應用地理資訊系統與空間資訊技術之整合於地震前兆偵測

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

應用地理資訊系統與空間資訊技術之整合於地震前兆偵測

研究成果報告(精簡版)

計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 95-2415-H-002-027- 執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣大學地理環境資源學系暨研究所 計 畫 主 持 人 ： 朱子豪 計畫參與人員： 博士班研究生-兼任助理：徐逸祥 大學生-兼任助理：王祖修 處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 96 年 10 月 31 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告

應用地理資訊系統與空間資訊技術之整合於地震前兆偵測

Applying Integrated Techniques of GIS and Other Spatial Information in Earthquake

Precursors

計畫編號：NSC 95-2415-H-002-027 執行期限：95 年 8 月 1 日至 96 年 7 月 31 日 主持人：朱子豪教授 國立臺灣大學地理環境資源學系 一、中文摘要 地震自古以來造成人類重大之傷亡及損 失，且人類至今尚未能有效掌握地震發生之狀 況，臺灣地區自 1999 年發生 921 集集地震之 後，也開始展開相關之地震前兆研究，透過於 此類研究能有效掌握地震之發生，並瞭解地震 發生前之相關自然現象發生與地震實際發生 的關連。 目前可用於地震前兆偵測的主要途徑與 技術有：1)熱紅外線影像偵測異常增溫，2)異 常無線電偵測，3)異常磁場偵測，4)電離層異 常電場偵測，5)地殼異常應力監測，6)地殼異 常變形監測，7)地下水水位異常偵測，8)地下 稀有氣體異常釋出偵測，9)生物（含人體）異 常現象偵測，10)次聲波異常偵測，11)地震雲 偵測等。由於地震前兆監測投入不足，雖有前 兆的科學記錄，但尚無足夠的資料與技術，能 以單一前兆偵測手段做到穩定而正確的將所 掌 握 的 零 星 前 兆 資 料 判 釋 為 地 震 預 報 的 資 訊。及對目前已有的前兆現象的科學記錄與民 間或個人的前兆觀察在空間與時間上的關連 性，與其空間分佈的特性與合理解釋，可以建 立前兆訊號的空間強度的變化特徵。 關鍵詞：地理資訊、遙測、空間知識、地震前 兆 Abstract

Nevertheless, people ignore the importance of the above and never invest to do further researches on earthquake precursors. This results which there were some science records existed but not enough information and precise methods

to transfer these information into useful prediction information. This project plans to classify the signals and their spatial distribution, frequency and intensity step by step in the next three year. The research also aims to analyze the relation between creature reaction and science records. This research will combine the GIS for existing monitoring equipment (underground water level, water quality, air quality, temperature and humidity and etc.), collect abnormal and observing information and put this information into database to do a long-term monitoring management and analysis. Remote sensing image assists to identify the scale and location of earthquake. This earthquake precursor research is carried out by using GIS as an analysis platform, communication and network as a reporting platform to built a comprehensive earthquake precursor network.

Keywords: Earthquake Precursor, GIS，Remote Sensing, Spatial Knowledge

二、研究緣起與目的 本研究計畫的主要目的是期望透過現有 之地理資訊與遙測、GPS 偵測技術的整合及空 間分析、空間知識管理等空間技術的運用，彙 整與善用已有的各類台灣地震前兆訊息。及對 目前已有的前兆現象的科學記錄與民間或個 人的前兆觀察在空間與時間上的關連性，與其 空間分佈的特性與合理解釋，可以建立前兆訊 號的空間強度的變化特徵。 本年度規劃預計完成低頻無線電波之案 例分析與相關統計，及瞭解現以運作地震前兆

