Swarm-like seismicity workshop ：「群震型地震活動」工作坊全記錄

一、前情提要：

群震為何重要？

群震序列(earthquake swarm sequence)，是缺乏明顯主震與典型餘震衰減的地震群。和一般的主餘震序列不同，在規模最大的主震後，跟隨者們（餘震）並不會隨著時間越來越少、越來越小（圖1）（群震科普文）。

圖 1｜主餘震序列與群震序列的差異：（上）地震數量與時間的關係（下）地震規模與時間的關係。

群震之所以會引起民眾恐慌，莫過於地震頻繁地發生，數個月仍不停歇。

它，什麼時候會發生？在火山爆發前它會發生、在地熱場址它會發生（尤其是流體注入後）、在冰川移動時它會發生、在斷層緩慢滑動時它也會發生。圖2訴說著四個看似不同的群震故事：瑞士巴塞爾(Basel) 的注水誘發群震、Cascadia 隱沒帶的慢滑移與慢地震、Salton Trough 轉形斷層上的群震，以及 Valparaiso 大地震前的前震現象，但其實他們有一樣的特性：

(1) 這群地震（快/慢）都在空間中有序的遷移著

(2) 持續時間可達數天至數月不等。

這些群震現象，正是地下的「變形前緣」正在推進的訊號。「變形前緣」可能是孔隙壓的變化、可能是注水誘發的無震滑移(aseismic slip)，也可能是大地震前的準備期 (nucleation process)。也因此，群震提供了一個觀察窗口，讓我們能窺見流體、慢滑移、斷層網絡發育、火山活動、冰川與高壓注水如何把地殼推向臨界狀態。

圖 2｜ 不同型態群震的滑移行為空間與時間分佈示意圖 (Danre et al., 2024)。四個案例分別代表A. 注水誘發群震，B. Cascadia 慢滑移對應之慢地震群，C. Salton Trough 轉形斷層群震，D. Valparaiso 前震序列。

斷層面上的群震，到底怎麼發育的？

傳統上，我們會把 斷層面上的滑移行為分成：

(1) 快速的地震破裂：持續時間T很短（僅有數十秒至數分鐘）、地震矩能量Mo釋放可以很大，一般而言 Mo ∝ T^3 ，如圖3的「一般地震」標記。

(2) 慢速的斷層滑動：持續時間T很長（數小時至數天）、地震矩能量Mo的釋放隨時間近似線性增加，常見的尺度關係為 Mo ∝ T，如圖3的「慢滑移誘發的地震序列」標記。這一類的慢速過程可再分成兩種情境：一種與流體活動有關( fluid induced swarms) -- 流體壓力擾動降低有效正向應力後，觸發斷層上的小地震；另一種是與慢滑移有關 (slow slip driven sequences)-- 也就是慢滑移的變形前緣推進時，將應力加載於周遭的小斷層嵌塊上(或稱凹凸體，asperities)，再以小地震的形式釋放。

群震背後到底釋放了多少總滑移量？它比較像流體壓力主導的群震，還是比較像慢滑移推動的地震序列？圖3提出一個可能的分辨標準 -- 在相同的持續時間下，fluid induced swarms 的 總能量釋放明顯小於 slow slip driven sequences。這代表兩者可能共享「變形前緣推進」的基本特徵，但滑移量和耦合程度並不相同。

全球資料得到的尺度關係，帶出幾個待解問題，這也是參加工作坊前我一直困擾的盲點：

• 群震可能由流體壓力主導，也可能由慢滑移推動，甚至可能是兩者共同作用的結果。我們要如何區別？ 有什麼其他的獨立觀測能支持？

• 群震 vs.主餘震序列，我們真的確定在統計特徵上，能有效分辨嗎？這個分辨性和地震網的偵測能力、地震目錄的完整度到底有多敏感？這個分辨性，如何影響地震forecast model的準確度？

• 群震的時空演化，在觀測上、統計學上、物理模型甚至「斷層活化實驗場」上，對群震的發育特徵和機制的描述，能達到一致的結論嗎？

圖3｜不同類型地震序列的持續時間和震矩能量之關係 (Danre et al., 2024)。

二、沈浸式的工作坊體驗：

會議主軸一覽

名為swarm-like seismicity的工作坊，此次為第二屆，由統計地震學大師David Masan主辦。第一屆並沒有參加的我，這一次受邀成為科學委員會的一員，有機會體驗到這次難得的學習交流，深感榮幸和慶幸呀！

時間：2026/6/1~6/5

地點：阿爾卑斯山旁的國際物理學院École des Houches。 這是一個在歐洲科學界非常有歷史地位的地點，主要是許多諾貝爾物理獎得主都曾經來講課/學習。對很多理論物理、地球物理、數學與複雜系統研究者來說，能去 Les Houches 開會，本身就是一種學術文化體驗！

會議網頁：https://swarms2.sciencesconf.org/

主軸：四天的議程如下（第三天是戶外行程），光看到題目和講者就熱血沸騰了吧！

第一天： local observations (Alps) and the tectonic approach→ Why should we care about swarms?

