米崙斷層鑽井計畫岩心負責人、中央大學地球科學系教授郭力維。（攝影／林彥廷）

【台灣地震科研天龍特攻隊】郭力維：為極端事件揪出地質證據

刊出日期 2024.08.27

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2004年車籠埔斷層深井鑽探計畫進行那年，郭力維還是學生，在當地駐井超過1年的時間。後來，他曾參與汶川地震研究計畫，如今的米崙斷層鑽井計畫是郭力維生涯中第三度參與的大型鑽井計畫，他也成為岩心負責人。
一段段自地下取出的岩心，是科學家理解地震事件的鑰匙。（攝影／林彥廷）
2022年8月底，我們和郭力維約在花蓮七星潭邊的鑽井工地見面。打開儲藏室大門，一盒盒的岩心堆疊整齊，這是研究團隊耗費數個月時間鑽井、取心才得到的珍貴研究材料。對地震學家來說，岩心透露的地質特性是相當重要的分析依據。
分析岩心為何如此重要？郭力維比喻，斷層就像是一個產生地震的引擎。研究地震大多利用地震學方法，解析地表所獲得的地震波，這像是聽到來自遠方的引擎聲，可以知道引擎馬力強不強（規模）、位置有多遠（深度），但是很難知道引擎究竟長怎樣。
他解釋，想知道引擎如何運作，地質學家大多有兩種方式：一是藉由操作岩石實驗，模擬地震滑移（引擎運作）；二是研究經過很久的時間抬升至地表的斷層岩石（老引擎），來推論幾百萬年前的地震破裂過程。
郭力維說，第一種可透過「旋剪儀」模擬，一側壓著岩石、另一側高速旋轉，如此作法可以模擬不同岩石長距離滑動下的結果。他舉例，輝長岩在地震破裂時不斷磨擦、會開始變成熔融狀態，使斷層面摩擦係數變低，這樣的作用被稱為斷層弱化，也會產生「假玄武玻璃」。
「不同岩石會產生不同作用，也就會在斷層帶留下不同證據。所以我們要利用不同的岩石，藉由觀察實驗過程，看看可能產生什麼作用、看這是什麼證據，然後告訴地震學家，」郭力維說。
第二種老引擎，就是研究發生過地震的斷層帶岩石。但是，這些抬升到地表的斷層岩石，往往已遭風化破壞。若從地表鑽井、取心，就可以趁其被風化完全之前，鎖定最可能的斷層岩石，從中獲得訊息。
郭力維｜岩石的偵探家
學歷：台大地質科學研究所博士
專長：黏土礦物學、岩石力學、構造物理學
資歷：車籠埔鑽井、汶川地震鑽井、赴義大利從事岩石變形研究等
追尋金門雷神蹤跡，登國際期刊
MiDAS計畫中，團隊布設好井下光纖後，從波形可以找出疑似破裂帶，岩心正能作為直接的地質證據，有助於科學家比對斷層帶位置，並進一步分析錯動成因。
郭力維告訴我們，他研究興趣是「極端事件的地質證據」，地震是其中一種類型，會釋放很高的摩擦熱，使岩石融化。此外，例如隕石撞擊、閃電打到地表，都會留下地質證據，因此可從各種事件產物的微觀構造，來尋找蛛絲馬跡。
取岩心的工作團隊。（攝影／林彥廷）
2021年11月，郭力維團隊在《科學報告》（Scientific Reports）期刊發表研究，首次證實閃電的衝擊可產生高壓特徵。2018年5月7日，金門曾在9小時內出現3,177次閃電，其中445次是雲對地閃電。郭力維笑稱團隊「追尋雷神蹤跡」，在一個月後前往金門太武山，採集打在花崗片麻岩上所產生的閃電熔岩。
透過切片分析，郭力維發現岩石表面出現玻璃層，且有汽化產生的孔洞，顯示表面曾歷經極高溫；玻璃層下方，透長石也出現晶相變化，產生一條條的裂隙，這意味著岩石曾歷經高壓，團隊進一步分析也發現，透長石殘留很高的應力。
石頭下微觀特徵，讓科學家得以推敲發生過的事件。郭力維舉例，過去在嘉明湖曾發現受高壓的石英（及細玻璃絲碎屑），有學者提出隕石撞擊的可能性，後來雖有冰川遺留地形的分析，不過仍未能好好解答石英之謎，如今閃電熔岩就是一個可能的解釋。
米崙斷層深井的岩心取出來後，除了趁新鮮時拍照記錄外，也送去做了斷層掃描、分析內部裂隙。郭力維表示，未來還有很多研究項目，例如可確認岩心是否有「假玄武玻璃」等斷層滑移下的產物，他也十分期待研究可以開花結果。
米崙斷層的岩心（左）與一般的岩心（右）。（攝影／林彥廷）

岩石提醒我們發生過的地震事件
「大地震造成的地表災害很容易因為時間被抹掉，也因此大家很容易遺忘可能之影響，並且忘記它的威脅，」郭力維感嘆。
他認為，岩心的證據可以提醒人們過去有多少（大）地震事件，而非地表看起來那樣安然無事；在熱鬧的觀光區、人口稠密區的地下，可能蘊含許多地震風險。
「雖然知道真相有時候滿殘酷的，不能避免發生，但我們只能想辦法認識它，減少未來可能造成的傷害，這是我們在做地震災害極端事件的研究過程中，最大的體悟，」郭力維說。