揭開池上斷層的脫氣特徵-地底釋出的氣體透露了什麼？
傅慶州1、牟鍾香1、郭陳澔2、王珮玲3、林立虹2、Vivek Walia4、陳國航1、吳國維1
1中央研究院地球科學研究所
2國立臺灣大學地質科學系
3國立臺灣大學海洋研究所
4國家實驗研究院國家地震工程研究中心
臺灣位處歐亞板塊與菲律賓海板塊交界，是全球最活躍的構造區之一。東部的池上斷層正是這個板塊碰撞帶的一部分，不僅地震頻繁，也可能是氣體逸出的重要通道。若是如此，那這些從地底釋放的氣體到底從哪裡來？又透露了哪些地質訊息？本研究首次系統性調查池上斷層(Chihshang Fault)的土壤氣體逸氣特徵，揭示活動構造邊界下的地氣脫氣行為與氣體來源。
本研究於池上斷層地區約3平方公里範圍內進行超過300個測點的二氧化碳(CO2)通量測量，並輔以土壤氣體濃度與氦、碳同位素分析，解析氣體地球化學的特徵。結果顯示，池上斷層沿線及其西側可能的盲斷層，出現明顯的二氧化碳高通量異常，說明這些區域是地殼深部氣體遷移至地表的重要擴散脫氣構造(Diffuse degassing structures, DDS) (Chiodini et al., 2001)。進一步分析指出，氣體可區分為兩類：其一為深部來源，具有高二氧化碳通量、偏高的氡氣(Radon)濃度與地殼源的氦、碳同位素比值；其二則為來自地表淺層、具有生物源碳同位素特徵的氣體，反映有機物分解與土壤呼吸的影響。本研究揭示地底氣體的來源與遷移路徑，指出池上斷層西側因持續構造擠壓下，仍在形成新的次級破裂帶，未來有進一步演化的潛力，提供了良好的深部氣體遷移通道；相較之下，東側利吉混同層(Lichi Mélange)則因低滲透性而阻礙氣體擴散，形成明顯的空間分異(圖一)。
本研究首次量化池上斷層地區的天然二氧化碳逸散量，結果顯示日排放量可達約1200公噸，雖然占全臺燃燒化石燃料排放量的比例不高(約0.17%) (IEA, 2024)，但若假設臺灣其他36條活動斷層有類似的逸氣特性，總計可能釋放超過每日1.7萬公噸的碳排放，顯示活動斷層在區域碳循環中的潛在角色不可忽視。
總結而言，本研究建立了池上斷層脫氣的地球化學模型(圖二)，說明斷層與氣體遷移之間的密切耦合關係，並提供氣體異常辨識斷層與活動構造的重要依據；隨著氣候變遷與碳排放議題日益受到關注，本研究亦對於理解自然碳循環提供了新的地質觀點。
圖一、土壤中二氧化碳通量與濃度(以圓形標示)的空間分佈圖，其中包含(a)二氧化碳的碳同位素(δ13C-CO2)值(以菱形表示)與(b)氡氣濃度(以方形標示)。圖中的等高線表示二氧化碳通量大於10 g/m2/day的區域，顯示異常二氧化碳通量的分佈範圍。十字代表通量的測量點，紅線為池上斷層的斷層線位置。
圖二、研究區域池上斷層逸氣行為的概念模型。該模型顯示斷層帶為深源氣體(例如二氧化碳與氡氣)向上遷移至地表的主要通道。斷層的下盤具有較高的裂隙密度，有利於氣體側向遷移，並在池上斷層西側形成明顯的次級斷層系統。相對地，上盤的利吉混同層滲透性低、裂隙稀少，限制氣體的傳輸；然而，此處仍可觀察到高濃度的淺源氡氣。圖中紅色虛線代表根據氣體地球化學資料推測出的潛在次級斷層或構造位置。此概念模型為非等比例之剖面示意圖。
參考文獻
Chiodini, G., Frondini, F., Cardellini, C., Granieri, D., Marini, L., & Ventura, G. (2001). CO2 degassing and energy release at Solfatara volcano, Campi Flegrei, Italy. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 106(B8), 16213–16221. https://doi.org/10.1029/2001jb000246
Fu, C.-C., Mu, C.-H., Kuo-Chen, H., Wang, P.-L., Lin, L.-H., Walia, V., Chen, K.-H., & Wu, K.-W. (2025). Geochemical characteristics and origins of CO2 emissions within the tectonic collision boundary of the Chihshang fault, eastern Taiwan. Geoscience Letters, 12(1), 23. https://doi.org/10.1186/s40562-025-00395-5
IEA (2024). CO2 Emissions in 2023, IEA, Paris. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2023. Licence: CC BY 4.0