之研究，並完成相關內容訪談。 三、研究方法 透過所蒐集各項地震前兆資訊資料進行 各前兆與實際地震（中央氣象局）相關性分析 與資料比對，進而在比對兩相資料空間關連 性。並因本研究為三年期的研究計畫，地震前 兆的偵測與地震發震地點、規模與時間的推 測，需有足夠數量的前兆訊息進行歸納，及較 多 類 別 的 前 兆 資 訊 才 能 提 昇 其 穩 定 與 正 確 性。故本期研究可分為： 1.MDCB（應用異常 32 方位低頻無線電偵測 器）：本儀器由本研究團隊自行由中國大陸引 進，本觀測系統主要利用低頻游離無線電波 於大氣中受地層變動所造成之影響，由儀器 觀測 32 方位之訊號異常，並由多個測站進行 角度交會，找尋出地震所將發生之熱區，以 提供相關單位參考之用。 2.地震前兆資料蒐集：921 集集地震之後國內 進行相當多的地震研究，但仍缺乏空間整合 與空間展現，因此於本期研究中本團隊調查 目前國內進行相關研究之機構、團隊並訪談 瞭解其研究之內容，以利後續資料整合之規 劃，故目前已經訪談中研院地球科學研究所 與中央氣象局等相關單位，均對此一整合構 想表達高度興趣與意見交流。 3.MDCB 前兆資料比對：經過本團隊一年多的 資料與數據與臺灣中央氣象局資料進行比對 後，找出於其實際地震之相符案例用以製作 案例分析樣本，並以訊號異常情況建立預測 成功之案例，往後將蒐集足夠成功之案例建 立前兆預測之機制。 4.地震奇人（生物前兆）地震前兆資料：此一 項目僅進行長期資料蒐集，並建立資料庫， 以便後續提供相關比對與分析。 四、研究成果 本計畫與臺灣地區儀器建置於 2006 年起 有完整紀錄，參考文獻與技術手冊先前案例以 規模 5 以上地震為主要預測對象，故案例分析 將抽取 2006 年震度 5 以上地震 MDCB 訊號， 且就其預震之時間向前推估一週，探討其偵測 地震之訊號差異。為避免案例樣本資料帶有不 可判釋之變數，初步僅採用自行架設之臺大測 站資料進行分析，觀察儀器實際接收之狀況。 本系統監測台網以當日各方位與三相訊 號異常反應平均作為發生依據，初期穩定接收 環境低頻無線電波，用以紀錄與觀察低頻無線 電波異常變化。將儀器 32 方位的角度內插為 36 方位的角度後，再依據 2006 年建站至今之 電壓值紀錄及中央氣象局的地震紀錄，歸納 36 方位的異常閾值，如表 1 所示，本研究驗 證流程如圖 1。 表 1.臺大站 MDCB 各方位閾值表 角度(度) 05 15 25 35 電壓值(mV) 590 98 90 201 角度(度) 45 55 65 75 電壓值(mV) 102 211 64 200 角度(度) 85 95 105 115 電壓值(mV) 119 53 320 65 角度(度) 125 135 145 155 電壓值(mV) 210 200 236 251 角度(度) 165 175 185 195 電壓值(mV) 366 82 455 282 角度(度) 205 215 225 235 電壓值(mV) 130 25 23 86 角度(度) 245 255 265 275 電壓值(mV) 56 107 26 55 角度(度) 285 295 305 315 電壓值(mV) 97 53 142 35 角度(度) 325 335 345 355 電壓值(mV) 152 132 183 — 2006 年於 MDCB 臺大站所測到的每日最 大電壓值與表 1 的閾值進行比對，若電壓值 大於閾值，則表示當日有發生異常之情況，即 可能為地震前兆。下列出 2006 年規模五以上 地震發生前一個星期中，MDCB 臺大站的資料 紀錄到異常的天數。由結果可知，2006 年 22

起地震中，有 9 起地震在發生前一週，於其發 生方向紀錄到異常。 圖 1. 研究驗證流程 表 2.出現異常訊號之地震案例一週內之電壓 值列表 (表中灰底部分代表異常值) 第 017 號地震 第 024 號地震 日期 215°之電壓值(mV) 日期 195°之電壓值(mV) 3/2 30 3/25 0 3/3 199 3/26 0 3/4 74 3/27 1 3/5 90 3/28 187 3/6 77 3/29 291 3/7 86 3/30 306 3/8 103 3/31 291 3/9 91 4/1 354 第 034 號地震 第 065 號地震 日期 205°之電壓值(mV) 日期 135°之電壓值(mV) 3/30 143 7/22 190 3/31 159 7/23 188 4/1 160 7/24 173 4/2 199 7/25 158 4/3 146 7/26 190 4/4 208 7/27 169 4/5 102 7/28 203 第 088 號地震 第 089 號地震 日期 195°之電壓值(mV) 日期 205°之電壓值(mV) 10/3 302 10/3 66 10/4 311 10/4 153 10/5 312 10/5 94 10/6 327 10/6 11 10/7 339 10/7 13 10/8 312 10/8 14 10/9 326 10/9 70 第 090 號地震 第 094 號地震 日期 135°之電壓值(mV) 日期 165°之電壓值(mV) 10/6 218 11/10 357 10/7 242 11/11 349 10/8 220 11/12 318 10/9 236 11/13 305 10/10 280 11/14 360 10/11 246 11/15 385 10/12 207 11/16 343 第 104 號地震 日期 105°之電壓值(mV) 12/18 349 12/19 340 12/20 311 12/21 342 12/22 327 12/23 320 12/24 316