第二天：volcanic aspect→ What differences in swarm characteristics can be observed depending on the context?

第四天：statistical and mechanical models→ How can we discriminate fluids from aseismic processes？

第五天：methods and induced swarms

會議特色

這次的 Swarm like seismicity workshop，對我來說，不只是參加一場國際會議，而是一種非常少見的、幾乎全身心投入的學術文化體驗。它和一般大型會議很不同：沒有平行場次，不需要一直趕場，更沒有「我只聽自己相關的那幾場」的疏離感。大家被放在同一個地方、同一個主題、同一段節奏裡... 1. 議題非常聚焦： 要看到才會相信。圖4：會議廳裡大家全神貫注的樣子。

這年頭，還有什麼會議能讓大家從早到晚聚精會神，幾乎沒有人滑手機處理公事？答案大概是：當你真的覺得每一場都很精彩，的時候...

整整四天都在講 swarm，從天然群震、火山群震、人為群震(地熱案場的高壓注水誘發)的觀測、統計模型到物理模擬。燒腦到...有一天晚上，我竟然在夢裡還在跟人爭論：「為什麼 swarm like clusters 會有比較多 foreshocks？」 >< （這到底是好夢還是惡夢）

與會者裡，最年輕的是博士生，而大約七成是研究人員或教授。據我偷偷觀察，會議中滑手機的人幾乎是零。我自己亦是扎扎實實、全神貫注地參與了四天啊！

圖4｜會議廳一覽。

圖5| 用你的語言怎麼寫群震？

2. 與世隔絕：從早到晚都在一起

會議地點位於與世隔絕的地方，遠眺白朗峰山群。照片的壯闊，實在描述不了身歷其境的衝擊。

每天早上醒來、走到會場、吃飯、討論、散步，背景都是山、雪線、雲影和白朗峰。

從房間看出來，真的如同置身畫中...

餐廳都在同一個地方，每天有三餐的時間要和不同的人5-8人一桌談天吃飯，對於怎麼測都是Extrovert的我，其實也是一大挑戰。但是作戰心法來了：

第一，準備好口袋問題。你從哪裡來？你做什麼研究？你為什麼想來參加這個 workshop？這些問題看似簡單，但其實很好用。

第二，尷尬的時候，就勇敢說出自己的脆弱。例如：「其實每天都要坐在這裡和大家吃飯，我都有點緊張。」相信我，這句話一出口，大家反而會紛紛給你意見的～

3. 高強度而誠懇的交流

最讓我印象深刻的，是這個 workshop 的交流方式非常熱切，卻不浮誇。它不是那種每個人急著展示自己做了多少、模型多厲害、資料多漂亮的會議；相反地，大家一直在追問同一組基本問題：swarm 到底是什麼？它是 fluid induced，還是 slow slip driven？它和 foreshocks 的差異在哪裡？它能不能被 forecast？它是直接 interaction，還是共同受到 external forcing 調制？

這種聚焦讓討論變得很扎實、很誠實。

第一天你聽到很多個觀測案例，第二天在火山或冰川系統看到類似問題，第三天有人用統計模型重新定義 cluster，第四天又有人用物理模擬或地熱實驗場來檢驗機制。不是只聽了一堆報告，而是被帶著走過一條完整的思考路徑，所以一本全新的筆記已經寫滿了90%！

這，就是它最「沈浸式」的地方。

三、令人印象深刻的成果：

1) 群震能揭露「斷層耦合狀態」

智利隱沒帶的隱沒海底山 vs.群震 vs. 慢滑移事件。

2023 年的群震集中在隱沒海底山( Copiapó Ridge  )周圍，並伴隨淺部慢滑移事件的啟動與遷移。圖4示意圖，表現了這樣的系統如何運作？

小地震首先發生 -->釋放流體壓力 --> 促成小地震群的遷移 --> 破壞低滲透率之封層(permeability seal) -->  --> 更大尺度的孔隙壓力變化 、推動慢速滑移的擴展。

