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为什幺会感觉比震央晃?台北盆地的场址效应

发表于 2020-06-15 | 收藏454 |
场址效应,是一种影响地震震度的因素。地震发生时,当震源的地震波传到地表时,会因着地表表面地下介质的软硬程度而影响震度大小。场址效应是什幺?据笔者所知,最早记载有关场址效应的文献是在距今超过100年前,由有现代地震学之父之称的米尔恩(John Milne)于1898年所出版的《地震学》(Seismology)一书,书中提到:「不难找到两个相距不到300公尺的地震测站,但它们的水平向振幅差异却可以达到5倍,甚至10倍。」

由此可知,早在19世纪地震学家就藉由地震观测,发现震度可能也会因地而异,而且落差可能相差很大!而造成极大落差背后的原因,就是地质条件差异,也就是所谓的场址效应。
为什幺会有场址效应?在地震发生后,一开始的地震波会在坚硬岩盘中传播,但地震波从岩盘进入近地表的鬆软土层时,会因为地层性质转变发生一件生活在地表的人们觉得不太好的事,那就是:
 1.地震波振幅加大,代表会摇得更大。
2.地震动延时加长,代表会摇得更久。

所以,可想而知,放大后的地震波会更容易造成建筑物的损坏、倒塌而加重地震灾害,因此场址效应的相关研究在地震工程领域相当受到重视。笔者利用图一来介绍场址效应,使用简单的绳波实验说明鬆软地层对震波放大的现象,可让一般民众了解场址效应的现象。

在台湾,台北盆地正好具备所有场址效应会发生的要点,坚硬的岩盘(第三纪基盘)和鬆软的土层(松山层),而其西深东浅盆地外型,不仅造成不同週期的震波放大,也让地震波进入盆地时更容易聚焦,进而产生共振及延长震动的持续时间,也因而让台北盆地内的民众在地震发生时更加「有感」。

台北盆地在近代曾受过数次强震的影响,皆是由于盆地内的场址效应造成震波放大,而使灾损更加严重,例如1986年芮氏规模6.8的花莲外海地震,震央距离台北盆地约110公里,仍造成台北盆地内多处建筑物倒塌或严重损坏;1999年芮式规模7.3的集集地震,虽然发生在台湾中部,却在台北盆地造成相当严重的灾情,包括松山宾馆和新庄博士的家两栋高楼的倒塌,更有多栋建物严重损毁。

 为什幺会感觉比震央晃?台北盆地的场址效应
 如何量化场址效应?至于科学上如何量化场址效应,这时就不得不简介一下「反应谱」。为了了解地震波对建筑结构造成的影响,结构工程师发明加速度反应谱,横轴为週期,纵轴为加速度,代表某地震波作用于建筑结构时,不同週期地震力的最大加速度值。由于不同週期震波有各自的最大加速度值,分别计算后可绘製成加速度反应谱,故常在工程上作为地震力评估的依据。
 
而设计反应谱则是数笔强震记录加速度反应谱所计算出的平均结果,加上专家适当调整后所制定出的人造反应谱,用来代表各地区可能受到的各週期地震动强度,可作为建筑物建造时的耐震性能设计依据。因此,当在加速度反应谱上看到某週期的加速度值越高,代表其地震力越大,若超过设计反应谱则代表建筑物会有损坏的可能。
 
以集集地震为例,位于台北盆地内的民生国小强震站(TAP014)和台北盆地外的指南宫强震站(TAP067,图二)的加速度震波比较,位于盆地内的民生国小测站,处鬆软土层上,其最大加速度(PGA)值为107加尔(gal),而位于盆地外的指南宫测站,处坚硬岩盘上,其最大加速度值却仅有36加尔,两测站与车笼埔断层的距离差异不大,但其加速度振幅却差了近3倍。这也代表台北盆地对不同週期震波会有不同的放大倍率,因此在台北盆地内被大幅放大的震波,週期约1秒左右,更容易造成灾损。
 为什幺会感觉比震央晃?台北盆地的场址效应  再来看另外一个例子:2002年3月31日芮式规模6.8的花莲外海地震,也造成当时施工中的台北101大楼顶楼的起重机吊臂掉落及多栋建筑物受损,台北的灾情也较花莲严重。......
 
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