五、結論與建議 本團隊於本次研究中進行了國內相關研 究單位與中央氣象局關於地震前兆相關研究 之拜訪與接洽，目前國內在於此一領域研究以 匯整至氣象局內部參考使用，但因前兆研究分 為小區域前兆研究與大範圍區域前兆研究，除 小區域前兆研究外，大範圍區域地震前兆研究 因 無 法 有 效 判 定 其 地 震 發 生 區 域 及 地 震 時 間，但已可初步觀察出顯著地震前之訊息，不 過於實際地震預測上因仍牽涉到相當多的變 異因子（地震成因、地震對人類活動影響程 度、地震發生區域）並無法有效預測之地震（地 震發生不影響人類或陸地地震儀無法測得地 震，但並不代表無地震發生）之發生。 對於生物地震前兆（地震奇人）因長期來 並無有效驗證與統計，本團隊雖以將其資料建 置資料庫中記錄，但因目前針對此一部份較難 有完整資訊，近期暫難有再一步突破之細緻研 究，僅透過資料庫比對已能初步比對於其驗證 之判定而無有客觀之深入研究。 自行建置之 MDCB（應用異常 32 方位低 頻無線電偵測器）之研究中，以往環境背景因 子之考慮與建立尚未能合乎周延，並將本團隊 建置儀器之所接收訊號依照原始設計分析其 差異值，並參考差值與各案例與實際地震（中 央氣象局記錄）發生進行案例建立、比對。以 中國大陸之聯合台網預測之結果來看，從 2004 至 2006 年的 77 起地震中，實際落在預測範圍 內的地震有 14 起；僅以臺灣臺大站的方向偵 測結果來看，2006 年的 22 起地震中，有 9 起 地震發生前一週確實有異常訊號發生。由以上 數據來看仍有需改進之空間。對於 MDCB 之 研究，本研究列出四項未來需持續發展及克服 之議題： 1.臺灣本島三角聯網之建立：臺灣地區地 震頻繁，但目前只有一個站台的資料，對於地 震監測略顯不足，之後除了文化大學已引進之 站台外，將再引進另一個站台，並將規劃把儀 器安置於臺灣之北、南、東三個地區，如此可 形成三角交會之聯網，對於震央位置預計將會 有更準確之結果。 2.震央預測範圍之聚焦：若震央位置離三 個站台皆遠時，三個站台交會之可能發震區域 將會很大，此時可考慮引進移動式之站台至交 會區域周圍進行訊號之量測，以確定並縮小可 能發震之推估範圍，達到更聚焦之效果。 3.地震規模及震源深度推估之改進：地震 規 模 及 震 源 深 度 對 於 地 震 強 度 有 很 大 之 關 係。目前 MDCB 之方式對於地震規模之量測 尚不準確，需再研究更佳之推估方法；而震源 深度目前雖無法測量，但可引進偵測垂直於地 表方向的感應器，如此可推測深度。待規模及 深度可估測後，則各區之地震強度估測也將成 為可能。 4.低頻電磁波傳遞過程之研究：雖根據王 文祥先生之說法，MDCB 儀器所接收的低頻電 磁波訊號衰減度相當低，但其訊號衰減量與傳 遞距離間之關係仍需確定。如地震規模大的遠 震其接收到的電壓值大小與地震規模中等的 近震是否會相等，是值得探討之問題。 世界上針對已有之地震預報尚無足夠達 到信賴度之資料，相關各國也持續相繼著手進 行地震預測之研究，但因研究方法與技術不成 熟，故中國大陸中科院鑑於避免過多未經足夠 研 究 與 考 證 資 訊 影 響 故 界 定 一 地 震 預 測 標 準：分為以 10 年、20 年為尺度的長期預報、 以一、兩年為尺度的中期預報、以月為尺度的 短期預報和以天和小時為尺度的臨震預報（10 天內且地點與震度皆須合乎）。通過對地震活 動性的長期觀測、地質調查以及深部構造環境 的探測，長期預報和中期預報已達到一定水 準，比較有把握。然而，長期和中期預報對公 眾從大地震中逃生沒有直接的幫助，但一般民 眾所關心的『臨震』預測需達到合乎：『時間、 空間、震度』三要素才為足夠表現地震預測之 資訊。