嘉南地区短周期表面波增幅效应之初探-高苑科技大学.PDF

嘉南地區短週期表面波增幅效應之初探 鍾仁光 高苑技術學院通識教育中心 摘 要 本研究提供整合嘉南地區地質、地球物理、地震、地震災害等所需相關資料之地震 部份，有關表面波振幅放大情形之初步研究成果，作為將來從事嘉南地區地震風險境況 模擬之一個元素。初步以 1998 年7 月17 日的嘉義瑞里地震（ML 6.2 ）的自由場強震資 料為分析樣本，整體看來，於台南縣、高雄縣與屏東縣地區，週期為4 至6 秒之表面波 的放大倍率在2 倍至 10 倍之間，而且具有由西部麓山帶往海岸平原逐漸增加的趨勢。 而週期3 秒的放大倍率更增加到4 倍至 15 倍，似乎與第四紀鬆軟沖積表層愈往海岸愈 厚的地質條件有關。雲林縣及嘉義縣境大部分地區的放大倍率則在2 倍至4 倍之間，同 樣的，週期3 秒的放大倍率約在4 倍至8 倍左右。再往北的中部地區，包括台中縣與彰 化縣地區的放大倍率則在 1 倍至3 倍之間。 緣由與目的 地動加速度的分布特性除了依循加速度衰減公式外，以台灣地區地層構造的複雜度 而言，強地動的場址效應佔了極為關鍵的角色。本研究主要針對嘉南地區的表面波探討 其放大效應。假設自由場強地動記錄中，波速慢於S 波的低頻部份多半屬於表面波，亦 即希望分析強震資料中低頻成分在沖積平原的增幅程度，最後歸納出嘉南地區各地的表 面波放大係數，作為地震風險境況模擬的因子之一。台灣西南部大部分地區為速度極低 的鬆軟沖積層所覆蓋，其物理特性如地層厚度、震波速度、泊森比等，對地振動的行為 有極大的影響，尤其可能具有非線性反應的複雜問題。 從地震波理論可知，地震波在局部區域的表現取決於震源特性、傳遞路徑、場址效 應等因素，在忽略震源效應的前提下，將震波的輻射型態（對表面波而言）修正後，再 將與Q 有關之衰減(attenuation)因素與幾何擴散(geometrical spreading)因素修正，即可對 場址效應做出初步的估算。長週期表面波的消散係數已有許多方法可以獲得(Herrmann and Mitchell, 1975 ； Singh and Gupta, 1979) ，其方式不外是利用單一地震或多個地震對 大範圍震央距離之地震記錄，針對某一頻率，由振幅隨震央距離增加，振幅減小的趨勢 來計算。而週期範圍 1 至 10 秒表面波的Q 值在台灣地區尚未有成熟的結果，主要是因 為此等週期的表面波資料尚未充足，而且資料品質不似長週期者來得穩定，以致較不容 易分析。而本研究嘗試利用單一地震表面波振幅隨距離不同而變化的方法求得Q ，以解 決路徑消散的問題。並以 1998 年7 月17 日的嘉義瑞里地震為分析的樣本，主要是因為 該地震規模為 6.2 ，震央位置位於中央山脈，且靠近嘉南地區，台灣地區超過240 個 TSMIP 的強震站記錄到震波歷時。而且地震深度僅約 6 公里，表面波的成分在大部份 的測站記錄中清晰可見。再者，規模大小適中，破裂面的尺度大約在 10 公里以內，因 此有限震源的影響不至於太大。 研究方法與結果 利用應用在長週期表面波的方式來處理短週期的資料（Burton, 1974 ），Q 值與表 面波振幅的關係可由下式來表示， πRf   −  −1/ 2 QU   Ar cR e (1) 其中Ar 代表頻率為f 的表面波在震央距離為R 處之振幅譜，U 為該頻率表面波的群速 度，c 代表常數項，其中包含了震源項以及場址效應。從(1)式中可知，衰減係數(attenuation coefficient) γ即可以下式表之 π γ (2) UQT T 為週期。從(1)式兩邊各取常用對數可導出振幅與震央距離之關係，只要以