事實上， 2015、2016、2018、2020 與 2023 年群震反覆出現在同一個區域，顯示有特定的「物理環境」能孕育群震的發生-- (1) 構造控制： 海底山身為一個障礙體( barrier)，可能阻擋了流體壓力與慢速滑移的側向遷移 (2) 富含流體＋可重新累積的超額孔隙水壓＋ 可反覆破裂的封層。

圖4｜海底山附近的慢滑移事件與群震啟動機制示意圖(Munchmeyer et al., 2025)。

2) 群震能指示深部的岩漿與斷層活動之複合狀態

板內裂谷系統的岩漿、流體與構造活動造成的群震：Eger Rift 位於捷克西部與德國邊界附近。這裡，是全球著名的 earthquake swarm hotspot，為連接了岩漿、流體、斷層與地震活動的重要觀測窗口。

2016年被接受的ICDP EGER project ，全名為 Drilling the Eger Rift: Magmatic fluids driving the earthquake swarms and the deep biosphere，目標在建立一個近震源、高頻率、多參數的「地下觀測實驗室」-- 結合淺層鑽井、高頻三維地震陣列、即時流體監測、岩心取樣集分析等。期待追出一個核心問題：深部岩漿來源流體如何沿地殼通道上升，改變斷層滲透率與強度，並最終驅動群震？

由密集地表與井下地震陣列之記錄，2024 年Klingenthal Kraslice swarm 的高解析群震高達 8069 個事件，使研究者能追蹤細部時空遷移與震源機制。圖5表現了Eger Rift 的群震的兩階段演化：

1) 深部富含 CO₂ 的岩漿流體上升，局部累積成高孔隙壓。當流體壓力足以克服岩石強度時，斷層附近開始出現張裂( hydro fracturing)。

2) 孔隙增壓誘發剪切錯動。原本被流體打開的裂隙與斷層面，以接近徑向的方式向外擴張，此時較大的地震開始出現，破裂機制逐漸從張裂--> 剪切錯動(hydro shearing)。

這呈現了一段動態演化：深部岩漿流體上升，造成高壓富 CO₂ 流體入侵；早期以 hydro fracturing 打開裂隙與提高滲透率；後期則轉為 hydro shearing，使已被弱化的斷層產生較大的剪切破裂。

群震因此成為一個觀察窗口，讓我們看見深部流體如何進入上地殼、改變斷層強度，並一步步把斷層推向破裂的臨界狀態。

圖5｜Eger Rift 2024 Klingenthal Kraslice 群震的兩階段發育模式(Büyükakpınar et al., 2026)。

註：另一個也很厲害的實驗場址(BedrettoLab) 位於瑞士阿爾卑斯山的 Bedretto Tunnel 內，於長約 5.2 公里的隧道，進行百米尺度的現地實驗。FEAR (Fault Activation and Earthquake Rupture project)是其中最具代表性的斷層活化實驗。其目標是在密集儀器化的天然斷層帶中注水，以觸發規模1 的地震！ 這是一個利用井下應變測量來探求「地震到底怎麼開始」的、令人歎為觀止的現地實驗場。

3) 在地震預報扮演重要角色

當地震活動不是典型的主震餘震序列，而為群震型，那麼現有的「地震預報模型」有用嗎？

傳統的餘震預報有一個清楚的時間起點：主震時間。在統計模型中，可以用 Omori law 定義餘震如何隨著時間逐漸衰減，以估計未來幾天或幾週餘震會如何減少（請參照美國USGS的餘震預報網頁）。

但 群震型呢？它卻沒有單一主震，衰減的方式也隨著不同的外部驅動因子（ fluid flow 或 aseismic creep）而異。不像餘震預報之時間軸由「主震」啟動；群震預報的啟動點( clock)卻有很多複雜因子的綜合貢獻， 可能是無震滑移、孔隙壓或滲透係數的變化等，不同的因子會造成不同的群震行為，目前為止，科學家們卻沒有「放諸世界皆準」的群震細分法則。

有些研究，會把群震視做 time varying background seismicity，例如Non-stationary 的ETAS模型就是一個常被用來定義群震的統計模型。然而對於任何一個群震序列的「持續時間」和「規模分佈」，我們的了解仍然有限，這正是 operational forecasting 的困難處。

swarm 預報最困難的一件事：我們不知道群震到底還會不會繼續...

