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場址效應英语:Seismic site effects)是一種影響地震震度的因素[1] ,又稱盆地效應,當震源地震波傳到地表時,因地表表面的地下介質(地盤)的軟硬程度而影響此地的震度大小。原本離震央越近震度就會越大,但地震波傳至沖積層地表時,因淺層地底下的介質,導致速度降低,引起地震波放大,不僅震幅加大,持續時間也延長[2]

目录

原因编辑

 
圖.1 : 場址效應 / 水平層地震波放大效應(SH波

圖1顯示出了地震波在水平地質層的放大效應。綠色層是較堅硬的底盤,灰色是較鬆軟的沖積層,厚度為 。當振幅 入射角 S波抵達兩地層的介面時,會產生振幅 反射角 反射波英语Reflection seismology以及位在地表層振幅 折射角 折射波英语Seismic refraction

當折射波遇到空氣層時,產生振幅 反射角為 的反射波。而此地震波會在此地層不斷反射折射,如果此地層較為鬆軟,波速會較慢,折射角會較小,震波會較密集而造成振幅會比 來的大,此現象稱為場址效應。[3]

實例编辑

1985年墨西哥城地震编辑

 
圖.2 墨西哥城的場址效應

場址效應的理論在1985年墨西哥城大地震中第一次被證實[4]。此次地震震央在離墨西哥城數百公里的太平洋海岸,卻對墨西哥城造成非常嚴重的損失。

圖.2顯示了離震央不同距離的地震站測得的加速度大小。

  • 坎波斯站:離震央非常近,測得的加速度為 
  • Teacalco站:離震央200公里,測得的加速度為 
  • 墨西哥國立自治大學站:離震央300公里,測得的加速度為 
  • SCT站:離震央400公里,測得的加速度為 

由圖可知,地震震度隨著距離增加先減後增,並在地盤為沖積層的墨西哥城達到最大值。

2016年高雄美濃地震编辑

2016年的南台灣大地震,震央雖然在高雄美濃台南卻損失最嚴重[5],因為台南多沖積平原,泥岩風化成黏土層較為鬆軟,因此搖晃程度大、時間久;震央附近縣市最大震度多有5級甚至有6級,但因地質較堅硬,故位在震央的高雄旗山只有1.74秒、甲仙0.04秒。而場址效應讓台南足足搖晃8.16秒,離震央略遠卻比美濃更嚴重。[6]

2016年熊本地震编辑

2016年熊本地震中,位于震中附近的益城町因多河川迹地和冲积形成的扇状地,摇晃的程度增大,导致许多房屋倒塌,人员死伤多集中在河岸等地。

水平分層理論分析编辑

根據圖1,可以進行以下的理論分析:地震波兩個介質沉積層( )與底下底盤( )間不斷反射與折射,假設每個地層是均勻的,彈性係數、密度不變,可以導出兩個地層間的幅频關係 

 

其中   ;   :

  •  地震波角頻率
  •   地層厚度,
  •   地層 的反射角,
  •   地層 密度
  •   地層 剪切模量
  •   地層1波數的垂直分量,
  •   s波波速。
 
圖. 3: 沉積層的場址效應: 不同基岩的幅频關係

圖3顯示了不同基岩的幅频關係 ,其中沉積層地震波速為 。其中當頻率 [1]的整數倍時會發生極大值,此頻率共振頻率。而放大水平則根據速度與 的對比:

  •    (藍色曲線),
  •    (綠色曲線),
  •    (黃色曲線).
  • 紅色曲線的對比度 ,因此會產生極大的放大倍率。

沉積層不是水平時分析較為複雜(例如沉積盆地),因為須考慮到邊緣的異質性(例如盆邊緣)。此時須把它簡化成簡單的幾何形狀[7]進行研究或利用數值模擬[8]

盆地的場址效應编辑

 
圖.4: 卡拉卡斯的盆地效應

在盆地的地形下,因場址效應,盆地邊緣會產生表面波,地震的震度會較大,並因幾何形狀的因素,增加幅度比水平時大5至10倍[8]。此現象稱為「盆地效應」。

1980年代,科學家成功地完成場址效應在峽谷與半圓形盆地的理論分析[7]。而根據最新的研究,已經完成橢圓形盆地的數值模擬分析[9]

圖.4顯示了委內瑞拉首都卡拉卡斯的盆地效應[10][11]。利用邊界元法英语Boundary Element Method求出在指定頻率 下,s波平面波( 波)的放大倍數 [12]

  • 最上層的圖: 
  • 中間的圖: 
  • 最頂層的圖: 

參見编辑

參考資料编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Semblat J.F., Pecker A. (2009) Waves and vibrations in soils: earthquakes, traffic, shocks, construction works, IUSS Press, Pavia, Italy, 499p.
  2. ^ 甘芝萁、黃立翔. 場址效應小檔案. 《自由時報.》. 2016-02-07 [2016-02-07] (中文(台灣)‎). 
  3. ^ Bard P.Y., Bouchon M. (1985). The two dimensional resonance of sediment filled valleys, Bulletin of the Seismological Society of America, 75, pp.519-541.
  4. ^ Singh S.K., Mena E., Castro R. (1988) Some aspects of source characteristics of the 19 September 1985 Michoacan earthquake and ground motion amplification in and near Mexico City from strong motion data, Bulletin of the Seismological Society of America, 78(2), pp.451-477.
  5. ^ 台南非震央卻重創 地震專家:場址效應. 《中央通訊社.》. 2016-02-07 [2016-02-07] (中文(台灣)‎). 
  6. ^ 為什麼台南災情最慘 一張圖讓你秒懂「場址效應」. 《蘋果日報.》. 2016-02-07 [2016-02-07] (中文(台灣)‎). 
  7. ^ 7.0 7.1 Sánchez-Sesma F.J. (1983). Diffraction of elastic waves by three-dimensional surface irregularities, Bulletin of the Seismological Society of America, 73(6), pp.1621-1636.
  8. ^ 8.0 8.1 Semblat J.F., Kham M., Parara E., Bard P.Y., Pitilakis K., Makra K., Raptakis D. (2005). Site effects: basin geometry vs soil layering, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 25(7-10), pp.529-538.
  9. ^ Chaillat S., Bonnet M., Semblat J.F. (2009) A new fast multi-domain BEM to model seismic wave propagation and amplification in 3D geological structures, Geophysical Journal International, 177(2), pp.509-531
  10. ^ Duval A.M., Méneroud J.P., Vidal S., Bard P.Y. (1998). Relation between curves obtained from microtremor and site effects observed after Caracas 1967 earthquake, 11th European Conference on Earthquake Engineering, Paris, France.
  11. ^ Papageorgiou A.S., Kim J. (1991). Study of the propagation and amplification of seismic waves in Caracas Valley with reference to the 29 July 1967 earthquake: SH waves, Bulletin of the Seismological Society of America, 81(6), pp.2214-2233
  12. ^ Semblat J.F., Duval A.M., Dangla P. (2002). Seismic site effects in a deep alluvial basin: numerical analysis by the Boundary Element Method, Computers and Geotechnics, 29(7), pp.573-585.