2016年10月1日

地震災害及成因

作者/溫國樑(國立中央大學地球科學學系教授,國家地震工程研究中心強地動組組長。)、林哲民(國家地震工程研究中心副研究員,中央大學地球物理研究所博士。)、郭俊翔(國家地震工程研究中心副研究員,中央大學地球物理研究所博士。)、黃雋彥(國家地震工程研究中心助理研究員,中央大學地球物理研究所博士。)

「東漢時期」
臣:皇上,臣有要事稟報!近來火龍吐珠頻仍,地動儀之蟾蜍多已口含銅珠,臣欲請旨前往一探究竟,救庶民蒼生於水火!
君:朕就敕命卿為欽差大臣,務必把造成吐珠的震災成因瞭解清楚!
「時至今日」
(宿舍中- 手機同時響起)
小明:國家級警報(圖一)是什麼?
(幾秒後,一陣天搖地動)
小明:地震!!!
小華:(打開FB)快發地震文!
小明:快上爆料公社看看有沒有震災消息!
謎之聲:不是應該趕緊做些什麼保命防範動作嗎?


現實生活中,地震雖不是天天可以感受得到,卻是與每個人生命財產安全息息相關的大事,是時候該多瞭解些地震災害的成因。

相信讀者都還記得今年農曆年前(2016年2月6日凌晨03:57),發生全臺有感之美濃地震,造成的災害主要集中於台南都會地區,顯著震災包括維冠金龍大廈倒塌、京城銀行、大智市場及臺南多棟建築物傾斜需拆除與土壤液化造成建築物下陷傾斜等⋯。這些災害發生與否,都與地震的震度有關,一般來說,距離地震發生位置越遠,能量衰減使其震度越低,但相對的,在很多種情況下,幾項可能的因素將會造成特定區域之震度增大現象。接下來就以震源及場址相關之震度放大效應為主軸,並加入最近大家關注之土壤液化問題,深入探討震災類型、成因、及現行之應對準備對策。

震源效應
地震規模的大小和破裂斷層的面積有關,斷層的面積越大,所能造成的地震規模則越大。地震學上在考慮震源效應時,若能將震源視為一個點(點震源),則在後續的數學推導和幾何計算上都會簡化許多。然而,當地震規模越大時,其破裂面面積越大,此時就不能將其視為簡單的點震源,而必須實際考慮斷層面的大小、方位與傾角等…,才能真正的接近大規模地震的破裂行為。


圖一:國家級警報示意圖。地震速報於2016年5月被列為國家級警報,由交通部中央氣象局、國家災害防救科技中心與手機電信業者合作,以強制簡訊方式提供民眾當地震發生後,盡快告知可能的搖晃程度大小的資訊。其發送標準為規模≧5.0、全台各地最大預估震度≧5級及所在的區域預估震度 ≧4級,三項條件均須成立。(作者提供)
 
 圖二:P 波和S 波的震源輻射型態(source radiation pattern)。

自然地震的震源破裂型態為雙偶極力矩(Double-Couple Force),主要有壓縮擠壓破裂與剪力破裂兩種破裂方式同時發生,分別會造成壓縮地震波(Pressure Wave,P波)和剪力波(Shear Wave,S波), 由於這兩種震波產生的機制不同,傳播時的介質運動方式也不同,連帶的對地表建築物造成的破壞力也不同,大多數的建築物都是垂直地平面向上搭建,因此對水平方向的抗震力較差,較容易受到剪力波的破壞。地震波的輻射方向和雙偶力矩呈45度;而剪力波的輻射方向則和雙偶力矩呈平行和垂直(圖二),一般來說,S波輻射方向的水平向振幅也會比其他方向稍大。

斷層破裂時,一般來說面積越大所需要的破裂時間越長,此時震源是定義為斷層面開始破裂的位置。以集集地震(圖三)為例,震央位於南投縣集集鎮附近,是車籠埔斷層開始破裂的位置,然後斷層開始向北方破裂,直到臺中市石崗區附近,斷層破裂向東轉向,破裂至苗栗縣卓蘭鎮為止,造成全長超過80公里的地表破裂。根據測量,車籠埔斷層在地表最大的錯動量發生在台中石岡斷層向東轉向之處,斷層線直接穿過石岡水壩,造成高達10 公尺的地表錯動,如此巨大的同震地表錯動,至今仍是世界之最。

斷層的破裂由震源開始,沿著斷層面向所受應力方向繼續破裂,一般來說斷層破裂速率約為地震剪力波速度的80%,在斷層破裂的方向上,緊跟在破裂產生的剪力波朝同一方向前進,在此方向的地震波因能量會不斷疊加,使地震波(尤其是剪力波)振幅增加,此方向的地震波也因此更加具有破壞力,這就是所謂的破裂方向效應(Forward Directivity Effect),集集地震中,車籠埔斷層向北破裂,因此加速度振幅在斷層以北明顯比斷層以南大。

今年2月6日凌晨發生的美濃地震則是另一個例子,震央位於高雄美濃,雖然斷層破裂並未出露至地表,但根據中央氣象局的地震記錄分析結果,地震斷層的走向大約是東西方向,破裂方向則是由美濃向西破裂,因此臺南市境內的加速度振幅最大,加上台南市許多地區都位於鬆軟沖積土層上,地震波的振幅與振動歷時因場址效應(Seismic Site Effect)的影響而放大,因而對臺南市許多建物造成嚴重的結構性破壞。另外,震源上下盤效應也是影響震度分佈之另一個重要原因,以集集地震為例,身為逆斷層的車籠埔斷層,其東側為顯著隆起的上盤,相對於相同距離分布的西側而言,東側震度明顯較高出許多,所產生的震災較為嚴重(圖三)。......【更多內容請閱讀科學月刊第562期】

圖三:集集地震時,震源方向性效應及震度上下盤效應示意圖,圖標單位為震波加速度(cm/s^2,gal)、星星為震央位置、白色字為此二範例強震測站代碼。黑色震波為此二測站之紀錄,由於斷層為由南往北破裂,破裂方向前之TCU068測站收到疊加後之較大振幅,即為方向性效應。

1 則留言:

匿名 提到...

敝人認為:地殼(板塊)內部是岩漿,因為地球,月球,太陽相對位置不同,造成地球的海洋因引力而有潮汐,但引力也會造成地殼擠壓,地殼下的岩漿也有岩漿潮汐,對地殼加熱(火山,溫泉..噴發),是以敝人可以假設:黃石國家公園的老忠僕噴泉的噴發時間,應與太陽.月球.地球(甚至其他行星)間的引力,造成的岩漿潮汐高潮去加熱地殼的含水層(形狀可能像水壺),沸騰而噴發.以上僅是敝人假設.