2016年10月1日

如何評估地震危害與風險?

作者/詹忠翰(任職於新加坡地球觀測研究中心。專長地震活動模型與地震危害分析,參與多項國內外地震危害評估計畫。)、王郁如(2016年與台灣地震模型(TEM)團隊,發表TEM第一版的地震危害度模型。現為核能研究所副工程師。專長為地震學。)、李雅渟(參與TEM團隊,研究地震危害度模型。現任科技部獨立博士後研究員,專長為地震災害分析。)、馬國鳳(TEM 團隊主持人,研究地震機制及危害度分析。現任國立中央大學地球科學學系講座教授、教育部國家講座,專長地震源力學及海嘯。)


受到車籠埔斷層影響而隆起的校園操場。 
(Bob Yeats, Oregon State University, https://goo.gl/YhWL0N)
 
位處於板塊交界的臺灣,地震成了無可避免的宿命。但除了消極地恐慌地震可能造成的災難,藉由跨領域的合作,或可積極地將地震造成的損失以及衝擊最小化。本文以地震危害與風險評估的角度,探討不同領域針對地震減災所做的努力。

根據聯合國「政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)」的研究報告,「風險」的明確定義為災害、脆弱性,以及暴露性等3項因素的函數(「災害」為造成社會負面影響的自然或人為因子。以地震災害為例,表示地震所造成的震度;「風險」則意指災害造成的生命與財產損失)。

於1999年集集地震中倒塌的集集武昌宮。(shutterstock)

地震災害評估
評估未來可能發生的地震災害,必須通盤瞭解地震的特性,進而評估地震分布、未來發震機率與可能的震度分布。大地震的發生多肇因於活動斷層的錯動,如1999年集集地震發生於車籠埔斷層;1935年新竹– 臺中地震肇因於獅潭與屯子腳二斷層的破裂。有鑑於此,地震災害評估首重活動斷層的辨識,如經濟部中央地質調查所在2010年公佈的活動斷層分布圖,標示全臺灣33條活動斷層地表出露位置。另外,臺灣地震模型(Taiwan Earthquake Model, TEM)團隊則提出38條孕震構造(未來可能發生地震的構造)並彙整各孕震構造之活動特性(如回歸週期、未來發震機率等)。值得注意的是,各資料庫中活動斷層的位置以及特性並非恆久不變,隨著科學研究的精進,當有更新的證據或模型提出時,資料庫數據也將隨之更動。
 
雖然科學家儘可能地發掘潛藏在我們生活周遭的活動斷層,然而許多地震並不發生在已知的斷層上,造成的災害亦不容忽視。以發生於2016年初的美濃地震為例,該地震造成臺南地區重大的生命與財產的損失。而地震的發生肇因於埋藏於地底的「盲斷層」的錯動—而非過去已知的活動斷層,無法藉由出露於地表的證據評估地震活動性。因此,記錄著過去地震資訊的地震目錄便扮演著「古為今鑰」的角色。藉由過去地震的頻率,推估未來地震發生的可能性。


除了辨別地震源以及分析發震頻率,地震震度的計算也是地震危害度評估的另一個重點。地震發生後,地震波能量向四周擴散並隨著距離衰減,稱作「路徑效應」。路徑效應與傳遞震波的介質特性有關。一般而言,相較於活動塊體(如美國加州地區),震波在穩定陸塊(美國東部)衰減較少,因此更容易在遠離震源的區域發生災害。 2011年,美國維吉尼亞地震,其規模僅5.8,在美國東部與中西部等大範圍區域的居民皆感受到地震的威力;相對地,發生於2004年加州中部地震,其規模為6.0,僅加州局部區域造成有感搖晃。上述震度分布的評估方式,目前主要有2種方法:衰減公式以及震波模擬。前者藉由過去地震觀測經驗,以數學公式表現強地動與地震規模、地震距離、場址放大效應(鬆軟土層上具有較大震度)之間的關係式。因此,我們可以藉由此關係式,估算某一位置的可能震度。後者則以地震物理的概念,考量地震波在構造介質中傳遞的特性,利用有限差分法等數值分析概念,模擬地震波能量傳遞到目標地點時的特性。


透過上述對斷層或地震源特性的瞭解以及地震波傳遞的特性,即可評估地震危害度。地震危害度的表現方法不一而足,最常見的方法為振動強度的分佈圖,呈現未來特定時間與機率條件下的振動強度分布。該結果通常顯示,在發震較為頻繁的活動斷層周遭,具有較大的地震危害度。

暴露性與脆弱性
隨著社會經濟的發展,暴露於地震危害度中的人或物等生命財產也隨之增加。例如,1909年臺北發生一規模7.0的地震,造成 9人死亡,122間房子全倒。當時的臺北人口稀少,現今臺北人口已達 270萬人,且高樓大廈櫛比林立。若類似地震再次發生,所造成的經濟財產損失可能遠超過當年。



所幸,隨著耐震工程技術的發展,可降低地震所造成的損失。地震工程界的俗語有云:「地震不殺人,殺人的是建築物。」此一俗語可藉由同樣發生於 2010年的智利以及海地二處地震傷亡數據的比較而得到驗證。該年1月,在海地首都太子港附近發生一規模 7.0之地震。由於該國並無建築法規等相關規範,因此造成大規模建築物倒塌以及超過30萬人死亡;同年2月,智利第二大城市康塞普西翁(Concepcion)鄰近地區發生一規模 8.8之強震。受惠於建築法規的落實,死亡人數(約500人)遠小於海地的案例。由此可鑑,建築物的耐震能力決定位處於其中的生命是否受到威脅。因此,建築物的脆弱性成為地震風險評估的關鍵指標。......【更多內容請閱讀科學月刊第562期】

2010 年海地地震重創首都太子港。(RIBI Image Library, https://goo.gl/tNeKlq)

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