圖6 | 群震序列的短期預報與持續時間模型。圖中的黑線是模型預報的中位數，灰色區域是 95% 信賴範圍，紅線是真實觀測到的地震數 (Llenos and van der Elst, 2019)。

預報的結果，取決於你知道「群震如何退場」。圖6呈現了三種群震行為：

（上）假設 swarm 的持續時間遵循特性統計分布。結果可以看到：紅線(真實觀測)，整體上落在灰色預報範圍內，而且黑色中位數大致跟著紅線下降。這代表這種模型比較合理地捕捉到 swarm 的本質。

（中）假設 swarm 在預報期間持續不衰退。圖中黑線和灰色區域整體偏高，對應到「未來還會很多地震」，但實際 swarm 已經在退場。

（下）假設從預報開始那一刻起，swarm 已經結束，後面只剩之前地震造成的 aftershocks。圖中可見黑線很快掉到低點，尤其在早期，此時模型明顯低估真實觀測的紅線。

4) 主餘震與群震的區分標準

對於群震的統計特徵描述，我們掌握的夠不夠完整？

主餘震序列可視為由單一主要破裂啟動、並由後續應力調整控制的地震序列；群震序列則更像是一段斷層系統逐步進入「高敏感/臨界狀態」的過程。

以下是目前為止，主餘震vs. 群震的重要區辨特徵可大致彙整如下：

1. 最大事件發生在序列中的哪裡？若接近 0，偏主餘震序列；若較晚或多峰，偏群震序列。

2. 最大與第二大事件的規模差距。差距大，偏主餘震序列；差距小，偏群震序列。

3. 時間演化趨勢：數量的衰減符合Omori's law，震矩能量的衰減較單調，偏主餘震序列; 數量與震矩能量的方式多峰/多次，偏群震序列。

4. 前震出現的頻繁度：最大事件（主震）前常已有明顯活動，表示整個區域逐步被活化，偏群震序列。

5. 震矩能量演化趨勢的「峰度」和「偏度」：較高，代表單一主震早期釋放主要能量，偏主餘震序列; 若接近 0(甚至為負)，表示震矩能量的釋放不集中在單一尖峰，偏群震序列。

6. 遷徙行為：主餘震的時空演化通常由主震後應力調整主導，顯著遷徙並不常見; 群震常見遷移特徵，科學家常用「遷徙速率」的高低來區分到底是fluid migration或是無震滑移驅動。

7. 應力降：相對於主餘震序列，群震具有較低的「有效應力降」，特別是在富含流體的區域。

8. 空間分佈：主餘震序列通常集中於主震破裂面及其周圍應力擾動區; 群震則常沿斷層、裂隙、流體通道或變形前緣遷移，不總是圍繞在主震周圍。

5) 從地震目錄分類走向整合觀測

上述統計特徵讓我們能夠更清楚地區分主餘震序列與群震序列：最大事件的位置、規模差距、時間衰減型態、震矩釋放的偏度與峰度、遷移行為、應力降與空間分布，這些都能幫助我們判斷一段地震活動是由單一主震主導，還是由一個逐步活化的斷層系統所控制。而當然，全世界有個共同趨勢 -- 利用機器學習方法重新製作微地震目錄，強調地震目錄完整度的自產能力!

然而，這些統計量主要告訴我們「序列長得像什麼」，還不能單獨回答「為什麼會這樣」。一段群震可以具有低偏度、低峰度、明顯遷移與較低有效應力降，但這些特徵背後可能對應不同的物理過程：流體壓力擴散、無震滑移前緣推進、岩漿流體上升、滲透率改變、季節性的水文現象驅動，或多種機制同時作用。因此，群震研究的下一步，不只是發展更好的分類指標，而是把地震目錄放進更完整而多樣的地球物理觀測框架中。

未來最關鍵的方向，是建立能與群震時間尺度相配合的其他的地球物理觀測。例如，GNSS 與 InSAR 可以檢查群震是否伴隨無震滑移或地表變形；重複地震可以追蹤斷層上凹凸體 (asperities) 是否被周圍 creep 反覆載入；地震波速或散射特性的時間變化可以反映流體壓力、裂隙或介質變化；電阻率與電磁觀測可以提供流體通道與流體富集區的獨立證據；地下水位、氣體逸散、溫度與降雨資料則可用來檢驗水文或深部流體是否參與了群震的啟動與退場。

台灣花東縱谷北段的壽豐地區，長期具有活躍的群震活動，並可能與重複地震、深部的慢地震在同一個構造體系上發育著。未來，地下速度構造、電性構造與其他地球物理觀測的長期監測是否到位，是釐清「群震如何在碰撞帶中發育」的關鍵。

我們將有機會進一步區分：這些群震究竟主要反映流體循環、無震滑移，還是兩者共同作用下的斷層活化！