同物質。方法是利用地震波在地殼中傳遞時,經過不同密度的物質後速度會發生改變,密度越高,波速越快;若我們在地表設置很多部地震儀,發生地震時,這些地震儀同時測量地震波傳到的時間、強度等各種參數,不但可以定出地震的震源,也可推算出震波從震源傳到不同地震儀的各別速度;累積測量許多次地震後,就可以繪出地底的詳細三維速度構造,也就是物質密度分佈情形。



歐美各國在1980年代大量進行這類研究,中國則在1990年代開始。台灣的中央大學地球科學院院長王乾盈經過長期規劃,在2004~2009年率領國際團隊執行「台灣大地動力學國際合作研究計畫」(TAiwan Integrated GEodynamic Research, TAIGER),充份利用這六年間在台灣測量到的3000多次地震,以及使用炸藥製造的10次人工地震,分析台灣的地底結構。



研究團隊首先在全台各地佈放2700多部地震儀,並在周邊海域佈放100多部海底地震儀;接下來的工作分為兩部份:測量天然地震以及製造人工地震。用地震波來探測地底結構時,能夠看透的深度與震波強度有關,而解析度則與震波頻率有關,越高頻的振動,解析度越高,即地底結構的細節可以看得越清楚,但高頻振動的地震衰減很快,在地底傳遞的距離較短。相較於天然地震,人工爆炸引發的地震威力較小,因此只能偵測出深度20公里之內的地殼結構,看不到深度超過30公里、地殼與地函交界的「莫合面」(Moho)。





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