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精準觀測 減輕震災

臺灣地震頻繁,研究顯示,地震時的場址震度與該地區的地質地形具高度正相關性,尤其傳到臺北等都會區的震波,受到鬆軟地質的影響,場址震度全被放大。
 
 
 
臺灣位在歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊交界處,地形地貌多變,地震頻繁,這些先天條件使得我國境內每間距5公里就設置一個測站,以形成綿密的強震網,蒐集龐大資料提供全球研究使用。而高苑科技大學防災研究中心劉坤松副教授建立的「臺灣地區強震地動衰減模式」,已躋身全球地震研究之林,他以921地震實測資料進行的一連串研究結果,也加深大家對於地震振動特性的了解。

地震發生時,震源、震波傳遞路徑、震波到達地點的場址效應等3種因素組合起來,就是我們感覺的搖晃程度。劉副教授在研究中得到的第一個結論是,地震時的場址震度與該地區的地質地形具高度正相關性,尤其傳到臺北、桃園、新竹、彰化、臺南、高雄、屏東、宜蘭、花蓮等都會區的震波,受到鬆軟地質的影響,場址震度全被放大,因此各區域內建築結構的耐震設計必須加強注意。

另一個結論是,臺灣東北部地層下方的莫荷不連續面(Moho discontinuity)上緣發生大地震時,由其反射出來的震波,因為聚焦效應會在距離震央50公里外的臺灣西北部放大,至於實際放大區域為何,須視莫荷不連續面的傾角而定。

南斯拉夫人安‧莫荷洛維奇(Andrije MohoroviËiÊ)在1909年發現,震波介質振動時,主要有垂直振動(P波)與水平振動(S波)兩個方向。比較2組P波與S波的折射波與直接波可知,第1組折射波的震波會進入更深岩層後再折射出來,且其傳遞速度會受地質影響而急遽改變,屬較早抵達場址的震波,較晚抵達的1組是直接波,其震波直接從震源傳遞過來。

造成震波傳遞速度急遽改變的原因,與地層裡面的一層不連續面有關,這不連續面上緣的組成物質與下緣組成物質不同。後來安‧莫荷洛維奇發現的不連續面稱為莫荷不連續面,也就是地殼與地函的界面。一般來說,臺灣地區莫荷不連續面的深度是35公里。

而以臺灣地區地動衰減模式為基準,審視宜蘭和苗栗臺中地區強震場址效應時得知,強烈地震出現時,若把得到的地震參數,如地震規模、震源距離等帶入衰減公式,再以場址效應特徵值修正,就可得到更接近的實際數值,而能更精準地掌握救災範圍。若在興建重要經濟建設或土地規劃使用前,把「場址效應特性」納入規畫,就可以減少地震災害的損失。

另在探討大樓高層震度放大因子時發現,震度放大因子會隨樓高及樓層數的增加而增加。不過,建築結構系統特性、局部場址效應、基底頻率內涵(即共振效應)等也是重要的影響因素,尤其是共振效應須特別注意。

中央氣象局播報的地震強度是指地表面震度,然而大樓高層感受的搖晃程度遠比地表震度大,這是因為受到放大效應的影響,而共振效應就是造成放大效應的主要因素。地震發生時必須審視3種振動周期,一是地震波能量所在周期,一是場址的地層振動周期,一是大樓層數乘以0.1的樓高振動周期。如果3種振動周期一致,地震時就會產生共振效應。

921地震時,臺北地區一棟27層大樓頂樓的加速度放大3~4倍,隔壁12層大樓頂樓放大達7倍,主要因為地震波能量周期集中於1秒,正好與該地區的地層振動周期及12層樓的振動周期吻合,導致12層大樓震幅大增。這訊息告訴我們,興建大樓前,若能事先了解地質狀況、建築結構、建築高度、振動周期等,就有機會降低地震災害。
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