文／郭力維｜國立中央大學地球科學系
「地震！！！」這句話可能是「不知道」以外，最常在台灣說（聽）的一句話。這顯示台灣的地震相當頻繁（廢話） 外，對地震的認識有其必要性與急迫性（屁話）。
目前，於地震發生之後，地球物理與地震學家藉由演算測站所接收到的震波，可以迅速地獲得地震的相關資訊。但是對於地震時所發生的（物理化學）作用，以及伴隨的產物，我們卻仍一無所知。其原因在於，地震多發生在深處（5～20 公里），而同震 （快速滑移）產生之作用（以瞬間高溫、高壓與伴隨之熱液所驅動之物理或化學作用；不平衡作用）與伴隨的產物，在抬升的過程，會因風化與換質作用（平衡作用）而被抹滅掉。因此，要辨識同震作用的產物極具難度，也讓目前已辨識的同震產物（指示地震之證據）——地震化石，更顯珍貴。
以色列有個出產石灰岩的採石場，恰好位於走滑斷層上，而其斷層滑動（摩擦）面聳立於地表上數公尺。特別的是，此斷層表面光滑無比，儼然像一面鏡子（斷層鏡子）。Siman-Tov 等人觀察了此滑動面的表面構造，發現：(1) 表面粗糙度大約 20 奈米，遠低於不可反射可見光波長的粗糙度 （100 奈米）；(2) 此光滑表面是由奈米等級的方解石顆粒所構成。
藉由 (1) 微構造的觀察；(2) 現有（模擬斷層滑移的）岩石力學的結果；與 (3) 工業的加工拋模打光過程，作者推測可能是斷層在石灰岩上快速滑移，使方解石於雙晶（或解理）中產生機械破壞，進而產生奈米顆粒，並形成奈米顆粒薄層（斷層鏡子），但此觀察結果對於將斷層鏡子當成快速滑移的辨識物（地震化石）仍存疑慮。
源自義大利阿爾卑斯山南段 Foiana Line 碳酸岩之斷層鏡子（斷層作用造成之極光滑表面）。圖／星期五的地質。
這疑慮在兩年後便獲得了解答。作者使用 (1) 三種石灰岩；(2) 等速滑動（0.001～0.63 公尺/秒）；與 (3) 變速滑動（快速變慢速或相反）等條件，進行岩石力學實驗，試著觀察斷層鏡子的生成與破壞過程。作者發現只有在快速滑移的條件（大於 0.07 公尺/秒）才會形成鏡面，而且鏡面的微構造與以色列走滑斷層的斷層鏡面相似。反之，慢速滑移在摩擦面上，以磨蝕作用（wear erosion）為主，並產生粉末與裂隙，而無奈米顆粒薄層覆蓋其上。
另外，藉由使用熱電耦偵測訊號，作者估計滑動面上快速滑動時，可能溫度最高達 310℃，並以此說明，由機械破壞作用產生的奈米顆粒，會因熱壓焊結作用（hot pressing sintering）而膠結在一起，變成實驗所觀察到的鏡面。至此，作者提出在淺處形成的石灰岩質斷層鏡子，可以被視為是地震化石（快速滑移的證據）。
因此，如果在野外看到斷層鏡子，先別急著整理儀容，想想，它在提醒你這裡曾有（大）地震發生。
主題資料來源：
- Siman-Tov et al. (2013) Nanograins form carbonate fault mirrors. Geology, 41, 703-706.
Siman-Tov et al. (2015) Fault mirrors along carbonate faults:Formation and destruction during shear experiments, EPSL, 430, 367-376.
本文轉載自「星期五的地質– Friday Geology」，由中華民國地質學會授權轉載。
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