地震的震度如何推估？（上）

地震的震度如何推估？（上）(How to Measure Earthquake Intensity)
臺灣防災產業協會秘書長暨財團法人中興工程顧問社防災科技研究中心副主任鄭錦桐

臺灣位於環太平洋地震帶，根據過去地震災害歷史資料統計顯示，臺灣大約30~40年會發生一次災害性地震。公共工程（例如：道路、捷運、橋梁、水庫大壩、核電廠）對地震評估技術要求十分嚴格，隨著國內外地質科學、地震科學與地震工程之研究進展，工程師不斷積極引進與研發最先進之地震評估技術。合理評估工址遭遇地震時的地振動特性，並進行地震危害度分析 (seismic hazard analysis) 獲得耐震係數。地震的震度推估，不僅為公共工程建設之重要課題，同時也是民眾與企業地震防災的重要基本知識。

圖一 地動預估式（GMPE）（本文作者鄭錦桐繪）

一般採用地動預估式 (Ground Motion Prediction Equation, GMPE) 來進行評估工址地振動的程度（圖一），稱為震度I(Intensity)，I = f (M, R, S)，意即影響工址地振動的重要參數包括：震源之規模（Magnitude，簡稱M），以及距離工程之遠近 (Range, R)，還有工程所在地之地盤特性(Site, S)，f是規模 (M)、距工程遠近 (R) 及地盤特性 (S) 之函數。完成地動預估式過程，必須仰賴累積數個不同規模地震於不同距離與地區的地動觀測資料，並經迴歸統計分析而完成之。本文將先介紹地動預估式中二個重要因素：震源規模大小 (M) 及震波傳播路徑 (R)，並於下篇文章中（地震的震度如何推估？(下)）接續介紹地動預估式中第三個重要因素：場址地盤特性 (S)。

一、震源規模大小

臺灣常見的地震震源包括：活動斷層、區域背景地震震源、板塊交界的隱沒帶震源。而其中常發生巨大規模地震之處，則位於隱沒帶板塊之間的偶合處（稱板塊介面處Interface）。臺灣的東北部外海以及西南外海即為隱沒帶板塊之間的偶合處（圖二）。

圖二 臺灣的地震與地體構造 （來源：國立中央大學應用地質研究所）

瞭解震源在哪裡之後，接下來必須評估震源的釋放能量的大小。震源能量大小以規模 (magnitude) 為單位（國際上常用地震矩規模MW，臺灣常用芮氏地震規模ML），規模每差1則能量差32倍左右（例如：規模7比規模6的能量大32倍），如圖三所示，規模6的地震大約是1顆廣島原子彈的能量大小，斷層破裂面積越大，則引發之地震規模則愈大，且地震晃動時間亦愈久。畢竟大家對於原子彈的威力比較無感（應該沒有人被原子彈炸過的經驗吧！？），想像一下，若是規模7的地震，其能量大約相當於32個規模6的地震，於短時間（約1分鐘）內連續發生。2011年日本東北311大地震發生規模9，是由比臺灣島面積還大的斷層面（長510km ×寬210km）發生錯動與破裂所釋放的能量，其能量相當於32×32×32=32768個規模6的地震，在近5分鐘內密集釋放完，強震影響範圍廣且晃動之強度大。

圖三 體積大小代表能量大小，地震規模相差則地震能量相差32倍（本文作者鄭錦桐繪）

二、震波傳播路徑

地震波傳播的路徑越遠，則能量衰減越多，正如我們離燈光越遠，則接受照明的亮度則越低（圖四）。另外地震波所傳遞的介質也會影響衰減之程度，若路徑所經過的地質破碎或者相對軟弱者，則容易讓地震波衰減。

圖四 震波傳播路徑示意圖（來源：修改自Prof. Sato簡報）

以臺灣過去地震觀測資料顯示，臺灣東西向的地震波較南北向地震波衰減快，因為臺灣的斷層構造多呈南北向，所以東西向傳波路徑之介質較不均勻；另外，隱沒帶深部（深度大於50公里以上）之震源，其地震波相較於地殼淺部之震源衰減慢；還有在斷層上盤側的振動強度相對下盤高。以誘發1999年921集集大地震的車籠埔斷層為例，其斷層面向東傾斜，地震觀測資料顯示上盤處確實有較高之強地動值（圖五）。

圖五 921集集大地震震度分布圖（左圖中央大學應用地質研究所李錫堤教授繪製，右圖本文作者鄭錦桐繪製）

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