地震的震度如何推估？（下）

地震的震度如何推估？（下）(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

在「地震的震度如何推估？（上）」中，已介紹了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)，在本篇文章中，將介紹地動預估式中第三個重要因素：場址地盤特性 (S)。

三、場址地盤特性

場址基礎30公尺內淺層地層的平均剪力波速 (Vs)，是影響地盤振動特性最關鍵的因素。剪力波速度低者，意即地盤較為軟弱，其地震波也較易於放大。一般而言，以Vs=760m/sec為分野，Vs小於760m/sec之場址，為軟弱地盤；反之，為堅硬地盤。台北盆地基本上是軟弱地盤，震波容易放大，再加上過去地震波觀測資料顯示，震波在盆地內的重複反射與折射後會將震波疊加，致使震波持續更久且再疊加放大，同時也使地震波於長週期的能量變多。

以1985/09/19墨西哥城大地震為例，地震規模大約8左右，震央位於外海350km遠，但是墨西哥盆地內的地震波放大最可高達8~50倍，而且明顯長週期的能量較多，造成約1.2萬人死亡，5萬人受傷，許多墨西哥城的高樓結構因為共振而倒塌（圖六）。所以比較位於台北盆地內與邊緣的地震測站，發現在距震源有同樣的距離下，往往盆地內軟弱地層上之地震測站所觀測的震度較大，震波之振幅可放大數倍，地震耐震設計上與地震防災上必須特別注意。

圖六 墨西哥大地震震波示意圖，（來源：本文作者鄭錦桐繪製）

每個結構或建築物都有其本身的自然週期，如同單擺一般，會因為結構之結構物形狀、尺寸、材料…等因素而使得自然週期有所不同，一般而言，10層樓的建築其自然週期約1秒，臺北101之結構自然週期約7.5秒（圖七）。若震波能量被放大之週期與結構物之自然週期一致，則容易造成共振並造成結構物破壞。

圖七 臺北101之結構自然週期約7.5秒（來源：本文作者鄭錦桐繪製）

地動預估式必需要定期蒐集強震觀測資料進行更新，並檢討地動預估式的適用性。地震波之振幅放大一般是因為工址位於鬆軟地層，或者場址位於山脊線之頂端者亦具有地形放大效應。然而評估地震災害所用以描述地震波的參數包括：

1. 地震波的振幅（震度）：振幅愈大則可能造成之破壞力也愈大；
2. 地震波的頻率（週期）內涵：震波若含有短週期能量較高者，容易與低樓層結構物引發共振而致災；反之，長週期能量較多者，容易與高樓層結構物引發共振之效應而致災。
3. 地震波晃動時間：震波晃動時間愈久，加上振幅大者，容易引起山崩或土壤液化之災害。
4. 地震波歷時經過積分後，若發現有永久位移，則表示有斷層錯動，並造成地表變形與破壞。

利用地動預估式推估工址的地振動是工程界常用的手段。另一方面，目前地震學家也正積極研究如何利用地震模擬技術進行震度之推估，過程必須先建立潛在活動斷層的斷層面三維模型、破裂過程的函數、地下速度構造與斷層錯動量分布…等參數。透過地震模擬技術可以獲得特定斷層震源發生大規模地震後的震度空間分布資訊，提供工程耐震設計與地震防災規劃。同樣多震的日本，其地震防災相關工作十分仰賴地動預估式或地震模擬相關技術，透過推估都會區的震度以及後續的地震災害境況模擬，擬訂地區災害防救計畫，完成死傷人口預估、避難處所規劃、醫療資源規劃、避難物資規劃…等。瞭解如何推估地震的震度，將有助於我們在地震來臨之前，能有更多一份防災準備，建構安全的居住環境與社會。

參考文獻

1. 地震百問：何謂規模與震度 — 中央氣象局。http://scman.cwb.gov.tw/eqv5/eq100/eq100.htm
2. 鄭錦桐、江憲宗、林柏伸、李錫堤 (2010)。地震危害度分析技術之發展與應用。中興工程40週年工程技術論文集：財團法人中興工程顧問社
3. 以震為鏡（三）：算算看 地震危害有多大？ — 泛科學。http://pansci.tw/archives/75461
4. 南海海槽大地震 日應變計畫出爐 — 中央通訊社。http://www.cna.com.tw/news/aopl/201503310003-1.aspx