兩個地震 (Earthquake)，究竟是誰先闖的禍？！

兩個地震(Earthquake)，究竟是誰先闖的禍？！
國立清水高級中學地球科學科周漢強老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

2009年幾乎同時發生在東加-薩摩亞地區的兩個地震，引發了造成將近兩百人喪生的海嘯。對於兩個地震發生的先後順序，以及究竟是那個地震引發了 另一個地震，一直存有爭議。最近由Beavan et al.,以及Lay et al.,同時在自然期刊上發表了各自的結果，而兩者的結論正好相反！

圖一 2009年9月29日發生在東加海溝的兩個地震。左下方為隱沒帶地震的震源機制解（逆衝斷層），右上方為海溝外側隆起地震的震源機制解（正斷層）。黃色箭頭代表GPS觀測站所測量到的地表位移量，黑色箭頭代表利用正斷層模擬出的位移量，紅色箭頭則代表加入逆斷層後所模擬出的位移量。

根據全球地震記錄顯示，東加-薩摩亞地區在2009年9月29日，一前一後連續地發生了兩個地震。第一個是規模8.0的正斷層，發生在海溝外側隆起 （Outer rise）；第二個則是規模7.9的低角度逆斷層，發生在隱沒帶的淺層區域。地震發生後，在當地引發了高達12公尺的海嘯，並奪走了近兩百條人命。相較於 過去的歷史紀錄，多半都是由隱沒帶地震引發海溝外側隆起地震，所以這次「反過來」的連續地震發生順序，便引起了許多的議論。

在這一期的自然期刊上，同時刊登了兩組研究團隊不同的結論。根據Lay et al.,的研究，他們分析長週期地表運動，得到第一個地震的震源機制解，確實是一個明顯的正斷層。再利用週期30到500秒雷利波（Rayleigh wave）的震源時間函數（source time function），可以清楚看到在第一個地震後的70及110秒，有明顯由其他地震所產生的反向能量出現。根據地震波形反演的結果，可以確定這是第二個地震，是由隱沒帶逆衝斷層錯動所造成。

研究團隊最後並利用短週期P波的背投影（Back-projection）方法，結合由近到遠不同距離的地震觀測網資料，得到地震釋放能量在時間與空間上 的分佈。結果顯示最初的地震能量釋放自正斷層地震的位置，從第52秒開始，逆衝斷層的位置開始有能量釋放，並且在第118秒時達到最大。顯示這次在東加- 薩摩亞地區所發生的連續地震，是罕見地由海溝外側隆起地震引發了隱沒帶地震。只不過Beavan et al.,的研究團隊可不這麼認為。

隱沒帶地震之所以容易引發海溝外側隆起地震，是因為隱沒帶板塊滑移之後會造成應力的增加及震動，才有可能造成已經達到臨界狀況的海溝外側隆起發生地震。但 若是海溝外側隆起發生地震，其所造成的應力增加微乎其微，而且其滑移方向又與隱沒帶地震的發生不同，因此不容易造成後續連續地震的發生。Beavan et al.,的研究團隊於是提出一個假設，認為逆衝斷層的發生時間其實是早於正斷層的。

根據全球衛星定位系統（GPS）的量測結果顯示，當地的地表位移量在地震發生前後，顯示出明顯受到逆斷層影響的型態。且由於這個逆衝斷層的滑移可能是屬於 典型的慢地震，所以地震發生時所釋放的能量沒有顯示在地震波的紀錄之上。再加上海底壓力儀所記錄下的海嘯波動，可以正確地與利用逆衝斷層所模擬出的海嘯波 動相吻合，卻與正斷層的模擬結果不符。種種跡象似乎都顯示，逆衝斷層所釋放出的能量，才是這次連續地震與海嘯發生的原兇。

Lay et al.,根據現有的觀測結果，想要證明這是個不尋常的連續地震，但是卻又提不出造成這個反常順序的理論機制。Beavan et al.,想要挑戰目前的觀測結果，但是他所提出關鍵的GPS資料卻又殘缺不全，無法提供長時間地表位移變化的趨勢，也因此無法證實他們的假設是否正確。究 竟這是一個被正確觀測，卻違反過去經驗的連續地震；或是有部分紀錄被大自然所隱瞞，其實仍然符合過去經驗的連續地震，我們仍然不得而知。

東加海溝所在之處的板塊聚合速度約 為每年20公分，是全世界最快的地方。但是這裡卻與馬里亞那海溝類似，少有大規模的地震發生。主要就是因為隱沒板塊表面的「粗糙度」較低，不容易與上覆板 塊「卡住」，導致板塊持續無聲地滑移，也就是所謂的慢地震，因此減少了大規模地震的發生。所以假設這個地區存在有慢地震的現象，其實是相當地合理。而要區 別上述這兩種理論的關鍵，就在於慢地震的觀測，但是這個觀測又必須建立在敏銳的地形變化量測之上。所以結果究竟誰對誰錯，恐怕短時間之內是不容易有結果的 了。

參考資料：
1. Satake, K. Earthquakes: Double trouble at Tonga. Nature 466, 931-932 (2010)
2. Beavan, J. et al. Near-simultaneous great earthquakes at Tongan megathrust and outer rise in September 2009. Nature 466, 959–963 (2010).
3. Lay, T. et al. The 2009 Samoa–Tonga great earthquake triggered doublet. Nature 466, 964–968 (2010).